ذخیره انرژی حرارتی با استفاده از مواد تغییر فاز (PCMS): بررسی ادبیات

افزایش مصرف انرژی در دنیای امروز و در نتیجه مشکلات مهم زیست محیطی تلاش کرده است تا انرژی های تجدید پذیر را توسعه داده و مصرف انرژی را به عنوان تلاشی برای بهبود مسائل زیست محیطی ، به ویژه گرم شدن کره زمین ، به یک نگرانی عمده در تحقیقات جهان مدرن تبدیل کند. پیش بینی می شود که تا سال 2050 ، مصرف انرژی و آسیب های زیست محیطی سالانه 1. 8 ٪ افزایش یابد. علاوه بر این ، با افزایش شدید نیازهای خنک کننده و گرمایش در صنایع مختلف و به ویژه نیاز به انرژی حرارتی در سراسر جهان ، نیاز به فناوری مناسب که باعث بهبود عملکرد حرارتی در سیستم های مختلف می شود ، بسیار مهم است. نتیجه این محدودیت ها حرکتی به سمت انرژی تجدید پذیر و کاهش مصرف سوخت فسیلی بوده است. از طرف دیگر ، فن آوری های جدید مانند باتری و دارو به تغییرات دما بسیار وابسته هستند. استفاده از مواد تغییر فاز (PCM) برای ذخیره انرژی حرارتی در صنایع مختلف می تواند مشکلات کمبود انرژی را حل کند. در این مقاله مروری بر شیوه های مدیریت انرژی با استفاده از PCMS ارائه شده است. پیشینه PCM در صنایع مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از PCM در ساخت و ساز ، باتری ، سیستم های گرمایش آب خانگی و سایر برنامه ها مورد بررسی قرار گرفت. خلاصه ای از PCMS مورد استفاده نیز ارائه شده است.

کلید واژه ها

• مواد تغییر فاز (PCM)
• انرژی گرمای نهان
• سیستم ذخیره انرژی
• انرژی تجدید پذیر

20. 1001. 1. 24234931. 1401. 9. 2. 5. 8

منابع

[1] M. F. Zia ، E. Elbouchikhi ، and M. Benbouzid ، سیستم های مدیریت انرژی میکروگریدها: یک بررسی مهم در مورد روش ها ، راه حل ها و چشم انداز ، انرژی کاربردی ، جلد. 222 ، صص 1033-1055 ، 2018.

[2] P. Nasehi ، B. Mahmoudi ، S. F. Abbaspour ، and M. S. Moghaddam ، جذب کادمیوم با استفاده از نانوذرات مغناطیسی MNFE 2 O 4-TIO 2-UIO-66 و بهینه سازی شرایط با استفاده از یک روش سطح پاسخ ، پیشرفت RSC ، جلد. 9 ، شماره 35 ، صص 20087 20099 ، 2019.

[3] L. Tripathi ، A. K. Mishra ، A. K. Dubey ، C. B. Tripathi و P. Baredar ، انرژی تجدید پذیر: یک مرور کلی در مورد سهم آن در سناریوی انرژی فعلی هند ، تجدید. پایداربررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 60 ، صص 226 233 ، 2016.

[4] S. Teske ، A. Fattal ، C. Lins ، M. Hullin ، and L. E. Williamson ، گزارش آینده جهانی تجدید پذیر: مباحث بزرگ به سمت 100 ٪ انرژی تجدید پذیر ، فرانسه 978-3-9818107-4-5 ، 2017.

[5] B. R. Hughes ، H. N. Chaudhry ، and S. A. Ghani ، مروری بر فن آوری های خنک کننده پایدار در ساختمانها ، بررسی های انرژی تجدید پذیر و پایدار. جلد15 ، شماره 6 ، صص 3112-3120 ، 2011.

[6] J. K. Calautit ، H. N. Chaudhry ، B. R. Hughes ، and S. A. Ghani ، مقایسه بین خنک کننده تبخیر و یک حلقه حرارتی با کمک لوله حرارتی برای یک برج باد تجاری در شرایط آب و هوایی گرم و خشک ، انرژی کاربردی ، جلد. 101 ، صص 740-755 ، 2013.

