مقالات
در حال خواندن
مواد تغییر فاز دهندهpcm(قسمت پایانی)
0

مواد تغییر فاز دهندهpcm(قسمت پایانی)

توسط mostafa bohluli۱۵ تیر, ۱۳۹۶

از زمان معرفی ماده تغییر فاز دهنده به عنوان ابزاری مناسب برای جذب وذخیره انرژی در ساختمان، مطالعات گسترده ای جهت بررسی میزان تاثیر گذاری ان در تامین شرایط اسایش و کاهش مصرف انرژی صورت گرفته است. پیپو و همکارانش در تحقیقات خود به این نتیجه رسیده اند کهدر صورت کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان و با در نظر گرفتن نوع اقلیم، می توان انتظار ۵ تا ۳۰ درصد ذخیره مستقیم انرژی را داشت. در ادامه به دو مورد از مطالعات موردیانجام شده در ارتباط با کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در جداره ساختمان ومدل سازی عملکرد این مواد در کاهش مصرف انرژی اشاره خواهد شد.

مورد اول :بهبود اسایش حرارتی با استفاده از ماده تغییر فازدهنده در جداره ساختمان

در تحقیقی که توسط کاستلان و همکارانش صورت گرفت، جهت بررسی میزان اثر گذاری مواد تغییر فاز دهنده بر دمای داخلی ساختمان، در اتاقک با دیوارهای سیمانی و با شرایط کاملا یکسان ساخته شده ویکی از این دو اتاقک در دیواره های خود با کپسول های حاوی مواد تغییر فاز دهنده با دمای ذوب ۲۶ درجه سانتیگراد و گرمای ذوب ۱۱۰کیلوژول بر کیلوگرم تجهیز شد.در نتایج حاصل از ازمایش های چندین روز متوالی در تابستان و پاییز مشاهده گردید زمانی که بیشینه دمای بیرون از اتاق به ۳۲ درجه سانتیگراد می رسد، دمای دیوار غربی اتاقک بدون ماده تغییر فاز دهنده به ۳۹درجه سانتی گراد می رسد و این در حالی است که بیشینه دمای به دست امده در دیوار غربی اتاقک حاوی ماده تغییر فاز دهنده نهایتا به ۳۶ در سانتیگراد می رسد. بیشینه دمای کسب شده در اتاقک حاوی ماده تغییر فاز دهنده که ۳ درجه سبت به اتاقک بدون ماده تغییر فاز دهنده کمتر است، با تاخیر دوساعته نسبت به اتاقک معمولی اتفاق افتاد. بنابراین، با بکارگیری مواد تغییر فاز دهنده می توان علاوه بر کاهش دمای بیشینه، یک تاخیر دو ساعته نیز در انتقال حرارت به داخل ایجاد نمود و بنابراین، اوج مصرف انرژی تعدیل خواهد شد. شکل زیر نمودار نوسانات دمای دیوار اتاقک معمولی، واتاقک مجهز به ماده تغییر فاز دهنده و دمای هوای بیرون را نشان می دهد.این نتایج با توجه به تاخیر دمایی و زمان ایجاد شد، نشان دهنده یک فرصت واقعی برای صرفه جویی انرژی مصرفی برای سرمایش هوا در فصل های گرم سال می باشد.

نمودار دمای هوای اتاقک های سیمانی و دمای هوای بیرون

نمودار دمای هوای اتاقک های سیمانی و دمای هوای بیرون

مورد دوم:تاثیر بکارگیری مواد تغییر فاز دهنده در کاهش مصرف انرژی گرمایشی درفصل زمستان

در این تحقیق تغییرات دمای هوای اتاق حاوی ماده تغییر فاز دهنده و حالت بدون ان در ۵ شبانه روز مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهد که کمینه دمای اتاق در حالت بکار گیری از ماده تغییر فاز دهنده در ان حدود ۱ درجه سانتگراد و میانگین دمای اتاق حدود ۰.۸درجه سانتیگراد افزایش می یابد. همچنین با بررسی نمودار های هر دو مورد با موادتغییر فاز دهنده و بدون مواد تغییر فاز دهنده، می توان به این نتیجه رسید که کاربرد ماده تغییر فاز دهنده، بر روی دیوار های شرقی، غربی، سقف، و کف مناسب بوده و برروی ای ن سطوح موجب ذخیره سازی حدتقل ۲۲ درصد انرژی می گردد.

