Materiály s fázovou změnou (PCM) jsou široce používány především proto, že poskytují jedinečná a efektivní řešení v oblasti energetického managementu, regulace teploty a ochrany životního prostředí.Níže je podrobné vysvětlení hlavních důvodů pro použití materiálů s fázovou změnou:
1. Efektivní skladování energie
Materiály se změnou fáze mohou během procesu změny fáze absorbovat nebo uvolňovat velké množství tepelné energie.Tato vlastnost z nich dělá účinná média pro ukládání tepelné energie.Například, když je během dne dostatečné sluneční záření, materiály s fázovou změnou mohou absorbovat a ukládat tepelnou energii;V noci nebo za chladného počasí mohou tyto materiály uvolňovat uloženou tepelnou energii, aby udržely teplo prostředí.
2. Stabilní regulace teploty
V bodě fázového přechodu mohou materiály s fázovou změnou absorbovat nebo uvolňovat teplo při téměř konstantních teplotách.Díky tomu jsou PCM velmi vhodné pro aplikace, které vyžadují přesné řízení teploty, jako je farmaceutická přeprava, tepelný management elektronických zařízení a regulace vnitřní teploty v budovách.V těchto aplikacích materiály s fázovou změnou pomáhají snížit spotřebu energie a zlepšit celkovou účinnost systému.
3. Zlepšit energetickou účinnost a snížit spotřebu energie
V oblasti architektury může integrace materiálů s fázovou změnou do stavebních konstrukcí výrazně zlepšit energetickou účinnost.Tyto materiály dokážou během dne absorbovat přebytečné teplo, čímž snižují zátěž pro klimatizaci;V noci uvolňuje teplo a snižuje potřebu vytápění.Tato funkce přirozené tepelné regulace snižuje závislost na tradičních topných a chladicích zařízeních, čímž snižuje spotřebu energie.
4. Šetrné k životnímu prostředí
Materiály s fázovou změnou se skládají převážně z organických materiálů nebo anorganických solí, z nichž většina je šetrná k životnímu prostředí a recyklovatelná.Použití PCM může pomoci snížit emise skleníkových plynů a spotřebu fosilních paliv, přispět k ochraně životního prostředí a dosáhnout cílů udržitelného rozvoje.
5. Zvyšte výkon a pohodlí produktu
Použití materiálů s fázovou změnou ve spotřebních výrobcích, jako je oblečení, matrace nebo nábytek, může poskytnout další pohodlí.Například použití PCM v oblečení může regulovat teplo podle změn tělesné teploty a udržovat tak příjemnou teplotu pro nositele.Použití v matraci může poskytnout ideálnější noční teplotu spánku.
6. Flexibilita a přizpůsobivost
Materiály s fázovou změnou mohou být navrženy v různých tvarech a velikostech, aby vyhovovaly různým aplikačním požadavkům.Mohou být vyrobeny do částic, filmů nebo integrovány do jiných materiálů, jako je beton nebo plast, což poskytuje vysoký stupeň flexibility a přizpůsobivosti pro použití.
7. Zlepšit ekonomické přínosy
Přestože počáteční investice do materiálů s fázovou změnou mohou být vysoké, jejich dlouhodobé přínosy ve zlepšení energetické účinnosti a snížení provozních nákladů jsou značné.Snížením závislosti na tradiční energii mohou materiály s fázovou změnou pomoci snížit náklady na energii a zajistit ekonomickou návratnost.
Stručně řečeno, použití materiálů s fázovou změnou může poskytnout efektivní řešení tepelného managementu, zlepšit funkčnost a pohodlí produktu a pomoci podporovat udržitelný rozvoj
Několik hlavních klasifikací a jejich příslušných charakteristik materiálů s fázovou změnou
Materiály s fázovou změnou (PCM) lze rozdělit do několika kategorií na základě jejich chemického složení a charakteristik fázových změn, z nichž každá má specifické aplikační výhody a omezení.Tyto materiály zahrnují hlavně organické PCM, anorganické PCM, bio PCM a kompozitní PCM.Níže je podrobný úvod k charakteristikám každého typu materiálu s fázovou změnou:
1. Organické materiály s fázovou změnou
Organické materiály se změnou fáze zahrnují hlavně dva typy: parafin a mastné kyseliny.
-Parafín:
-Vlastnosti: Vysoká chemická stabilita, dobrá opětovná použitelnost a snadné nastavení bodu tání změnou délky molekulárních řetězců.
-Nevýhoda: Tepelná vodivost je nízká a může být nutné přidat tepelně vodivé materiály pro zlepšení rychlosti tepelné odezvy.
-Mastné kyseliny:
-Vlastnosti: Má vyšší latentní teplo než parafín a široké pokrytí bodu tání, vhodné pro různé teplotní požadavky.
-Nevýhody: Některé mastné kyseliny mohou projít fázovou separací a jsou dražší než parafín.
2. Anorganické materiály s fázovou změnou
Anorganické materiály se změnou fáze zahrnují solné roztoky a soli kovů.
- roztok slané vody:
-Vlastnosti: Dobrá tepelná stabilita, vysoké latentní teplo a nízké náklady.
-Nevýhody: Během zmrazování může dojít k delaminaci a je korozivní, což vyžaduje obalové materiály.