[7] B. A. Young ، G. Falzone ، Z. Wei ، G. Sant ، and L. Pilon ، آزمایش های در مقیاس کاهش یافته برای ارزیابی عملکرد پاکت های ساختمانی کامپوزیت حاوی مواد تغییر فاز ، ساخت و ساز و مصالح ساختمانی ، جلد. 162 ، صص 584-595 ، 2018.

[8] P. Nasehi ، M. S. Moghaddam ، S. F. Abbaspour ، and N. Karachi ، تهیه و توصیف یک نانوذرات رمان MN-FE2O4 که بر روی جاذب کربن فعال شده برای سینمایی فعال شده ، ترمودینامیک و ایزوترم بررسی های آلومینیوم از جذب یون یون ، علوم جدایی و فناوری جدایی و فناوری ، جدا شده است. جلد55 ، شماره 6 ، صص 1078-1088 ، 2020.

[9] A. de Gracia و L. F. Cabeza ، مواد تغییر فاز و ذخیره انرژی حرارتی برای ساختمانها ، انرژی و ساختمانها ، جلد. 103 ، صص 414-419 ، 2015.

[10] M. M. Farid ، A. M. Khudhair ، S. A. K. Razack ، and S. Al-Hallaj ، بررسی در مورد ذخیره انرژی تغییر فاز: مواد و کاربردها ، تبدیل انرژی و مدیریت ، جلد. 45 ، شماره 9-10 ، صص 1597-1615 ، 2004.

[11] A. Maccarini ، G. Hultmark ، N. C. Bergsøe ، and A. Afshari ، پتانسیل خنک کننده رایگان یک مبدل حرارتی مبتنی بر PCM همراه با یک سیستم HVAC جدید برای گرمایش و خنک کننده همزمان ساختمانها ، شهرهای پایدار و جامعه ، جلد. 42 ، صص 384-395 ، 2018.

[12] N. S. Dhaidan و J. M. Khodadadi ، ذوب و همرفت مواد تغییر فاز در ظروف مختلف به شکل مختلف: بررسی ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 43 ، صص 449-477 ، 2015.

[13] K. Du ، J. Calautit ، Z. Wang ، Y. Wu ، and H. Liu ، مروری بر کاربردهای مواد تغییر فاز در خنک کننده ، گرمایش و تولید برق در دامنه های مختلف دما ، انرژی کاربردی ، جلد. 220 ، صص 242 273 ، 2018.

[14] K. Muruganantham ، P. Phelan ، P. Horwath ، D. Ludlam ، and T. McDonald ، تحقیقات تجربی یک ماده تغییر فاز مبتنی بر زیستی برای بهبود عملکرد انرژی ساختمان ، در 4 کنفرانس بین المللی پایداری انرژی ASME 2010 2010صص 979-984 ، 2010.

[15] A. Fallahi ، G. Guldentops ، M. Tao ، S. Granados-Focil ، and S. Van Dessel ، بررسی مواد تغییر فاز جامد جامد برای ذخیره انرژی حرارتی: ساختار مولکولی و خصوصیات حرارتی ، مهندسی حرارتی کاربردی ،جلد127 ، صص 1427 1441 ، 2017.

[16] S. Keleş ، K. Kaygusuz ، and A. Sarı ، اسیدهای لوریک و اسیدهای میریستیک به عنوان ماده تغییر فاز برای برنامه های گرمایشی دمای پایین ، مجله بین المللی تحقیقات انرژی ، جلد. 29 ، شماره 9 ، صص 857-870 ، 2005.

[17] D. Zhou ، C.-Y. ژائو ، و Y. Tian ، بررسی در مورد ذخیره انرژی حرارتی با مواد تغییر فاز (PCMS) در کاربردهای ساختمان ، انرژی کاربردی ، جلد. 92 ، صص 593-605 ، 2012.

[18] R. Zeinelabdein ، S. Omer ، and G. Gan ، بررسی انتقادی سیستم های ذخیره سازی گرمای نهان برای خنک کننده رایگان در ساختمانها ، بررسی های انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 82 ، صص 2843 2868 ، 2018.

[19] M. M. Kenisarin ، خواص ترموفیزیکی برخی از مواد تغییر فاز آلی برای ذخیره گرمای نهان. بررسی ، انرژی خورشیدی ، جلد. 107 ، صص 553-575 ، 2014.

