مواد تغییر فاز دهنده

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

مواد تغییر فازدهنده pcm: انرژی حرارتی را به دو صورت انرژی گرمایی محسوس و نهان می‌توان در مواد ذخیره نمود. در ذخیره انرژی محسوس انرژی حرارتی با افزایش دمای جسم جامد یا مایع در آن ذخیره می‌شود. میزان انرژی محسوس ذخیره شده در جسم تابعی از دما، ظرفیت گرمایی ویژه و مقدار جسم می‌باشد. ذخیره انرژی گرمایی توسط جسم به صورت نهان به هنگام تغییر فاز جسم از حالت جامد به مایع یا مایع به گاز و یا جامد به جامد صورت می‌گیرد. مواد تغییر فاز دهنده انرژی را به صورت گرمای نهان ذوب ذخیره می‌کنند.[۱]همان طور که گفته شد ذخیره‌سازی گرما از سه طریق تغییر فاز صورت می‌گیرد، در حالت اول که تغییر فاز از جامد به جامد است به دلیل اینکه انتقال گرما بسیار آهسته و اندک می‌باشد مناسب نیست. در حالت دوم یعنی تغییر فاز ا مایع به گاز هم به دلیل نیاز به گرما و حرارت بالا و همچنین ایجاد حجم فشار بالای گاز عملی نمی‌باشد. اما تغییر فاز از جامد به مایع مناسب تر است که این ویژگی در مواد تغییر فاز دهنده pcm وجود دارد، که در دمای ثابت با جذب گرما از فاز جامد به مایع تبدیل می‌شوند.[۲] این مواد انرژی را تقریباً در همان دمایی که جذب می‌کنند، آزاد نیز می‌کنند.[۱] pcm در دمای اتاق جامد هستند.

ویژگی ها[ویرایش]

  1. در شاخه مهندسی از مواد تغییر فاز دهنده برای بکارگیری و ذخیره انرژی استفاده می‌شود.
  2. مناسب برای حفظ دمای آسایش
  3. این مواد تمایل به افزایش ذخیره‌سازی حرارت ده برابر بیشتر از آب و سنگ و زمین دارند.
  4. ازنظر شیمیایی پایدارند.
  5. قابل بازیافت هستند.
  6. غیر واکنش پذیرند.
  7. دارای طول عمر[۳]

دسته بندی[ویرایش]

  1. پارافین و اسیدهای چرب
  2. مواد معدنی، هیدرات‌های نمک
  3. مواد ترکیبی
  4. مواد جاذب رطوبت

پارافین و اسیدهای چرب[ویرایش]

مزایای استفاده: منجمد شدن بدون سرد کردن بسیار، قابلیت ذوب، سازگاری با مواد ساخت و ساز، دارای خواص شیمیایی ثابت، داشتن دمای جوش بالا، امن، قابل بازیافت و..[۲] معایب: تغییر حجم بسیار بالا، بسیار خنک‌کننده و..

مواد ترکیبی[ویرایش]

مزایای استفاده: دارای نقطه ذوب بالا، چگالی ذخیره‌سازی حجمی بالاتر از ترکیبات آلی معایب: آمار و اطلاعات کمی در مورد خواص ترموفیزیکی آن موجود است و استفاده از این مواد بسیار جدید نیازمند افزار ذخیره‌سازی حرارتی هستند.[۴]

مواد جاذب رطوبت[ویرایش]

بسیاری از مواد طبیعی ساختمان رطوبت گیر هستند، که گرمازا و گرماگیر هستند.

طراحی با مواد تغییر فاز[ویرایش]

در طراحی هر سیستم ذخیره انرژی که بر مبنای مواد تغییر فاز دهنده عمل می‌کند، بایستی حداقل سه مورد زیر در نظر گرفته شود:

  • ماده pcm مناسب با دمای ذوب مورد نظر
  • مبدل حرارتی با سطح تبادل حرارتی مناسب
  • محفظه نگهدارنده pcm که قابلیت جذب تغییرات حجم pcm به هنگام تغییر فاز را داشته باشد و سازگار با آن نیز باشد.

استفاده از مواد ذخیره کننده انرژی و تغییر فاز دهنده در آجر موجب کاهش مصرف انرژی می‌شود. نکته لازم به توجه آنکه برای دستیابی به کارایی بهتر باید دمای ذوب مواد مورد نظر در محدوده دمای کاری باشد تا علاوه بر خاصیت عایق بودن آنها بتوان از خواص تغییر فاز نیز استفاده کرد. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده میزان شار حرارتی ورودی به ساختمان را تا ۳۸ درصد کاهش می‌دهد. همچنین افزایش تعداد حفرههای مواد تغییر فاز دهنده در آجر موجب کاهش ۱۱ درصدی شار حرارتی و بار سرمایشی می‌شود.

