I materiali a cambiamento di fase (PCM) sono ampiamente utilizzati principalmente perché forniscono soluzioni uniche ed efficaci nella gestione energetica, nel controllo della temperatura e nella protezione ambientale.Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata dei motivi principali per l'utilizzo dei materiali a cambiamento di fase:
1. Efficiente accumulo di energia
I materiali a cambiamento di fase possono assorbire o rilasciare una grande quantità di energia termica durante il processo di cambiamento di fase.Questa caratteristica li rende efficienti mezzi di accumulo dell’energia termica.Ad esempio, quando la radiazione solare durante il giorno è sufficiente, i materiali a cambiamento di fase possono assorbire e immagazzinare energia termica;Di notte o quando fa freddo, questi materiali possono rilasciare l'energia termica immagazzinata per mantenere il calore dell'ambiente.
2. Controllo stabile della temperatura
Nel punto di transizione di fase, i materiali a cambiamento di fase possono assorbire o rilasciare calore a temperature quasi costanti.Ciò rende i PCM molto adatti per applicazioni che richiedono un controllo preciso della temperatura, come il trasporto farmaceutico, la gestione termica dei dispositivi elettronici e la regolazione della temperatura interna negli edifici.In queste applicazioni, i materiali a cambiamento di fase aiutano a ridurre il consumo energetico e a migliorare l’efficienza complessiva del sistema.
3. Migliorare l'efficienza energetica e ridurre il consumo di energia
Nel campo dell’architettura, l’integrazione dei materiali a cambiamento di fase nelle strutture degli edifici può migliorare significativamente l’efficienza energetica.Questi materiali possono assorbire il calore in eccesso durante il giorno, riducendo il carico sull'aria condizionata;Di notte rilascia calore e riduce la domanda di riscaldamento.Questa naturale funzione di regolazione termica riduce la dipendenza dalle tradizionali apparecchiature di riscaldamento e raffreddamento, riducendo così il consumo di energia.
4. Rispettoso dell'ambiente
I materiali a cambiamento di fase sono composti principalmente da materiali organici o sali inorganici, la maggior parte dei quali sono ecologici e riciclabili.L’uso dei PCM può contribuire a ridurre le emissioni di gas serra e il consumo di combustibili fossili, contribuendo alla protezione dell’ambiente e al raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile.
5. Migliorare le prestazioni e il comfort del prodotto
L'uso di materiali a cambiamento di fase in prodotti di consumo come abbigliamento, materassi o mobili può fornire ulteriore comfort.Ad esempio, l’utilizzo dei PCM negli indumenti può regolare il calore in base ai cambiamenti della temperatura corporea, mantenendo una temperatura confortevole per chi lo indossa.Usarlo in un materasso può fornire una temperatura di sonno più ideale durante la notte.
6. Flessibilità e adattabilità
I materiali a cambiamento di fase possono essere progettati in diverse forme e dimensioni per soddisfare vari requisiti applicativi.Possono essere trasformati in particelle, pellicole o integrati in altri materiali come cemento o plastica, fornendo un elevato grado di flessibilità e adattabilità all'uso.
7. Migliorare i benefici economici
Sebbene l’investimento iniziale nei materiali a cambiamento di fase possa essere elevato, i loro benefici a lungo termine nel miglioramento dell’efficienza energetica e nella riduzione dei costi operativi sono significativi.Riducendo la dipendenza dall’energia tradizionale, i materiali a cambiamento di fase possono aiutare a ridurre i costi energetici e fornire ritorni economici.
In sintesi, l’uso di materiali a cambiamento di fase può fornire soluzioni efficaci di gestione termica, migliorare la funzionalità e il comfort del prodotto e contribuire a promuovere lo sviluppo sostenibile
Diverse classificazioni principali e rispettive caratteristiche dei materiali a cambiamento di fase
I materiali a cambiamento di fase (PCM) possono essere suddivisi in diverse categorie in base alla loro composizione chimica e alle caratteristiche del cambiamento di fase, ciascuna con vantaggi e limitazioni applicative specifiche.Questi materiali includono principalmente PCM organici, PCM inorganici, PCM a base biologica e PCM compositi.Di seguito è riportata un'introduzione dettagliata alle caratteristiche di ciascun tipo di materiale a cambiamento di fase:
1. Materiali organici a cambiamento di fase
I materiali a cambiamento di fase organici comprendono principalmente due tipi: paraffina e acidi grassi.
-Paraffina:
-Caratteristiche: elevata stabilità chimica, buona riutilizzabilità e facile regolazione del punto di fusione modificando la lunghezza delle catene molecolari.
-Svantaggio: la conduttività termica è bassa e potrebbe essere necessario aggiungere materiali conduttivi termici per migliorare la velocità di risposta termica.
-Acidi grassi:
-Caratteristiche: Ha un calore latente più elevato rispetto alla paraffina e un'ampia copertura del punto di fusione, adatto a diverse esigenze di temperatura.
-Svantaggi: alcuni acidi grassi possono subire una separazione di fase e sono più costosi della paraffina.
2. Materiali a cambiamento di fase inorganici
I materiali a cambiamento di fase inorganici includono soluzioni saline e sali metallici.
-Soluzione di acqua salata:
-Caratteristiche: buona stabilità termica, elevato calore latente e basso costo.
-Svantaggi: Durante il congelamento può verificarsi delaminazione ed è corrosivo e richiede materiali di contenimento.
