som planeten varmer, utvikler forskere og oppstart innovative teknologier for en kjøligere og mer energieffektiv fremtid
som vår planet varmes opp, så gjør også etterspørselen etter kjøleteknologi. Energibruken til romkjøling vil mer enn tredobles innen 2050, ifølge En rapport Fra Det Internasjonale Energibyrået Iea i 2018. 10% av verdens strømforbruk-og inneholder et hydrofluorkarbon kjølemiddel som er en mer potent drivhusgass enn karbondioksid.
«Det er en ond sirkel,» sier miljøingeniør Shelie Miller, direktør For University Of Michigans Program I Miljøet. «Det blir varmere, så vi skru opp våre klimaanlegg, som bruker mer energi. Når vi bruker mer energi, frigjøres flere klimagasser, noe som får det til å bli enda varmere.»
Hvordan håndterer vi denne konflikten? Det er et problem som forskere og ingeniører jobber med å løse ved å utvikle mer sofistikerte, energieffektive kjøleteknologier.
begrepet klimaanlegg dateres tilbake århundrer.
«Forbedringer I HVAC-teknologi (oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg) forbedrer kontinuerlig effektiviteten til kjøletjenester, og bytte til fornybare energikilder som reduserer klimagassutslippene kan redusere den samlede effekten,» Sier Miller. «Gjennom historien har folk kommet opp med innovative måter å kjøle bygninger uten bruk av energiintensivt klimaanlegg.»
begrepet air condition dateres tilbake århundrer. Gamle persiske ingeniører bygget «badgirs,» som er vind hvalbåter som trakt kjølig bris ned til hus, og «yakhchā,» koniske strukturer som brukes til å lage is som var en av de første kjøleskap i ørkenen.
I 1820 oppdaget oppfinneren Michael Faraday at komprimering og flytende ammoniakk og deretter tillate det å fordampe kunne avkjøle luften. I 1902 designet Ingeniør Willis Carrier et apparat For Sackett & Wilhelms Lithographing And Printing Company I New York som sirkulerte luft over spoler kjølt av komprimert ammoniakk for å kontrollere fuktighet ved utskrift i farger. Carrier forvandlet til slutt sitt design til verdens første elektriske klimaanlegg, som debuterte I 1925 I Times Square ‘ S Rivoli Theatre, og hyllet dagene med å se sommerfilmer i klimatiserte teatre.
Klimaanlegg ble ansett som en luksus da de først ble introdusert for forbrukerne, men deres evne til å fjerne fuktighet fra luften og redusere lufttemperaturen under varme forhold gjorde dem raskt til en nødvendighet i varme klima. Den enorme etterkrigsmigrasjonen Til Amerikas Sun Belt-stater ville vært umulig uten spredning av klimaanlegg, som ville veksten av tropiske byer som Hong Kong og Singapore. (Lee Kuan Yew, Singapores grunnlegger, kalt air condition den viktigste oppfinnelsen av det 20. århundre.)
Kjøligere luft er viktig for å holde produsere friske, bevare medisin og vaksiner, og kjøle ned datasentre som driver internett. Å holde seg kult har vist seg å være viktig for helse, velvære og økt produktivitet. I dag utnytter forskere og oppstart mer energieffektive kilder for å generere kjøligheten vi ønsker — fra formskiftende metalllegeringer til fornybar energi og himmelens kulde.
et forskerteam ved Saarland Universitet i Tyskland eliminerer behovet for kjølemidler ved å utvikle form-minne legeringer. Deformere eller trekke en nikkel-titan wire eller ark skaper stress for legeringen og øker temperaturen. Når materialet bringes tilbake til sin opprinnelige form, avkjøles det til rundt 20 grader under omgivelsestemperaturen.
» den grunnleggende ideen var å fjerne varme fra et rom – som det indre av et kjøleskap – ved å la et pre-stresset, superelastisk formminnemateriale slappe av og dermed kjøle seg betydelig, » Forklarte Stefan Seelecke, professor for intelligente materialsystemer Ved Saarland University, da prosjektet ble annonsert.
teamet har laget en prototype, en patentsøkt cam drive som er en roterende bunt av form-minne ledninger som brukes til å forsterke kjølekraft. Enheten kan fungere som en varmepumpe, et klimaanlegg eller til og med et kjøleskap, alt uten miljøskadelige kjølemidler. Den tyske Forskningsstiftelsen har finansiert prosjektet siden 2016, Med Eu-Kommisjonen og Us Department Of Energy vurderer det en lovende alternativ teknologi til eksisterende dampkompresjonskjølesystemer.
