Фазово променящите се материали (PCM) са широко използвани главно защото предоставят уникални и ефективни решения в управлението на енергията, контрола на температурата и опазването на околната среда.По-долу е дадено подробно обяснение на основните причини за използване на материали за промяна на фазата:
1. Ефективно съхранение на енергия
Материалите с фазова промяна могат да абсорбират или отделят голямо количество топлинна енергия по време на процеса на фазова промяна.Тази характеристика ги прави ефективни средства за съхранение на топлинна енергия.Например, когато има достатъчно слънчева радиация през деня, материалите с фазова промяна могат да абсорбират и съхраняват топлинна енергия;През нощта или в студено време тези материали могат да отделят съхранена топлинна енергия, за да поддържат топлината на околната среда.
2. Стабилен контрол на температурата
В точката на фазов преход материалите с фазова промяна могат да абсорбират или отделят топлина при почти постоянни температури.Това прави PCM много подходящи за приложения, които изискват прецизен контрол на температурата, като транспортиране на фармацевтични продукти, управление на топлината на електронни устройства и регулиране на температурата на закрито в сгради.В тези приложения материалите с промяна на фазата помагат за намаляване на консумацията на енергия и подобряване на цялостната ефективност на системата.
3. Подобрете енергийната ефективност и намалете консумацията на енергия
В областта на архитектурата, интегрирането на материали с фазова промяна в строителни конструкции може значително да подобри енергийната ефективност.Тези материали могат да абсорбират излишната топлина през деня, намалявайки тежестта върху климатика;През нощта освобождава топлина и намалява нуждата от отопление.Тази естествена функция за термично регулиране намалява зависимостта от традиционно оборудване за отопление и охлаждане, като по този начин намалява консумацията на енергия.
4. Екологично чист
Материалите с промяна на фазата се състоят главно от органични материали или неорганични соли, повечето от които са екологични и рециклируеми.Използването на PCM може да помогне за намаляване на емисиите на парникови газове и потреблението на изкопаеми горива, допринасяйки за опазването на околната среда и постигането на целите за устойчиво развитие.
5. Подобрете производителността и комфорта на продукта
Използването на материали с промяна на фазата в потребителски продукти като дрехи, матраци или мебели може да осигури допълнителен комфорт.Например, използването на PCM в дрехите може да регулира топлината според промените в телесната температура, като поддържа комфортна температура за потребителя.Използването му в матрак може да осигури по-идеална температура за сън през нощта.
6. Гъвкавост и адаптивност
Материалите с промяна на фазата могат да бъдат проектирани в различни форми и размери, за да отговарят на различни изисквания за приложение.Те могат да бъдат направени в частици, филми или интегрирани в други материали като бетон или пластмаса, осигурявайки висока степен на гъвкавост и адаптивност за употреба.
7. Подобрете икономическите ползи
Въпреки че първоначалната инвестиция във фазово променящи се материали може да е висока, техните дългосрочни ползи за подобряване на енергийната ефективност и намаляване на оперативните разходи са значителни.Чрез намаляване на зависимостта от традиционната енергия, материалите с фазова промяна могат да помогнат за намаляване на енергийните разходи и да осигурят икономическа възвръщаемост.
В обобщение, използването на материали с промяна на фазата може да осигури ефективни решения за управление на топлината, да подобри функционалността и комфорта на продукта и да помогне за насърчаване на устойчивото развитие
Няколко основни класификации и техните съответни характеристики на материали с фазова промяна
Материалите за промяна на фазата (PCM) могат да бъдат разделени на няколко категории въз основа на техния химичен състав и характеристики за промяна на фазата, всяка със специфични предимства и ограничения на приложението.Тези материали включват главно органични PCM, неорганични PCM, биологични PCM и композитни PCM.По-долу е подробно въведение в характеристиките на всеки тип материал за промяна на фазата:
1. Материали с органична фазова промяна
Материалите за органична фазова промяна включват главно два вида: парафин и мастни киселини.
- Парафин:
-Характеристики: Висока химическа стабилност, добра повторна употреба и лесно регулиране на точката на топене чрез промяна на дължината на молекулните вериги.
-Недостатък: Топлопроводимостта е ниска и може да е необходимо да се добавят топлопроводими материали, за да се подобри скоростта на топлинна реакция.
-Мастни киселини:
-Характеристики: Има по-висока латентна топлина от парафина и широко покритие на точката на топене, подходящо за различни температурни изисквания.
-Недостатъци: Някои мастни киселини могат да претърпят фазово разделяне и са по-скъпи от парафина.
2. Неорганични фазово променящи се материали
Неорганичните материали за промяна на фазата включват солеви разтвори и метални соли.
- Разтвор на солена вода:
-Характеристики: Добра термична стабилност, висока латентна топлина и ниска цена.
-Недостатъци: По време на замразяване може да възникне разслояване и е корозивен, което изисква материали за контейнери.
- Метални соли:
-Характеристики: Висока температура на фазов преход, подходяща за съхранение на топлинна енергия при висока температура.
-Недостатъци: Има също проблеми с корозията и може да възникне влошаване на производителността поради многократно топене и втвърдяване.
3. Материали с фазова промяна на биологична основа
Материалите за фазова промяна на биологична основа са PCM, извлечени от природата или синтезирани чрез биотехнология.
-Характеристика:
-Екологично чист, биоразградим, без вредни вещества, отговарящ на нуждите на устойчивото развитие.
-Може да се извлича от растителни или животински суровини, като растително масло и животинска мазнина.
-Недостатъци:
-Възможно е да има проблеми с високи разходи и ограничения на източниците.
-Термичната стабилност и топлопроводимостта са по-ниски от традиционните PCM и може да изискват модификация или поддръжка от композитен материал.
4. Композитни фазово променящи се материали
Композитните материали с фазова промяна комбинират PCM с други материали (като топлопроводими материали, поддържащи материали и т.н.), за да подобрят някои свойства на съществуващите PCM.
-Характеристика:
-Чрез комбиниране с материали с висока топлопроводимост, скоростта на топлинна реакция и термичната стабилност могат да бъдат значително подобрени.
-Може да се направи персонализиране, за да се отговори на специфични изисквания за приложение, като например подобряване на механичната якост или подобряване на термичната стабилност.
-Недостатъци:
- Процесът на подготовка може да бъде сложен и скъп.
-Необходими са точно съвпадение на материалите и техники за обработка.
Всеки от тези материали с фазова промяна има своите уникални предимства и сценарии за приложение.Изборът на подходящия тип PCM обикновено зависи от температурните изисквания на конкретното приложение, разходния бюджет, съображенията за въздействие върху околната среда и очаквания експлоатационен живот.Със задълбочаването на изследванията и развитието на технологиите, развитието на материалите за фазова промяна
Очаква се обхватът на приложението да се разшири допълнително, особено при съхранение на енергия и управление на температурата.
Каква е разликата между материалите с органична фазова промяна и материалите с безкрайна фазова промяна?
Органичните фазово променящи се материали, PCM и неорганичните фазово променящи се материали са технологии, използвани за съхранение на енергия и контрол на температурата, които абсорбират или освобождават топлина чрез преобразуване между твърдо и течно състояние.Всеки от тези два вида материали има свои собствени характеристики и области на приложение, а по-долу са някои от основните разлики между тях:
1. Химичен състав:
-Органични материали за промяна на фазата: главно включително парафин и мастни киселини.Тези материали обикновено имат добра химическа стабилност и няма да се разлагат по време на процеси на топене и втвърдяване.
-Неорганични материали с фазова промяна: включително физиологични разтвори, метали и соли.Този тип материал има широк диапазон от точки на топене и подходяща точка на топене може да бъде избрана според нуждите.
2. Топлинна производителност:
-Органични материали с промяна на фазата: обикновено имат по-ниска топлопроводимост, но по-висока латентна топлина по време на топене и втвърдяване, което означава, че те могат да абсорбират или отделят голямо количество топлина по време на промяна на фазата.
-Неорганични материали с промяна на фазата: Обратно, тези материали обикновено имат по-висока топлопроводимост, което позволява по-бърз пренос на топлина, но латентната им топлина може да е по-ниска от органичните материали.
3. Стабилност на цикъла:
- Материали с органична фазова промяна: имат добра циклична стабилност и могат да издържат на множество процеси на топене и втвърдяване без значително влошаване или промяна в производителността.
-Материали с неорганична фазова промяна: могат да покажат известно разлагане или влошаване на производителността след множество термични цикли, особено тези материали, които са склонни към кристализация.
4. Цена и наличност:
- Материали с органична фазова промяна: Те обикновено са скъпи, но поради тяхната стабилност и ефективност, разходите за дългосрочна употреба може да са относително ниски.
- Материали с неорганична фазова промяна: Тези материали обикновено са евтини и лесни за производство в голям мащаб, но може да изискват по-честа подмяна или поддръжка.
5. Области на приложение:
- Материали с органична фазова промяна: Поради тяхната стабилност и добри химични свойства, те често се използват за регулиране на температурата на сгради, дрехи, постелки и други области.
-Неорганични материали с промяна на фазата: често използвани в промишлени приложения като системи за съхранение на топлинна енергия и оползотворяване на отпадна топлина, които могат да използват високата си топлопроводимост и диапазон на точка на топене.
В обобщение, при избора на органични или неорганични материали с промяна на фазата трябва да се вземат предвид фактори като специфични изисквания за приложение, бюджет и очаквани топлинни характеристики.Всеки материал има своите уникални предимства и ограничения, подходящи за различни сценарии на приложение.
Време на публикуване: 28 май 2024 г