hvordan Tech omdefinerer fremtiden for klimaanlæg

som vores planet opvarmer, så gør også efterspørgslen efter køleteknologi. Energiforbruget til rumkøling vil mere end tredobles i 2050 ifølge en rapport fra 2018 fra Det Internationale Energiagentur. 10% af det globale elforbrug — og indeholder et hydrofluorcarbon-kølemiddel, der er en mere potent drivhusgas end kulsyre.

“det er en ond cirkel,” siger miljøingeniør Shelia Miller, Direktør for University of Michigan ‘ s program i miljøet. “Det bliver varmere, så vi skruer op for vores klimaanlæg, som bruger mere energi. Når vi bruger mere energi, frigives flere drivhusgasser, hvilket får det til at blive endnu varmere.”

Hvordan håndterer vi denne konflikt? Det er et problem, som forskere og ingeniører arbejder på at løse ved at udvikle mere sofistikerede, energieffektive køleteknologier.

begrebet klimaanlæg går tilbage århundreder.

“forbedringer inden for HVAC-teknologi (opvarmning, ventilation og klimaanlæg) forbedrer løbende effektiviteten af køletjenester, og skift til vedvarende energikilder, der reducerer drivhusgasemissionerne, kan reducere den samlede virkning,” siger Miller. “Gennem historien har folk fundet innovative måder at køle bygninger på uden brug af energiintensiv aircondition.”

begrebet klimaanlæg går tilbage århundreder. Gamle persiske ingeniører byggede “badgirs”, som er vindfangere, der tragt kølige briser ned til huse, og” yakhch rurls ” koniske strukturer, der bruges til at lave is, der var et af de første køleskabe i ørkenen.

i 1820 opdagede opfinder Michael Faraday, at komprimering og flydende ammoniak og derefter lade det fordampe kunne afkøle luften. I 1902 designede ingeniør Carrier et apparat til Sackett &, der cirkulerede luft over spoler kølet af komprimeret ammoniak for at kontrollere fugtigheden ved udskrivning i farve. Carrier forvandlede til sidst sit design til verdens første elektriske klimaanlæg, der debuterede i 1925 i Times kvadrat ‘ s Rivoli Theatre, der indvarslede dagene med at se sommer-blockbuster-film i teatre med aircondition.

klimaanlæg blev betragtet som en luksus, da de først blev introduceret til forbrugerne, men deres evne til at fjerne fugtighed fra luften og reducere lufttemperaturen under varme forhold gjorde dem hurtigt til en nødvendighed i varme klimaer. Den store migration efter krigen til Amerikas Sun Belt-stater ville have været umulig uden spredning af aircondition, ligesom væksten i tropiske byer som Hong Kong og Singapore. (Lee Kuan Barlind, Singapores grundlægger, kaldte Aircondition den vigtigste opfindelse i det 20.århundrede.)

køligere luft er afgørende for at holde produkter friske, bevare medicin og vacciner og køle ned datacentre, der driver internettet. At holde sig kølig har vist sig at være vigtig for sundhed, velvære og øget produktivitet. I dag udnytter forskere og startups mere energieffektive kilder til at generere den kølighed, vi ønsker-fra formskiftende metallegeringer til vedvarende energi og Himmelens kulde.

et forskerteam ved Saarland University i Tyskland eliminerer behovet for kølemidler ved at udvikle formhukommelseslegeringer. Deformering eller trækning af en nikkel-titaniumtråd eller-ark skaber stress for legeringen og hæver dens temperatur. Når materialet bringes tilbage til sin oprindelige form, afkøles det til omkring 20 grader under omgivelsestemperaturen.

“grundideen var at fjerne varme fra et rum — som det indre af et køleskab — ved at lade et forspændt, superelastisk formhukommelsesmateriale slappe af og dermed afkøle markant,” forklarede Stefan Seelecke, professor for intelligent material systems ved Saarland University, da projektet blev annonceret.

holdet har oprettet en prototype, et patentanmeldt cam-drev, der er et roterende bundt af formhukommelsestråde, der bruges til at forstærke kølekraft. Enheden kunne fungere som en varmepumpe, et klimaanlæg eller endda et køleskab, alt sammen uden miljøskadelige kølemidler. Det tyske Forskningsfond har finansieret projektet siden 2016, hvor Europa-Kommissionen og det amerikanske energiministerium betragter det som en lovende alternativ teknologi til eksisterende dampkompressionskølesystemer.

for clean-tech startup Blue Frontier er vedvarende energi nøglen til et mere effektivt kølesystem. Virksomheden startede i Florida i 2013 som Be magt Tech, der udviklede et klimaanlæg, der producerede sin egen elektricitet ved hjælp af en naturgas brændselscelle. Men administrerende direktør Daniel Betts fandt ud af, at markedet for teknologien var begrænset til bygninger drevet af naturgas, og brændselsceller var for dyre til tidlig markedsadoption.