for Clean-tech oppstart Blue Frontier er fornybar energi nøkkelen til et mer effektivt kjølesystem. Selskapet startet I Florida i 2013 Som Be Power Tech, som utviklet et klimaanlegg som produserte sin egen strøm ved hjelp av en naturgass brenselcelle. MEN KONSERNSJEF Daniel Betts fant at markedet for teknologien var begrenset til bygninger drevet av naturgass, og brenselceller var for dyre for tidlig markedsadopsjon.
betts samarbeidet deretter med ingeniører Fra National Renewable Energy Laboratory for å redesigne systemet. Resultatet var et klimaanlegg med termokjemisk energilagring av litiumklorid, som lagrer en saltløsning med høy konsentrasjon og omdanner den til kjemisk energi for senere bruk. «Solenergi generasjon vokser hele morgenen og avtar starter tidlig på ettermiddagen,» sier Betts. «Den elektriske belastningen i bygninger har en tendens til å toppe tidlig til sen ettermiddag, noe som fører til en mismatch mellom generasjon og forbruk.»Blue Frontiers klimaanlegg er utstyrt med muligheten til å lagre kjøleenergi, slik at den bare bruker strøm under maksimal solkraftproduksjon. «Med vår teknologi,» Sier Betts, » kan vi bare forbruke strøm når det ikke er strømbelastning og når fornybar energi er en større del av elektrisitetsmiksen.»
I Mellomtiden, California-baserte SkyCool Systemer slått til nattehimmelen for sin kjøleteknologi. Grunnlagt i 2016, oppstarten stammer Fra Stanford University og har siden økt $990,000 i finansiering fra tilskudd gitt av universitetets StartX Fund og US Department Of Energys Advanced Research Projects Agency.
for å forstå Hvordan SkyCool Systems kjøleteknologi fungerer, bør du vurdere noe materiale som vender mot himmelen om natten. «Hvis det ser opp på himmelen, vil det naturlig sende ut varmen som noe som kalles termisk stråling,» sier forsker Og medstifter Aaswath Raman. «Når denne termiske strålingen sendes til himmelen, kommer en del av den ut i rommet. På grunn av det vil enhver overflate som vender mot himmelen om natten, kjøle seg ned til under lufttemperaturen.»
Å Etterligne dette naturlige fenomenet i løpet av dagen viser seg vanskeligere. «Solen vil naturlig varme opp noe materiale-nok til å motvirke denne kjøleeffekten,» sier Raman. «Vi trenger et materiale som reflekterer sollys veldig bra, men fortsetter å sende ut varme. Når du har disse to tingene sammen, kan du aktivere denne effekten i løpet av dagen også. Det blir overbevisende fordi da har du tilgang til fri passiv kjøling midt på dagen, som er når vi trenger kjøling mest.»
«målet energibesparelser og etterspørselsreduksjon kan være hvor som helst mellom 10% og 30%.»
SkyCool Systems utviklet sølvpaneler som ser ut som solcellepaneler, men er i stedet dekket av en optisk film som omdanner varme til et mid-infrarødt bølgelengdeområde for å glide gjennom atmosfæren og bli kastet inn i rommet samtidig som det reflekterer sollys bort. Selskapets paneler er for tiden utplassert på fem steder, inkludert et kontorbygg og en nærbutikk, og er integrert med eksisterende kjølesystemer, for eksempel kjølere, frysere, ismaskiner og klimaanlegg.
Ingeniør Og medstifter Eli Goldstein sier fordelene Med SkyCool Systems kjølepaneler er tredelt. «Den ene er energibesparelser, en annen er etterspørselsreduksjon, og den tredje øker kjølekapasiteten til et system,» sier han. «Målet energibesparelser og etterspørselsreduksjon kan være hvor som helst mellom 10% og 30%.»
dessuten krever kjølemekanismen ingen energi eller vann. «Det er effektivt passivt i form av kjøling, så det bruker ikke noe energi og vann,» sier Goldstein. «Det er ingen fordamping vanntap for å generere denne kjølingen, så det er en mye mer bærekraftig tilnærming.»
disse kjøleteknologiene er ikke uten utfordringer. SkyCool Systems prøver å skalere opp så raskt som mulig for å holde tritt med markedets etterspørsel, og Selv Om Blue Frontiers teknologi har blitt bevist gjennom ulike prototyper, må selskapet fortsatt etablere masseproduksjon og feltforsøk.
de har kanskje ikke nådd bred adopsjon ennå, men disse innovasjonene baner vei for en kjøligere og mer energieffektiv fremtid. Blue Frontier planlegger å bevege seg mot en» air conditioner as a service » – modell mens SkyCool Systems ser for seg å erstatte klimaanlegg med paneler.
«Kjøling er viktig for hverdagen vår,» Sier Goldstein. «Vi må jobbe sammen for å få mer effektive systemer og drive dem på en bærekraftig måte.»
