У Європі споживання енергії на кондиціювання повітря зростає, і ситуація може погіршитися в найближчому майбутньому через підвищення температури в різних регіонах світу. Зростаюча потреба в охолодженні будівель, особливо в літній сезон, задовольняється завдяки кондиціонерам повітря, які часто використовують холодоагенти з сильним впливом на навколишнє середовище, а також призводять до великого споживання електроенергії. Як же інженери можуть зменшити потребу в енергії для охолодження будівель?
Сонячна технологія охолодження
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Science Advances дослідницькою групою з Туринського політехнічного інституту (SMaLL) і Національного інституту метрологічних досліджень (INRiM), пропонується пристрій, здатний генерувати холодильну потужність без використання електрики. Як і більш традиційні охолоджуючі пристрої, ця нова технологія також використовує випаровування рідини. Однак, основна ідея, запропонована дослідниками Турина, полягає у використанні простої води і звичайної солі замість хімічних речовин, які потенційно шкідливі для навколишнього середовища. Вплив нового пристрою на навколишнє середовище також знижується, оскільки воно засноване на пасивних явищах, тобто на спонтанних процесах капілярності і випаровування, а не на насосах та компресорах, що потребують енергії і технічного обслуговування.
“Охолодження за допомогою випаровування води завжди було відомо. Наприклад, природа використовує випаровування поту зі шкіри для охолодження нашого тіла. Однак ця стратегія ефективна до тих пір, поки повітря не насичене водяною парою. Нашою ідеєю було придумати недорогу технологію, здатну забезпечити максимальний охолоджуючий ефект незалежно від зовнішніх умов водяної пари. Замість того, щоб піддаватися впливу повітря, чиста вода контактує з непроникною мембраною, яка відділяє її від висококонцентрованого солоного розчину. Мембрану можна представити як пористе сито з розміром пір близько однієї мільйонної частки метра. Завдяки своїм водовідштовхувальним властивостям наша мембранна рідка вода не проходить через мембрану, в той час як її пари проходять через неї.
Таким чином, прісна і солона вода не змішуються, в той час як з одного кінця мембрани на інший відбувається постійний потік водяної пари. В результаті чиста вода охолоджується, і цей ефект посилюється завдяки наявності різних стадій випаровування. Очевидно, що концентрація солоної води буде постійно знижуватися, а ефект охолодження буде зменшуватися з плином часу; проте, різниця в солоності між двома розчинами може бути безперервно і стійко відновлена за допомогою сонячної енергії, що також було продемонстровано в іншому нещодавньому дослідженні нашої групи”, пояснює Маттео Альбергіні, аспірант кафедри енергетики Туринського політехнічного університету і перший автор дослідження.
Цікавою особливістю пропонованого пристрою є його модульна конструкція, що складається з холодильних агрегатів товщиною кілька сантиметрів кожен, які можуть бути покладені послідовно для збільшення охолоджуючого ефекту, як це відбувається зі звичайними батареями. Таким чином, можна точно настроїти потужність охолодження відповідно до індивідуальних потреб, можливо, досягнувши охолоджуючої здатності, порівнянної з тією, яка зазвичай необхідна для побутового використання. Крім того, вода і сіль не потребують насосів або інших допоміжних засобів для транспортування всередині пристрою. Навпаки, він довільно переміщається завдяки капілярному впливу деяких компонентів, здатних поглинати і транспортувати воду навіть проти сили тяжіння.
“Інші технології пасивного охолодження також тестуються в різних лабораторіях та науково-дослідницьких центрах по всьому світу, наприклад, технології, засновані на розсіювання тепла інфрачервоного випромінювання в космічний простір, також відомі як радіаційне пасивне охолодження. Ці підходи, хоча і є перспективними і придатними для деяких областей застосування, також мають серйозні обмеження: Принцип, на якому вони засновані, може виявитися неефективним у тропічному кліматі і взагалі в дуже вологі дні, коли потреба в кондиціонуванні буде високою; крім того, існує теоретична межа максимальної потужності охолодження.
Наш пасивний прототип, заснований на випарному охолодженні між двома водними розчинами з різною солоністю, може подолати цю межу, створюючи корисний ефект, що не залежить від зовнішньої вологості. Більш того, в майбутньому ми зможемо отримати ще більш високу охолоджуючу потужність, збільшивши концентрацію сольового розчину або вдавшись до більш складної модульної конструкції пристрою”, – пишуть дослідники.
Крім того, простота зборки пристрою і необхідні матеріали тягнуть за собою низьку собівартість, порядка декілька євро за кожен етап охолодження. Пристрій може бути ідеальним для установки в сільській місцевості, де можлива нестача добре навченого технічного персоналу, що утрудняє експлуатацію і обслуговування традиційних систем охолодження. Цікаві застосування можуть бути також передбачені в регіонах з високою доступністю солоної води, наприклад, у прибережних районах поблизу великих опріснювальних установок або на прилеглих солончаках і соляних шахтах.
В цей час технологія ще не готова до комерційної експлуатації, і необхідні подальші розробки (також залежать від майбутнього фінансування або промислового партнерства). В перспективі ця технологія може бути використана в поєднанні з існуючими і більш традиційними системами охолодження для ефективної реалізації стратегій енергозбереження.
За матеріалами sciencenews.org
Натхнення: econet.ru