نمودار زیر بیانگر نقاط ذوب تعداد زیادی از مواد تغییر فاز دهنده می باشد:

 طیف کسترده نقاط ذوب مربوط به انواع مواد تغییر فاز دهنده

طیف کسترده نقاط ذوب مربوط به انواع مواد تغییر فاز دهنده

موادی که زیر ۱۵درجه سانتی گراد ذوب می شوند،برای خنک کردن وتهویه هوای اتاق قابلیت استفاده دارند.موادی که در دمای بالای ۹۰درجه سانتی گراد ذوب میشوند،برای کاهش دما در جاهایی که دما ممکن است بطور ناگهانی بالا برود به عنوان عامل جلو گیری کننده از حریق کاربرد دارند.سایر مواد تغییر فاز دهنده که دمای ذوب شان بین این دو مقدار است برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی کاربرد دارند .مواد تغییر فاز دهنده برای سرمایش و گرمایش در مقیاس کوچک نیز کاربرد های ویژه ی دارند،به عموان مثال میتوان اجاق های گرم کننده غذا با استفاده از یک لایه مواد تغییر فاز دهنده ویا تری هیدرات استات سدیم برای گرم کننده های دست در زمستان را نام برد.

عوامل موثر در کاربرد مواد تغییر فاز دهند:

علاوه بر نقطه ی ذوب مواد تغییرفاز دهنده ،در طراحی هر سیستم ذخیره انرژی که بر مبنای مواد تغییر فازدهنده عمل می کند،بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود:

  • ماده تغییر فاز دهنده مناسب با دمای ذوب مورد نظر
  • مبدل حرارتی با سطح تبادل حرارتی مناسب
  • محفظه نگهدارنده ماده تغییر فاز دهنده که قابلیت جذب تغییرات حجم این مواد به هنگام تغییر فاز را داشته باشد و سازگاربا ان نیز باشد

نکته قابل توجه انکه برای دست یابی به کارای بهترباید دمای ذوب ماده مورد نظر در محدوده دمای کاری باشد تا علاوه بر خاصیت عایق بودن انها بتوان از خواص تغییر فاز نیز استفاده کرد .هر چند برای استفاده از این مواد در طراحی و ساخت ساختمان ها راه زیادی در پیش است اما از جمله نقاط بسیار مهم در کاربرد این مواد نیز نظیر دیگر سامانه های ایستا مسائل مربوط به محاسبات توجیه اقتصادی و زمان باز گشت سرمایه اولیه بهد اززمان بهره برداری می باشد .در برخی موارد استفاده از مواد تغییر فاز دهنده می تواند میزان شار حرارتی ورودی به ساختمان را تا ۳۸درصد کاهش دهد .همچنین افزایش تعداد حفره های مواد تغییر فاز دهنده در اجر موجب کاهش۱۱درصدی شار حرارتی وبار سرمایش میشود.

محفظه سازی مواد تغییر فاز دهنده

ماکرو محفظه ها: پیشرفت‌های حوزه‌ی ماکرومحفظه‌ها با حجم بسیار بالا به‌دلیل رسانش باشکست مواجه شد.

میکرومحفظه‌ها: از طرف دیگر میکرومحفظه‌ها چنین مشکلی را در خود ندارند. در محفظه‌های قابل‌حمل هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مواد ساختمانی چون بتون‌ها به ‌آسانی و قیمت مناسب بکار می‌روند. با پوشش‌های میکرومحفظه‌ای به عنوان پوشش محافظ،‌ ذرات می‌توانند در فاز پیوسته‌ای چون آب غوطه‌ور باشند.  سیستم را به‌صورت ماده لزج (ژله‌ای) هم  می‌توان بکار برد. با توجه به قابلیت جاری شدن مواد تغییر فاز دهنده در فاز مایع،نیاز به محفظه های خواهد بود که در فاز مایع به عنوان ظرف حاوی این مواد عمل نمایند، لذا معمولا بسته های حاوی این مواد مورد استفاده قرار می گیرند اغلب این مواد در بازار بصورت میکروکپسول هایی موجود هستند که در واقع کره های بسیار ریزی با قطر بین ۱ تا ۳۰ میکرومتر می باشند. جنس میکروکپسول ها جهت استفاده در مواد ساختمانی باید به گونه ای انتخاب شود که در مقابل نیروهای مکانیکی،گرما وبسیاری از مواد شیمیایی مقاوم باشد. با توجه به اندازه بسیار ریزه میکروکپسول ها می توان این مواد را در انواع مواد ساختمانی دارای خلل و فرج در حین تولید ملات و به عنوان مواد افزودنی استفاده نمود. از جمله موارد کاربرد به این صورت، می توان به استفاده در بتن دیوار ها وسقف وتخته های گچ حاوی این مواد اشاره نمود.از مزایای این روش، سهولت استفاده واز جمله معایب ان هزینه بالای تولید میکروکپسول هاست.

