پایان نامه

ذخیره سازی انرژی گرمایی در مبدل های حرارتی با مواد تغییر فاز دهنده

مواد تغییر فاز دهنده (PCM) چیست؟

(Phase Change Material) PCM به مواد تغییرفاز دهنده گفته میشود. این مواد ترکیبات آلی یا معدنی هستند که قابلیت جذب و ذخیره پنهان مقادیر زیادی از انرژی گرمایی را درون خود دارند. ذخیره انرژی گرمایی در این مواد، در طی فرآیند تغییر فاز (تغییر حالت از جامد به مایع یا بالعکس) اتفاق میافتد. این مواد به هنگام تغییر فاز از جامد به مایع یا از مایع به جامد، این گرما را از محیط جذب نموده و یا به محیط پس می دهند. ماده تغییر فازدهنده قابلیت آن را دارد که این انرژی نهفته گرمایی را بدون هیچگونه تغییری حتی پس از هزاران چرخه تغییر فاز، درون خود حفظ نماید. این مواد در صورت استفاده در ساختمان، از طریق چرخه های متوالی ذوب و انجماد در تغییرات شدید دمای هوا (مثلا بین شب وروز)، مقادیر زیادی گرما را با محیط تبادل نموده و از این طریق دمای هوای متعادل تری را برای فضای داخل ساختمان تامین می نمایند]1[.

 

1-2 تاریخچه استفاده از مواد تغییر فازدهنده:

 اولین گزارشها مبنی بر کاربرد این مواد در ساختمان از 1940 به صورت نوظهور مطرح شد. سپس استفاده از این مواد در ساختمان از دهه 1980 به صورت گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و امروزه استفاده از آنها در صنعت ساختمان از جایگاه ویژه ای برخوردار شده است. این مواد را میتوان در ساختمان و در اجزایی مجزا برای کاربردهای گرمایش و سرمایش به کار برد از جمله کرکره ، دیوار رو به خورشید، تخته گچ، سیستمهای گرمایش کف و تخته های سقفی . همچنین بعد از جنگ جهانی دوم برای ساختن نخستین ذخیره کننده در خانه خورشیدی به عنوان PCM از این مواد استفاده شد.

1-3 چگونگی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده:

مواد در طبیعت در سه فاز مایع، جامد و گاز وجود دارند. در صورتی که ماده ای از یک فاز به فاز دیگر تغییر حالت دهد، مقداری گرما را که گرمای نهان نامیده میشود، جذب یا آزاد مینماید. به عنوان مثال، یک ماده جامد پس از گرم شدن و رسیدن به نقطه ذوب خود، به جذب حجم بالایی از انرژی (که گرمای نهان ذوب نامیده میشود) پرداخته و حالت خود را از جامد به مایع تغییر میدهد. مواد تغییر فاز دهنده این خاصیت را دارند که حالت خود را در یک دامنه دمایی مشخص تغییر دهند، به این مفهوم که طی فرآیند تغییر حالت، دمای خود را برای طول مدت تغییر حالت حفظ مینمایند. در واقع، روش کار این مواد برای ذخیره انرژی گرمایی به این صورت است که طی فرایند گرم شدن محیط، به صورت موازی با محیط گرم میشوند تا زمانی که به دمای ذوب خود (تغییر فاز) برسند]2[.

پس از رسیدن به این دما علیرغم اینکه دمای محیط همچنان به روند افزایشی خود ادامه میدهد، دمای این مواد و البته محیط اطراف آن به دلیل اینکه در حال تغییر فاز است، ثابت مانده و در برابر افزایش دما مقاومت مینماید. در واقع، طی این بازه زمانی که معمولاً چند ساعت نیز به طول می انجامد، ماده تغییر فازدهنده مقادیر زیادی از گرمای محیط را به خود جذب مینماید، ولی آن را صرف افزایش دمای خود نمیکند، بلکه این گرمای جذب شده را صرف تغییر فاز خود از جامد به مایع نموده و طی فرایند تغییر فاز، دمای خود و محیط اطراف خود را ثابت نگاه میدارد

 

عکس ها و اشکال مربوط به این مطلب در فایل اصلی پایان نامه موجود است

دانلود پایان نامه ارشد : تحلیل عددی ذخیره سازی انرژی گرمایی در مبدل های حرارتی با مواد تغییر فاز دهنده