חומרים לשינוי שלב (PCMs)משכו לאחרונה תשומת לב משמעותית בתעשייה. מומחים מציינים שיישומים של חומרים אלה לאחסון אנרגיה תרמית במגזרי תעשייה ובניין-כלומר, טכנולוגיות לשימור-לטווח ארוך של חום או קור-מתקרבים לבגרות מסחרית. אבל מהם בעצם חומרי Phase Change, והאם סיכויי השוק שלהם באמת עומדים בציפיות?
התחממות כדור הארץ היא אחד האתגרים הסביבתיים המרכזיים העומדים בפני העולם כיום. מחקר מדעי מראה כי התדירות, משך הזמן וההיקף הגיאוגרפי של אירועי חום קיצוניים עלו בצורה ניכרת, מהווים איומים משמעותיים על בריאות האדם. למרות שמערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC) יכולות להפחית ביעילות מתח תרמי פנימי, הן אינן יכולות לכסות תרחישים חיצוניים כגון כיבוי אש, אימונים צבאיים ובנייה. בתנאים של טמפרטורה גבוהה, פעילות אינטנסיבית וביגוד מגן המגביל את נידוף הזיעה, עובדים בחוץ רגישים לפציעות הקשורות לחום- ויעילות עבודה מופחתת. כתוצאה מכך, טכנולוגיות קירור אישיות המווסתות את האקלים המיקרו- של הלובש הפכו לפתרונות קריטיים.
בגדי קירור אישיים מתממשים בעיקר באמצעות שלוש טכנולוגיות: בגדים מקוררים באוויר (ACGs), בגדים מקוררים נוזליים (LCGs) ובגדי קירור בשינוי שלב (PCG). ACGs משתמשים במדחס כדי לספק אוויר צונן המשפר את נידוף הזיעה ואיבוד חום הסעה מהעור; LCGs משיגים קירור מוליך באמצעות זרימת צינורות נוזלים קרים-; ו-PCG, כמערכות קירור פסיביות, סופגות את חום הגוף דרך החום הסמוי של התכת PCM, ללא צורך בציוד חיצוני ומציעות ניידות מעולה.
חשיפה ממושכת לסביבות -טמפרטורות גבוהות ולחות- גבוהה גורמת ללחץ תרמי על גוף האדם ומפחיתה משמעותית את יעילות העבודה. בגדי קירור לשינוי שלב-(PPCG) מקלים ביעילות את עומס החום ומשפרים את הנוחות התרמית על ידי ויסות הסביבה המיקרו-בתוך הבגד, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד עבור עובדים בחוץ.
גורמים מרכזיים המשפיעים על ביצועי הקירור
- חומרים: יש לתת עדיפות ל-PCMs עם קיבולת חום סמויה- גבוהה, נקודות התכה המתואמות עם טווחי הנוחות התרמית- של האדם ומוליכות תרמית גבוהה.
- עיצוב עטיפה: מומלץ לפזר כמות מתאימה של PCM באופן אחיד על אזורי פלג גוף עליון רגישים מבחינה תרמית ולהוסיף שכבת בידוד מחוץ לכיסי PCM כדי להאט את חדירת החום.
- השפעה על הסביבה: יעילות הקירור יכולה להיות מופחתת במקצת בתנאי טמפרטורה קיצונית או -לחות גבוהה.
עומס-עלות מטבולית
מעבר לאפקט הקירור הרצוי, המשקל הנוסף של PPCGs מגביר את קצב חילוף החומרים של הלובש, ובכך מפחית את יעילות הקירור נטו.
הגבלה על משך הקירור
משך הקירור האפקטיבי מוגבל על ידי תהליך השינוי השלב הבלתי הפיך- של PCMs והפרטים של תרחישי יישומים. גישות חדשניות-כגון שילוב PCMs עם נקודות התכה שונות או שילוב נוזלי-לולאות קירור-מציעות אסטרטגיות מבטיחות להרחבת סיבולת הקירור וראויות למחקר נוסף.
יישומים עכשוויים
בפרקטיקה המודרנית, טבעות קירור וקרח ניידים (שקיות איזותרמיות) מדגימות יישומי PCM טיפוסיים. מוצרים אלה שומרים על סביבה מיקרו- קרירה על ידי שליטה מדויקת במחזורי ההתמצקות של-התמצקות של PCMs, ובכך יוצרים מערכת העברת חום- יעילה.
