Applicazioni dei materiali a cambiamento di fase

I materiali a cambiamento di fase (PCM) immagazzinano o rilasciano energia termica durante la transizione tra stato solido e liquido, migliorando efficienza energetica in edilizia, storage termico e settore medicale.

Applicazioni dei materiali a cambiamento di fase

I materiali a cambiamento di fase (PCM) sono materiali che possono immagazzinare o rilasciare grandi quantità di energia termica durante il loro passaggio tra la fase solida e quella liquida. Questa proprietà unica li rende estremamente utili in varie applicazioni nell’ambito dell’ingegneria termica. L’utilizzo dei PCM permette di migliorare l’efficienza e la sostenibilità in molti settori, dal riscaldamento e raffreddamento degli edifici alla gestione della modalità termica nelle celle a combustibile.

Principio di funzionamento dei PCM

I PCM sfruttano il calore latente di fusione. Quando un PCM cambia dallo stato solido a quello liquido (o viceversa), assorbe o rilascia una quantità significativa di energia termica senza un cambiamento di temperatura notevole. Questa energia si chiama calore latente. La quantità di energia immagazzinata o rilasciata durante questo processo è molto superiore a quella dei materiali tradizionali.

Tipi di PCM

PCM organici: includono paraffine e acidi grassi. Sono comunemente utilizzati per applicazioni a bassa temperatura.

PCM inorganici: come i sali idrati, sono spesso usati per applicazioni ad alta temperatura grazie alla loro elevata densità energetica.

PCM eutettici: una miscela di due o più componenti che solidificano e fondono a una temperatura specifica.

Applicazioni principali

Edilizia

Uno dei settori più promettenti per l’applicazione dei PCM è l’edilizia. I PCM possono essere integrati nei materiali da costruzione come i pannelli di pareti o soffitti per regolare la temperatura interna degli edifici. Questo consente di ridurre il bisogno di riscaldamento e raffreddamento artificiale, aumentando l’efficienza energetica complessiva.

Riscaldamento e raffreddamento passivo: I PCM possono mantenere temperature confortevoli assorbendo il calore durante il giorno e rilasciandolo di notte.

Ritardo nel picco di carico: Gestione delle variazioni di temperatura interna per ridurre i costi energetici.

Storage termico

I PCM sono ideali per il magazzinaggio termico. Possono essere usati in sistemi di accumulo energetico per immagazzinare l’energia solare durante il giorno e rilasciarla durante la notte. Ciò è particolarmente utile nelle reti di energia rinnovabile, dove la disponibilità di risorse può essere variabile.

Settore medicale

Nel settore sanitario, i PCM trovano applicazioni nel trasporto di vaccini e sangue. Questi materiali possono mantenere una temperatura stabile per lunghi periodi, garantendo l’integrità dei prodotti sensibili alla temperatura.

Vantaggi e sfide

Vantaggi:

• Elevata capacità di immagazzinamento energetico per unità di volume.
• Miglioramento dell’efficienza energetica.
• Possibilità di integrare i PCM in diversi materiali di base.

Sfide:

• Costi di produzione elevati.
• Ricerca e sviluppo necessari per migliorare la durabilità e la stabilità.

In conclusione, i materiali a cambiamento di fase offrono innovazioni utili e sostenibili nel campo dell’ingegneria termica. Sebbene ci siano ancora sfide da superare, la ricerca continua promette di sbloccare potenziali ancora maggiori per la loro applicazione diffusa.