مواد تغيير المرحلة (PCMS) تستخدم على نطاق واسع لأنها توفر حلولًا فريدة وفعالة في إدارة الطاقة, التحكم 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 فعالة. على سبيل المثال, عندما يكون هناك إشعاع شمسي كافٍ أثناء النهار, يمكن لمواد تغيير الطور امتصاص وتخزين الطاقة الحرارية; في الليل أو في الطقس البارد, يمكن أن تطلق هذه المواد الطاقة الحرارية المخزنة للحفاظ على دفء البيئة.
2. التحكم في درجة الحرارة مستقرة
عند نقطة انتقال المرحلة, يمكن لمواد تغيير الطور امتصاص أو إطلاق الحرارة في درجات حرارة ثابتة تقريبًا. هذا يجعل PCMS مناسبًا جدًا للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة, مثل النقل الصيدلاني, الإدارة الحرارية للأجهزة الإلكترونية, وتنظيم درجة الحرارة الداخلية في المباني. في هذه التطبيقات, تساعد مواد تغيير 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 مواد تغيير الطور في هياكل البناء إلى تحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير. هذه المواد يمكن أن تمتص الحرارة الزائدة خلال اليوم, تقليل 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, معظمها صديقة للبيئة وقابلة لإعادة التدوير. يمكن أن يساعد استخدام PCMs في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة واستهلاك الوقود الأحفوري, المساهمة في حماية البيئة وتحقيق أهداف التنمية المستدامة.
5. تعزيز أداء المنتج والراحة
استخدام مواد تغيير الطور في المنتجات الاستهلاكية مثل الملابس, المراتب, أو يمكن أن يوفر الأثاث راحة إضافية. على سبيل المثال, يمكن أن يؤدي استخدام PCMs في الملابس إلى تنظيم الحرارة وفقًا للتغيرات في درجة حرارة الجسم, الحفاظ على درجة حرارة مريحة للمرتدي. يمكن أن يوفر استخدامه في مرتبة درجة حرارة نوم أكثر مثالية في الليل.
6. المرونة والقدرة على التكيف
يمكن تصميم مواد تغيير الطور بأشكال وأحجام مختلفة لتلبية متطلبات التطبيق المختلفة. يمكن تحويلها إلى جزيئات, أفلام, أو مدمج في مواد أخرى مثل الخرسانة أو البلاستيك, توفير 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, تعتبر فوائدها طويلة الأجل في تحسين كفاءة الطاقة وخفض تكاليف التشغيل كبيرة. من خلال تقليل الاعتماد على الطاقة التقليدية, يمكن أن تساعد مواد تغيير الطور في تقليل تكاليف الطاقة وتوفير عوائد اقتصادية.
في ملخص, يمكن أن يوفر استخدام مواد تغيير الطور حلول إدارة حرارية فعالة, تعزيز وظائف المنتج والراحة, والمساعدة في تعزيز التنمية المستدامة
العديد من التصنيفات الرئيسية وخصائصها الخاصة بمواد تغيير الطور
مواد تغيير المرحلة (PCMS) يمكن تقسيمها إلى عدة فئات بناءً على تكوينها الكيميائي وخصائص تغيير الطور, كل مع مزايا وقيود تطبيق محددة. وتشمل هذه المواد بشكل رئيسي 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: الأحماض البارافين والأحماض الدهنية.
-البارافين:
-سمات: ثبات كيميائي مرتفع, إعادة استخدام جيدة, وسهولة ضبط نقطة الانصهار عن طريق تغيير طول السلاسل الجزيئية.
-عيب: الموصلية الحرارية منخفضة, وقد يكون من الضروري إضافة مواد موصلة حرارية لتحسين سرعة الاستجابة الحرارية.
-الأحماض الدهنية:
-سمات: لديها حرارة كامنة أعلى من البارافين وتغطية نقطة انصهار واسعة, مناسب لمتطلبات درجات الحرارة المختلفة.
-عيوب: قد تخضع بعض الأحماض الدهنية إلى فصل الطور وأكثر تكلفة من البارافين.
2. مواد تغيير المرحلة غير العضوية
تشمل مواد تغيير الطور غير العضوي حلول المالحة والأملاح المعدنية.
-محلول الماء المالح:
-سمات: الاستقرار الحراري الجيد, حرارة كامنة عالية, وتكلفة منخفضة.
-عيوب: أثناء التجميد, قد يحدث delamination وهو تآكل, تتطلب مواد الحاوية.
-أملاح معدنية:
-سمات: درجة حرارة انتقال المرحلة العالية, مناسبة لتخزين الطاقة الحرارية عالية درجة الحرارة.
