لماذا نحتاج إلى مواد تغيير الطور؟

تُستخدم مواد تغيير الطور (PCMs) على نطاق واسع بشكل أساسي لأنها توفر حلولاً فريدة وفعالة في إدارة الطاقة والتحكم في درجة الحرارة وحماية البيئة.فيما يلي شرح تفصيلي للأسباب الرئيسية لاستخدام مواد تغيير الطور:

1. تخزين الطاقة بكفاءة
يمكن للمواد المتغيرة الطور أن تمتص أو تطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية أثناء عملية تغيير الطور.هذه الخاصية تجعلها وسيلة فعالة لتخزين الطاقة الحرارية.على سبيل المثال، عندما يكون هناك ما يكفي من الإشعاع الشمسي خلال النهار، يمكن للمواد المتغيرة الطور أن تمتص الطاقة الحرارية وتخزنها؛في الليل أو في الطقس البارد، يمكن لهذه المواد إطلاق الطاقة الحرارية المخزنة للحفاظ على دفء البيئة.

2. التحكم في درجة الحرارة مستقرة
عند نقطة انتقال الطور، يمكن للمواد المتغيرة الطور أن تمتص أو تطلق الحرارة عند درجات حرارة ثابتة تقريبًا.وهذا يجعل أجهزة PCM مناسبة جدًا للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة، مثل نقل الأدوية، والإدارة الحرارية للأجهزة الإلكترونية، وتنظيم درجة الحرارة الداخلية في المباني.في هذه التطبيقات، تساعد المواد المتغيرة الطور على تقليل استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة النظام بشكل عام.

3. تحسين كفاءة الطاقة وتقليل استهلاك الطاقة
في مجال الهندسة المعمارية، يمكن أن يؤدي دمج المواد المتغيرة الطور في هياكل البناء إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل كبير.ويمكن لهذه المواد أن تمتص الحرارة الزائدة خلال النهار، مما يقلل العبء على أجهزة تكييف الهواء؛وفي الليل، يطلق الحرارة ويقلل الطلب على التدفئة.تعمل وظيفة التنظيم الحراري الطبيعية هذه على تقليل الاعتماد على معدات التدفئة والتبريد التقليدية، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة.

4. صديقة للبيئة
تتكون المواد المتغيرة الطور بشكل رئيسي من مواد عضوية أو أملاح غير عضوية، ومعظمها صديقة للبيئة وقابلة لإعادة التدوير.يمكن أن يساعد استخدام PCMs في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة واستهلاك الوقود الأحفوري، مما يساهم في حماية البيئة وتحقيق أهداف التنمية المستدامة.

5. تعزيز أداء المنتج وراحته
يمكن أن يوفر استخدام المواد المتغيرة الطور في المنتجات الاستهلاكية مثل الملابس أو المراتب أو الأثاث راحة إضافية.على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام PCMs في الملابس إلى تنظيم الحرارة وفقًا للتغيرات في درجة حرارة الجسم، مما يحافظ على درجة حرارة مريحة لمرتديها.استخدامه في المرتبة يمكن أن يوفر درجة حرارة نوم أكثر مثالية في الليل.

6. المرونة والقدرة على التكيف
يمكن تصميم مواد تغيير الطور بأشكال وأحجام مختلفة لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة.ويمكن تحويلها إلى جزيئات أو أغشية أو دمجها في مواد أخرى مثل الخرسانة أو البلاستيك، مما يوفر درجة عالية من المرونة والقدرة على التكيف للاستخدام.

7. تحسين الفوائد الاقتصادية
على الرغم من أن الاستثمار الأولي في المواد المتغيرة الطور قد يكون مرتفعًا، إلا أن فوائدها طويلة المدى في تحسين كفاءة الطاقة وتقليل تكاليف التشغيل تكون كبيرة.ومن خلال تقليل الاعتماد على الطاقة التقليدية، يمكن للمواد المتغيرة الطور أن تساعد في تقليل تكاليف الطاقة وتوفير عوائد اقتصادية.

