Faz değiştiren malzemeler, faz değiştirdiklerinde ısı enerjisini emen ve serbest bırakan maddelerdir (gizli ısı olarak bilinir). Bir malzeme eridiğinde katı fazdan sıvı faza geçer. Faz geçişi sırasında, birçok malzeme önemli miktarda ısı enerjisini emebilir. Malzeme donduğunda ve katılaştığında bunun tersi doğrudur: malzeme eridiğinde emdiği ısıyı verecektir. Farklı malzemeler farklı sıcaklıklarda erir ve katılaşır ve farklı miktarda ısı enerjisini emebilir.
Faz değiştiren malzemeler, belirli, tanımlanmış sıcaklıklarda eriyip katılaştıklarından, onları çeşitli uygulamalarda sıcaklığı kontrol etmeye uygun hale getirdikleri için faydalıdır. Isıyı emmek için eriyen malzemeler, duyulur ısı enerjisi malzemelerine kıyasla ısı enerjisini emmede çok daha verimlidir. Bu, ısı enerjisi faz değişim malzemesini depolamak için, faz değiştirmeyen bir malzeme kullanmaktan çok daha az miktarda malzeme gerektiği anlamına gelir.
Bir PCM, iki farklı ısı enerjisi formu nedeniyle çalışır: gizli ve duyulur ısı. Gizli ısı, maddenin bir halden başka bir hale geçmesi için gerekli olan enerji miktarıdır. Örneğin sıvıdan katıya. Bu tür ısı enerjisinin en yaygın örneği bir buz küpüdür. Bir buz küpü, gizli ısı kapasitesini kullanacak ve içecekten gelen ısı enerjisini emecektir. Buz küpü eridiğinde bunun nedeni, yapabileceği tüm gizli enerjiyi emmesidir. Öte yandan, duyulur ısı, maddenin fazını değiştirmeden bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gereken enerji miktarıdır. Bunun bir örneği bir su ısıtıcısıdır. Gizli ve duyulur ısı birlikte çalıştıklarında, uzun bir süre boyunca ihtiyaç duyulan belirli sıcaklığı koruyabilirler.
Son olarak, PCM ürünleri tipik olarak kullanıldıkları veya uygulandıkları ürünün ömrü boyunca dayanır. Erime ve katılaşma döngüleri boyunca geçiş sıcaklığı ve gizli ısı enerjisi aynı kalmalıdır. Ek olarak, PCM, sızıntı, bozulma ve kontaminasyonu önlemek için bir kabuk ile kaplanmıştır.
Binalarda enerji kullanımını azaltma hedefini gerçekleştirmeye yardımcı olmak için birkaç yeni teknoloji ortaya çıkıyor. Bu teknolojilerin bazıları, bina kabuğuna uygulanan ısı yalıtım malzemeleri ile ilgilidir. PCM’ler, fazlalık olduğunda büyük miktarlarda enerjiyi emmek ve bir eksiklik olduğunda serbest bırakmak için gizli ısı termal depolama (LHTS) ilkesini kullanır. PCM’lerin doğru şekilde kullanımı, tepe ısıtma ve soğutma yüklerini azaltabilir, bu sayede enerji kullanımını azaltabilir.
Ek bir fayda, daha küçük sıcaklık dalgalanmaları nedeniyle daha konforlu bir iç ortam sağlama yeteneğidir. Bina uygulamaları için PCM’lerin kullanılabileceği olası alanlar çoktur. Bu güne kadar incelenen alanlardan bazıları havalandırma sistemleri, pasif ısıtma ve soğutma sistemleri, zeminler, çatılar ve duvar kaplamalarıdır. PCM’ler ayrıca beton ve duvar panoları gibi yapı malzemelerine doğrudan dahil edilerek, orijinal tasarımda minimum değişiklikle yapılarda uygulanmalarına olanak tanır.
