Leer hoe faseveranderende materialen (PCM’s) warmte absorberen en opslaan tijdens faseovergangen en ontdek hun belangrijke toepassingen in verschillende industrieën.
Hoe absorbeert een faseveranderend materiaal warmte?
Faseveranderende materialen (Phase Change Materials, PCM’s) hebben de unieke eigenschap om warmte te absorberen en op te slaan tijdens een faseverandering. Deze materialen veranderen van fase bij een specifieke temperatuur. Dit kan bijvoorbeeld een overgang zijn van vast naar vloeibaar, of van vloeibaar naar gas.
Faseverandering: Wat betekent dat?
Een faseverandering treedt op wanneer een materiaal van de ene toestand naar een andere overgaat. De meest voorkomende fasen zijn:
- Vast
- Vloeibaar
- Gas
Bij een faseverandering wordt een grote hoeveelheid warmte-energie, ook wel latente warmte genoemd, geabsorbeerd of vrijgegeven zonder dat de temperatuur van het materiaal significant verandert. Dit is anders dan bij een temperatuurverandering waarbij de stof gewoon warmer wordt zonder van fase te veranderen.
Latente Warmte en Specifieke Warmte Capaciteit
De latente warmte (L) is de hoeveelheid energie per eenheid massa die nodig is om de faseverandering uit te voeren, en kan worden berekend met de formule:
Qlatente warmte = m * L
Hierbij:
- Qlatente warmte = de totale hoeveelheid geabsorbeerde of vrijgegeven warmte
- m = de massa van het PCM
- L = de latente warmte van het PCM
Daarnaast hebben materialen een eigenschap genaamd specifieke warmtecapaciteit (c), die aangeeft hoeveel warmte-energie nodig is om één kilogram van een materiaal één graad in temperatuur te laten stijgen. De formule hiervoor is:
Qspecifieke warmte = m * c * ΔT
Hierbij:
- Qspecifieke warmte = totale hoeveelheid geabsorbeerde warmte
- m = massa van het materiaal
- c = specifieke warmtecapaciteit
- ΔT = verandering in temperatuur
Werking van Faseveranderende Materialen
Wanneer een faseveranderend materiaal warmte absorbeert, doorloopt het een proces in twee fasen:
- Warming-up Fase: In deze fase absorbeert het materiaal warmte en stijgt de temperatuur tot het de faseveranderingstemperatuur bereikt.
- Faseveranderingsfase: Hier blijft de temperatuur relatief constant terwijl het materiaal warmte blijft absorberen en van fase verandert. De opgenomen energie wordt gebruikt om de bindingen tussen de moleculen te verbreken in plaats van de temperatuur te verhogen.
Een voorbeeld van een PCM is paraffinewas, die vaak gebruikt wordt in thermische energieopslag. Paraffine verandert van vast naar vloeibaar bij een specifieke temperatuur en kan daardoor effectief warmte opslaan en later weer vrijgeven.
Toepassingen van Faseveranderende Materialen
PCM’s worden in diverse toepassingen gebruikt, bijvoorbeeld:
- Bouwsector: In muren, plafonds en vloeren geïntegreerd om thermische massa te bieden die helpt bij het stabiliseren van binnentemperaturen.
- Koeling en Verwarming: In HVAC-systemen om de efficiëntie te verhogen door overtollige warmte op te slaan en naar behoefte vrij te geven.
- Textiel: In kleding om warmte te absorberen of af te geven, wat helpt bij temperatuurregulatie voor de drager.
Door deze unieke capaciteit om warmte te absorberen en bij behoefte vrij te geven, spelen faseveranderende materialen een cruciale rol in moderne thermische technologieën.