[20] A. K. Pandey و همکاران ، رویکردهای جدید و تحولات اخیر در مورد کاربردهای بالقوه مواد تغییر فاز در انرژی خورشیدی ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 82 ، صص 281-323 ، 2018.

[21] A. Sarı ، پارافین پارافین پایدار/کامپوزیت های پلی اتیلن با چگالی بالا به عنوان ماده تغییر فاز جامد-مایع برای ذخیره انرژی حرارتی: آماده سازی و خواص حرارتی ، تبدیل انرژی و مدیریت ، جلد. 45 ، شماره 13-14 ، صص 2033-2042 ، 2004.

[22] G. Ferrer ، A. Solé ، C. Barreneche ، I. Martorell ، and L. F. Cabeza ، بررسی روش شناسی مورد استفاده در خصوصیات پایداری حرارتی مواد تغییر فاز ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 50 ، صص 665-685 ، 2015.

[23] M. Iten and S. Liu ، یک روش کار استفاده از PCM ها به عنوان سیستم های ذخیره حرارتی مبتنی بر سیستم های TES هوا ، تبدیل انرژی و مدیریت ، جلد. 77 ، صص 608-627 ، 2014.

[24] P. Tatsidjodoung ، N. Le Pierrès ، and L. Luo ، مروری بر مواد بالقوه برای ذخیره انرژی حرارتی در کاربردهای ساختمان ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 18 ، صص 327-349 ، 2013.

[25] E. Osterman ، V. V Tyagi ، V. Butala ، N. A. Rahim و U. Stritih ، بررسی فن آوری های خنک کننده مبتنی بر PCM برای ساختمانها ، انرژی و ساختمانها ، جلد. 49 ، صص 37-49 ، 2012.

[26] R. Baetens ، B. P. Jelle ، and A. Gustavsen ، مواد تغییر فاز برای کاربردهای ساختمان: یک بررسی پیشرفته ، انرژی و ساختمانها ، جلد. 42 ، شماره 9 ، صص 1361-1368 ، 2010.

[27] S. Landini، J. Leworthy و T. S. O'Donovan، مروری بر مواد تغییر فاز برای مدیریت حرارتی و ایزوترمالیزاسیون سلول های لیتیوم یون، مجله ذخیره سازی انرژی، جلد. 25، ص. 100887، 2019.

[28] C. Zeng، S. Liu و A. Shukla، تحقیقات سازگاری در مورد فناوری های مبتنی بر مواد تغییر فاز در چین، بررسی های انرژی تجدیدپذیر و پایدار، جلد. 73، صفحات 145-158، 2017.

[29] A. Solé، L. Miró، C. Barreneche، I. Martorell، و L. F. Cabeza، بررسی روش T-history برای تعیین خواص ترموفیزیکی مواد تغییر فاز (PCM)، بررسی های انرژی تجدیدپذیر و پایدار، جلد. 26، صفحات 425-436، 2013.

[30] V. A. A. Raj and R. Velraj، بررسی بر سرمایش آزاد ساختمانها با استفاده از مواد تغییر فاز، بررسیهای انرژی تجدیدپذیر و پایدار، جلد. 14، شماره 9، صفحات 2819-2829، 2010.

[31] C. Barreneche, H. Navarro, S. Serrano, L. F. Cabeza, and A. I. Feández, پایگاه داده جدید در مورد مواد تغییر فاز برای ذخیره انرژی حرارتی در ساختمانها برای کمک به انتخاب PCM, Energy procedia, Vol. 57، ص 2408-2415، 2014.

[32] A. M. Khudhair and M. M. Farid, A. M. Khudhair and M. M. Farid, مروری بر حفظ انرژی در کاربردهای ساختمان با ذخیره حرارتی توسط گرمای نهان با استفاده از مواد تغییر فاز, تبدیل انرژی و مدیریت, جلد. 45، شماره 2، صفحات 263-275، 2004.

[33] X. Q. Zhai، X. L. Wang، T. Wang و R. Z. Wang، مروری بر ذخیره سازی سرد تغییر فاز در سیستم تهویه مطبوع: مواد و کاربردها، بررسی های انرژی تجدیدپذیر و پایدار، جلد. 22، صفحات 108-120، 2013.

