Johdanto
PCM (Phase Change Materials) on materiaalia, jota käytetään latenttilämmön varastointijärjestelminä. Kiinteän aineen ja nesteen välisen faasimuutoksen entalpia käytetään lämmön varastointiin. Latenttilämmön varastointijärjestelmien sovelluskenttä ulottuu taskulämmittimistä toiminnallisiin tekstiileihin ja rakennusten seinä- ja kattoelementteihin. Kasviuutteista koostuvan PCM-näytteen termofysikaalisia ominaisuuksia tutkittiin LFA 467 HyperFlash® ja DSC 204 F1 Phoenix® avulla.
Testiolosuhteet
LFA:
- 30°C - 150°C kiinteä näyte vakionäytteenottotelineessä (lämmitys)
- 220°C - 30°C nestemäinen näyte PEEK-näytteenottimessa (jäähdytys), ks. kuva 1
DSC:
- -10°C - 225°C lämmitys ja jäähdytys
Mittaustulokset
Kuvassa 2 esitetään PCM-näytteen lämmitys ja jäähdytys DSC:n avulla. Näytteen Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen alkaa noin 165 °C:n lämpötilassa (alku), mutta jäähdytyksen aikana tapahtuva KiteytyminenKiteytyminen on fysikaalinen kovettumisprosessi, joka tapahtuu kiteiden muodostuessa ja kasvaessa. Tämän prosessin aikana vapautuu kiteytymislämpöä.kiteytyminen alkaa uudelleen vasta noin 123 °C:n lämpötilassa. Tämä vaikutus on havaittavissa myös LFA-mittauksissa. Kuvassa 3 olevat punaiset neliöt kuvaavat PCM-näytteen lämpödiffuusiokykyä jäähdytyksen aikana (nesteestä kiinteäksi). Lämpödiffuusiokyvyn muutos voi liittyä faasimuutokseen. Koska mittauspisteet tallennettiin jäähdytyksen aikana, faasisiirtymä näkyy 120 °C:n ja 150 °C:n välillä. Kuvassa 3 olevat punaiset kolmiot kuvaavat lämpödiffuusiokykyä PCM-näytteen lämmittämisen aikana. Molemmat mittaustulokset ovat hyvin sopusoinnussa keskenään. Ainoastaan 150 °C:n lämpötilassa on havaittavissa merkittävä ero, joka johtuu näytteiden erilaisista tiloista (nestemäinen ja kiinteä), jotka johtuvat erilaisista sulamis- ja kiteytymislämpötiloista.
Kuvassa 4 esitetään lämpöfysikaaliset ominaisuudet PCM-näytteen lämmittämisen jälkeen 30 °C:n ja 220 °C:n välillä näiden kahden mittauksen yhdistelmänä. Kiinteästä nesteeseen -Vaiheen siirtymätTermiä faasimuutos (tai faasimuutos) käytetään yleisimmin kuvaamaan siirtymiä kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen tilan välillä.faasimuutos voidaan selvästi tunnistaa lämpödiffuusiokyvyssä sekä ominaislämpökapasiteetissa ja lämmönjohtavuudessa 150 °C:n ja 180 °C:n välillä tapahtuvan vaiheen avulla.
Yhteenveto
Nesteitä ja tahnoja varten tarkoitettu erityinen näytteenpidin (PEEK-näytteenpidin) mahdollistaa PCM-näytteiden lämpödiffuusiokyvyn tutkimisen jopa sulaan asti LFA:n avulla. Vertailumittaukset nestemäisen näytteenpitimen kanssa ja ilman sitä kiinteällä alueella ovat hyvin yhteneväisiä, kunhan näytteen ja näytteenpitimen välinen kontakti on hyvä (3-kerrosanalyysi). DSC-mittausten avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä näytteiden sulamis- ja kiteytymiskäyttäytymisestä ja saada tietoja ominaislämpökapasiteetista. Molempien menetelmien mittauksista voidaan myöhemmin tehdä luotettavia lausuntoja PCM-näytteen lämmönjohtavuudesta kiinteällä ja nestemäisellä alueella.