-Sali metallici:
-Caratteristiche: temperatura di transizione di fase elevata, adatta per l'accumulo di energia termica ad alta temperatura.
-Svantaggi: esistono anche problemi di corrosione e può verificarsi un degrado delle prestazioni a causa della ripetuta fusione e solidificazione.
3. Materiali a cambiamento di fase di origine biologica
I materiali a cambiamento di fase di origine biologica sono PCM estratti dalla natura o sintetizzati attraverso la biotecnologia.
-Caratteristiche:
-Rispettoso dell'ambiente, biodegradabile, privo di sostanze nocive, che soddisfa le esigenze dello sviluppo sostenibile.
-Può essere estratto da materie prime vegetali o animali, come olio vegetale e grasso animale.
-Svantaggi:
-Potrebbero esserci problemi con costi elevati e limitazioni della fonte.
-La stabilità termica e la conduttività termica sono inferiori rispetto ai PCM tradizionali e potrebbero richiedere modifiche o supporto in materiale composito.
4. Materiali compositi a cambiamento di fase
I materiali compositi a cambiamento di fase combinano i PCM con altri materiali (come materiali termoconduttivi, materiali di supporto, ecc.) per migliorare alcune proprietà dei PCM esistenti.
-Caratteristiche:
-Grazie alla combinazione con materiali ad alta conduttività termica, la velocità di risposta termica e la stabilità termica possono essere notevolmente migliorate.
-È possibile effettuare personalizzazioni per soddisfare requisiti applicativi specifici, come il miglioramento della resistenza meccanica o il miglioramento della stabilità termica.
-Svantaggi:
-Il processo di preparazione può essere complesso e costoso.
-Sono necessarie tecniche accurate di abbinamento e lavorazione dei materiali.
Questi materiali a cambiamento di fase presentano ciascuno vantaggi e scenari applicativi unici.La selezione del tipo di PCM appropriato dipende solitamente dai requisiti di temperatura dell'applicazione specifica, dal budget di costo, da considerazioni sull'impatto ambientale e dalla durata di servizio prevista.Con l'approfondimento della ricerca e dello sviluppo della tecnologia, lo sviluppo di materiali a cambiamento di fase
Si prevede che il campo di applicazione si espanderà ulteriormente, soprattutto nello stoccaggio dell’energia e nella gestione della temperatura.
Qual è la differenza tra materiali a cambiamento di fase organici e materiali a cambiamento di fase infinito?
I materiali a cambiamento di fase organici, i PCM e i materiali a cambiamento di fase inorganici sono entrambe tecnologie utilizzate per l'accumulo di energia e il controllo della temperatura, che assorbono o rilasciano calore convertendosi dallo stato solido a quello liquido.Questi due tipi di materiali hanno ciascuno le proprie caratteristiche e aree di applicazione e le seguenti sono alcune delle principali differenze tra loro:
1. Composizione chimica:
-Materiali organici a cambiamento di fase: comprendono principalmente paraffina e acidi grassi.Questi materiali solitamente hanno una buona stabilità chimica e non si decompongono durante i processi di fusione e solidificazione.
-Materiali inorganici a cambiamento di fase: comprese soluzioni saline, metalli e sali.Questo tipo di materiale ha un'ampia gamma di punti di fusione ed è possibile selezionare un punto di fusione appropriato in base alle esigenze.
2. Prestazioni termiche:
-Materiali organici a cambiamento di fase: solitamente hanno una conduttività termica inferiore, ma un calore latente più elevato durante la fusione e la solidificazione, il che significa che possono assorbire o rilasciare una grande quantità di calore durante il cambiamento di fase.
-Materiali inorganici a cambiamento di fase: al contrario, questi materiali hanno tipicamente una conduttività termica più elevata, consentendo un trasferimento di calore più rapido, ma il loro calore latente può essere inferiore rispetto ai materiali organici.
3. Stabilità del ciclo:
-Materiali organici a cambiamento di fase: hanno una buona stabilità del ciclo e possono resistere a molteplici processi di fusione e solidificazione senza un degrado significativo o un cambiamento delle prestazioni.
-Materiali inorganici a cambiamento di fase: possono presentare una certa decomposizione o un degrado delle prestazioni dopo più cicli termici, in particolare quei materiali inclini alla cristallizzazione.
4. Costo e disponibilità:
-Materiali organici a cambiamento di fase: solitamente sono costosi, ma grazie alla loro stabilità ed efficienza, il loro costo di utilizzo a lungo termine può essere relativamente basso.
-Materiali inorganici a cambiamento di fase: questi materiali sono generalmente a basso costo e facili da produrre su larga scala, ma possono richiedere sostituzioni o manutenzioni più frequenti.
5. Aree di applicazione:
-Materiali organici a cambiamento di fase: grazie alla loro stabilità e alle buone proprietà chimiche, sono spesso utilizzati nella regolazione della temperatura di edifici, abbigliamento, biancheria da letto e altri campi.
-Materiali inorganici a cambiamento di fase: comunemente utilizzati in applicazioni industriali come l'accumulo di energia termica e i sistemi di recupero del calore di scarto, che possono sfruttare la loro elevata conduttività termica e l'intervallo del punto di fusione.
In sintesi, quando si selezionano materiali a cambiamento di fase organici o inorganici, è necessario considerare fattori quali requisiti applicativi specifici, budget e prestazioni termiche previste.Ogni materiale presenta vantaggi e limiti unici, adatti a diversi scenari applicativi.
Orario di pubblicazione: 28 maggio 2024