باختصار، يمكن أن يوفر استخدام المواد المتغيرة الطور حلولاً فعالة للإدارة الحرارية، ويعزز وظائف المنتج وراحته، ويساعد في تعزيز التنمية المستدامة

العديد من التصنيفات الرئيسية وخصائص كل منها لمواد تغيير الطور
يمكن تقسيم المواد المتغيرة الطور (PCMs) إلى عدة فئات بناءً على تركيبها الكيميائي وخصائص تغير الطور، ولكل منها مزايا وقيود تطبيقية محددة.تشتمل هذه المواد بشكل أساسي على PCMs العضوية، وPCMs غير العضوية، وPCMs الحيوية، وPCMs المركبة.فيما يلي مقدمة تفصيلية لخصائص كل نوع من مواد تغيير الطور:

1. المواد العضوية المتغيرة الطور
تشتمل المواد العضوية المتغيرة الطور بشكل أساسي على نوعين: البارافين والأحماض الدهنية.

-البارافين:
-الميزات: ثبات كيميائي عالي، وقابلية إعادة استخدام جيدة، وسهولة تعديل نقطة الانصهار عن طريق تغيير طول السلاسل الجزيئية.
- العيوب: التوصيل الحراري منخفض، وقد يكون من الضروري إضافة مواد موصلة للحرارة لتحسين سرعة الاستجابة الحرارية.

-الأحماض الدهنية:
-الميزات: لديه حرارة كامنة أعلى من البارافين وتغطية واسعة لنقطة الانصهار، ومناسبة لمتطلبات درجات الحرارة المختلفة.
- العيوب: قد تخضع بعض الأحماض الدهنية للفصل المرحلي وتكون أكثر تكلفة من البارافين.

2. المواد غير العضوية المتغيرة الطور
تشمل المواد غير العضوية المتغيرة الطور المحاليل الملحية والأملاح المعدنية.

– محلول الماء المالح :
-المميزات: ثبات حراري جيد، حرارة كامنة عالية، وتكلفة منخفضة.
- العيوب: أثناء التجميد قد يحدث تصفيح وهو مسبب للتآكل ويتطلب مواد حاوية.

-الأملاح المعدنية:
-الميزات: درجة حرارة انتقالية عالية الطور، مناسبة لتخزين الطاقة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية.
- العيوب: هناك أيضًا مشكلات في التآكل وقد يحدث تدهور في الأداء بسبب الذوبان والتصلب المتكرر.

3. المواد الحيوية المتغيرة الطور
مواد تغيير الطور ذات الأساس الحيوي هي مركبات PCM مستخرجة من الطبيعة أو يتم تصنيعها من خلال التكنولوجيا الحيوية.

-سمات:
- صديقة للبيئة، قابلة للتحلل، خالية من المواد الضارة، تلبي احتياجات التنمية المستدامة.
- يمكن استخلاصه من مواد أولية نباتية أو حيوانية، مثل الزيوت النباتية والدهون الحيوانية.

-سلبيات:
-قد تكون هناك مشكلات تتعلق بالتكاليف المرتفعة وقيود المصدر.
- الثبات الحراري والتوصيل الحراري أقل من أجهزة PCM التقليدية، وقد يتطلبان تعديلًا أو دعمًا للمواد المركبة.

4. المواد المركبة المتغيرة الطور
تجمع مواد تغيير الطور المركبة بين PCMs ومواد أخرى (مثل المواد الموصلة للحرارة، والمواد الداعمة، وما إلى ذلك) لتحسين خصائص معينة لـ PCMs الموجودة.

-سمات:
- من خلال الجمع بين مواد التوصيل الحراري العالية، يمكن تحسين سرعة الاستجابة الحرارية والاستقرار الحراري بشكل كبير.
- يمكن إجراء التخصيص لتلبية متطلبات التطبيق المحددة، مثل تعزيز القوة الميكانيكية أو تحسين الاستقرار الحراري.

-سلبيات:
- قد تكون عملية التحضير معقدة ومكلفة.
- مطلوب تقنيات مطابقة المواد ومعالجتها بدقة.