نانو و میکروکپسوله کردن

در مورد نانو ومیکروکپسول کردن مواد تغییر فازدهنده نیز میتوان بحث کرد در ادامه این بحث داریم:در برخی موارد، مواد ذخیره کننده حرارت با ابعاد میکرونی یا میلیمتری هستند که معمولا ساختار هسته پوسته دارند. هسته ممکن است از نانو کامپوزیت تشکیل شده باشد که یک بخش شامل ماده تغییر فاز دهنده و کسر کوچکی از مواد با قابلیت هدایت حرارتی بسیار بالا و نانو ذراتی با نقطه ذوب بالاتر نسبت به مواد تغییر فاز دهنده هستند. پوستهنیز از لایه نازکی از نتنو ذرات خنثی با قابلیت هدایت بالا است. مواده تغییر فاز دهنده در هسته می تواند در حین تغییر حالت جامد مایع، انرژی نهان حرارتی را جذب و ازاد سازد. میکروکپسول می تواند به صورت کروی باشد و دیواره هسته را بپوشاند. در شکل زیر نمایی از کپسول نشان داده شده است.

تصویر شماتیک کپسول

تصویر شماتیک کپسول

سیستم مذکور امکان جابه جای مواد گازی و مایع را به شکل یک جامد فراهم می سازد و همچنین مواد سمی و خطرناک را نیز به راحتی می توان با کپسوله کردن جابجا نمود. نوع میکروکپسول عمدتا به جنس هسته و نحوه تولید پوسته بستگی دارد. شکل زیر انواع کپسول ها را نشان میدهد که عبارتند از تک هسته؛ که هسته توسط پوسته احاطه شده است، چند هسته؛ که تعداد زیادی هسته داخل یک پوسته قرار دارند و ماده زمینه؛ که ماده هسته بطور یکنواخت در ماده پوسته توزیع شده است.

انواع کپسول های مورد استفاده برای PCMها

انواع کپسول های مورد استفاده برای PCMها

به عنوان یک مثال از روش سنتز این دسته از مواد، می توان ماده تغییر فاز دهنده noctadecaneرا به وسیله یpolyureaکپسوله نمود. برای این کار از روش های شیمیایی شامل پلیمریزاسیون استفاده می شود و یک مونومتر محلول در روغن و چند مونومر امینی محلول در اب به محلول اضافه می شوند. که در شکل زیر نمایی شماتیک فرایند نشان داده شده است:

روش کپسوله کردن PCM باروش شیمیایی و هیدرولیز

روش کپسوله کردن PCM باروش شیمیایی و هیدرولیز

محفظه‌‌ی مولکولی: فناوری دیگریست، که اجازه‌ی چگالش بالای مواد تغییر فاز دهنده را  در ترکیبات پلیمری می‌دهد. ذخیره‌سازی بالای ۵۱۵ کیلوژول بر متر مربع برای هر ۵ میلی‌متر (۱۰۳ میلی‌ژول بر متر مکعب). این روش مزیت برش و مته‌زنی رااز ماده مورد استفاده بدوناستفاده از هر نوع نشت مواد تغییر فاز دهنده می دهد.

