기술이 에어컨의 미래를 재정의하는 방법

우리 행성이 가열됨에 따라 냉각 기술에 대한 수요도 마찬가지입니다. 우주 냉각을위한 에너지 사용은 국제 에너지기구의 2018 보고서에 따르면 2050 년까지 3 배 이상 증가 할 것입니다. 그러나 에어컨 장치는 전 세계 전력 소비의 약 10%를 차지하는 전력 돼지이며 이산화탄소보다 더 강력한 온실 가스 인 하이드로 플루오로 카본 냉매를 포함합니다.

“그것은 악순환이다”환경 엔지니어 셸리 밀러,환경 미시간 대학의 프로그램의 이사는 말한다. “그것은 따뜻하게된다,그래서 우리는 더 많은 에너지를 소비하는 우리의 에어컨을 켭니다. 우리가 더 많은 에너지를 사용하면 더 많은 온실 가스가 방출되어 더 따뜻해집니다.”

이 갈등을 어떻게 처리합니까? 과학자와 엔지니어가 더 정교하고 에너지 효율적인 냉각 기술을 개발함으로써 해결하기 위해 노력하는 문제입니다.

에어컨의 개념은 수세기 전으로 거슬러 올라갑니다.

“공조(난방,환기 및 에어컨)기술의 향상은 냉각 서비스의 효율성을 지속적으로 개선하고 있으며 온실 가스 배출을 줄이는 재생 가능 에너지 원으로 전환하면 전반적인 영향을 줄일 수 있습니다. “역사를 통틀어 사람들은 에너지 집약적 인 에어컨을 사용하지 않고 건물을 냉각시키는 혁신적인 방법을 생각해 냈습니다.”

에어컨의 개념은 수세기 전으로 거슬러 올라갑니다. 고대 페르시아의 공학자들은 시원한 바람을 집까지 내려가는 바람 포수인”배기르”와 사막 최초의 냉장고 중 하나였던 얼음을 만드는 데 사용되는”야크흐”의 원추형 구조물을 만들었습니다.

1820 년 발명가 마이클 패러데이는 암모니아를 압축하고 액화시킨 다음 증발시켜 공기를 식힐 수 있다는 것을 발견했습니다. 1902 년,엔지니어 윌리스 캐리어는 컬러로 인쇄 할 때 습도를 제어하기 위해 압축 된 암모니아에 의해 냉각 코일을 통해 공기를 순환 뉴욕의 새켓&빌헬름스 석판 인쇄 및 인쇄 회사를위한 장치를 설계했습니다. 캐리어는 결국 자신의 디자인을 1925 년 타임스 스퀘어의 리 볼리 극장에서 데뷔 한 세계 최초의 전기 에어 컨디셔너로 바꾸어 에어컨이 설치된 극장에서 여름 블록버스터 영화를 보는 날을 예고했습니다.

에어컨은 소비자를 위해 처음 도입되었을 때 사치품으로 여겨졌지만,공기 중의 습도를 제거하고 따뜻한 조건에서 공기 온도를 낮추는 능력은 더운 기후에서 빠르게 필요하게되었습니다. 미국의 태양 벨트 상태로 광대 한 전후 마이그레이션은 홍콩과 싱가포르 같은 열대 도시의 성장처럼,에어컨의 확산없이 불가능했을 것이다. (싱가포르의 건국의 아버지 인 리콴유는 에어컨을 20 세기의 가장 중요한 발명품이라고 불렀습니다.

더 차가운 공기는 농산물을 신선하게 유지하고,의약품과 백신을 보존하며,인터넷에 전력을 공급하는 데이터 센터를 냉각시키는 데 필수적입니다. 시원하게 유지하는 것은 건강,복지 및 생산성 향상에 중요한 것으로 나타났습니다. 오늘날 연구원과 신생 기업은 모양 변화 금속 합금에서 재생 가능 에너지 및 하늘의 추위에 이르기까지 우리가 갈망하는 차가움을 생성하기 위해보다 에너지 효율적인 소스를 활용하고 있습니다.

독일 자를란 트 대학의 연구팀은 형상 기억 합금을 개발하여 냉매의 필요성을 없애고있다. 니켈 티타늄 철사 또는 장을 모양없이 하거나 당김것은 합금을 위해 긴장을 창조하고 그것의 온도를 올린다. 재료가 원래 모양으로 되돌아 오면 주변 온도보다 약 20 도까지 냉각됩니다.

이 프로젝트가 발표되었을 때 자를란 트 대학의 지능형 재료 시스템 교수 인 스테판 셀렉 케는”기본 아이디어는 미리 스트레스를 받고 초 탄성 형상 기억 재료가 이완되어 상당히 냉각되도록하여 냉장고 내부와 같은 공간에서 열을 제거하는 것이 었습니다.

이 팀은 냉각 전력을 증폭하는 데 사용되는 형상 메모리 와이어의 회전 묶음 인 특허 출원중인 캠 드라이브 프로토 타입을 만들었습니다. 이 장치는 환경에 유해한 냉매없이 열 펌프,에어컨 또는 냉장고로 작동 할 수 있습니다. 독일 연구 재단은 2016 년부터 이 프로젝트에 자금을 지원해 왔으며,유럽 집행위원회와 미국 에너지부는 기존 증기 압축 냉동 시스템에 대한 유망한 대체 기술을 고려하고 있다.

