Yeni soğutma sistemi, en iyi durumda elektriğin% 70'inden tasarruf ederek sıcak gazı uzaya "fırlatabilir".
Hiç gökyüzünün verimli ve enerji tasarrufu sağlayan bir "klima" olabileceğini düşündünüz mü?
Bu fikir hayal edildiği kadar gerçekçi değil. Sonuçta, kasırgalar Amerika Birleşik Devletleri'ni kasıp kavurduğunda, Dünya Meteoroloji Örgütü küresel ısınmanın daha sık güçlü kasırgalara yol açabileceğini ve enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı için tüm yolları bulmamız gerektiğini duyurdu.
2014'ün başlarında, bir Stanford araştırma ekibi bunu önerdi Soğutma amacıyla gökyüzünden uzaya egzoz ısısı . Şimdi, bu araştırma yeni bir ilerleme kaydetti ve bu yeni tür enerji tasarrufu sağlayan soğutma sistemini başarıyla yaptılar. En son araştırma sonuçları geçen hafta "Nature Energy" de yayınlandı.
Deneysel sonuçlar da kanıtladı Bu yeni tip "klima", sıcak ve kuru bir iklimde iki katlı bir ofis binasındaki klimaların güç tüketiminde% 21'den fazla tasarruf sağlayabilir. Yaz boyunca 14,3 MWh elektrik tasarrufu sağlayabilir, bu da ortalama üç kişilik bir aileye eşdeğerdir (aylık 350 kWh elektrik tüketimi varsayılarak). Üç buçuk yıl Güç tüketimi.
Eğer Radyasyon soğutma sistemi, sirkülasyonlu su soğutma sistemi ile birleştirilir , İdeal iklim koşulları altında ısıtma, soğutma ve havalandırma için yaklaşık% 70 enerji tasarrufu elde etmek mümkündür!
Şekil Yeni radyant soğutma cihazının erken prototip kartı
Teknolojinin adı " Radyant gökyüzü soğutma "Radyatif gökyüzü soğutma", "Radyatif Soğutma" adı verilen doğal bir fenomenden esinlenmiştir Bu fenomen, çevremizdeki tüm nesnelerin termal radyasyon yayması ve bunların bir kısmı atmosfer tarafından yansıtılıp absorbe edilmesi gerçeğini ifade eder , Belirli bir dalga boyu aralığında ışıyan enerjinin başka bir kısmı daha soğuk olan dış uzaya kaçar. Nesnenin kendisi, ısı radyasyonu yayarak sıcaklığını çevredeki hava sıcaklığından daha düşük hale getirebilir.
Bu teknolojinin, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı açısından mevcut ana soğutma sistemlerinin zayıf performansını iyileştirmesi bekleniyor. Soğutma sisteminin her yıl küresel elektrik üretiminin% 15'ini tükettiğini ve karbon emisyonlarının küresel sera gazı emisyonlarının% 10'unu oluşturduğunu bilmeliyiz. Öngörmek 2050 yılında, soğutma sistemlerine yönelik küresel talep on kat artacak Soğutma sistemlerinin verimliliğini artırmak, 21. yüzyıldaki enerji sorununun önemli bir parçası olacak.
Şekil Yeni radyant soğutma cihazı saha testinden geçiyor
Şu anda yaygın olarak kullanılan klima sistemlerinin çalışma prensibi şu şekildedir: Klimadaki soğutucu, iç ortamdaki ısıyı emer ve onu dış havaya verir. Fan, havayı kondenser borusuna hareket ettirir ve içindeki ısıyı alarak soğutucunun sıcaklığını düşürür.
Stanford Üniversitesi'nde uygulamalı bir fizikçi olan Aaswath Raman, "Soğutma sisteminin verimliliği dış ortam sıcaklığına göre belirlenir. Dış ortam sıcaklığı yüksekse, klima ısı yayarken daha fazla elektrik tüketecektir."