این ماده همانطور که نقش بهترین ماده‌ی مخزن‌های قابل حمل را بازی می‌کند، به سلول‌هایی تقسیم شوند. بسته‌بندی ماده باید رسانش گرمایی را زیاد کند، و باید منجر به تغییرات دوره‌ای حجم ماده‌ی ذخیره شده و همینطور کاهش گذر آب از دیوارها می‌شود. بنابراین مواد خشک نخواهند شد (یا اگر ماده میکروسکوپی باشند، عاری از آب نخواهند شد). مواد ضدخش، پُلی‌پروپیلن و پُلی‌فین از این دست هستند.

پاکت های حاوی مواد تغییر فاز دهنده:با توجه به هزینه بالای تولید میکروکپسول ها و با هدف کم هزینه تر شدن،می توان مواد تغییر فاز دهنده را به صورت پاکت های با ابعاد بزرگتر به کار برد. درصورت استفاده از این مواد به صورت پاکتی ویا غیر میکروکپسول،امکان استفاده از انها در فضاهای کوچک همچون خلل و فرج مصالح از بین رفته و لذا به فضاهای بزرگتری برای جا دادن ین مواد نیاز خواهیم داشت. از جمله موارد کاربرد بدین صورت، می توان به پتنل های مهار شده با فرم های فلزی بین جداره ها اشاره نمود. پانل های سخت ویا انعطاف پذیر حاوی این مواد امروزه در بازار نیز موجود بوده وبه صورت تولید انبوه به شکل رول های بسته بندی شده ویا پانل های سخت قابل نصب به مشتریان عرضه می شود.

قرارگیری پاکت های حاوی ماده تغییر فاز دهنده در فواصل جداره ها

قرارگیری پاکت های حاوی ماده تغییر فاز دهنده در فواصل جداره ها

ترکیبات گرمایی:

ترکیبات گرمایی عبارتی است که به ترکیبات مواد تغییر فاز و دیگر ساختارها (معمولاً جامد) اطلاق می‌شود. مثالی از این دست، توری مسی غوطه‌ور در شمع پارافینی است. این توری‌ها می‌توانند یک ماده‌ی ترکیبی گرمایی باشند. چنین مواد هیبریدی برای محصولات و هدف‌های خاصی استفاده می‌شوند. رسانش گرمایی ویژگی مشترکی است که بیشینه‌سازی ترکیب‌های گرمایی تولید می‌شود.

تصویر روبه رواز ساختار سنگ گچ گرفته شده که به‌عنوان ماده‌ای روی شبکه‌ای می‌آید و دیوارها و سقف ساختمان‌ها را می‌پوشاند که در لینک اسلاید تصاویر و تصویر زیر دیده می‌شود.

روش های کاربرد مواد تغییر فاز دهنده

مواد تغییر فاز دهنده در سه فرم ماده خام ،میکرو وماکرو می توانند مورد استفاده قرار گیرند.اما از انجا که کاربرد این مواد به صورت خام با توجه به نوع ماده تغییر فاز دهنده می تواند معایبی در پی داشته باشد ونیز باتوجه به قابلیت جاری شدن مواد تغییر فاز دهنده در فاز مایع ،نیاز به محفظه های خواهد بود که در فاز مایع به عنوان ظرف حاوی این مواد عمل نماید ،لذا معمولا این مواد بصورت بسته هایی از دو نوع میکرو وماکرو در صنایع مختلف موذد استفاده قرار میگیرند.جهت تهیه هر دو موع میکرو وماکرو،مواد تغییر فاز دهنده درون محفظه هایی تعبیه شده واصطلاحا کپسوله می شوند.به این ترتیب تفاوت عمده میان دو روش میکروکپسول و ماکروکپسول در اندازه محفظه ها یا کپسول های مورد استفاده می باشد.در روش میکروکپسول مواد در کره های بسیار ریزی با قطر بین ۱الی ۳۰میکرومتر تعبیه می شوند.در روش ماکروکپسول مواد در محفظه های بزرگتری بصورت پاکت یا ظروف از جنس های مختلف جاسازی می شوند.عمده این محفظه ها از جنس پاکت های پلاستیکی ونیز پانلهای سخت ساخته شده از پلی اتلیلن با دانسیته بالا هستند.شکل زیر نمونه ای از مواد تغییر فاز دهنده را بصورت میکروکپسول نشان می دهد:

