Jak Tech Redefinuje Budoucnost Klimatizace

Jak se naše planeta otepluje, tak i poptávky pro chlazení technologie. Podle zprávy Mezinárodní energetické agentury z roku 2018 se spotřeba energie pro chlazení prostoru do roku 2050 více než ztrojnásobí. Ale klimatizačních jednotek jsou napájecí prasata — což představuje asi 10% celosvětové spotřeby elektřiny — a obsahují částečně fluorovanými uhlovodíky chladiva, které je účinnější skleníkový plyn než oxid uhličitý.

„je to začarovaný kruh,“ říká environmentální inženýr Shelie Miller, ředitel programu University of Michigan v životním prostředí. „Stává se teplejším, takže obracíme naše klimatizační jednotky, které spotřebovávají více energie. Když spotřebujeme více energie, uvolní se více skleníkových plynů, což způsobí, že se ještě oteplí.“

jak se vypořádáme s tímto konfliktem? Je to problém, který vědci a inženýři pracují na řešení vývojem sofistikovanějších, energeticky účinných technologií chlazení.

koncept klimatizace se datuje staletí.

„Vylepšení v HVAC (topení, ventilace a klimatizace), technologie se neustále zlepšuje účinnosti chlazení služby, a přechod na obnovitelné zdroje energie, které snižují emise skleníkových plynů může snížit celkový dopad,“ Miller říká. „V průběhu historie lidé přišli s inovativními způsoby chlazení budov bez použití energeticky náročné klimatizace.“

koncept klimatizace pochází z staletí. Starověké perské inženýři postavili „badgirs“, což jsou lapače větru, které směřují chladný vánek dolů do domů, a „yakhchāls,“ kuželové struktury se používá, aby se led, který byl jedním z prvních ledniček v poušti.

v roce 1820 vynálezce Michael Faraday zjistil, že stlačování a zkapalňování amoniaku a jeho následné odpařování může vzduch ochladit. V roce 1902, inženýr Willis Carrier navrhl zařízení pro Sackett & Wilhelms Lithographing a Tisk Společnost v New Yorku, který cirkuluje vzduch přes cívky chlazené stlačeným amoniaku na kontrolu vlhkosti při tisku v barvě. Carrier nakonec změnil svůj design na první elektrickou klimatizaci na světě, která debutovala v roce 1925 v divadle Rivoli na Times Square a předznamenala dny sledování letních trháků V klimatizovaných divadlech.

klimatizační zařízení byly považovány za luxus, když poprvé zavedena pro spotřebitele, ale jejich schopnost odstranit vlhkost ze vzduchu a snížení teploty vzduchu během teplých podmínkách rychle se z nich nutnost v horkém podnebí. Obrovská poválečná migrace do amerických států Sun Belt by byla nemožná bez šíření klimatizace, stejně jako růst tropických měst, jako je HongKong a Singapur. (Lee Kuan Yew, zakladatel Singapuru, nazval klimatizaci nejdůležitějším vynálezem 20. století.)

chladnější vzduch je nezbytný pro udržení čerstvých produktů, konzervování léků a vakcín a chlazení datových center, která napájejí internet. Ukázalo se, že udržování chladu je důležité pro zdraví, pohodu a zvýšenou produktivitu. Dnes, vědci a firmami jsou využívání energeticky efektivních zdrojů pro generování chlad, toužíme — od měnění tvaru kovových slitin do obnovitelných zdrojů energie a studené oblohy.

výzkumný tým na Sárské univerzitě v Německu eliminuje potřebu chladiv vývojem slitin s tvarovou pamětí. Deformace nebo tahání nikl-titanového drátu nebo plechu vytváří napětí pro slitinu a zvyšuje její teplotu. Když je materiál přiveden zpět do původního tvaru, ochladí se na přibližně 20 stupňů pod okolní teplotu.

„základní myšlenkou bylo odstranit teplo z prostor, jako je v interiéru lednice — tím, že pre-zdůraznil, super-elastický materiál s tvarovou pamětí, aby relaxovat, a tím výrazně ochladit,“ vysvětlil Stefan Seelecke, profesor pro inteligentní materiálové systémy na Saarland University, kdy byl projekt oznámen.

tým vytvořil prototyp, patentovaný vačkový pohon, který je rotujícím svazkem drátů s tvarovou pamětí používaných k zesílení chladicího výkonu. Zařízení by mohlo fungovat jako tepelné čerpadlo, klimatizace, nebo dokonce lednice, to vše bez chladiv škodlivých pro životní prostředí. Německá výzkumná nadace projekt financuje od roku 2016, přičemž Evropská komise a americké ministerstvo energetiky jej považují za slibnou alternativní technologii ke stávajícím chladicím systémům s kompresí par.

pro spuštění čistých technologií Blue Frontier je obnovitelná energie klíčem k účinnějšímu chladicímu systému. Společnost začala na Floridě v roce 2013 jako Be Power Tech, která vyvinula klimatizaci, která vyráběla vlastní elektřinu pomocí palivového článku na zemní plyn. Generální ředitel Daniel Betts však zjistil, že trh s touto technologií byl omezen na budovy poháněné zemním plynem a palivové články byly příliš drahé pro včasné přijetí na trh.

Betts poté spolupracoval s inženýry z Národní laboratoře obnovitelné energie, aby přepracoval systém. Výsledkem bylo, klimatizace s termochemický chlorid lithný skladování energie, který ukládá vysoké koncentrace solného roztoku a převádí je na chemickou energii pro pozdější použití. „Výroba solární energie roste po celé ráno a ubývá od časného odpoledne,“ říká Betts. „Elektrická zátěž v budovách má tendenci vrcholit brzy až pozdě odpoledne, což vede k nesouladu mezi výrobou a spotřebou.“Klimatizace Blue Frontier je vybavena schopností ukládat chladicí energii, takže používá pouze elektřinu při maximální výrobě solární energie. „S naší technologií,“ říká Betts, “ můžeme spotřebovávat elektřinu pouze tehdy, když nedochází k přetížení sítě a když je obnovitelná energie větší součástí mixu elektřiny.“

mezitím se Kalifornské systémy SkyCool obrátily na noční oblohu kvůli své technologii chlazení. Společnost byla založena v roce 2016, startup vznikl na Stanford University a od té doby se zvýšil $990,000 na financování z grantů poskytnutých univerzity StartX Fondu a Ministerstva Energetiky USA Advanced Research Projects Agency.

Chcete-li pochopit, jak funguje technologie chlazení SkyCool Systems, zvažte jakýkoli materiál obrácený k obloze v noci. „Pokud se dívá na oblohu, přirozeně by vysílalo své teplo jako něco, čemu se říká tepelné záření,“ říká vědec a spoluzakladatel Aaswath Raman. „Když je toto tepelné záření posláno na oblohu, nějaká jeho část unikne do vesmíru. Z tohoto důvodu se jakýkoli povrch obrácený k obloze v noci přirozeně ochladí pod teplotu vzduchu.“

napodobování tohoto přírodního jevu během dne je obtížnější. „Slunce přirozeně zahřeje jakýkoli materiál-natolik, aby působil proti tomuto chladícímu účinku,“ říká Raman. „Potřebujeme materiál, který odráží sluneční světlo opravdu dobře, ale nadále vysílá teplo. Když máte tyto dvě věci dohromady, můžete tento efekt povolit i během dne. To se stává přesvědčivým, protože pak máte přístup k bezplatnému pasivnímu chlazení uprostřed dne, což je, když potřebujeme chlazení nejvíce.“

„cílové úspory energie a snížení poptávky mohou být kdekoli mezi 10% a 30%.“

SkyCool Systémy vyvinuté stříbrné panely, které vypadají jako solární panely, ale místo toho jsou zahrnuty v optické film, který převádí teplo do střední infračervené vlnové délce skluzu přes atmosféru a dostat se vrhají do prostoru a zároveň odráží sluneční světlo. Společnosti panely jsou v současné době rozmístěny na pěti místech, včetně administrativní budovy a obchod se smíšeným zbožím, a jsou integrovány se stávajícími systémy chlazení, jako ledničky, mrazničky, led stroje, a klimatizační systémy.

inženýr a spoluzakladatel Eli Goldstein říká, že výhody chladicích panelů SkyCool Systems jsou trojnásobné. „Jednou je úspora energie, druhou snížení poptávky a třetí zvýšení chladicí kapacity systému,“ říká. „Cílové úspory energie a snížení poptávky mohou být kdekoli mezi 10% a 30%.“

chladicí mechanismus navíc nevyžaduje žádnou energii ani vodu. „Ve své formě chlazení je účinně pasivní, takže nevyužívá žádnou energii a vodu,“ říká Goldstein. „Neexistuje žádná ztráta odpařovací vody pro generování tohoto chlazení, takže je to mnohem udržitelnější přístup.“

tyto technologie chlazení nejsou bez jejich výzev. SkyCool Systémy se snaží rozšířit co nejrychleji, aby udržel krok s poptávkou na trhu, a i když Modrá Hranice technologie bylo prokázáno, přes různé prototypy, společnost stále potřebuje vytvořit masovou výrobu a polních pokusů.

možná ještě nedosáhli širokého přijetí, ale tyto inovace připravují cestu pro chladnější a energeticky účinnější budoucnost. Blue Frontier plánuje přejít k modelu „klimatizace jako služba“, zatímco SkyCool Systems předpokládá výměnu klimatizačních systémů za své panely.

„chlazení je důležité pro náš každodenní život,“ říká Goldstein. „Musíme spolupracovat, abychom získali efektivnější systémy a provozovali je udržitelným způsobem.“