[34] W. Sun، R. Huang، Z. Ling، X. Fang و Z. Zhang، شبیه سازی عددی در عملکرد حرارتی یک سیستم تهویه حاوی PCM با تغییر مداوم در دمای هوای ورودی، انرژی تجدیدپذیر، جلد. 145، صفحات 1608-1619، 2020.

[35] Z. Ma، W. Lin و M. I. Sohel، مواد تغییر فاز تقویت شده نانو برای بهبود عملکرد ساختمان، بررسی های انرژی تجدیدپذیر و پایدار، جلد. 58، صص 1256-1268، 2016.

[36] G. A. Lane، مواد تغییر فاز برای هسته زایی ذخیره انرژی برای جلوگیری از ابرسرد شدن، مواد انرژی خورشیدی و سلول های خورشیدی، جلد. 27، شماره 2، صص 135-160، 1992.

[37] M. M. Farid and A. N. Khalaf، عملکرد واحدهای ذخیره حرارت نهان تماس مستقیم با دو نمک هیدراته، مواد انرژی خورشیدی و سلولهای خورشیدی، جلد. 52، شماره 2، صص 179-189، 1994.

[38] B. Zalba، J. M. Marın، L. F. Cabeza و H. Mehling، مروری بر ذخیره انرژی حرارتی با تغییر فاز: مواد، تجزیه و تحلیل انتقال حرارت و کاربردها، مهندسی حرارتی کاربردی، جلد. 23، شماره 3، صفحات 251-283، 2003.

[39] A. Waqas and Z. U. Din ، مواد تغییر فاز (PCM) ذخیره سازی برای خنک کننده رایگان ساختمانها - بررسی ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 18 ، صص 607-625 ، 2013.

[40] B. P. Jelle and S. E. Kalnæs ، مواد تغییر فاز برای کاربرد در ساختمانهای با کارآیی انرژی ، مقاوم سازی با مقرون به صرفه در ساخت و ساز ساختمان کارآمد ، صص 57 118 ، Elsevier ، 2017.

[41] G. A. Lane ، ذخیره حرارت پایین دمای با مواد تغییر فاز ، مجله بین المللی انرژی محیط ، جلد. 1 ، شماره 3 ، صص 155-168 ، 1980.

[42] V. V Tyagi ، S. C. Kaushik ، S. K. Tyagi ، and T. Akiyama ، توسعه فن آوری میکروآپسوله شده مبتنی بر مواد تغییر فاز برای ساختمانها: بررسی ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 15 ، شماره 2 ، صص 1373-1391 ، 2011.

[43] C.-Y. ژائو و G. H. ژانگ ، مروری بر مواد تغییر فاز میکروسپسوله شده (MEPCMS): ساخت ، خصوصیات و برنامه ها ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 15 ، شماره 8 ، صص 3813-3832 ، 2011.

[44] A. Jamekhorshid ، S. M. Sadrameli ، and M. Farid ، مروری بر روش های میکرو کپسولاسیون مواد تغییر فاز (PCMS) به عنوان یک منبع ذخیره انرژی حرارتی (TES) ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 31 ، صص 531-542 ، 2014.

[45] S. K. Ghosh ، پوشش های عملکردی و میکرو کپسوله سازی: یک چشم انداز کلی ، پوشش های عملکردی ، صص 1-28 ، 2006.

[46] P. Venkatesan ، R. Manavalan ، and K. Valliappan ، Microencapsulation: یک روش حیاتی در سیستم تحویل داروهای جدید ، مجله علوم و تحقیقات دارویی ، جلد. 1 ، شماره 4 ، صص 26-35 ، 2009.

[47] J. Heier ، C. Bales ، and V. Martin ، ترکیب ذخیره انرژی حرارتی با ساختمانها - بررسی ، بررسی انرژی تجدید پذیر و پایدار ، جلد. 42 ، صص 1305-1325 ، 2015.

[48] P. Thantong و P. Chantawong ، مطالعه تجربی یک جمع کننده دیواره خورشیدی با PCM به سمت تهویه طبیعی خانه مدل ، انرژی انرژی ، جلد. 138 ، صص 32-37 ، 2017.

[49] Y. Li و S. Liu ، مطالعه تجربی در مورد عملکرد حرارتی یک دودکش خورشیدی همراه با PCM ، انرژی کاربردی ، جلد. 114 ، صص 172 178 ، 2014.

