لماذا نحتاج إلى مواد تغيير الطور؟

تستخدم مواد تغيير الطور (PCMS) على نطاق واسع لأنها توفر حلولًا فريدة وفعالة في إدارة الطاقة ، والتحكم في درجة الحرارة ، وحماية البيئة. فيما يلي شرح مفصل للأسباب الرئيسية لاستخدام مواد تغيير الطور:

1. تخزين الطاقة الفعال
يمكن لمواد تغيير الطور امتصاص أو إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية أثناء عملية تغيير الطور. هذه الخاصية تجعلها وسائط تخزين الطاقة الحرارية الفعالة. على سبيل المثال ، عندما يكون هناك إشعاعات شمسية كافية خلال اليوم ، يمكن لمواد تغيير الطور امتصاص وتخزين الطاقة الحرارية ؛ في الليل أو في الطقس البارد ، يمكن لهذه المواد إطلاق الطاقة الحرارية المخزنة للحفاظ على دفء البيئة.

2. التحكم في درجة الحرارة المستقرة
في نقطة انتقال الطور ، يمكن لمواد تغيير الطور امتصاص أو إطلاق الحرارة في درجات حرارة ثابتة تقريبًا. هذا يجعل PCMS مناسبًا جدًا للتطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في درجة الحرارة ، مثل النقل الصيدلاني ، والإدارة الحرارية للأجهزة الإلكترونية ، وتنظيم درجة الحرارة الداخلية في المباني. في هذه التطبيقات ، تساعد مواد تغيير الطور في تقليل استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة النظام بشكل عام.

3. تحسين كفاءة الطاقة وتقليل استهلاك الطاقة
في مجال الهندسة المعمارية ، يمكن أن يؤدي دمج مواد تغيير الطور في هياكل البناء إلى تحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير. يمكن أن تمتص هذه المواد الحرارة الزائدة أثناء النهار ، مما يقلل من العبء على تكييف الهواء ؛ في الليل ، يطلق الحرارة ويقلل من 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 مواد تغيير الطور بشكل أساسي من مواد عضوية أو أملاح غير عضوية ، ومعظمها صديقة للبيئة وقابلة لإعادة التدوير. يمكن أن يساعد استخدام PCMs في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة واستهلاك الوقود الأحفوري ، والمساهمة في حماية البيئة وتحقيق أهداف التنمية المستدامة.

5. تعزيز أداء المنتج والراحة
يمكن أن يوفر استخدام مواد تغيير الطور في المنتجات الاستهلاكية مثل الملابس أو المراتب أو الأثاث راحة إضافية. على سبيل المثال ، يمكن أن ينظم استخدام PCMs في الملابس الحرارة وفقًا للتغيرات في درجة حرارة الجسم ، مع الحفاظ على درجة حرارة مريحة للمرتدي. يمكن أن يوفر استخدامه في مرتبة درجة حرارة نوم مثالية في الليل.

6. المرونة والقدرة على التكيف
يمكن تصميم مواد تغيير الطور بأشكال وأحجام مختلفة لتلبية متطلبات التطبيق المختلفة. يمكن تحويلها إلى جزيئات أو أفلام 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 مواد تغيير الطور قد يكون مرتفعًا ، إلا أن فوائدها طويلة الأجل في تحسين كفاءة الطاقة وتقليل تكاليف التشغيل كبيرة. من خلال تقليل الاعتماد على الطاقة التقليدية ، يمكن أن تساعد مواد تغيير الطور في تقليل تكاليف الطاقة وتوفير عوائد اقتصادية.

باختصار ، يمكن أن يوفر استخدام مواد تغيير الطور حلول إدارة حرارية فعالة ، وتعزيز وظائف المنتج والراحة ، والمساعدة في تعزيز التنمية المستدامة

العديد من التصنيفات الرئيسية وخصائصها الخاصة بمواد تغيير الطور
يمكن تقسيم مواد تغيير الطور (PCMS) إلى عدة فئات بناءً على تكوينها الكيميائي وخصائص تغيير الطور ، ولكل منها مزايا وقيود تطبيق محددة. وتشمل هذه المواد بشكل أساسي أجهزة الكمبيوتر العضوية ، PCMs غير العضوية ، PCMs المستندة إلى الحيوية ، و PCMs المركبة. فيما يلي مقدمة مفصلة لخصائص كل نوع من مواد تغيير الطور:

1. مواد تغيير المرحلة العضوية
تشمل مواد تغيير الطور العضوي بشكل أساسي نوعين: البارافين والأحماض الدهنية.

-البارافين:
-الميزات: الاستقرار الكيميائي العالي ، وإعادة الاستخدام الجيد ، وسهولة التعديل لنقطة الانصهار عن طريق تغيير طول السلاسل الجزيئية.
-disadvantage: الموصلية الحرارية منخفضة ، وقد يكون من الضروري إضافة مواد موصلة حرارية لتحسين سرعة الاستجابة الحرارية.

أحماض خارقة:
-الميزات: لها حرارة كامنة أعلى من البارافين وتغطية نقطة انصهار واسعة ، مناسبة لمتطلبات درجات الحرارة المختلفة.
-المداخلات: قد تخضع بعض الأحماض الدهنية للفصل بين الطور وهي أغلى من البارافين.

2. مواد تغيير المرحلة غير العضوية
تشمل مواد تغيير الطور غير العضوية حلول المالحة والأملاح المعدنية.