Betts samarbejdede derefter med ingeniører fra Det nationale laboratorium for vedvarende energi for at redesigne systemet. Resultatet var et klimaanlæg med termokemisk lithiumchlorid energilagring, der lagrer en saltopløsning med høj koncentration og omdanner den til kemisk energi til senere brug. “Solenergi produktion vokser hele morgenen og aftager starter i den tidlige eftermiddag,” siger Betts. “Den elektriske belastning i bygninger har en tendens til at toppe tidligt til sent på eftermiddagen, hvilket fører til et misforhold mellem produktion og forbrug.”Blue Frontier’ s klimaanlæg er udstyret med evnen til at lagre køleenergi, så det bruger kun elektricitet under maksimal solenergiproduktion. “Med vores teknologi,” siger Betts, ” kan vi kun forbruge elektricitet, når der ikke er nogen netbelastning, og når vedvarende energi er en større del af elblandingen.”

i mellemtiden vendte Californien-baserede SkyCool Systems sig mod nattehimlen for sin køleteknologi. Grundlagt i 2016, opstarten stammer fra Stanford University og har siden rejst $990.000 i finansiering fra tilskud fra universitetets Startfond og US Department of Energy ‘ s Advanced Research Projects Agency.

for at forstå, hvordan SkyCool Systems’ køleteknologi fungerer, skal du overveje ethvert materiale, der vender mod himlen om natten. “Hvis det ser op på himlen, ville det naturligvis sende sin varme som noget, der hedder termisk stråling,” siger forsker og medstifter Aasvath Raman. “Når denne termiske stråling sendes til himlen, slipper en brøkdel af den ud i rummet. På grund af det vil enhver overflade, der vender mod himlen om natten, naturligvis køle ned til under lufttemperaturen.”

efterligning af dette naturlige fænomen i løbet af dagen viser sig vanskeligere. “Solen vil naturligvis opvarme ethvert materiale-nok til at modvirke denne køleeffekt,” siger Raman. “Vi har brug for et materiale, der reflekterer sollys rigtig godt, men fortsætter med at sende varme ud. Når du har disse to ting sammen, kan du også aktivere denne effekt i løbet af dagen. Det bliver overbevisende, for så har du adgang til fri passiv køling midt på dagen, hvilket er når vi har brug for køling mest.”

“målet med energibesparelser og efterspørgselsreduktion kan være et sted mellem 10% og 30%.”

SkyCool Systems udviklede sølvpaneler, der ligner solpaneler, men i stedet er dækket af en optisk film, der omdanner varme til et mid-infrarødt bølgelængdeområde for at glide gennem atmosfæren og blive kastet ud i rummet, mens de også reflekterer sollys væk. Virksomhedens paneler er i øjeblikket indsat på fem steder, herunder en kontorbygning og en dagligvarebutik, og er integreret med eksisterende kølesystemer, såsom kølere, frysere, ismaskiner og klimaanlæg.

ingeniør og medstifter Eli Goldstein siger, at fordelene ved SkyCool Systems’ kølepaneler er tredobbelt. “Den ene er energibesparelser, den anden er efterspørgselsreduktion, og den tredje øger kølekapaciteten i et system,” siger han. “Målet energibesparelser og efterspørgselsreduktion kan være hvor som helst mellem 10% og 30%.”

desuden kræver kølemekanismen ingen energi eller vand. “Det er effektivt passivt i sin form for afkøling, så det bruger ikke energi og vand,” siger Goldstein. “Der er ikke noget fordampende vandtab for at generere denne afkøling, så det er en meget mere bæredygtig tilgang.”

disse køleteknologier er ikke uden deres udfordringer. SkyCool Systems forsøger at skalere op så hurtigt som muligt for at holde trit med markedets efterspørgsel, og selvom Blue Frontier ‘ s teknologi er bevist gennem forskellige prototyper, er virksomheden stadig nødt til at etablere masseproduktion og feltforsøg.

de har måske ikke nået bred vedtagelse endnu, men disse innovationer baner vejen for en køligere og mere energieffektiv fremtid. Blue Frontier planlægger at bevæge sig mod en “klimaanlæg som en service” – model, mens SkyCool Systems forestiller sig at erstatte klimaanlæg med sine paneler.

” køling er vigtig for vores hverdag,” siger Goldstein. “Vi er nødt til at arbejde sammen for at få mere effektive systemer og køre dem på en bæredygtig måde.”