هردو روش ماکروکپسول ومیکروکپسول مزایا ومعایبی دارند.کپسوله کردن مواد بااستفاده از مصالح مختلغی صورت می گیرد.کپسوله کردن با استفاده از پلاستیک وفلز گران اما ایمن است.در صنایع ساختمانی استفاده از هر دو روش میسر می باشد اما باتوجه به محل استفاده و نیز در ترکیب با مصالح ساختمانی دیگر کاربرد هر روش تفاوتهای عمده ای در نتایج ورفتار حرارتی ساختمان ایجاد می کند.در کاربرد میکروکپسول های مواد تغییر فاز دهنده به عنوان ریز دانه های بتن توجه به عدم تداخل عملکردی این مواد با عملکرد اولیه ریزدانه ها در بتن هائز اهمیت است .به این ترتیب میکرو کپسوله کردن مواد با اشباع کردن تغییر فاز دهنده در بتن تازه در رفتار حرارتی مصالح بسیار موثر بوده اما ممکن است،مقاومت مکانیکی بتن را تغییر داده یا منجر به ذوب شدن در فاز مایع تغییر فاز دهنده شود.

نمونه های کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در صنعت ساختمان

ماده PCM که قرار است در سیستم ذخیره گرمای ساختمان بکار رود باید دارای خواص ترموفیزیکی مناسب باشد. از جمله این خواص می توان این موارد را نام برد: دمای ذوب مناسب و متناسب با کاربرد، گرمای نهان بالا، چگالی مناسب به گونه ای که صفحات حاوی آنها سنگین نباشد تا امکان استفاده در دیوارها فراهم شود، ضریب هدایت گرمایی مناسب به منظور کمک به انجام فرآیند شارژ و دشارژ انرژی گرمایی، تعادل شیمیایی دراز مدت و بسیاری خواص مورد نیاز دیگر. مواد تغییر فاز دهنده را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

۱-مواد آلی مانند پارافین و ترکیبات آن

۲-مواد معدنی مانند نمک های هیدرات

۳-موادالیاژی

مواد آلی و معدنی بسیاری وجود دارندکه می توان از آنها به عنوان ماده تغییر فاز دهنده در ساختمان استفاده کرد اما مواد آلیاژی به دلیل اینکه صفحات تولید شده از آنها سنگین هستند، کاربرد چندانی در ساختمان ندارند. در جول زیر شش PCMپرکاربرد در ساختمان معرفی شده اند.

انواع مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در ساختمان

انواع مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در ساختمان

دیوار های پیش ساخته ارزان قیمت بوده و کاربرد زیادی در ساختمان سازی دارند و به راحتی می توان از  PCMها در ان استفاده نمود که این امر باعث می شود که دور تا دور فضای داخلی ساختمان با مخازن ذخیره کننده انرژی حرارتی پوشیده شود. کارایی دیوار ای  PCMبه چند عامل بستگی دارد که عبارتند از دمای ذوبPCM، محدوده تغییرات دمای دیوار، نحوه اعمالPCMبه داخل دیوار و شرایط اب و هوایی، استفاده از این دیوار ها مانع افزایش دمای محیط داخل ساختمان می شود و دما را متعادل نگه می دارد. در بسیاری از مناطق دنیا، بتن برای ساخت بناهای مسکونی وتجاری کاربرد وسیعی دارد. بتن به دلیل ظرفیت گرمایی نسبتا بالا، در طول روز مقدار زیادی گرما از خورشید جذب می کند و در هنگام شب این گرما را به ساختمان می دهد. برای افزایش ظرفیت گرمایی بتن می توان PCMها را داخل ان تعبیه نمود.

مواد تغییر فاز دهنده دارای قابلیت تغییرفاز (ازجامد به مایع)در یک دامنه دمایی تقریبا ثابت هستند.ضمنا فرایند تغییر فاز در این گونه مواد معمولا همراه با تبادل حجم بالایی از انرژی است که بدان گرمایی نهان تغییر فاز اطلاق میشود .تبادل این حجو بالای گرما بصورت همساز با طبیعت وبطور خودکار و هوشمندانه،مطابق با تغییر ات دمای محیط صورت می پذیرد.به این ترتیب از این مواد می توان در اجرای مجزا برای کاربردهای گرمایش و سرمایش از جمله کرکره،دیوار های روبه خورشید ،سیستم های گرمایشی کف وپنل های .سقف ویا دیوارترومپ استفاده میشود.

معرفی دیوار ترومپ:

نوعی دیوار ذخیره ساز حرارتی که از یک دیوار تیره از جنس مصالح بنایی تشکیل یافته که با شیشه های عمودی پوشانده میشود .در هنگام شب ،دمای سطح جذب کننده دیوار ولایه های مجاور ان به پایین تر از دمایی هوای اتاق سقوط می کند این امر باعث می شود که با متراکم شدن هوای سرد در فضایی شیشه ای ،هوای سرد از پایین وارد فضای خانه شده وهوای گرم از دریچه ی بالا وارد محفظه ی بین دیوار وشیشه می شود .لذا عملی ترین شیوه کنترل منافذ ،صفحه ای سبک وزن است که روی منفذ بالای دیوار ترومپ لحاظ می شود .

محاسن دیوار ترومپ:

۱به عنوان یک سپر محافظ کننده بین ساکنین وتغییرات دمای سطح جذب کننده

۲گرما را از طریق ذخیره سازی حرارتی به کندی منتقل می کنند ،به همین دلیل دما را هم تعدیل وهم به تاخیر می اندازند.

معایب دیوار ترومپ:

۱باتوجه به این که در این سیستم دیوار وشیشه ای که در جلوی ان قرار دارد فاصله ی خیلی نزدیکی دارند .

۲ تمیز کردن این شیشه از داخل مشکل ساز است.

۳ ترموسیرکولاسیون معکوس در شب (هوای گرم از منفذ بالای خارج و هوای سرد از پایین وارد فضایی داخلی می شود ).

  • انباشته شدن گردو غبار روی شیشه از داخل ،که همان لحث تمیز کردن است که در بالا ذکر شد.

۵ نصب و راه اندازی و نگهداری عایق شبانه در این دیوارها دشوار می باشد.

۶هزینه بالا.

نوعی دیوار ترومب

نوعی دیوار ترومب

مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در صنعت ساختمان ترکیبات عالی یا معدنی هستند که قابلیت جذب و ذخیره مقادیر زیادی از انرژی گرمایی را درون خود دارند.ذخیره انرژی گرمایی در این مواد،در طی فرایند تغییر فاز (تغییر حالت از جامد به مایع یا بالعکس)اتفاق می افتد.این مواد به هنگام تغییر فاز از جامد به مایه یااز مایع به جامد ،این گرما را از محیط جذب نموده ویا به محیط پس می دهند.ماده تغییر فاز دهنده قابلیت ان را دارد که این انرژی نهفته ی گرمایی را بدون هیچ گونه تغییری حتی پس از هزاران چرخه تغییر فاز، خود حفظ نماید واین مواد در صورت استفاده در ساختمان از طریق چرخه هایی متوالی ذوب و انجماد یدرتغییرات شدید دمای هوا(مثلا بین شب و روز)مقادیر زیادی گرما را با محیط تبادل نموده واز این طریق دمای هوای متعادلتری را برای فضای داخل ساختمان تامین می نمایند.

استفاده از این مواد به عنوان ذخیره کننده انرژی در ساختمان ،با تعبیه در صفحات گچی،نازک کاری،بتن و دیگر مصالح پوشاننده دیوار حتی در ساختمان هایی سبک می تواند توده حرارتی مناسبی در ساختمان فراهم سازد .تجربیات و ازمایشاتی برای انواع تغییر فازدهنده ها در دیوار وبتن صورت گرفته که همگی قابلیت افزایش دهنده انرژی  حرارتی را در دیوار کچی ،بلوک های بتنی ،که اوج بار حرارتی را افزایش داده واز انرژی خورشیدی استفاده مکند.طبق نتایج حاصل از یک مطالعه ،استفاده از مواد تغییر فازدهنده منجر به افزایش دمای اتاق و ذخیره سازی حدود ۱۹درصدانرژی می گردد.همچنین به کارگیری این مواد به سبب کاهش اندازه ی نوسانات دمای هوای داخل وباقی ماندن دمای هوای اتاق برای مدت زمان طولانی تر نزدیک به دمای مطلوب اتاق،باعث بهبود شرایط اسایش حرارتی نیز می شود.نقطه ی ذوب مواد تغییر فاز دهنده ی مختلف دامنه دمایی پهناوری از۳۰تا۹۰درجه ی سانتیگراد را پوشش می دهدکه مواد تغییر فاز دهنده ای که نقطه ذوبشان در بازه ی دمایی ۲۰تا۳۲ درجه سانتیگراد است ،ظرفیت بهتری برای بکارگیری در ساختمان وتامین اسایش حرارتی دارند.علاوه بر اب ،۵۰نوع طبیعی یا مصنوعی از مواد تغییر فازدهنده وجود دارد که تفاوت های انها در دمای تغییر فاز و همچنین میزان گرمای نهان انهاست.

در مطالعات متعددی که در زمینه ی کاربرد این گونه مواد در ساختمان صورت گرفته ،نتایج بسیار مطلوبی در ارتباط با کاهش انرژی مصرفی برای سرمایش وگرمایش و همچنین سهولت در تامین شرایط اسایش وحتی راحتی ساکنین به دست امده است.طبق نتایج حاصل از بکارگیری این مواد در ساختمان،نوسانات دمای هوای داخل ساختمان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و حفظ دمای محیط مناسب با دمای مطلوب بدن اسان می گردد.با انتخاب نوع مناسب ای مواد بر اساس نوع اقلیم منطقه ومتناسب بافصل ،می توان از ای ماده جهت تعدیل هوای داخل ساختمان ولذا صرفه جویی طبیعی درصدهای بالایی از انرژی مصرفی برای سرمایش و گرمایش استفاده نمود.

نمونه های از نتایج ازمایشات انجام شده در زمینه کنترول نوسانات دمای داخلی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده

نمونه های از نتایج ازمایشات انجام شده در زمینه کنترول نوسانات دمای داخلی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده

روش های کاربرد این مواد در صنعت ساختمان را می توان در سه دسته کلی به عنوان مصالح ساختمانی ،به عنوان یکی از اجزای ساختمان وبه عنوان جزئی ازتجهیزات سرمایش و گرمایش ساختمان تقسیم بندی نمود.

اهداف کاربردPCMدر ساختمان

  • کاهش بارگرمایی و سرمایی و کاهش مصرف انرژی:

عوامل زیادی بر دمای هوای اتاق و مصرف انرژی اثر می گذارند. این عوامل شامل شرایط آب و هوایی (از قبیل دمای محیط خارج، سرعت باد و میزان تابش خورشید)، ساختار اتاق و خواص ترموفیزیکی مواد بکار رفته در آن، منابع تولید گرمای داخل از جمله انسان، نرخ تغییر هوای اتاق درهر ساعت (ACH) و موارد دیگر می باشند. اختلاف میان دمای هوای اتاق با محدوده آسایش حرارتی، تعیین کننده بار گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز است. با کاهش این اختلاف دما، بار گرمایی و سرمایی مورد نیاز کاهش خواهد یافت.این کاهش بار گرمایی و سرمایی خود منجر به کاهش مصرف انرژی خواهد شد که یکی از اهداف مهم کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان می باشد.

  • کاهش نوسان دمای هوای اتاق:

مواد تغییر فاز دهنده می توانند انرژی گرمای نهان زیادی را در یک محدوده دمایی کم در خود ذخیره کنند. این مواد با جذب انرژی گرمایی از محیط اتاق و نیز محیط خارج در طول روز تغییر فاز داده و دمای هوای اتاق را کاهش می دهند اما در شب با کاهش دمای محیط از حالت مایع به جامد تغییر فاز داده و با آزاد سازی انرژی ذخیره شده، دمای هوای اتاق را افزایش می دهند. این پروسه به کاهش نوسانات دمای هوای اتاق منجرمی شود.

  • بهبود شرایط اسایش حرارتی اتاق:

PCM بکاررفته در دیوارهای اتاق، می تواند دمای دیوارها را در بسیاری از ساعت های شبانه روز در دمای ذوب خود نگه دارد و از طریق تبادل حرارتی این سطوح با هوای اتاق، دمای هوای اتاق را نیز به محدوده آسایش حرارتی نزدیک کند. علاوه بر این نگه داشتن دمای سطوح داخلی دیوارهای اتاق برای مدتی طولانی در محدوده دمای آسایش حرارتی و نیز کم کردن قابل توجه نوسانات دمایی این سطوح، به بدن افراد ساکن در اتاق این امکان را می دهد که از طریق تبادل حرارتی و تابش گرمایی بین سطوح داخلی دیوارها و بدن افراد، شرایط آسایش حرارتی مناسب تری برای افراد ایجاد شود.