تتمتع كل من مواد تغيير الطور هذه بمزاياها الفريدة وسيناريوهات التطبيق.يعتمد اختيار نوع PCM المناسب عادةً على متطلبات درجة حرارة التطبيق المحددة، وميزانية التكلفة، واعتبارات التأثير البيئي، وعمر الخدمة المتوقع.مع تعميق البحث وتطوير التكنولوجيا، تم تطوير مواد تغيير الطور

ومن المتوقع أن يتوسع نطاق التطبيق بشكل أكبر، خاصة في تخزين الطاقة وإدارة درجة الحرارة.

ما الفرق بين مواد تغيير الطور العضوي ومواد تغيير الطور اللانهائي؟

تعد مواد تغيير الطور العضوي، وPCMs، ومواد تغيير الطور غير العضوية من التقنيات المستخدمة لتخزين الطاقة والتحكم في درجة الحرارة، والتي تمتص الحرارة أو تطلقها عن طريق التحويل بين الحالة الصلبة والسائلة.يتمتع كل من هذين النوعين من المواد بخصائصه الخاصة ومجالات التطبيق، وفيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بينهما:

1. التركيب الكيميائي :
- المواد العضوية المتغيرة الطور: وتشمل بشكل رئيسي البارافين والأحماض الدهنية.تتمتع هذه المواد عادةً بثبات كيميائي جيد ولن تتحلل أثناء عمليات الذوبان والتصلب.
- المواد غير العضوية المتغيرة الطور: وتشمل المحاليل الملحية والمعادن والأملاح.هذا النوع من المواد لديه نطاق واسع من نقاط الانصهار، ويمكن اختيار نقطة انصهار مناسبة وفقًا للاحتياجات.

2. الأداء الحراري:
-المواد العضوية المتغيرة الطور: عادة ما تكون موصليتها الحرارية أقل، ولكن لديها حرارة كامنة أعلى أثناء الذوبان والتصلب، مما يعني أنها يمكن أن تمتص أو تطلق كمية كبيرة من الحرارة أثناء تغير الطور.
-المواد غير العضوية المتغيرة الطور: في المقابل، تتمتع هذه المواد عادة بموصلية حرارية أعلى، مما يسمح بنقل الحرارة بشكل أسرع، ولكن الحرارة الكامنة لها قد تكون أقل من المواد العضوية.

3. استقرار الدورة:
- المواد العضوية المتغيرة الطور: تتمتع بثبات جيد في التدوير ويمكنها تحمل عمليات الذوبان والتصلب المتعددة دون تدهور كبير أو تغيير في الأداء.
- المواد غير العضوية المتغيرة الطور: قد تظهر عليها بعض التحلل أو تدهور الأداء بعد دورات حرارية متعددة، وخاصة تلك المواد المعرضة للتبلور.

4. التكلفة والتوافر:
-المواد العضوية المتغيرة الطور: عادة ما تكون باهظة الثمن، ولكن بسبب ثباتها وكفاءتها، فإن تكلفة استخدامها على المدى الطويل قد تكون منخفضة نسبيًا.
-المواد غير العضوية المتغيرة الطور: عادة ما تكون هذه المواد منخفضة التكلفة وسهلة الإنتاج على نطاق واسع، ولكنها قد تتطلب استبدالًا أو صيانة أكثر تكرارًا.

5. مجالات التطبيق:
-المواد العضوية المتغيرة الطور: نظرًا لثباتها وخصائصها الكيميائية الجيدة، فإنها غالبًا ما تستخدم في تنظيم درجة حرارة المباني والملابس والفراش وغيرها من المجالات.
- مواد تغير الطور غير العضوية: تستخدم بشكل شائع في التطبيقات الصناعية مثل تخزين الطاقة الحرارية وأنظمة استعادة الحرارة المهدرة، والتي يمكنها الاستفادة من الموصلية الحرارية العالية ونطاق نقطة الانصهار.

باختصار، عند اختيار مواد تغيير الطور العضوية أو غير العضوية، يجب مراعاة عوامل مثل متطلبات التطبيق المحددة والميزانية والأداء الحراري المتوقع.كل مادة لها مزاياها وقيودها الفريدة، ومناسبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة.