ساخت عايق حرارتي نانو كامپوزيتي پرليت بر پايه¬ي مواد تغيير فاز براي كنترل عملكرد انرژي ساختمان

Thermal energy storage is one of the most efficient methods to address the energy crisis, an‎d there is a growing deman‎d for improving energy efficiency in buildings. Therefore, concepts such as reducing temperature fluctuations in buildings are being introduced. To meet this need, thermal insulation materials play a crucial role. One of the most effective methods for thermal energy storage applications is the use of phase change materials (PCMs), which absorb a large amount of energy during phase transitions. Several factors must be considered when selec‎ting a PCM, one of which is its phase change temperature, which should be within the range of room temperature to effectively reduce thermal fluctuations in buildings. Additionally, PCMs should have high latent heat, which is essential for storing energy. However, there are limitations—such as low thermal conductivity an‎d leakage of melted PCM—that must be addressed before practical use, as they reduce their applicability in buildings. The aim of this study is to develop a stable PCM (a new phase change material) for thermal energy storage in buildings. For this purpose, a perlite/eutectic mixture of capric acid an‎d myristic acid composite was prepared. Due to its porous structure an‎d thermal insulation properties, perlite serves as a suitable support an‎d host for PCM. By modifying the surface of the perlite an‎d encapsulating the PCM within it, the leakage issue is resolved. Moreover, the addition of 1 wt% silica nanoparticles led to a 20% increase in latent heat an‎d thermal energy storage capacity. Using Differential Scanning Calorimetry (DSC), the latent heat was calculated to be 143.9 J/g. To analyze the stability of the eutectic mixture, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) an‎d Thermogravimetric Analysis (TGA) were used, while Scanning Electron Microscopy (SEM) was employed to study the microstructure. The maximum impregnation of the nanoparticle-modified eutectic in the perlite improved energy storage performance. However, increasing the PCM mass ratio also increased leakage. Specifically, with 70 wt% impregnation of the nanoparticle-modified eutectic in perlite, leakage reached 90 mm. To solve this problem, a redispersible polymer powder (RDP) was used for surface coating an‎d encapsulation of the nanocomposite. The results show that PCM encapsulation eliminated leakage completely, reducing the leakage diameter to zero. The resulting nanocomposite is thermally stable within its operating temperature range, ensures long-term performance, an‎d effectively reduces indoor temperature fluctuations.

1404/07/01

همدم نوروزي

Expanded perlite , thermal insulation , phase change materials , ceramic nanocomposite , capric acid , myristic acid , eutectic

Fabrication of perlite nanocomposite thermal insulation based on phase change materials to control building energy performance

نانو فناوري

ذخيره انرژي حرارتي يكي از روش‌هاي بسيار كارآمد براي غلبه بر بحران انرژي است و تقاضا براي بهبود بهره‌وري انرژي در ساختمان¬ها وجود دارد. از اين‌رو، مفاهيمي مانند كاهش نوسانات دمايي در ساختمان‌ها معرفي مي‌شود. به منظور پاسخگويي به اين نياز، عايق¬¬هاي حرارتي ساختمان¬ها نقش مهمي ايفا مي‌كنند. استفاده از مواد تغيير فاز (PCM) يكي از موثرترين روش‌ها در كاربردهاي ذخيره انرژي حرارتي است، كه هنگام تغيير فاز، مقدار زيادي انرژي جذب مي‌كنند. چندين فاكتور وجود دارد كه بايد هنگام انتخاب مواد تغيير فاز در نظر گرفته شود. يكي از آنها دماي تغيير فاز آنهاست كه بايد در محدوده‌ي دماي اتاق باشد كه در اين صورت مي‌تواند باعث كاهش نوسانات دمايي در ساختمان شود. همچنين بايد گرماي نهان بالايي داشته باشند، كه اين امر به منظور ذخيره انرژي است. محدوديت‌هايي كه قبل از استفاده بايد برطرف شوند، شامل ضعف حرارتي و نشت PCM مذاب است، كه اين امر باعث كاهش كاربرد آنها در ساختمان‌ها مي‌شود. هدف از اين مطالعه تهيه يك ماده تغيير فاز پايدار (PCM جديد) براي ذخيره‌سازي انرژي حرارتي در ساختمان‌ها است. از اين رو، كامپوزيت پرليت/ يوتكتيك اسيد كاپريك و اسيد ميريستيك ساخته شده، كه پرليت به علت ساختار متخلخل وعايق حرارتي، بستر و نگهدارنده‌ي مناسبي براي PCM است. با اصلاح سطح پرليت و كپسوله كردن PCM در آن، مشكل نشت برطرف مي‌شود. همچنين افزودن 1% وزني نانوذرات سيليس منجر به افزايش 20% گرماي نهان و ذخيره انرژي حرارتي مي‌شود. با استفاده از آناليز حرارتي تفاضلي روبشي (DSC) و گرماي نهان J/g 9/143 محاسبه شد. از طيف‌سنجي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR) و آناليزهاي حرارتي (TGA) به منظور پايداري مخلوط يوتكتيك و آزمون (SEM) براي مطالعه ريزساختار استفاده شد. حداكثر نفوذ يوتكتيك اصلاح شده با نانوذرات در پرليت، باعث افزايش عملكرد ذخيره سازي انرژي مي‌شود، ولي با افزايش نسبت جرمي PCM ، ميزان تراوش هم افزايش مي‌يابد. به اين گونه كه با نفوذ 70% وزني يوتكتيك اصلاح شده با نانوذرات در پرليت، ميزان تراوش به 90 ميلي‌متر رسيد. براي رفع مشكل نشت، از پودر پليمري پايه آب (RDP) جهت پوشش سطحي و كپسوله كردن نانوكامپوزيت استفاده شد، كه نتايج نشان مي‌دهد با كپسوله كردن PCM، مشكل نشت رفع و دايره نشت به صفر رسيد. نانوكامپوزيت به دست آمده از نظر حرارتي در محدوده دماي كاري خود پايدار است و عملكرد طولاني مدت را تضمين مي‌كند و كاهش نوسانات دمايي مطلوبي مشاهده مي‌شود.

5

140684