Spesifik olarak, soğutma sisteminin verimliliği esas olarak şunlara bağlıdır: Kondenserin ortama ısı atma sıcaklığı : Kondenser sıcaklığı ne kadar düşükse, soğutma verimliliği o kadar yüksek olur. Tecrübelere göre, kondenser sıcaklığındaki her 1 ° C düşüş için soğutma sisteminin güç tüketimi yaklaşık% 3 ila% 5 oranında azalacaktır. Bununla birlikte, mevcut ana soğutma sistemleri, yalnızca sistem karmaşıklığını (su kalitesi ve mineral birikintilerinin yönetimi) ve buharla soğutma bileşenlerinin (soğutma kuleleri gibi) başlangıç maliyetini getiren kondenserin sıcaklığını düşürmek için buharlaşmalı soğutmaya dayanır, ancak daha büyük dezavantajı artmasıdır. Çok fazla ekstra elektrik maliyeti ve su kaybı.
Bununla birlikte, "ışınımlı gökyüzü soğutma" teknolojisi, bunu başarmak için özel olarak tasarlanmış ışıma panelleri kullanarak su sıcaklığını düşürmek için farklı bir yaklaşım benimsemiştir: bu yayılan panel sudaki ısıyı emebilir ve belirli bir dalga boyunda dış uzaya yayılabilir. En büyük teknik özelliği, daha az elektrik tüketmesi ve su buharının buharlaşmasına neden olmaması, elektrik ve su tasarrufu sağlamasıdır. .
Spesifik olarak, bu teknoloji esas olarak Dünya atmosferinin "şeffaf" olması ve orta kızılötesi bantta (8 ila 13 mikron) termal radyasyona geçirgen olması gerçeği , Malzemenin yüzeyindeki ısıyı pasif olarak dış uzaya yayar, böylece yüzey sıcaklığı ortam sıcaklığının altına soğutulur. Bu nedenle ortam sıcaklığı donma noktasının altına inmese bile gece gökyüzünün altındaki pencerelerde veya camlarda don meydana gelecektir (cam yüzeyindeki ısı dışarıya yayılır, bu nedenle yüzey sıcaklığı çevredeki ortamın sıcaklığından daha düşük olur ve su buharı donar. Don).
Araştırmacıların son fikri, enerji tasarrufu ve soğutmanın etkisini elde etmek için bu akışkan soğutma panelini bir klima kondansatörüyle birleştirmektir. Bununla birlikte, bu soğutma mekanizmasını etkin bir şekilde kullanmak için hala büyük bir zorluk var: Bu radyan soğutmanın etkisi yalnızca geceleri belirgindir, ancak soğutma sistemlerine olan talebimiz esas olarak gündüz yoğunlaşmaktadır. . Gündüz vakti, bu soğutma etkisinin bir "ölümcül düşman" -güneş radyasyonu vardır ve yayılan ısı, sürekli güneş termal radyasyonu ile dengelenecektir.
Şekil Şekil a: Yeni radyant soğutma cihazının fiziksel görüntüsü. Şekil b: Radyant soğutma cihazının üç boyutlu şematik diyagramı. Şekil c: Radyant soğutma cihazının enine kesit şematik diyagramı. Şekil d: Foton radyasyon soğutma malzemesinin taranan elektron mikroskobu görüntüsü.
Ancak bu sorun çözümsüz değildir. 2014 gibi erken bir tarihte, ekip bir Yeni fotonik malzemeler Bu problemin üstesinden gelmek için, bu materyal, bir silikon substrat üzerine 200 nm kalınlığında bir Ag filmi (bir yapışma katmanı olarak Ti) biriktirmek ve ardından dönüşümlü olarak 7 katman SiO2 (silikon dioksit) ve HfO2 ( Hafniyum dioksit). Bu yeni malzeme sadece atmosferik pencereden "kayabilen" orta kızılötesi ışığı yaymakla kalmaz, aynı zamanda güneş radyasyonunun% 97'sini de yansıtır. , İlgili sonuçlar o zamanki "Nature" dergisinde yayınlandı.
Bu malzeme çatıya yayıldıktan sonra, gün içinde doğrudan güneş ışınımını alabilirken, ortam sıcaklığının 4,9 ° C altında düşük bir sıcaklıkta kalabilirler ve sonunda metrekare başına 40,1 watt'a eşdeğer bir soğutma gücüne ulaşabilirler (not: soğutma Güç ve soğutma kapasitesi farklıdır.Bir klimanın soğutma kapasitesi, W cinsinden klimanın soğutma işlemi sırasında birim zamanda kapalı bir alandan, odadan veya alandan alınan toplam ısı miktarını ifade eder. Büyük soğutma kapasitesine sahip klimalar daha geniş alanlar için uygundur. Oda yüksek bir soğutma hızına sahiptir.Örnek olarak 15 metrekare oda alanını ele alırsak, yaklaşık 2500w nominal soğutma kapasitesine sahip bir klima kullanmak daha uygundur.)
Şekil SkyCool Sistemlerinin üç ana üyesi
Bu temel sorunu çözen teknoloji, inişe bir adım daha yaklaşıyor. 2016 baharında, ekipten üç araştırmacı ortaklaşa SkyCool Systems'ı kurdu. Radyant soğutma teknolojisinin ticarileştirilmesini teşvik etmeye kararlı . Bunların arasında Goldstein, makalenin ilk yazarı olan ve 2015 MIT TR 35'e seçilen Aaswath Raman CEO olarak, Stanford Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği profesörü Shanhui Fan teknik danışman olarak görev yapıyor.
"Nature Energy" de yayınlanan son makalede araştırmacılar, teknolojiyi akan suyu soğutmaya genişletmenin belirli etkilerini de paylaştılar.
Gerçek operasyonda, araştırmacılar akan suyun içeri girmesine izin vermek için soğutma plakasının altına çok sayıda ince su borusu yerleştirdiler. Test sonuçları, su sıcaklığının üç gün içinde başlangıç sıcaklığından 5 ° C daha düşük bir değere soğutulduğunu gösterdi. Bu, bu teknolojinin, daha yüksek soğutma verimliliği elde etmek için geleneksel soğutma ekipmanının kondansatör bileşenlerini değiştirmek veya geliştirmek için mevcut soğutma sistemlerine dahil edilmesinin beklendiğini göstermektedir.
Araştırmacılar, daha fazla modelleme yoluyla, soğutma panellerinin Las Vegas'ın sıcak ve kuru ikliminde iki katlı bir ofis binasına monte edilmesinin yaz boyunca soğutma gücü tüketiminde% 21'den fazla tasarruf sağlayabileceğini belirtti.
Pacific Northwest Lab'deki enerji analisti Nick Fernandez, " Yeni radyant soğutma teknolojisini tasarım aşamasında yeni bir binanın soğutma sistemine dahil etmeyi seçen geliştiriciler için, enerji tasarrufu alanı daha büyük olabilir. . "
Nick Fernandez, 2015 yılında bir analiz raporunda, radyant soğutma sistemi ile sirkülasyonlu su soğutma sistemi birleştirilirse, panelin altına bir su borusu yerleştirildiğini, böylece soğutma için hava yerine sirkülasyon suyunun kullanılacağını söyledi. İdeal iklim koşullarında ısıtma, soğutma ve havalandırma için yaklaşık% 70 enerji tasarrufu elde etmek mümkündür.
Şekil Şekil a: Geleneksel hava soğutmalı soğutma sistemi (Hava soğutmalı kondenser: hava kondenser; Evaporatör: evaporatör; Tavan: genleşme valfi) Şekil b: SkyCool radyant soğutma plakalı soğutma sistemi (Hava soğutmalı kondenser: hava kondenser; Evaporatör : Evaporatör; Çatı: genleşme valfi; kompresör: kompresör; pompa: pompa; Isı değişimi: ısı değişimi)
Giderek sıkılaşan küresel enerji ve kötüleşen çevre karşısında, ayrıca ABD enerji üretiminin% 14'ü konut ve ticari binaların soğutulması için kullanılıyor, hidroelektrik enerjisinden tasarruf sağlayabilen ve karbon emisyonlarını azaltabilen bir teknoloji büyük pazar potansiyeline sahip. SkyCool'un radyant soğutma paneli teknolojisi yalnızca mevcut bina soğutma sistemini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda bina sahipleri ve kiracılar için çok fazla maliyet tasarrufu sağlar .