[50] T. A. Vik ، H. B. Madessa ، P. Aslaksrud ، E. Folkedal ، and O. S. øvrevik ، عملکرد حرارتی یک محفظه اداری که با یک PCM مبتنی بر زیستی یکپارچه شده است: تجزیه و تحلیل های تجربی ، رویه انرژی ، جلد. 111 ، صص 609-618 ، 2017.

[51] T. Silva ، R. Vicente ، C. Amaral و A. Figueiredo ، عملکرد حرارتی یک کرکره پنجره حاوی PCM: اعتبار سنجی عددی و تجزیه و تحلیل تجربی ، انرژی کاربردی ، جلد. 179 ، صص 64-84 ، 2016.

[52] N. Zhu، P. Liu، P. Hu، F. Liu و Z. Jiang، مدل سازی و شبیه سازی بر روی عملکرد یک تخته دیواری جدید مواد تغییر فاز تثبیت شده با شکل دوگانه، Energy and Buildings, Vol. 107، صفحات 181-190، 2015.

[53] K. Faraj, M. Khaled, J. Faraj, F. Hachem, and C. Castelain, Phase change material thermal energy storage systems for cooling applications in buildings: A Review, Renewable & Sustainable Energy Reviews , Vol. 119، ص 109579، 2020.

[54] Z. Rao و S. Wang، بررسی مدیریت انرژی حرارتی باتری های قدرت، بررسی های انرژی تجدید پذیر و پایدار، جلد. 15، شماره 9، صفحات 4554-4571، 2011.

[55] M. C. Lott, S.-I. کیم، سی تام، دی. هوسین، و جی. اف. گاگنه، نقشه راه فناوری: ذخیره انرژی، آژانس بین المللی انرژی، پاریس، فرانسه، 2014.

[56] ب. شعبانی و م. بیجو، روش های مدل سازی نظری برای مدیریت حرارتی باتری ها، انرژی ها، جلد. 8، شماره 9، صفحات 10153-10177، 2015.

[57] C.-V. Hémery، F. Pra، J.-F. رابین و پی مارتی، اجرای آزمایشی یک سیستم مدیریت حرارتی باتری با استفاده از ماده تغییر فاز، مجله منابع قدرت، جلد. 270، صفحات 349-358، 2014.

[58] K. Somasundaram، E. Birgersson، و A. S. Mujumdar، مدل حرارتی-الکتروشیمیایی برای مدیریت حرارتی غیرفعال یک باتری لیتیوم یونی مارپیچی، Joual of Power Sources, Vol. 203، صفحات 84-96، 2012.

[59] N. O. Moraga، J. P. Xamán، و R. H. Araya، خنک کننده باتری های لیتیوم یونی ماشین خورشیدی مسابقه ای با استفاده از مواد تغییر فاز چندگانه، مهندسی حرارتی کاربردی، جلد. 108، صفحات 1041-1054، 2016.

[61] ر. 65، شماره 3، صص 171-180، 1999.

[62] A. Kürklü، A. Özmerzi، و S. Bilgin، عملکرد حرارتی کلکتور خورشیدی ماده تغییر فاز آب، انرژی تجدیدپذیر، جلد. 26، شماره 3، صفحات 391-399، 2002.

[63] D. Vikram، S. Kaushik، V. Prashanth و N. Nallusamy، بهبود در سیستم های گرمایش آب خورشیدی توسط ذخیره سازی حرارتی با استفاده از مواد تغییر فاز، در کنفرانس بین المللی انرژی خورشیدی ASME 2006، صفحات 409-416،2006.

[64] D. R. Vieira، J. L. Calmon، و F. Z. Coelho، ارزیابی چرخه حیات (LCA) اعمال شده در ساخت بتن معمولی و زیست محیطی: بررسی، ساخت و ساز و مصالح ساختمانی، جلد. 124، صفحات 656-666، 2016.

[65] آی. عطار، ن. نائلی، ن. خلیفه، م. حزامی، م. لازار و ع. فرهت، مطالعه تجربی یک سیستم تهویه مطبوع برای کنترل میکروکلیمای گلخانه ای، تبدیل انرژی و مدیریت، جلد. 79، صفحات 543-553، 2014.