FAZ DEĞİŞİM MALZEMELERİNİN ÖZELLİKLERİ
Faz değişim malzemeleri (PCM), belirli bir aralıktaki sıcaklıkları kontrol etmek için faz değişiminin gizli ısısını kullanır. Sıcaklık belirli bir noktanın üzerine çıktığında malzemedeki kimyasal bağlar kopmaya başlayacak ve malzeme katıdan sıvı hale geçtiği endotermik bir süreçte ısıyı emecektir. Sıcaklık düştükçe, malzeme enerji verecek ve katı bir duruma geri dönecektir. Faz değişim sıcaklığının istenen konfor oda sıcaklığı civarında olduğu göz önüne alındığında, malzemenin fazını değiştirmek için kullanılan enerji, daha istikrarlı ve konforlu bir iç ortam ikliminin yanı sıra pik soğutma ve ısıtma yüklerini azaltacaktır. Bu nedenle faz değiştiren malzemeler özellikle ısıl kütlesi düşük binalarda ısı depolama kapasitesinde artış sağlayabilir. Sıcaklık aralığı, faz değiştiren malzeme olarak kullanılan malzemelere bağlı olarak değişir.
Schröder ve Gawron, faz değiştiren malzemelerden istenen bazı özellikleri özetledi:
- Birim hacim ve birim ağırlık başına yüksek füzyon ısısı ve yüksek özgül ısı. Bu, mümkün olduğunca küçük bir PCM hacmi ile gizli ısı depolamasından daha fazla etki elde etmek için arzu edilir.
- Faz değişim sıcaklığı uygulamaya uygun şekilde eşleştirilmiştir. PCM’lerden en iyi şekilde yararlanmak için faz değişim sıcaklığı iklime, sitemdeki konumuna veya PCM’nin kullanıldığı sistem tipine uygun olmalıdır.
- Çalışma sıcaklığında düşük buhar basıncı. Kapsülleyici malzeme üzerindeki basınç nedeniyle ekstra maliyetleri veya yırtılma tehlikesini önlemek için buhar basıncı mümkün olduğunca düşük olmalıdır.
UYGULAMA ALANLARI
Güneş Enerjisi Destekli Soğutma Uygulamaları İçin Soğuk Hava Deposu
(pct yaklaşık 5 -18°c)
Duvar Malzemesine Dahil Edilmiş PCM (Mikro Kapsüller)
(22°c civarında pct)
Güneş Enerjisi Için Isıtma Depolaması Ve Kazanların Daha Uzun Çalışma Süresi
(pct civarında 60°c)
Güneş Enerjili Klima Için Sıcak Depolama
(pct yaklaşık 80°c)
Güneş Enerjisi Destekli Soğutma Uygulamaları İçin Soğuk Hava Deposu (PCT Yaklaşık 5 -18°C
(pct yaklaşık 5 -18°c)
Duvar Malzemesine Dahil Edilmiş PCM (Mikro Kapsüller)
(22°c civarında pct)
Güneş Enerjisi Için Isıtma Depolaması Ve Kazanların Daha Uzun Çalışma Süresi
(pct civarında 60°c)
Güneş Enerjili Klima Için Sıcak Depolama
(pct yaklaşık 80°c)
Her durumda, faz değiştiren malzeme ile akışkan döngüsü (doldurma, boşaltma) arasında ısı transferi yapılmalıdır.
Aşağıdakiler dahil farklı teknikler kullanılır:
Faz değiştiren malzeme ile ısı transfer sıvısı arasında doğrudan temas: bunun için uzun süreli doğrudan temas için kimyasal olarak stabil olan malzemeler gerekir ve PCM’nin katılaşması küçük parçacıklar halinde meydana gelir ve sonrasında erime sırasında yeterli ısı transferini sağlar.
MAKROSKOPİK-KAPSÜLLER:
Bu en sık kullanılan kapsülleme yöntemidir. En yaygın yaklaşım, hem faz değiştiren malzemeye hem de ısı transfer akışkanına göre kimyasal olarak nötr olan bir plastik modül kullanmaktır. Modüller tipik olarak birkaç santimetre çapa sahiptir.
