مروری بر مصالح تغییر فازدهنده :pcm نسل نوین مصالح هوشمند در مدیریت انرژی ساختمان

مصالح تغییر فازدهنده (pcm) به‌عنوان نسل نوین مصالح هوشمند، جایگاهی ویژه در مدیریت انرژی ساختمان‌ها یافته‌اند. بحران جهانی انرژی و افزایش تقاضا برای ساختمان‌های پایدار، ضرورت بهره‌گیری از مصالحی با ظرفیت حرارتی بالا را دوچندان کرده است. pcmها با قابلیت ذخیره و آزادسازی گرما در فرآیند تغییر فاز، امکان تعدیل نوسانات دمایی و کاهش بار سرمایش و گرمایش را فراهم می‌سازند. این مقاله مروری با رویکردی جامع، مبانی علمی pcm شامل اصول ترمودینامیک تغییر فاز، دسته‌بندی مواد (آلی، غیرآلی و یوتکتیک)، و فناوری‌های پایدارسازی همچون ریز و نانوکپسوله‌سازی را بررسی می‌کند. همچنین بهبود هدایت حرارتی با استفاده از نانوذرات و ترکیب pcm با مصالح نوین نظیر بتن هوشمند، پلیمرهای پیش‌ساخته و پوشش‌های سطحی مورد تحلیل قرار گرفته است. بخش کاربردی مقاله به نقش pcm در پوسته‌های ساختمانی شامل دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها و نماهای پاسخگو می‌پردازد و ارتباط آن با سیستم‌های hvac را تبیین می‌کند. ارزیابی عملکرد از طریق شبیه‌سازی عددی energyplusوcomsol ، شاخص‌های کمی کاهش مصرف انرژی، و تحلیل چرخه عمر و هزینه ارائه شده است. در ادامه، چالش‌های اجرایی نظیر پایداری چرخه‌ای، هزینه اولیه، و فقدان استانداردهای جامع مطرح شده و چشم‌انداز آینده در توسعه pcmهای پاسخگو به محرک‌های چندگانه ترسیم می‌گردد. جمع‌بندی مقاله نشان می‌دهد pcm می‌تواند نقشی کلیدی در تحقق ساختمان‌های انرژی صفر ایفا کند و مسیر پژوهش‌های آینده را به سوی مصالح ترکیبی و فناوری‌های چاپ سه‌بعدی هدایت نماید.

review of phase change materials (pcm): a new generation of smart materials in building energy management

phase change materials (pcm) as a new generation of smart materials have gained a prominent position in building energy management. the global energy crisis and the growing demand for sustainable buildings have intensified the necessity of employing materials with high thermal capacity. pcms, with their ability to store and release heat during phase transitions, enable the moderation of temperature fluctuations and the reduction of heating and cooling loads. this comprehensive review examines the scientific foundations of pcms, including the thermodynamic principles of phase change, material classifications (organic, inorganic, and eutectic), and stabilization technologies such as micro- and nano-encapsulation. furthermore, the enhancement of thermal conductivity through nanoparticles and the integration of pcms with advanced materials such as smart concrete, prefabricated polymers, and surface coatings are analyzed. the practical section of the paper highlights the role of pcms in building envelopes, including walls, roofs, floors, and responsive façades, and elaborates on their interaction with hvac systems. performance evaluation is presented through numerical simulations using energyplus and comsol, quantitative indicators of energy consumption reduction, and life-cycle and cost analyses. the paper also addresses implementation challenges such as cyclic stability, initial cost, and the absence of comprehensive standards, while outlining future perspectives in the development of pcms responsive to multiple stimuli. in conclusion, the study demonstrates that pcms can play a pivotal role in achieving net-zero energy buildings and guide future research toward composite materials and advanced technologies such as 3d printing.