  • یکنواخت تر کردن مصرف انرژی ساختمان در شبانه روز:

PCM با ذخیره کردن انرژی در طول روز و آزاد کردن آن در شب های زمستان، باعث می شود که مینیمم بار گرمایی اتاق در طول روز افزایش یابد و ماکزیمم بارگرمایی اتاق در شب کاهش یابد این فرآیند برای بار سرمایی اتاق در فصل گرم سال نیز با بکار سیستم دو لایه PCM که در تحقیق حاضر معرفی شده است، اتفاق می افتد. نتیجه این عمل نزدیک تر کردن مقدار حداکثر و حداقل بار گرمایی و سرمایی اتاق به یکدیگر در شبانه روز می باشد. کاهش نوسانات بار گرمایشی و سرمایشی ساختمان، کمک بزرگی به واحدهای تولیدکننده انرژی از جمله نیروگاه ها است همچنین کاهش نوسانات بار، باعث افزایش طول عمر سیستم های گرمایشی و سرمایشی ساختمان در دراز مدت می شود.

در ادامه به معرفی نمونه های از مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در دسته بندی های فوق می پردازیم .

انواع کاربردهای مواد تغییر فاز دهنده

  • تهویه ساختمان ها
  • ذخیره سازی انرژی گرمایی
  • سرمایش موتورهای برقی
  • سرمایش:‌ غذا، قهوه،‌لبنیات،‌گلخانه‌ها و غیره.
  • پزشکی: حمل خون، میزهای عمل، تراپی‌های داغ-سرد
  • بازیابی گرمای هدر رفته
  • سرمایش و گرمایش آب
  • سیستم های تهوه گرمایی
  • مخزن‌های بدون واکنش در ساختمان‌های بیواقلیمی (معماری)
  • کنترل دمای واکنش‌های شیمیایی
  • صفحات خورشیدی
  • سیستم‌گرمایی فضاپیما
  • تهویه خودروها
  • مراقبت گرمایی از قطعات الکترونیک
  • مراقبت گرمایی از غذا بخصوص در هتل‌ها
  • تکه‌های دوختی در لباس
  • سرمایش کامپیوترها
  • خنک‌کردن توربین‌های ذخیره گرمایی

حال به توضیح برخی ازاین کاربردها می پردازیم

کاربرد به عنوان مصالح ساختمانی:

در این حالت مواد تغییر فاز دهنده به صورت میکرو کپسول های تعبیه شده درون سایر مصالح ساختمانی بکار می رود.جنس میکروکپسول ها جهت استفاده در مواد ساختمانی باید به گونه ای انتخاب شود که در مقابل نیرو های مکانیکی ،گرما و بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم باشد. با توجه به اندازه ی بسیار ریز میکرو کپسولها ،می توان این مواد را در انواع مواد ساختمانی دارای خلل و فرج و در حین تولید ملات وبه عنوان مواد افزودنی استفاده نمود .از جمله موارد کاربرد به این صورت ،میتوان به استفاده در بتن دیوار ها وسقف ویا تخته های گچ حاوی این مواد اشاره نمود .یکی از محصولات تولید شده از مواد تغییر فاز دهنده،محصولی از دانه های پرافین محصور شده در یک پلیمر است که می تواند بصورت میکروکپسولهایی با قطر حدود ۵میکرون با گچ یا بتن مخلوط شود .این مخلوط را میتوان در گچ اسپری استفاده کرد .دیواری با ضخامت ۳سانتیمتر ساخته شده از این محصول ،دارای جرم حرارتی مشابه با دیوار۸سانتیمتری بتنی ودیوار ۱۳سانتی متری اجری است .از مزایای این روش ،سهولت استفاده واز جمله معایب ان هزینه  بالای تولید میکروکپسولهاست.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
mostafa bohluli
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید