Новая недорогая солнечная технология для охлаждения
В Европе потребление энергии на кондиционирование воздуха растет, и ситуация может ухудшиться в ближайшем будущем из-за повышения температуры в различных регионах мира. Растущая потребность в охлаждении зданий, особенно в летний сезон, удовлетворяется за счет кондиционеров воздуха, которые часто используют хладагенты с сильным воздействием на окружающую среду, а также приводят к большому потреблению электроэнергии. Как же инженеры могут уменьшить потребность в энергии для охлаждения зданий?
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances исследовательской группой из Туринского политехнического института (SMaLL) и Национального института метрологических исследований (INRiM), предлагается устройство, способное генерировать холодильную мощность без использования электричества. Как и более традиционные охлаждающие устройства, эта новая технология также использует испарение жидкости. Однако, основная идея, предложенная исследователями Турина, заключается в использовании простой воды и обычной соли вместо химических веществ, которые потенциально вредны для окружающей среды. Воздействие нового устройства на окружающую среду также снижается, поскольку оно основано на пассивных явлениях, т.е. на спонтанных процессах капиллярности и испарения, а не на насосах и компрессорах, требующих энергии и технического обслуживания.
«Охлаждение посредством испарения воды всегда было известно. Например, природа использует испарение пота с кожи для охлаждения нашего тела. Однако эта стратегия эффективна до тех пор, пока воздух не насыщен водяным паром. Нашей идеей было придумать недорогую технологию, способную обеспечить максимальный охлаждающий эффект независимо от внешних условий водяного пара. Вместо того, чтобы подвергаться воздействию воздуха, чистая вода контактирует с непроницаемой мембраной, которая отделяет ее от высококонцентрированного соленого раствора. Мембрану можно представить как пористое сито с размером пор порядка одной миллионной доли метра. Благодаря своим водоотталкивающим свойствам наша мембранная жидкая вода не проходит через мембрану, в то время как ее пары проходят через нее.
Таким образом, пресная и соленая вода не смешиваются, в то время как с одного конца мембраны на другой происходит постоянный поток водяного пара. В результате чистая вода охлаждается, и этот эффект усиливается благодаря наличию различных стадий испарения. Очевидно, что концентрация соленой воды будет постоянно снижаться, а эффект охлаждения будет уменьшаться с течением времени; однако, разница в солености между двумя растворами может быть непрерывно и устойчиво восстановлена с помощью солнечной энергии, что также было продемонстрировано в другом недавнем исследовании нашей группы», объясняет Маттео Альбергини, аспирант кафедры энергетики Туринского политехнического университета и первый автор исследования.
Интересной особенностью предлагаемого устройства является его модульная конструкция, состоящая из холодильных агрегатов толщиной по несколько сантиметров каждый, которые могут быть уложены последовательно для увеличения охлаждающего эффекта, как это происходит с обычными батареями. Таким образом, можно точно настроить мощность охлаждения в соответствии с индивидуальными потребностями, возможно, достигнув охлаждающей способности, сравнимой с той, которая обычно необходима для бытового использования. Кроме того, вода и соль не нуждаются в насосах или других вспомогательных средствах для транспортировки внутри устройства. Напротив, он самопроизвольно перемещается благодаря капиллярному воздействию некоторых компонентов, способных поглощать и транспортировать воду даже против силы тяжести.
«Другие технологии пассивного охлаждения также тестируются в различных лабораториях и научно-исследовательских центрах по всему миру, например, технологии, основанные на рассеянии тепла инфракрасного излучения в космическое пространство, также известные как радиационное пассивное охлаждение. Эти подходы, хотя и являются многообещающими и подходящими для некоторых областей применения, также имеют серьезные ограничения: Принцип, на котором они основаны, может оказаться неэффективным в тропическом климате и вообще в очень влажные дни, когда потребность в кондиционировании будет высокой; кроме того, существует теоретический предел максимальной мощности охлаждения.
Наш пассивный прототип, основанный на испарительном охлаждении между двумя водными растворами с различной соленостью, может преодолеть этот предел, создавая полезный эффект, не зависящий от внешней влажности. Более того, в будущем мы сможем получить еще более высокую охлаждающую мощность, увеличив концентрацию солевого раствора или прибегнув к более сложной модульной конструкции устройства», – пишут исследователи.
Кроме того, простота сборки устройства и необходимые материалы влекут за собой низкую себестоимость, порядка нескольких евро за каждый этап охлаждения. Как таковое, устройство может быть идеальным для установки в сельской местности, где возможна нехватка хорошо обученного технического персонала, затрудняющая эксплуатацию и обслуживание традиционных систем охлаждения. Интересные применения могут быть также предусмотрены в регионах с высокой доступностью соленой воды, например, в прибрежных районах вблизи крупных опреснительных установок или на близлежащих солончаках и соляных шахтах.
В настоящее время технология еще не готова к коммерческой эксплуатации, и необходимы дальнейшие разработки (также зависящие от будущего финансирования или промышленного партнерства). В перспективе эта технология может быть использована в сочетании с существующими и более традиционными системами охлаждения для эффективной реализации стратегий энергосбережения.
https://econet.ru/articles/novaya-nedorogaya-solnechnaya-tehnologiya-dlya-ohlazhdeniya