211service.com
Wykorzystanie ciepła do chłodzenia budynków
Wkrótce bardziej praktyczne może być chłodzenie budynków za pomocą słonecznych podgrzewaczy wody i ciepła odpadowego z generatorów. Wynika to z nowych porowatych materiałów opracowanych przez naukowców z Pacific Northwest National Laboratory. Materiały te mogą usprawnić proces zwany chłodzeniem adsorpcyjnym, który można stosować w chłodnictwie i klimatyzacji.
Gorący pakiet : Wyświetlacz na konferencji pokazuje nowy materiał (jasnozielony) zapakowany w metalową piankę. Materiał jest wykorzystywany do ulepszania technologii wykorzystującej energię cieplną do napędzania procesu chłodzenia.
Agregaty adsorpcyjne są zbyt duże i drogie do wielu zastosowań, na przykład do użytku domowego. Peter McGrail , który kieruje pracami badawczymi, przewiduje, że materiały mogą sprawić, że chłodziarki adsorpcyjne będą o 75% mniejsze io połowę droższe. Dzięki temu byłyby konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych agregatów chłodniczych napędzanych sprężarkami.
Wszystkie lodówki i klimatyzatory chłodzi się poprzez odparowanie czynnika chłodniczego, proces pochłaniania ciepła. Różnią się one sposobem skraplania czynnika chłodniczego, dzięki czemu można go ponownie wykorzystać do chłodzenia. W przeciwieństwie do technologii stosowanej w większości klimatyzatorów, która wykorzystuje sprężarki napędzane elektrycznie do mechanicznego sprężania odparowanego czynnika chłodniczego, chillery adsorpcyjne wykorzystują ciepło do skraplania czynnika chłodniczego. Agregaty adsorpcyjne są zazwyczaj znacznie mniej wydajne niż agregaty wykorzystujące sprężarki elektryczne, a ponadto są nieporęczne i drogie. Ale mają tę zaletę, że są tanie w eksploatacji, ponieważ wymagają bardzo mało energii elektrycznej. Jeśli masz ciepło odpadowe, możesz je uruchomić za darmo, mówi McGrail.
Do tej pory agregaty te były ograniczone do zastosowań, w których występuje dużo ciepła odpadowego — takich jak zakłady przemysłowe i elektrownie — lub gdzie energia elektryczna nie zawsze jest dostępna. Zmniejszenie ich rozmiarów i kosztów może sprawić, że będą atrakcyjne w większej liczbie zastosowań, w tym w domach, gdzie mogą być zasilane gorącą wodą z grzejników słonecznych, mówi McGrail.
Kluczem jest udoskonalenie stałego materiału adsorbującego. W chłodziarce adsorpcyjnej odparowany czynnik chłodniczy jest adsorbowany — przylega do powierzchni ciała stałego, takiego jak żel krzemionkowy. Żel krzemionkowy może pomieścić dużą ilość wody na małej przestrzeni – zasadniczo działa jak gąbka dla pary wodnej. Podgrzany żel uwalnia cząsteczki wody do komory. Wraz ze wzrostem stężenia pary wodnej w komorze ciśnienie wzrasta aż do kondensacji wody.
McGrail zastępuje żel krzemionkowy materiałem inżynieryjnym stworzonym przez tworzenie nanoskopowych struktur, które samoorganizują się w złożone trójwymiarowe kształty. Materiał jest bardziej porowaty niż żel krzemionkowy, dzięki czemu ma większą powierzchnię, do której przylegają cząsteczki wody. W rezultacie może zatrzymać od trzech do czterech razy więcej wody niż żel krzemionkowy, co pomaga zmniejszyć wielkość agregatu chłodniczego.
Materiał również słabiej wiąże się z cząsteczkami wody. Zmniejsza to ilość ciepła potrzebnego do uwolnienia cząsteczek wody — czyniąc proces bardziej wydajnym — i przyspiesza proces adsorpcji i desorpcji wody od 50 do 100 razy, co pomaga zmniejszyć agregat chłodniczy. Materiały te współpracują również z czynnikami chłodniczymi innymi niż woda, co rozszerza zakres temperatur, w których możliwe jest chłodzenie.
Ponieważ obecne agregaty adsorpcyjne mogą być dwa lub trzy razy większe niż agregaty wykorzystujące sprężarki elektryczne, zmniejszenie rozmiarów agregatów adsorpcyjnych o 75 procent może sprawić, że będą konkurencyjne, mówi Yunho Hwang , profesor w Center for Environmental Energy Engineering na Uniwersytecie Maryland. Agregaty chłodnicze mogą być szczególnie przydatne do chłodzenia gorącą wodą z słonecznych podgrzewaczy wody, ponieważ agregaty adsorpcyjne mogą wykorzystywać stosunkowo niską temperaturę, jaką wytwarzają takie podgrzewacze, mówi.
Jednym z wyzwań dla takich zastosowań może być synchronizacja zapotrzebowania na chłodzenie z produkcją ciepła — w niektórych przypadkach może być konieczne dodanie kosztownego systemu magazynowania ciepła, aby umożliwić utrzymanie pracy agregatu chłodniczego po zachodzie słońca.
Naukowcy z PNNL otrzymali 2,54 miliona dolarów od Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych ds. Energii na zademonstrowanie materiału w układzie chłodzenia. W ramach dotacji mają trzy lata na zoptymalizowanie wydajności materiału i włączenie go do małego pokazowego agregatu chłodniczego.