Ancak SkyCool, bu pazarı ele geçirmek isteyen tek şirket değil. Bu yılın Şubat ayında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Colorado Boulder Üniversitesi'nden bir mühendis ekibi, Science dergisinde öğle saatlerinde doğrudan güneş ışığı altında metrekare başına 93 watt radyant soğutma sağlayabilen bir cam / polimer kompozit malzeme yayınladı. güç. Bu ekibin vurguladığı şey, rulolar halinde yeni film malzemelerini makul bir maliyetle nasıl üreteceklerini buldukları ve " Konut ve ticari binalar için uygun bir büyük ölçekli teknoloji haline getirin ".
Stanford ekibinin modeli gibi, Colorado Üniversitesi'ndeki araştırmacılar da ARPA-E'den fon topladılar, patent başvurusunda bulundular ve RadiCool adında bir şirket kurdular. Şu anda araştırma ekibi potansiyel yatırımcılar ve üreticilerle görüşüyor.
Şekil Aaswath Raman bir kez EmTech'e katıldı
Öte yandan SkyCool araştırmacıları, yeni malzemelerinin radyasyonla soğutma verimliliğini iyileştirmeye devam ediyor. Şu anda SkyCool CEO'su Raman, nihai ürün fiyatı hakkında bilgi vermeyi reddediyor, ancak Herhangi bir ön maliyet, nihai uzun vadeli enerji tasarrufu ile dengelenecektir .
Yazar, yazıda soğutma sisteminin mevcut boyutunun ve entegrasyon modunun maliyet ve yatırım getirisi için henüz optimize edilmediğini belirtti.Sistemin boruları, pompaları ve ısı değişim bileşenlerinin dengesi, düşük maliyeti ve kurulum maliyeti gelecek için önemlidir. Ticarileştirme ve pratik kullanım çok önemlidir.
Ayrıca araştırmacılar ağırlıklı olarak radyant soğutma panelinin gündüz çalışabilme kabiliyetine vurgu yapıp, gün içerisinde daha sıcak ortam sıcaklığında soğutma sisteminin düşük verimlilik sorununu çözmelerine rağmen, radyant soğutma panelinin 24 saat çalışması gerektiği unutulmamalıdır. . Bu nedenle, gelecekte daha da iyileştirilmiş sistem tasarımı ve gece ısı depolamanın kullanılmasıyla, Daha sonra, soğutma talebi düşük olduğunda veya soğutmaya ihtiyaç duyulmadığında, daha fazla enerji tasarrufu elde edilebilir. .
Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı'nın değerlendirmesine göre, SkyCool'un çatı radyant soğutma panelleri fit kare başına 58 sent üretilip kurulabiliyorsa, o zaman Tasarruf edilen enerji, maliyeti yaklaşık beş yıl içinde karşılayabilir.
Şu anda SkyCool, teknolojinin iklimlendirme ve ticari soğutma sistemlerinin verimliliğini artırmak için yeterli olup olmadığını değerlendirmek için California, Davis'te en son nesil soğutma panellerinin saha denemelerini yapıyor.
SkyCool'un bir sonraki büyük planı, ilk müşterileri veya iş ortaklarıyla büyük ölçekli pratik doğrulama yapmaktır.Raman ve Goldstein tarafından hazırlanan bu plan gelecek yıl uygulanacaktır. Hedefleri, büyük süpermarketler ve büyük veri merkezleri gibi büyük soğutma sistemi gereksinimlerini içeren şirketler, Bu yerlerde, küçük enerji tasarrufları daha az birikerek daha fazlasına dönüşecek ve ardından önemli faydalar sağlayacaktır. .