محصولات[ویرایش]

  • micronal:

محصول نیمه ساخته شده متشکل از دانه‌های پارافین محصور شده در یک پلیمر است. میکروکپسول حدود ۵ میکرون قطر دارد و می‌تواند در گچ، بتن گنجانده شود. دارای دمای ذوب ۲۳ درجه سانتیگراد است.

  • Maxit CLIMA:

نمونه‌ای از محصول ترکیبی ساخت وساز است. نوعی گچ اسپری است که در آن micronal گنجانده شده است. دیوار با ضخامت ۳ سانتیمتری از Maxit CLIMA دارای ویژگی و جرم حرارتی مشابه به دیوار ۸ سانتیمتری بتنی و ۱۳ سانتیمتری بدون pcm می‌باشد.

  • Themrmalcore:

حاوی micronal است و گچی است که در دیوارها در خانه‌های pcm استفاده می‌شود، آسایش حرارتی خانه را تضمین می‌کند.

  • Thermusol:

این ماده مانند micronal محصول نیمه ساخته شده است. به صورت سودا و نمک است. در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود.

  • بلوک:

یک حصیر از دو لایه مواد فیبری برای جذب بیشتر گرما ساخته شده است. معمولا در سقف کار گذاشته می‌شود.[۵] Autoarkis: سقف از پانل‌های پلی پروپیلن به صورت کپسول pcm ساخته شده است. این پنل‌ها در سقف ثابت کار گذاشته می‌شوند، تنظیم کننده دمای هوا و تهویه هوا هستند.[۶]

  • Energain:

پانل‌هایی برای دیوار هستند، روکش نهایی از ورق آلومینیوم است. هسته آن شامل کوپلیمرهایی با pcm پارافین است. دمای ذب ۲۲ درجه سانتیگراد و دمای انجماد ۱۸ درجه سانتیگراد است.[۷]

در ایران[ویرایش]

نتایج تحقیقات یک گروه پژوهشگر در کشورمان از کاهش ۴۰ درصدی مصرف انرژی در ساختمان‌ها با استفاده از «مواد تغییر فاز» (PCM) حکایت دارد.«مواد تغییر فاز»(phase changel materials) به صورت میکروکپسول ساخته می‌شوند و قابلیت‌های زیادی در ایجاد تعادل در دمای محیط و ذخیره‌سازی و رهاسازی گرما دارند. با اشاره به کاربرد این مواد در ژئوتکستایل‌ها، صنعت کشاورزی و ساخت لباس‌های با کاربرد خاص، می‌توان خاطرنشان کرد: این مواد هوشمند در مدیریت انرژی ساختمان و ایجاد دمای مطلوب کاربردهای فراوانی دارند و در دنیا نیز شرکت‌های معتبری آنها را در قالب‌های تجاری تولید می‌کنند. درباره اجرای این طرح می‌توان گفت:مواد مورد نیاز در میکروکپسول‌هایی ساخته و در قطعات پیش ساخته ساختمانی تعبیه می‌شود. پس ازساخت اتاقک‌هایی با این قطعات پیش ساخته، کارکرد مواد در مقایسه با پروتکلی که برای آن تدوین شده بود، تست می‌شود که نشان می‌دهد این مواد در هوای سرد و هوای گرم تا ۴۰ درصد از اتلاف انرژی جلوگیری می‌کنند. این مواد هوشمند طبق دمایی که برای آنها تعریف می‌شود در طول شبانه روز گرمای اضافه در محیط ساختمان را جذب و در صورت کاهش دما، گرمای جذب شده را رهاسازی می‌کنند. به این ترتیب دمای متعادل تعریف شده در ساختمان حفظ می‌شود. برای استفاده از این مواد در طراحی و ساخت ساختمان‌ها راه زیادی در پیش داریم. چه آنکه پارامترهای مختلف زیادی در سازه و مصالح ساختمان باید در نظر گرفته شود.[۸]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ حق شناس کاشانی، سمیرا،"کاهش مصرف انرژی در ساختمان با ذخیرهسازی انرژی در مواد تغییر فاز دهنده"، اولین کنفرانس بینالمللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ایران، تهران، خرداد 1388
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ http://en.wikipedia.org/wiki/phase-chang-material
  3. http://gsdmaterialscollection.tumblr.com/post/13110785188/phase-change-materials
  4. http://www.pcmproducts.net
  5. http://www.salcabv.nl
  6. http://www.autarkis.nl
  7. http://sustainableinsteel.eu/p/556/pcm_products.html
  8. http://www.isna.ir