MIKRO-ENKAPSÜLASYON
Bu, PCM’nin birkaç mikrometre çapında (şu anda sadece parafinler için) küçük bir polimer malzeme kabuğunda kapsüllendiği nispeten yeni bir tekniktir. Geniş bir ısı değişim yüzeyi elde edilir ve toz benzeri küreler birçok inşaat malzemesine entegre edilebilir veya sulu pompalanabilir bulamaç olarak kullanılabilir.
Geleneksel su depolama tekniklerine kıyasla faz değişimi depolamasının başlıca avantajları şunlardır:
En azından sadece küçük faydalı sıcaklık farkları elde edilebiliyorsa, duyulur enerji depolamasından daha yüksek termal enerji depolama kapasitesi (daha küçük depolamalar).
Şarj ve deşarj sırasında nispeten sabit sıcaklık.
Yedek ısı üretim ünitesi için brülör çevrimleri ve dolayısıyla CO ve HC emisyonları azaltılabilir.
Faz Değişim Malzemesi
PCM'li ve PCM'siz Güneş Enerjili Isıtıcı sistemi (Referans: Course.lumenlearning.com )
FAZ DEĞİŞİM MALZEMESİ
Bina Uygulamaları
Bazı inşaat malzemeleri, ısı kazanımlarını emmek ve geceleri ısıyı serbest bırakmak için bir kopolimer içine yerleştirilmiş ve iki metal levha arasına yerleştirilmiş parafin mumu bazlı PCM’ler kullanmıştır. Şarj işlemi sırasında, bir duvardaki PCM kartları, iç duvar yüzey sıcaklığını düşürür, ancak ısı yayma işlemi sırasında PCM duvar yüzey sıcaklığı, diğer duvarlardan daha yüksektir. Erime bölgesinde, bir PCM duvarının ısı akısı yoğunluğu, normal bir duvarın neredeyse iki katıdır. Ayrıca, şarj aşamasında, bir PCM duvarı, ısı yalıtımı açısından sıradan bir duvardan daha iyi performans gösterir, ancak ısı tahliyesi aşamasında, PCM duvarı daha fazla ısı enerjisi boşaltır.
Oldukça tutarlı termal niteliklere sahip yapısal yalıtımlı panellerin aksine, bir PCM’nin özellikleri ortama bağlı olarak dalgalanır. Yapısal yalıtımlı panel her zaman çalışır durumda olup, sıcaktan soğuğa termal hareketi engeller. Yapısal yalıtımlı panel yalıtımı boyunca sıcaklık değişimi, termal akıyı belirler.
PCM’nin değeri, duvar içi sıcaklıklar PCM’nin durumunu değiştirmesine neden olduğunda gösterilir. Gündüz ve gece arasındaki sıcaklık farkı ne kadar yüksek olursa, PCM’nin ısı akışını azaltmak için o kadar güvenilir çalıştığı sonucuna varılabilir. Bir PCM yapısal yalıtımlı panel duvarın kullanılması, gündüzleri sıcak ve geceleri serin gibi büyük sıcaklık dalgalanmalarına sahip iklimler için ideal olacaktır.
PCM’ler, sınırlı bir sıcaklık aralığına sahip binalarda sıcaklık ayarı, yüksek yoğunluklu ısı veya soğuk depolama ve termal konfor için kullanılabilir. Sonuç olarak, güneş enerjisi verimli bir şekilde depolanırsa, gece soğuğuyla mücadelede kullanılabilir. PCM’lerin kullanımı, ısıtma talebini karşılama olasılığını açar. Gün boyunca üretilen enerjinin depolanmasına ve konforlu bir bina sıcaklığının korunmasına yardımcı olur.