- kovové soli:
-Vlastnosti: Vysoká teplota fázového přechodu, vhodná pro vysokoteplotní skladování tepelné energie.
-Nevýhody: Existují také problémy s korozí a může dojít ke snížení výkonu v důsledku opakovaného tavení a tuhnutí.
3. Biologické materiály s fázovou změnou
Biologické materiály s fázovou změnou jsou PCM extrahované z přírody nebo syntetizované biotechnologií.
-Funkce:
-Šetrné k životnímu prostředí, biologicky odbouratelné, bez škodlivých látek, splňující potřeby udržitelného rozvoje.
-Lze extrahovat z rostlinných nebo živočišných surovin, jako je rostlinný olej a živočišný tuk.
- Nevýhody:
-Mohou nastat problémy s vysokými náklady a omezenými zdroji.
-Tepelná stabilita a tepelná vodivost jsou nižší než u tradičních PCM a mohou vyžadovat úpravu nebo podporu kompozitního materiálu.
4. Kompozitní materiály s fázovou změnou
Kompozitní materiály s fázovou změnou kombinují PCM s jinými materiály (jako jsou tepelně vodivé materiály, podpůrné materiály atd.), aby se zlepšily určité vlastnosti stávajících PCM.
-Funkce:
-Kombinací s materiály s vysokou tepelnou vodivostí lze výrazně zlepšit rychlost tepelné odezvy a tepelnou stabilitu.
-Přizpůsobení lze provést tak, aby splňovalo specifické požadavky aplikace, jako je zvýšení mechanické pevnosti nebo zlepšení tepelné stability.
- Nevýhody:
- Proces přípravy může být složitý a nákladný.
-Vyžaduje se přesné sladění materiálů a techniky zpracování.
Každý z těchto materiálů s fázovou změnou má své jedinečné výhody a aplikační scénáře.Výběr vhodného typu PCM obvykle závisí na požadavcích konkrétní aplikace na teplotu, rozpočtu nákladů, zvážení dopadu na životní prostředí a očekávané životnosti.S prohlubováním výzkumu a rozvojem technologií vývoj materiálů s fázovou změnou
Očekává se, že rozsah aplikací se bude dále rozšiřovat, zejména v oblasti skladování energie a řízení teploty.
Jaký je rozdíl mezi materiály s organickou fázovou změnou a materiály s nekonečnou fázovou změnou?
Organic Phase Change Materials, PCMs a Anorganic Phase Change Materials jsou technologie používané pro skladování energie a řízení teploty, které absorbují nebo uvolňují teplo přeměnou mezi pevným a kapalným skupenstvím.Každý z těchto dvou typů materiálů má své vlastní vlastnosti a oblasti použití a níže jsou některé z hlavních rozdílů mezi nimi:
1. Chemické složení:
-Organické materiály s fázovou změnou: hlavně včetně parafinu a mastných kyselin.Tyto materiály mají obvykle dobrou chemickou stabilitu a nebudou se rozkládat během procesů tavení a tuhnutí.
- Materiály se změnou anorganické fáze: včetně solných roztoků, kovů a solí.Tento typ materiálu má široký rozsah teplot tání a vhodnou teplotu tání lze vybrat podle potřeb.
2. Tepelný výkon:
- Organické materiály s fázovou změnou: obvykle mají nižší tepelnou vodivost, ale vyšší latentní teplo během tání a tuhnutí, což znamená, že mohou absorbovat nebo uvolnit velké množství tepla během změny fáze.
- Materiály s anorganickou fázovou změnou: Naproti tomu tyto materiály mají obvykle vyšší tepelnou vodivost, což umožňuje rychlejší přenos tepla, ale jejich latentní teplo může být nižší než u organických materiálů.
3. Stabilita cyklu:
- Materiály s organickou fázovou změnou: mají dobrou cyklickou stabilitu a mohou odolat mnoha procesům tání a tuhnutí bez významné degradace nebo změny výkonu.
- Materiály se změnou anorganické fáze: mohou vykazovat určitý rozklad nebo zhoršení výkonu po několika tepelných cyklech, zejména materiály, které jsou náchylné ke krystalizaci.
4. Cena a dostupnost:
-Materiály s organickou fázovou změnou: Obvykle jsou drahé, ale vzhledem k jejich stabilitě a účinnosti mohou být náklady na jejich dlouhodobé používání relativně nízké.
- Materiály se změnou anorganické fáze: Tyto materiály jsou obvykle levné a snadno se vyrábějí ve velkém měřítku, ale mohou vyžadovat častější výměnu nebo údržbu.
5. Oblasti použití:
-Organické materiály s fázovou změnou: Díky své stabilitě a dobrým chemickým vlastnostem se často používají při regulaci teploty budov, oděvů, lůžkovin a dalších oborů.
- Materiály s anorganickou fázovou změnou: běžně používané v průmyslových aplikacích, jako je skladování tepelné energie a systémy rekuperace odpadního tepla, které mohou využívat svou vysokou tepelnou vodivost a rozsah bodu tání.
Stručně řečeno, při výběru organických nebo anorganických materiálů s fázovou změnou je třeba vzít v úvahu faktory, jako jsou specifické požadavky aplikace, rozpočet a očekávaný tepelný výkon.Každý materiál má své jedinečné výhody a omezení, vhodné pro různé scénáře použití.
Čas odeslání: 28. května 2024