hur Tech omdefinierar framtiden för luftkonditionering

som vår planet värmer upp, så gör också efterfrågan på kylteknik. Energianvändningen för rymdkylning kommer att mer än tredubblas till 2050 enligt en rapport från 2018 från Internationella energibyrån. Men luftkonditioneringsenheter är power hogs-står för cirka 10% av världens elförbrukning — och innehåller ett fluorkolväte som är en mer potent växthusgas än koldioxid.

”det är en ond cirkel”, säger miljöingenjör Shelie Miller, chef för University of Michigans Program i miljön. ”Det blir varmare, så vi vänder upp våra luftkonditioneringar, som förbrukar mer energi. När vi använder mer energi släpps fler växthusgaser ut, vilket gör att det blir ännu varmare.”

Hur hanterar vi denna konflikt? Det är ett problem som forskare och ingenjörer arbetar för att lösa genom att utveckla mer sofistikerade, energieffektiva kyltekniker.

begreppet luftkonditionering går tillbaka århundraden.

”förbättringar i HVAC-teknik (värme, ventilation och luftkonditionering) förbättrar ständigt effektiviteten hos kyltjänster, och byte till förnybara energikällor som minskar utsläppen av växthusgaser kan minska den totala effekten”, säger Miller. ”Genom historien har människor kommit på innovativa sätt att kyla byggnader utan att använda energiintensiv luftkonditionering.”

begreppet luftkonditionering går tillbaka århundraden. Forntida persiska ingenjörer byggde ” badgirs, ”som är vindfångare som trattar svala vindar ner till hus, och” yakhch ackill, ” koniska strukturer som används för att göra IS som var en av de första kylskåp i öknen.

år 1820 upptäckte uppfinnaren Michael Faraday att komprimering och flytande ammoniak och sedan låta den avdunsta kunde kyla luften. År 1902 konstruerade ingenjör Willis Carrier en apparat för Sackett & Wilhelms Litography and Printing Company i New York som cirkulerade luft över spolar kylda av komprimerad ammoniak för att kontrollera luftfuktigheten vid utskrift i färg. Carrier vände så småningom sin design till världens första elektriska luftkonditionering, som debuterade 1925 i Times Square ’ s Rivoli Theatre, som förkunnade dagarna för att titta på sommarfilmer i luftkonditionerade teatrar.

luftkonditioneringsapparater ansågs vara en lyx när de först introducerades för konsumenterna, men deras förmåga att ta bort luftfuktighet och sänka lufttemperaturen under varma förhållanden gjorde dem snabbt till en nödvändighet i heta klimat. Den stora migrationen efter kriget till Amerikas Sun Belt-stater skulle ha varit omöjlig utan spridning av luftkonditionering, liksom tillväxten av tropiska städer som Hong Kong och Singapore. (Lee Kuan Yew, Singapores grundare, kallade luftkonditionering den viktigaste uppfinningen av 20-talet.)

svalare luft är avgörande för att hålla producera färskt, bevara medicin och vacciner och kyla ner datacenter som driver internet. Att hålla sig sval har visat sig vara viktigt för hälsa, välbefinnande och ökad produktivitet. Idag utnyttjar forskare och nystartade företag mer energieffektiva källor för att generera den svalhet vi längtar efter-från formförskjutande metalllegeringar till förnybar energi och himmelens kyla.

ett forskargrupp vid Saarland University i Tyskland eliminerar behovet av köldmedier genom att utveckla formminnelegeringar. Deformering eller dra en nickel-Titan tråd eller ark skapar stress för legeringen och höjer dess temperatur. När materialet återförs till sin ursprungliga form kyls det ner till cirka 20 grader under omgivningstemperaturen.

”grundtanken var att ta bort värme från ett utrymme-som det inre av ett kylskåp-genom att låta ett förspänt, superelastiskt formminnesmaterial slappna av och därmed svalna avsevärt”, förklarade Stefan Seelecke, professor för intelligenta materialsystem vid Saarland University, när projektet tillkännagavs.

teamet har skapat en prototyp, en patentsökt cam-enhet som är en roterande bunt av formminneskablar som används för att förstärka kylkraften. Enheten kan fungera som en värmepump, en luftkonditionering eller till och med ett kylskåp, allt utan några miljöskadliga kylmedel. Den tyska forskningsstiftelsen har finansierat projektet sedan 2016, med Europeiska kommissionen och US Department of Energy som anser att det är en lovande alternativ teknik till befintliga ångkompressionskylsystem.

för clean-tech startup Blue Frontier är förnybar energi nyckeln till ett effektivare kylsystem. Företaget startade i Florida 2013 som Be Power Tech, som utvecklade en luftkonditionering som producerade sin egen el med hjälp av en naturgasbränslecell. Men VD Daniel Betts fann att marknaden för tekniken var begränsad till byggnader som drivs av naturgas, och bränsleceller var för dyra för tidigt marknadsantagande.