Araç Uygulamaları
Otomobil uygulamalarında PCM’nin uygulanabilirliği üzerine yapılan çalışmaların sayısı artmaktadır. Hassas sıcaklıklarda bozulabilir kargo taşımak için tasarlanmış frigorifik araçlarla ilgili olarak PCM’ler araştırılmaktadır. Soğutmalı kamyonlar, treyler içinde sabit bir sıcaklık ve bağıl nemi korumak için aracın dışına monte edilen küçük soğutma üniteleri tarafından kontrol edilir. Gazla çalışırlar, bu nedenle treylerdeki sıcaklık dalgalanmaları nakliye maliyetleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Soğutmalı bir treylere giren maksimum ısı transfer oranları ve toplam ısı akışları, PCM kullanımı sayesinde azaltılmıştır. Bir ısı transferi azaltma teknolojisi olarak Ahmed, Meade ve Medina (2010), standart treyler duvarlarında parafin bazlı PCM’ler kullanarak geleneksel frigorifik kamyon treyler yalıtımı yaklaşımını güncelledi. Tüm duvarlar (güney, doğu, kuzey, batı ve üst) analiz edildiğinde, tepe ısı aktarım hızı ortalama olarak %29,1 oranında azalmıştır, ancak tek duvarlar için tepe ısı aktarım hızı yüzde 11,3-43,8 oranında azalmıştır.
Soğutmalı bölmeye günlük ortalama ısı akışında yüzde 16,3’lük bir azalma oldu. Bu bulgular, enerji tasarrufuna, dizel yakıtlı soğutma ünitelerinden kaynaklanan emisyonların azalmasına, daha küçük soğutmalı ekipmana ve daha uzun ekipman çalışma ömrüne yol açabilir.
Benzin, araçlarda kullanılan en yaygın yakıttır (yani gaz veya benzin). Otomobillerde kullanılan diğer sıvı formları arasında sıvılaştırılmış petrol gazları ve dizel bulunur. Hibrit araçlar, elektrikli modda sürüldüğünde tehlikeli egzoz kirleticilerini büyük ölçüde azaltma yetenekleri nedeniyle tüketiciler arasında son zamanlarda popülerlik kazanmıştır. Li-ion piller uzun süredir elektrikli cihazlarda (cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve taşınabilir cihazlar) kullanılmaktadır.
Özellikle Amerika Birleşik Devletleri’ndeki birçok uzman, hibrit otomobil yakıt ekonomisini ikiye katlamak ve emisyonları en aza indirmek amacıyla ulaşım uygulamalarında Li-ion pillerin kullanımını araştırıyor. Aracı elektrik modunda çalıştırmak için, aracın nominal voltajına uyacak şekilde Li-ion akü modülleri takılabilir.
Ancak bu, Li-iyon pillerin birçok uygulamada kullanılmasını engelleyen önemli bir sorunu gündeme getirir: deşarj sırasında Li-iyon piller, ekzotermik elektrokimyasal işlemlerin bir sonucu olarak enerjiyi serbest bırakır. Pilin yarattığı enerji çevreye yeniden dağıtılmalıdır. Transfer hızı yetersizse, jelleşmiş faz bileşenlerinin bazıları gaz haline gelerek hücrenin iç basıncını arttırır.
Sonuç olarak, enerji mümkün olduğu kadar hızlı bir şekilde hücreden salınmalı veya hücrenin sıcaklığı yükselmemelidir. Sveum, Kizilel, Khader ve Al-Hallaj’a (2007) göre, PCM kullanan termal yönetimli Li-ion piller ek soğutma sistemleri ihtiyacını en aza indirir ve mevcut gücü artırır. Araştırmacılar, pil takımlarını doğru sıcaklıkta tutmak için verimli termal yönetim kullandılar ve PCM’nin yüksek gizli füzyon ısısı, çok fazla ısıyı uzaklaştırmasına izin verdi.
Faz Değişim Malzemesi
Pasif bir termal yönetim sisteminin doğru kullanımıyla, bir paket Li-ion pil küçük bir sıcaklık aralığında tutulabilir. (Referans: allcelltech.com )
HAYVAN SAĞLIĞI
BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ
ADJUVANLAR
DALDIRMA SOĞUTMA SİSTEMLERİ
PCM
BİYOTEKNOLOJİ LABORATUVAR
TEKNİK DESTEK
ÜRETİM HİZMETLERİ