-محلول مياه سالت:
-الميزات: الاستقرار الحراري الجيد ، الحرارة الكامنة العالية ، وتكلفة منخفضة.
-المداخلات: أثناء التجميد ، قد يحدث delamination وهو تآكل ، ويتطلب مواد الحاويات.

الأملاح:
-الميزات: درجة حرارة انتقال المرحلة العالية ، مناسبة لتخزين الطاقة الحرارية عالية درجة الحرارة.
-المداخلات: هناك أيضًا مشكلات في التآكل وقد يحدث تدهور الأداء بسبب الانصهار المتكرر والتصلب.

3. مواد تغيير المرحلة الحيوية
مواد تغيير الطور الحيوي يتم استخراج أجهزة الكمبيوتر الشخصية من الطبيعة أو توليفها من خلال التكنولوجيا الحيوية.

-سمات:
-ودية من الناحية البيئية ، قابلة للتحلل ، خالية من المواد الضارة ، تلبية احتياجات التنمية المستدامة.
-يمكن استخلاصه من المواد الخام أو الحيوان ، مثل الزيت النباتي والدهون الحيوانية.

-زفاد:
-قد تكون هناك مشكلات ذات تكاليف عالية وقيود المصدر.
-الاستقرار الحراري والتوصيل الحراري أقل من أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، وقد تتطلب تعديل أو دعم المواد المركبة.

4. مواد تغيير المرحلة المركبة
تجمع مواد تغيير الطور المركبة بين PCMs مع مواد أخرى (مثل المواد الموصلة الحرارية ، ومواد الدعم ، وما إلى ذلك) لتحسين خصائص معينة من PCMs الموجودة.

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

-زفاد:
-قد تكون عملية التحضير معقدة ومكلفة.
-هناك حاجة إلى تقنيات مطابقة المواد والمعالجة الدقيقة.

مواد تغيير الطور هذه لكل منها مزاياها الفريدة وسيناريوهات التطبيق. يعتمد اختيار نوع PCM المناسب عادة على متطلبات درجة حرارة التطبيق المحددة وميزانية التكلفة واعتبارات التأثير البيئي وحياة الخدمة المتوقعة. مع تعميق البحث وتطوير التكنولوجيا ، تطور مواد تغيير الطور

من المتوقع أن يتوسع نطاق التطبيق ، خاصة في تخزين الطاقة وإدارة درجة الحرارة.

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

مواد تغيير الطور العضوي ، PCMs ومواد تغيير الطور غير العضوية هي التقنيات المستخدمة لتخزين الطاقة والتحكم في درجة الحرارة ، والتي تمتص أو تحرر الحرارة عن طريق التحويل بين الحالات الصلبة والسائلة. هذان النوعان من المواد لكل منهما خصائصه الخاصة ومناطق التطبيق ، والما يلي هي بعض الاختلافات الرئيسية بينهما:

1. التكوين الكيميائي:
مواد تغيير المرحلة العضوية: بما في ذلك الأساس بما في ذلك الأحماض البارافين والأحماض الدهنية. هذه المواد عادة ما يكون لها استقرار كيميائي جيد ولن تتحلل أثناء عمليات الذوبان والتصلب.
-مواد تغيير المرحلة العضوية: بما في ذلك حلول المالحة والمعادن والأملاح. يحتوي هذا النوع من المواد على مجموعة واسعة من نقاط الانصهار ، ويمكن اختيار نقطة انصهار مناسبة وفقًا للاحتياجات.

2. الأداء الحراري:
-مواد تغيير الطور العضوية: عادة ما يكون لها توصيل حراري أقل ، ولكن الحرارة الكامنة أعلى أثناء الانصهار والتصلب ، مما يعني أنه يمكن أن تمتص أو إطلاق كمية كبيرة من الحرارة أثناء تغيير الطور.
-مواد تغيير الطور العضوية: في المقابل ، عادة ما يكون لهذه المواد توصيل حراري أعلى ، مما يسمح بنقل حرارة أسرع ، ولكن قد تكون حرارتها الكامنة أقل من المواد العضوية.

3. استقرار الدورة:
-مواد تغيير الطور العضوي: لديك استقرار جيد لركوب الدراجات ويمكن أن تصمد أمام عمليات الانصهار والتصلب المتعددة دون تدهور كبير أو تغيير في الأداء.
-مواد تغيير المرحلة العضوية: قد تظهر بعض التحلل أو تدهور الأداء بعد دورات حرارية متعددة ، وخاصة تلك المواد المعرضة للتبلور.

4. التكلفة والتوافر:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: فهي عادة ما تكون مكلفة ، ولكن بسبب استقرارها وكفاءتها ، قد تكون تكلفة استخدامها على المدى الطويل منخفضة نسبيًا.
-مواد تغيير الطور غير العضوية: عادة ما تكون هذه المواد منخفضة التكلفة وسهلة الإنتاج على نطاق واسع ، ولكنها قد تتطلب استبدالًا أو صيانة أكثر تواتراً.

5. مجالات التطبيق:
مواد تغيير الطور العضوي: نظرًا لاستقرارها وخصائصها الكيميائية الجيدة ، غالبًا ما تستخدم في تنظيم درجة حرارة المباني والملابس والفراش وغيرها من الحقول.
-مواد تغيير الطور العضوي: شائع الاستخدام في التطبيقات الصناعية مثل تخزين الطاقة الحرارية وأنظمة استرداد حرارة النفايات ، والتي يمكن أن تستخدم الموصلية الحرارية العالية ونقطة الانصهار.

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