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Un secondo serbatoio di calore è il semplice aumento di temperatura senza cambiamento di fase. Per queste applicazioni, la capacità termica specifica del materiale di accumulo e la sua densità devono essere elevate al fine di immagazzinare la massima quantità di calore in una quantità minima di materiale/spazio (capacità di accumulo). Questo effetto viene sfruttato per la climatizzazione degli edifici e il loro comfort termico. Per trasferire bene l’energia dal PCM all’ambiente, deve avere anche un’elevata conducibilità termica conducibilità termica.
Proprietà dei PCM
- un’elevata capacità di accumulo o calore latente per volume. Questo si ottiene quando il calore molare di fusione è elevato e allo stesso tempo sono presenti un’alta densità e un’alta capacità termica specifica.
- elevata conducibilità termica per un rapido scambio di calore tra il PCM e l’ambiente.
- un alto tasso di nucleazione per evitare il sottoraffreddamento e ottenere il cambiamento di fase alla temperatura di esercizio.
- una piccola variazione di volume durante la transizione di fase per evitare stress meccanici sui contenitori e crepe nella fase solida.
- Basso costo per energia immagazzinata e buona disponibilità
Elevata stabilità chimica - senza decomposizione, per cui sono possibili molti cicli di fusione/congelamento.
Vantaggi dei materiali PCM
Svantaggi dei materiali PCM
Tuttavia, gli svantaggi dei materiali organici rispetto a quelli inorganici sono l’infiammabilità, la capacità di accumulo di calore relativamente bassa e la bassa conducibilità termica. I PCM inorganici sono principalmente idrati di sale e sali. La maggior parte di essi ha temperature di esercizio elevate ed è disponibile a basso costo. Lo svantaggio è che possono essere corrosivi e spesso subiscono un’ampia variazione di volume.
Applicazioni diverse richiedono temperature di esercizio diverse che corrispondono al punto di fusione del PCM. Le temperature di esercizio possono variare da temperature prossime alla temperatura ambiente (per la maggior parte dei PCM organici, ma anche per alcuni inorganici come il nitrato di litio idrato (LiNO3*3 H2O)) fino a diverse centinaia di gradi Celsius (per quelli inorganici come i sali di metalli alcalini).
Analisi termica del PCM
L’analisi termica è uno strumento molto potente per lo sviluppo e la caratterizzazione dei PCM:
- La
termogravimetria (TGA)
viene utilizzata per analizzare la stabilità termica o la decomposizione.
- La calorimetria a scansione differenziale (DSC) non viene utilizzata solo per misurare la temperatura di fusione (temperatura di esercizio) e l’entalpia di fusione, che forniscono informazioni utili sulla capacità di stoccaggio, ma anche per misurare la capacità termica specifica (Cp).
