Fazno promjenjivi materijali ili poznatiji kao PCM (eng. phase change materials) su tvari ili smjese tvari koje apsorbiraju ili oslobađaju velike količine latentne topline kada prolaze kroz promjenu agregatnog stanja, npr. iz krutog u tekuće ili obratno. Fazno promjenjivi materijalu nalaze svoju primjenu u tekstilnoj i građevinskoj industriji.
Fazno promjenjivi materijali, ilustracija | foto: Unsplash
Potvrda nevjerojatnih svojstava ovakvih materijala je činjenica da se koriste u izradi opreme za putovanja u svemir. Razvoj tehnologije fazno promjenjivih materijala je financirala NASA u svrhu poboljšanja prvih svemirskih odijela iz 50-ih godina prošlog stoljeća. Trebao im je materijal koji može apsorbirati, zadržavati i ispuštati toplinu po potrebi, te zaštiti astronaute od ekstremnih temperatura u svemiru.
Kod običnih materijala količina primljene topline izravno je proporcionalna promjeni temperature izvora toplinskog zračenja. Logično, zar ne? No to je istina samo do trenutka kada materijal prelazi u drugo agregatno stanje, npr. ako kipućoj vodi povisite temperaturu zagrijavanja, temperatura vode će ostati ista.
Tri vrste fazno promjenjivih materijala – organski, anorganski i biološki
Fazno promjenjivi materijali se ponašaju kao spremnici temperature, odnosno primaju toplinu iz okoliša, a da pritom ne dolazi do povišenja temperature materijala već samo do promjene agregatnog stanja. U tom trenutku prelazi iz krutog u tekuće stanje. Pri hlađenju, materijal se vraća u čvrsto agregatno stanje, otpuštajući latentnu toplinu u okoliš.
Postoje tri vrste fazno promjenjivih materijala, a to su organski, anorganski i biološki
Organski fazno promjenjivi materijali su najčešće korišteni: parafini, masne kiseline, i šećerni alkoholi. Parafin je kemijski inertan, netoksičan, pouzdan i biokompatibilan.
Anorganski fazno promjenjivi materijali imaju širi temperaturni raspon reakcije, a najčešće se koriste soli hidrata. Soli hidrata su netoksične, nezapaljive, a temperature taljenja su im u rasponu od 5° C do 130° C, što je pogodno za primjenu u zgradama.
Bio-fazno promjenjivi materijali
Postoje i bio-fazno promjenjivi materijali koji se dobivaju od životinjskih masti, poput goveđeg loja i masti i ulja iz biljka kao što su palme, kokos i soja. Žao mi je, ali bio-fazno promjenjivi materijali nisu veganski, ali su netoksični i mogu se reciklirati kroz tisuće ciklusa bez propadanja materijala. Također su kemijski stabilni i imaju veći stupanj otpornosti na požare.
Za tekstilne i građevinske potrebe koriste se materijali s temperaturom taljenja u rasponu od približno 18° do 26° C, temperaturama ugodnim za ljudski organizam. Važno je napomenuti da isti materijali neće biti jednako učinkoviti u svim klimatskim područjima. Za hladnija područja preporučuju se materijali čija je temperatura taljenja u rasponu od 18-22°C. Za toplija područja prikladniji su materijali s temperaturom taljenja između 22° i 26°C. Materijali s nešto višim talištem se koriste u izradi solarnih kolektora, u sustavima podnog centralnog grijanja te za zaštitu telekomunikacijskih postrojenja i elektroničke opreme.
U građevinarstvu se koriste fazno promjenjivi materijali na nosačima s mikro-inkapsuliranim fazno promjenjivim materijalima poput SmartBoard™ gips-kartonskih ploča i CelBloc- Plus™ porobetonskih blokova, i u obliku mikrokapsula poput Micronal® (BASF) sfera koje izgledaju kao mikronske mirisne kuglice za rublje. Mikrokapsulirani materijali mogu se postavljati u zidne šupljine ili instalirati kao dio izolacijskog sustava potkrovlja.
Izgled mikrografa PMC kapsule, ilustracija | foto: Unsplash
Ovakvi materijali su se do sada ugrađivali u podne, zidne i stropne konstrukcije u obliku gipsanih žbuka i ploča za suhu gradnju, uglavnom obloženi parafinom. Parafinski ugljikovodični uglavnom imaju dobar utjecaj, no povećavaju zapaljivosti materijala na kojem se nalazi, zbog čega se više koriste materijali s masnim kiselinama ili hidratima anorganskih soli. U novije vrijeme se takvi materijali ugrađuju i u pametne ovojnice zgrada. Pametne ovojnice zgrada omogućuju prirodno hlađenje prostora prema temperaturnim promjenama. Kružni tok s tri crpke može klimatizirati zgradu po nivoima i po pojedinačnim prostorijama.
