مواد تغییر فاز (PCM)اخیراً توجه قابل توجهی را در صنعت به خود جلب کرده است. کارشناسان خاطرنشان میکنند که کاربردهای این مواد برای ذخیره انرژی حرارتی در بخشهای صنعتی و ساختمانی-یعنی فناوریهای-حفظ طولانی مدت گرما یا سرما-به بلوغ تجاری نزدیک میشوند. اما مواد تغییر فاز دقیقاً چیست و آیا چشم انداز بازار آنها واقعاً انتظارات را برآورده می کند؟
گرمایش زمین یکی از مهمترین چالش های زیست محیطی است که جهان امروز با آن مواجه است. تحقیقات علمی نشان می دهد که فراوانی، مدت و گستره جغرافیایی رویدادهای گرمای شدید به طور قابل توجهی افزایش یافته است و تهدیدهای قابل توجهی برای سلامتی انسان به شمار می رود. اگرچه سیستمهای گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) میتوانند به طور موثر استرس حرارتی داخل ساختمان را کاهش دهند، اما نمیتوانند سناریوهای فضای باز مانند آتشنشانی، آموزش نظامی و ساخت و ساز را پوشش دهند. در شرایط دمای بالا، فعالیت شدید، و لباسهای محافظ که تبخیر عرق را محدود میکند، کارگران در فضای باز مستعد آسیبهای ناشی از گرما-و کاهش راندمان کاری هستند. در نتیجه، فنآوریهای خنککننده شخصی که آب و هوای میکرو-استفادهکننده را تنظیم میکنند، به راهحلهای حیاتی تبدیل شدهاند.
لباسهای خنککننده شخصی عمدتاً از طریق سه فناوری تحقق مییابند:-لباسهای خنکشده با هوا (ACG)،-لباسهای خنکشونده مایع (LCG)، و-لباسهای خنککننده با تغییر فاز (PCG). ACG ها از یک کمپرسور برای انتقال هوای سرد استفاده می کنند که تبخیر عرق و اتلاف حرارت همرفتی از پوست را افزایش می دهد. LCGها از طریق لولههای سیال سرد در گردش به خنککاری رسانا میرسند. و PCG ها به عنوان سیستم های خنک کننده غیرفعال، گرمای بدن را از طریق گرمای نهان ذوب PCM جذب می کنند، بدون نیاز به تجهیزات خارجی و قابلیت حمل و نقل عالی را ارائه می دهند.
قرار گرفتن طولانیمدت در محیطهای{0}}درجه حرارت بالا و رطوبت{1} بالا، استرس حرارتی را بر بدن انسان وارد میکند و راندمان کار را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهد. لباسهای خنککننده تغییر فاز شخصی (PPCG) بهطور مؤثر فشار گرمایی را کاهش داده و آسایش حرارتی را با تنظیم محیط میکرو{4}}در داخل لباس بهبود میبخشد و آنها را بهویژه برای کارگران در فضای باز مناسب میسازد.
عوامل کلیدی موثر بر عملکرد خنک کننده
- مواد: اولویت باید به PCMهایی با ظرفیت نهفته-حرارتی بالا، نقاط ذوب همراستا با محدوده آسایش حرارتی انسان{1}}و هدایت حرارتی بالا داده شود.
- طراحی کپسوله سازی: توصیه می شود مقدار مناسبی از PCM را به طور یکنواخت بر روی نواحی حساس به حرارت بالاتنه توزیع کنید و یک لایه عایق در خارج از جیب های PCM اضافه کنید تا ورود گرما را کاهش دهد.
- تأثیرات محیطی: اثر سرمایش میتواند در شرایط دمای شدید یا رطوبت بالا تا حدودی کاهش یابد.
بار-هزینه متابولیک القایی
فراتر از اثر خنک کنندگی مورد نظر، وزن اضافه شده PPCGها، نرخ متابولیک پوشنده را افزایش می دهد و در نتیجه راندمان خنک کننده خالص را کاهش می دهد.
محدودیت در مدت زمان خنک سازی
مدت زمان خنکسازی مؤثر توسط فرآیند تغییر فاز غیرقابل برگشت{0}} PCMها و ویژگیهای سناریوهای کاربردی محدود میشود. رویکردهای نوآورانه-مانند ترکیب PCM با نقاط ذوب مختلف یا ادغام{3}}حلقههای خنککننده مایع{4}راهبردهای امیدوارکنندهای برای افزایش استقامت خنککننده ارائه میدهند و مستحق تحقیقات بیشتر هستند.
برنامه های کاربردی معاصر
در عمل مدرن، حلقههای یخ خنککننده قابل حمل و مچبند (کیسههای همدما) نمونهای از برنامههای PCM معمولی هستند. این محصولات با کنترل دقیق چرخههای انجماد مذاب-مجموعهسازی مجدد PCM، یک محیط میکرو{1}} خنک را حفظ میکنند و در نتیجه یک سیستم انتقال{3} حرارت کارآمد ایجاد میکنند.
