Материалы с фазовым переходом (Phase Change Materials — PCM) вызывают растущий интерес в секторе холодильной техники. То, как можно их использовать, было предметом исследования команды Университета Салерно.
По данным Markets and Markets, ожидается, что мировой рынок будет расти, увеличившись с 477 миллионов долларов в 2021 году до более чем 1 миллиарда долларов в 2026 году. Интерес связан со свойствами самих материалов, способных поглощать, накапливать и выделять большое количество тепла при относительно постоянной температуре, изменяя свое физическое состояние. Холодильная техника уже давно уделяет внимание PCM.
Однако, как мы можем их использовать и какие преимущества они могут дать? На эти вопросы отвечает исследование, проведенное группой ученых лаборатории холодной техники Университета Салерно, членом которой является профессор Анджело Майорино, генеральный директор инновационного стартапа ARES (Advanced Refrigeration and Energy Systems).
Проект PCM родился еще до пандемии, когда мы осознали важность PCM для обеспечения холодильной цепи рефрижераторным транспортом
— сообщил Майорино.
Проект был задуман именно для того, чтобы понять возможности применения PCM внутри рефрижераторов при температурах, которые могут варьироваться от 0 °C и чуть выше, до -30 °C.
Исследовательская работа по PCM
«Наша стратегия заключается в определении подходящего материала для PCM с точки зрения оптимальной температуры фазовых переходов. Исходная идея заключается в обеспечении автотранспорта искусственным холодом при удовлетворении нескольких требований, предъявляемых рынком. Первый вопрос заключается в том, может ли применение PCM быть путем повышения энергосбережения или здесь нет больших возможностей: для аккумуляции PCM нужного количества «холода» необходимо затратить энергию (обычно электрическую) на обеспечение работы холодильной установки. Второй вопрос — потребление электроэнергии извне во времени: когда она доступна или когда это удобно с экономической точки зрения», — уточняет профессор Университета Салерно.
«Что касается последнего аспекта, мы исходили из понимания того, что рынок электроэнергии и его договорные условия связаны с временными интервалами, в которые наблюдаются пики (генерируемые установками на возобновляемых источниках энергии) и, как следствие, более выгодные тарифы на энергию. Таким образом, потенциально выигрышная идея заключается в том, чтобы подумать о применимости PCM, когда это удобно, с точки зрения затрат на электроэнергию», — добавляет он.
Зачем переходить на PCM? Преимущество заключается в использовании скрытого тепла фазового перехода, что позволяет аккумулировать значительное количество энергии (охлаждающей или тепловой, в зависимости от требований приложения) в узком температурном диапазоне и сглаживать энергетические пики.
К чему ведут исследования в области PCM
Научный мир сильно заинтересован в сочетании PCM и наноматериалов. Особое внимание в исследовании уделяется материалам, которые могут вызвать интерес также с точки зрения снижения веса, поскольку он становится важным фактором при транспортировке в рефрижераторах.
«С экспериментальной точки зрения мы выбрали стратегию, связанную с определением оптимальных параметров при размещении PCM внутри существующего холодильного отделения (например, в случае модернизации автомобиля) для обеспечения отпимальной скорости охлаждения».
Стартап ARES изучает оптимизацию посредством ”упаковки” PCM для хранения и последующего применения. «Мы работаем над сбором и управлением данными по динамике жидкостей и газов. Наша цель оптимизировать массу PCM, которую можно использовать, в частности, в транспорте », — уточняет Майорино.
Перспективы изучения
Исследование открывает интересные перспективы. «Основной задачей является разработка систем с максимальной автономностью. Эксперименты выявили интересные рекорды, в том числе по поддержанию приемлемой температуры внутри камеры в течение нескольких дней. Переходя от продуктов питания к биомедицине, все меняется именно из-за необходимости избегать колебаний температуры: однако и в этом случае PCM мог быть полезны, поддерживая постоянную и однородную температуру во всем объеме».
Исследовательский интерес, ориентированный на воду в качестве основного компонента PCM, в настоящее время сосредоточен на возможности оптимизации, уменьшения ее необходимой массы и улучшения общих характеристик. «Существует большой интерес к системам пассивного типа для рефрижераторных перевозок, особенно в развивающихся странах, где энергоснабжение затруднено и ограничено», — подытожил Майорино.
Источник: https://www.refrigerationworldnews.com/the-usefulness-of-pcm-for-refrigeration/
Перевод: команда Академии КриоФрост