-عيوب: هناك أيضًا مشكلات تآكل 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:
-صديقة للبيئة, قابلة للتحلل, خالية من المواد الضارة, تلبية احتياجات التنمية المستدامة.
-يمكن استخلاصه من المواد الخام النباتية أو الحيوانية, مثل الزيت النباتي والدهون الحيوانية.
-عيوب:
-قد تكون هناك مشكلات تتعلق بالتكاليف المرتفعة وقيود المصادر.
-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 المركب بين PCMs مع مواد أخرى (مثل المواد الموصلة الحرارية, مواد الدعم, إلخ.) لتحسين خصائص معينة من أجهزة الكمبيوتر الشخصية الحالية.
-سمات:
-من خلال الجمع بين مواد التوصيل الحراري العالي, يمكن تحسين سرعة الاستجابة الحرارية والاستقرار الحراري بشكل كبير.
-يمكن التخصيص لتلبية متطلبات تطبيق محددة, مثل تعزيز القوة الميكانيكية أو تحسين الاستقرار الحراري.
-عيوب:
-قد تكون عملية التحضير معقدة ومكلفة.
-مطلوب 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, ميزانية التكلفة, اعتبارات التأثير البيئي, وحياة الخدمة المتوقعة. مع تعميق البحث وتطوير التكنولوجيا, تطوير 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 المرحلة العضوية, PCMs ومواد تغيير الطور غير العضوية هي التقنيات المستخدمة لتخزين الطاقة والتحكم في درجة الحرارة, التي تمتص أو إطلاق الحرارة عن طريق التحويل بين الحالات الصلبة والسائلة. هذان النوعان من المواد لهما خصائصه الخاصة ومناطق التطبيق, وما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بينهما:
1. التكوين الكيميائي:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: في الأساس بما في ذلك البارافين والأحماض الدهنية. عادة ما يكون لهذه المواد استقرار كيميائي جيد ولن تتحلل أثناء عمليات الانصهار والتصلب.
-مواد تغيير المرحلة غير العضوية: بما في ذلك حلول المالحة, المعادن, والأملاح. يحتوي هذا النوع من المواد على مجموعة واسعة من نقاط الانصهار, ويمكن اختيار نقطة انصهار مناسبة وفقًا للاحتياجات.
2. الأداء الحراري:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: عادة ما يكون الموصلية الحرارية أقل, لكن الحرارة الكامنة أعلى أثناء الانصهار والتصلب, وهذا يعني أنها يمكن أن تمتص أو إطلاق كمية كبيرة من الحرارة أثناء تغيير الطور.
-مواد تغيير المرحلة غير العضوية: في المقابل, هذه المواد عادة ما يكون الموصلية الحرارية أعلى, السماح بنقل حرارة أسرع, لكن حرارتها الكامنة قد تكون أقل من المواد العضوية.
3. استقرار الدورة:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: احصل على استقرار جيد لركوب الدراجات ويمكن أن يقاوم عمليات ذوبان وتصلب متعددة دون تدهور كبير أو تغيير في الأداء.
-مواد تغيير المرحلة غير العضوية: قد تظهر بعض التحلل أو تدهور الأداء بعد دورات حرارية متعددة, خاصة تلك المواد المعرضة للتبلور.
4. التكلفة والتوافر:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: عادة ما تكون مكلفة, ولكن بسبب استقرارها وكفاءتها, قد تكون تكلفة الاستخدام على المدى الطويل منخفضة نسبيًا.
-مواد تغيير المرحلة غير العضوية: هذه المواد عادة ما تكون منخفضة التكلفة وسهلة الإنتاج على نطاق واسع, ولكن قد تتطلب بديلًا أو صيانة أكثر تكرارًا.
5. مجالات التطبيق:
-مواد تغيير المرحلة العضوية: بسبب استقرارها وخصائصها الكيميائية الجيدة, غالبًا ما تستخدم في تنظيم درجة حرارة المباني, ملابس, الفراش, وغيرها من الحقول.
-مواد تغيير المرحلة غير العضوية: يستخدم عادة في التطبيقات الصناعية مثل تخزين الطاقة الحرارية وأنظمة استرداد حرارة النفايات, والتي يمكن أن تستخدم الموصلية الحرارية العالية ونقطة انصهارها.
في ملخص, عند اختيار مواد الطور العضوي أو غير العضوي, عوامل مثل متطلبات التطبيق المحددة, ميزانية, ويجب النظر في الأداء الحراري المتوقع. كل مادة لها مزاياها وقيودها الفريدة, مناسبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة.