청정 기술 스타트업 블루 프론티어의 경우 재생 가능 에너지가보다 효율적인 냉각 시스템의 핵심입니다. 이 회사는 천연 가스 연료 전지를 사용하여 자신의 전기를 생산 에어컨을 개발 한 전력 기술 수 2013 년 플로리다에서 시작했다. 그러나 대표 이사 다니엘 베츠는이 기술에 대한 시장이 천연 가스에 의해 구동 건물로 제한하고,연료 전지는 초기 시장 채택에 너무 비쌌다 것을 발견했다.

베츠는 국립 신 재생 에너지 연구소의 엔지니어들과 협력하여 시스템을 재 설계했다. 그 결과 고농도 염 용액을 저장하고 나중에 사용하기 위해 화학 에너지로 변환하는 열 화학적 염화 리튬 에너지 저장 장치가 장착 된 에어컨이 탄생했습니다. “태양 광 발전은 아침 내내 성장하고 이른 오후부터 약해진다”고 베츠는 말한다. “건물의 전기 부하는 이른 오후부터 늦은 오후에 최고조에 달하는 경향이 있으며,이로 인해 발생과 소비 사이의 불일치가 발생합니다.”블루 프론티어의 에어컨은 냉각 에너지를 저장할 수있는 능력을 갖추고 있습니다,그래서 그것은 단지 최대 태양 광 발전 생산시 전기를 사용합니다. “우리의 기술로,우리는 그리드 혼잡이없고 재생 가능 에너지가 전기 믹스의 더 큰 부분 일 때만 전기를 소비 할 수 있습니다.”

한편 캘리포니아에 본사를 둔 스카이 쿨 시스템은 냉각 기술을 위해 밤하늘로 향했습니다. 2016 년에 설립 된이 스타트 업은 스탠포드 대학에서 시작되었으며 이후 대학의 스타트 기금과 미국 에너지 부의 고급 연구 프로젝트 기관에서 제공하는 보조금으로 990,000 달러를 모금했습니다.

스카이쿨 시스템의 냉각 기술이 어떻게 작동하는지 이해하려면,밤에 하늘을 마주보고 있는 모든 물질을 고려한다. 과학자이자 공동 설립자 인 아스와스 라만은”하늘을 올려다 본다면 자연스럽게 열을 열 복사라고 부르는 것으로 보낼 것”이라고 말했다. “이 열 복사가 하늘로 보내지면 그 중 일부는 우주로 빠져 나옵니다. 그 때문에,밤에 하늘을 직면 하는 모든 표면 자연스럽 게 공기 온도 이하로 냉각 됩니다.”

낮에이 자연 현상을 모방하는 것이 더 어렵습니다. “태양은 자연적으로 모든 물질을 가열 할 것입니다.이 냉각 효과를 막기에 충분합니다.”라고 라만은 말합니다. “우리는 햇빛을 정말 잘 반사하지만 열을 계속 보내는 재료가 필요합니다. 당신이 함께 그 두 가지가있을 때,당신은뿐만 아니라 하루 동안이 효과를 활성화 할 수 있습니다. 그 이유는 한낮에 자유로운 수동 냉각을 할 수 있기 때문입니다.냉각이 가장 필요할 때죠.”

“목표 에너지 절약과 수요 감소는 10%에서 30%사이 일 수 있습니다.”

스카이 쿨 시스템은 태양 전지 패널처럼 보이는 실버 패널을 개발하지만,대신 중 적외선 파장 범위로 열을 변환 광학 필름에 덮여 대기를 통해 미끄러 또한 멀리 햇빛을 반사하면서 공간으로 캐스팅받을 수 있습니다. 이 회사의 패널은 현재 사무실 건물과 편의점을 포함한 5 개 사이트에 배치되며 냉각기,냉동고,제빙기 및 에어컨 시스템과 같은 기존 냉각 시스템과 통합되어 있습니다.

엔지니어 겸 공동 설립자 엘리 골드스타인은 스카이 쿨 시스템즈의 냉각 패널의 장점은 세 가지라고 말한다. “하나는 에너지 절약,다른 하나는 수요 감소,세 번째는 시스템의 냉각 용량을 증가시키는 것”이라고 그는 말합니다. “목표 에너지 절약과 수요 감소는 10%에서 30%사이 일 수 있습니다.”

또한 냉각 메커니즘은 에너지 나 물도 필요하지 않습니다. 골드스타인은”냉각의 형태로 효과적으로 수동적이어서 에너지와 물도 사용하지 않는다”고 말했다. “이 냉각을 생성 할 증발 식 물 손실이 없으므로 훨씬 더 지속 가능한 접근 방식입니다.”

이러한 냉각 기술에는 어려움이 없습니다. 스카이쿨 시스템즈는 시장 수요를 따라가기 위해 최대한 빨리 규모를 확장하려고 노력하고 있으며,블루 프론티어의 기술은 다양한 프로토타입을 통해 입증되었지만,회사는 여전히 대량 생산과 현장 시험을 구축해야 합니다.

그들은 아직 광범위한 채택에 도달하지 못했을 수도 있지만,이러한 혁신은 더 시원하고 에너지 효율적인 미래를위한 길을 열어주고 있습니다. 블루 프론티어는”서비스로서의 에어컨”모델로 나아갈 계획이며 스카이 쿨 시스템은 에어컨 시스템을 패널로 교체 할 계획입니다.

“냉각은 우리의 일상 생활에 중요합니다.”라고 골드 스타 인은 말합니다. “우리는 더 효율적인 시스템을 확보하고 지속 가능한 방식으로 운영하기 위해 협력해야 합니다.”