Внедрение в холодильную промышленность специальных материалов, изменяющих агрегатное состояние (Phase change materials, или сокращенно PCM), позволит значительно повысить эффективность использования холодильного оборудования. Под термином PCM подразумеваются материалы, которые способны удерживать и отдавать большое количество тепловой энергии, сохраняя при этом постоянную температуру.
Одной из основных проблем при обработке и хранении скоропортящихся и молочных продуктов в сельском хозяйстве является отсутствие стабильного энергоснабжения. В связи с этим образовался существенный спрос на холодильное оборудование, которое имеет дополнительные возможности для защиты продуктов во время аварийных ситуаций, таких как, например, отказ оборудования и перебои в подаче электроэнергии. В этой статье кратко изложены основные принципы инновационных технологий, используемых для хранения потенциального холода, который, при необходимости, можно в любое время получить в холодильнике или морозильнике.
Материалы, изменяющие агрегатное состояние
Изменяющие агрегатное состояние материалы относятся к категории энергоообменных смарт (умных) материалов. Эти материалы могут сохранять скрытую или явную энергию в виде света, тепла, электричества или водорода, причем процесс передачи энергии является обратимым. PCM имеют возможность удерживать и отдавать (забирать) большое количество тепла (энергии), сохраняя при этом постоянную температуру в отличие от традиционных решений, как это показано на рисунке.
Материал, изменяющий агрегатное состояние имеет возможность удерживать и отдавать (забирать) большое количество тепла/энергии, сохраняя при этом постоянную температуру
Материалы, изменяющие агрегатное состояние, имеют огромный потенциал для обеспечения непрерывной работы устройств охлаждения и нагрева, используемых в различных сферах торговли, логистики и промышленности. Подобное оборудование широко распространено во всем мире в различных секторах экономики, таких как, например, холодовые цепи, системы вентиляции, кондиционирования и охлаждения, автомобильные кондиционеры, теплоизоляция, утилизация тепла, производство товаров народного потребления и многое другое – везде, где есть необходимость в хранении тепловой энергии.
Отличие РСМ от обычных эвтектических смесей
В принципе, материалы, отдающие или забирающие тепловую энергию при смене агрегатного состояния, уже давно используются для охлаждения скоропортящихся продуктов. Это, например, обыкновенный лед, поглощающий тепло в процессе таяния, или "эвтектики" – смеси химических соединений (элементов), которые позволяют достичь еще более низких температур (водный раствор соли, раствор гликоля). Однако при схожих принципах действия, РСМ настолько эффективнее обычных эвтектиков, что специалисты отнесли их в отдельную группу хладагентов.
PCM, или материалы, изменяющие агрегатное состояние (твердое на жидкое и, наоборот) при определенной температуре, характеризуются следующими тремя факторами (что позволяет отличить их от эвтектиков):
- Высокая теплоемкость фазового перехода (200 кДж/кг или выше).
- Поддержание постоянной температуры в процессе использования накопленной энергии (плавления).
- Возможность многократного применения материала (более 3000 раз).
Указанные выше особенности РСМ предоставляют следующие преимущества при их использовании:
- Возможность точного контроля температуры (с ошибкой не более чем +/-1 °C).
- Большая продолжительность срока хранения продуктов (до 18-ти часов).
- Снижение общего веса морозильного (холодильного) оборудования в связи с высоким запасом энергии по отношению к весу хладагента.
Особенности использования PCM в торговом морозильном и холодильном оборудовании
Морозильные камеры для мороженого разработаны, чтобы поддерживать температуру от -18 °С до -23 °С, в то время как для хранения напитков в холодильнике необходимо сохранять температуру в диапазоне от +2 °C до +8 °C. Соответственно различным температурным требованиям подбираются и разные материалы. Выбранный PCM заряжается в пассивном режиме в течение 9-10 часов при условии доступа электроэнергии.
Выбор подходящего материала, изменяющего агрегатное состояние, очень важен – одним из определяющих факторов является минимальная температура, которую может обеспечить холодильная установка. Лишь соответствие этой температуры и температуры затвердевания РСМ может гарантировать, что система аварийного охлаждения окажется полностью заряженной. После полной зарядки PCM находится в состоянии готовности, чтобы освободить (забрать) энергию в случае проблем с энергоснабжением или неисправности оборудования. Так, например, морозильник, оборудованный системой поддержания низкой температуры на основе PCM, может поддерживать температуру от -18 °С до -19 °С при температуре окружающей среды до +40 °С в течение как минимум 16-ти часов, при возможности открывания и закрывания крышки.
В Индии и за ее пределами действуют несколько холодильных компаний, которые уже внедрили использование морозильников и холодильников с применением РСМ, чтобы удовлетворить потребности рынка в странах с низким и средним уровнем доходов, где наличие свежих продуктов является проблемой. Большое разнообразие таких материалов уже сейчас позволяет производить холодильное оборудование для поддержания различных температурных режимов.
Специалисты отмечают, что использование РСМ стало значительным достижением для холодильной промышленности.
Источник: Business Standard
