استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) برای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها

کاهش انرژی مصرفی جهت گرمايش و سرمايش ساختمان ها می تواند نقش به سزايی در کاهش وابستگی انسان به سوخت های فسیلی، بحران انرژی، گرمايش زمین و ديگر مسائل زيست محیطی ایفا کند. همواره انگیزه اصلی محققان و مهندسان، جستجوی راه های جديد برای کاهش مصرف انرژی ساختمان بوده است. اخیرا، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده جهت افزايش جرم حرارتی ساختمان بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. به طور كلی مواد می توانند به سه شكل انرژی را در خود ذخیره كنند؛ انرژی شیمیایی، انرژی نهان و انرژی محسوس که مواد تغییر فاز دهنده در دسته ی دوم قرار می گیرند.

 

مواد تغییر فاز دهنده و تلفیق آنها با سایر انرژی های نو، در حوزه های نمای هوشمند ساختمان (به منظور تامین آسایش برودتی و حرارتی ساکنان)، سیستم های اطفاء حریق، سیستم های هوشمند تامین سرمایش، سیستم های خورشیدی با تمرکز بالا و سیستم های تامین آب گرم مصرف خانگی به کار گرفته می شوند که در جملگی این حوزه ها ضمن رعایت توجیه اقتصادی، کاهش قابل ملاحظه در مصرف انرژی به ارمغان آمده است.

مواد تغییر فاز دهنده، Phase Change Material) PCM)، موادی با تركيبات آلي يا معدني هستند كه قابليت جذب و ذخيره پنهان مقادير زيادي از انرژي گرمايي را درون خود دارند. اين مواد به هنگام تغيير فاز از جامد به مايع يا از مايع به جامد، اين گرما را از محيط جذب نموده و يا به محيط پس مي دهند. اين مواد در صورت استفاده در ساختمان، از طريق چرخه هاي متوالي ذوب و انجماد در تغييرات شديد دماي هوا (مثلا بين شب و روز)، مقادير زيادي گرما را با محيط تبادل نموده و از اين طريق براي فضاي داخل ساختمان دماي هواي متعادل تري را تامين مي کنند.

محققان در دهه های اخیر موفق به ساخت موادی شده اند که قابلیت تغییر فاز در اثر جذب انرژی خورشید را دارند. اين مواد نسبت به موادی که سابقاً به عنوان جرم گرمايی مورد استفاده قرار می گرفتند، قابلیت بسیار بالاتری در جذب انرژی گرمايی دارند و علاوه بر کاهش نوسانات روزانه دما در محیط داخل، بسیار سبک تر نیز می باشند.

در مواد تغییر فاز دهنده بكار رفته در جداره ساختمان، اگر ماده انتخاب شده دماي ذوبي در محدوده دماي همان منطقه در حوالي ظهر داشته باشد، فرايند تغيير فاز در حدود ظهر كه دماي محيط به حداكثر خود مي رسد مي تواند اتفاق بيفتد. بنابراين، پس از گرم شدن محيط و رسيدن به دماي حداكثر، ماده تغییر فاز دهنده در جداره نيز گرم شده و به نقطه ذوب خود مي رسد، از اين زمان به بعد، ماده مذكور به جذب انرژي گرمايي محيط ادامه مي دهد ولي در برابر افزايش دماي خود و محيط اطراف مقاومت نموده و دما را در همان نقطه ذوب حفظ مي نمايد. اين روند تا زماني ادامه مي يابد كه كل ماده تغییر فاز دهنده از حالت جامد به مايع تبديل شود كه معمولاً چند ساعت به طول می انجامد. پس از ذوب شدن كامل ماده تغییر فاز دهنده، مقاومت آن نيز در برابر افزايش دما از بين خواهد رفت، اما اين اتفاق زماني خواهد افتاد كه به دليل گذشتن ساعات اوج گرماي روز، محيط هم روند گرمايشي خود را متوقف نموده است. بنابراين، با استفاده از اين مواد در جداره ساختمان می توان به طريقي از بار گرمايي محيط در ساعات اوج گرمايي کاست.

ویژگی های مواد تغییر فاز دهنده

1. در شاخه مهندسی از مواد تغییر فاز دهنده برای بکارگیری و ذخیره انرژی استفاده می‌شود.
2. برای حفظ دمای آسایش مناسب هستند.
3. این مواد ده برابر بیشتر از آب، سنگ و زمین به ذخیره‌سازی حرارت تمایل دارند.
4. از نظر شیمیایی پایدارند.
5. قابل بازیافت هستند.
6. غیر واکنش پذیرند.
7. طول عمر طولانی دارند.

روش هاي بكارگيري مواد تغيير فاز دهنده در ساختمان

با توجه به اينكه مواد تغيير فاز دهنده در طول دوره كاربری خود در دو فاز مايع و جامد وجود دارند، لذا اين مواد بايستي درون محفظه هايي قرار داشته باشند و مورد استفاده قرار گيرند تا از جاري شدن و هدر رفتن آنها در فاز مايع جلوگيري شود. مواد تغییر فاز دهنده موجود در بازار و برای مصرف در ساختمان در سه حالت ميكروكپسول هاي حاوي اين مواد، پاكت هاي پلاستيكي و همچنين پنل هاي سخت ساخته شده از پلي اتيلن با دانسيته بالا (HDPE) وجود دارند.

به عنوان مثال دانشمندان سوئيسي موفق به ساخت نوعي از شيشه هاي دو جداره شده اند كه علاوه بر اينكه شيشه های خاصی هستند، در فواصل بين دو پنل شيشه اي از مواد تغییر فاز دهنده نيز استفاده شده است. شيشه سمت بيرون در اين پنل دو جداره مجهز به يك فيلتر منشوري درخشان است، اين فيلتر در واقع نوعي ابزار كنترلي است كه سبب مي شود اشعه هاي خورشيد در تابستان كه زاويه بالايي دارند در بيرون ساختمان بمانند ولي اشعه هاي خورشيد در زمستان كه زاويه كمي دارند به داخل ساختمان راه بيابند. ماده تغییر فاز دهنده اي كه در بين فواصل اين صفحات شيشه اي به كار رفته است، در حين تابش خورشيد به يك مايع شفاف تبديل مي شود و زماني كه تابش خورشيد از بين مي رود، مجددا به حالت جامد برمي گردد. این پديده به حفظ گرما و گرم تر ماندن درون ساختمان كمك مي كند.

منبع: http://arkanarzesh.com

برچسب‌ها: کاهش مصرف انرژی در ساختمان , جرم حرارتی ساختمان , گرمایش و سرمایش ساختمان , صنعت ساختمان , مصالح ساختمانی بال کلی در صنعت کاشی و سرامیک...