Betts samarbetade sedan med ingenjörer från National Renewable Energy Laboratory för att omforma systemet. Resultatet blev ett luftkonditioneringsapparat med termokemisk litiumkloridenergilagring, som lagrar en högkoncentrerad saltlösning och omvandlar den till kemisk energi för senare användning. ”Solkraftproduktion växer hela morgonen och avtar från och med tidigt på eftermiddagen”, säger Betts. ”Den elektriska belastningen i byggnader tenderar att toppa tidigt till sent på eftermiddagen, vilket leder till en obalans mellan produktion och konsumtion.”Blue Frontiers luftkonditionering är utrustad med förmågan att lagra kylenergi, så den använder bara el under maximal solkraftproduktion. ”Med vår teknik”, säger Betts, ” kan vi bara konsumera el när det inte finns någon överbelastning i nätet och när förnybar energi är en större del av elmixen.”

under tiden vände sig Kalifornienbaserade SkyCool-system till natthimlen för sin kylteknik. Grundades 2016, startup har sitt ursprung vid Stanford University och har sedan höjt $990,000 i finansiering från bidrag från universitetets StartX Fund och US Department of Energy Advanced Research Projects Agency.

för att förstå hur SkyCool Systems kylteknik fungerar, överväga allt material som vetter mot himlen på natten. ”Om det tittar upp på himlen, skulle det naturligtvis skicka ut sin värme som något som kallas termisk strålning”, säger forskare och medgrundare Aaswath Raman. ”När denna termiska strålning skickas till himlen, flyr en del av den ut i rymden. På grund av det kommer alla ytor som vetter mot himlen på natten naturligt att svalna till under lufttemperaturen.”

att efterlikna detta naturfenomen under dagen visar sig vara svårare. ”Solen kommer naturligtvis att värma upp allt material-tillräckligt för att motverka denna kylningseffekt”, säger Raman. ”Vi behöver ett material som reflekterar solljus riktigt bra men fortsätter att skicka ut värme. När du har dessa två saker tillsammans kan du också aktivera denna effekt under dagen. Det blir övertygande för då har du tillgång till fri passiv kylning mitt på dagen, vilket är när vi behöver kyla mest.”

”målet för energibesparingar och minskning av efterfrågan kan vara någonstans mellan 10% och 30%.”

SkyCool Systems utvecklade silverpaneler som ser ut som solpaneler men är istället täckta i en optisk film som omvandlar värme till ett infrarött våglängdsområde för att glida genom atmosfären och kastas ut i rymden samtidigt som det reflekterar solljus bort. Företagets paneler är för närvarande utplacerade på fem platser, inklusive en kontorsbyggnad och en närbutik, och är integrerade med befintliga kylsystem, såsom kylare, frysar, ismaskiner och luftkonditioneringssystem.

ingenjör och medgrundare Eli Goldstein säger att fördelarna med SkyCool Systems kylpaneler är trefaldiga. ”En är energibesparingar, en annan är efterfrågeminskning, och den tredje ökar kylkapaciteten hos ett system”, säger han. ”Målet energibesparingar och minskning efterfrågan kan vara någonstans mellan 10% och 30%.”

dessutom kräver kylmekanismen ingen energi eller vatten. ”Det är effektivt passivt i sin form av kylning, så det använder ingen energi och vatten”, säger Goldstein. ”Det finns ingen förångningsvattenförlust för att generera denna kylning, så det är ett mycket mer hållbart tillvägagångssätt.”

dessa kyltekniker är inte utan sina utmaningar. SkyCool Systems försöker skala upp så snabbt som möjligt för att hålla jämna steg med efterfrågan på marknaden, och även om Blue Frontiers teknik har bevisats genom olika prototyper, behöver företaget fortfarande etablera massproduktion och fältförsök.

de kanske inte har nått storskalig adoption ännu, men dessa innovationer banar väg för en svalare och mer energieffektiv framtid. Blue Frontier planerar att gå mot en” luftkonditionering som en tjänst ” – modell medan SkyCool Systems föreställer sig att ersätta luftkonditioneringssystem med sina paneler.

”kylning är viktigt för vår vardag”, säger Goldstein. ”Vi måste arbeta tillsammans för att få effektivare system och driva dem på ett hållbart sätt.”