Εισαγωγή
Τα PCM (υλικά αλλαγής φάσης) είναι υλικά που χρησιμοποιούνται ως συστήματα αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας. Η ενθαλπία μετάβασης από στερεά σε υγρή φάση χρησιμοποιείται έτσι για την αποθήκευση θερμότητας. Το πεδίο εφαρμογής των συστημάτων αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας εκτείνεται από θερμάστρες τσέπης έως λειτουργικά υφάσματα και στοιχεία τοίχων και οροφών σε κτιριακές κατασκευές. Οι θερμοφυσικές ιδιότητες ενός δείγματος PCM από φυτικά εκχυλίσματα διερευνήθηκαν με τη βοήθεια του LFA 467 HyperFlash® και του DSC 204 F1 Phoenix® .
Συνθήκες δοκιμής
LFA:
- 30°C έως 150°C στερεό δείγμα στην πρότυπη θήκη δείγματος (θέρμανση)
- 220°C έως 30°C υγρό δείγμα στη θήκη δείγματος PEEK (ψύξη), βλέπε σχήμα 1
DSC:
- -θέρμανση και ψύξη από 10°C έως 225°C
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται η θέρμανση και η ψύξη του δείγματος PCM με τη βοήθεια της DSC. Η τήξη του δείγματος αρχίζει περίπου στους 165°C (έναρξη), η κρυστάλλωση κατά την ψύξη, ωστόσο, αρχίζει και πάλι μόνο στους 123°C περίπου. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται και στις μετρήσεις LFA. Τα κόκκινα τετράγωνα στο σχήμα 3 αντιπροσωπεύουν τη θερμική διαχυτότητα του δείγματος PCM κατά την ψύξη (από υγρό σε στερεό). Το βήμα στη θερμική διαχυτότητα μπορεί να σχετίζεται με τη μετάβαση φάσης. Δεδομένου ότι τα σημεία μέτρησης καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια της ψύξης, η μετάβαση φάσης εμφανίζεται μεταξύ 120°C και 150°C. Τα κόκκινα τρίγωνα στο σχήμα 3 αντιπροσωπεύουν τη θερμική διαχυτότητα κατά τη θέρμανση του δείγματος PCM. Και οι δύο μετρήσεις βρίσκονται σε καλή συμφωνία μεταξύ τους. Μόνο στους 150°C παρατηρείται σημαντική διαφορά, η οποία αποδίδεται στις διαφορετικές καταστάσεις των δειγμάτων (υγρή και στερεή) που προκύπτουν από τις διαφορετικές θερμοκρασίες τήξης και κρυστάλλωσης.
Στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται οι θερμοφυσικές ιδιότητες κατά τη θέρμανση του δείγματος PCM μεταξύ 30°C και 220°C ως συνδυασμός των δύο μετρήσεων. Η μετάβαση φάσης από στερεό σε υγρό μπορεί να προσδιοριστεί σαφώς στη θερμική διαχυτότητα καθώς και στην ειδική θερμοχωρητικότητα και τη θερμική αγωγιμότητα μέσω ενός βήματος μεταξύ 150°C και 180°C.
Περίληψη
Η ειδική υποδοχή δείγματος για υγρά και πάστες (υποδοχή δείγματος PEEK) επιτρέπει τη διερεύνηση της θερμικής διαχυτικότητας των δειγμάτων PCM ακόμη και μέσα στο τήγμα, μέσω της LFA. Οι συγκριτικές μετρήσεις με και χωρίς τη θήκη υγρών δειγμάτων στην περιοχή των στερεών βρίσκονται σε καλή συμφωνία, εφόσον υπάρχει καλή επαφή μεταξύ του δείγματος και της θήκης δείγματος (ανάλυση 3 στρώσεων). Οι μετρήσεις DSC επιτρέπουν την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη συμπεριφορά τήξης και κρυστάλλωσης των δειγμάτων και παρέχουν δεδομένα σχετικά με την ειδική θερμοχωρητικότητα. Από τις μετρήσεις και των δύο μεθόδων μπορούν στη συνέχεια να γίνουν αξιόπιστες δηλώσεις για τη θερμική αγωγιμότητα του δείγματος PCM στη στερεή και υγρή περιοχή.