Инновационных материалов в кондиционировании, которые спасут электросети от перегрузки

Из-за экстремальной жары во всем мире наблюдается значительный рост спроса на кондиционеры в течение последних десятилетий. Ожидается, что к середине столетия количество кондиционеров в мире увеличится втрое. Интенсивная эксплуатация оборудования приводит к большим затратам электроэнергии и перенапряжению электросетей. В ближайшие несколько десятилетий по данным Международного энергетического агентства спрос на электроэнергию для кондиционирования воздуха возрастет до примерно 4000 тераватт-часов, что равно спросу на электроэнергию всей электрической сети США в 2022 году.

Использование инновационных материалов для кондиционеров даже в условиях сильной жары и высокой влажности позволит значительно снизить нагрузку на электрическую сеть. Именно поэтому некоторые компании уже нашли и активно тестируют новые подходы для эффективного охлаждения помещений, о которых мы поговорим ниже. 

Перспективы использования новых материалов для систем охлаждения

Типичный кондиционер охлаждает внутренние помещения, поглощая тепло из внутреннего воздуха и выпуская его наружу. Перекачка хладагента и его сжатие для вывода тепла наружу требует много энергии, особенно когда температура очень высокая.

Комфорт в здании во многом зависит от поддержания низкой влажности в окружающей среде, но кондиционеры должны охлаждать воздух, чтобы извлекать из него воду. Без специальной системы борьбы с влажностью здания часто переохлаждаются, что приводит к огромным энергетическим нагрузкам.

Осушители - это материалы, поглощающие влагу из воздуха и сокращающие потребление энергии, необходимой для комфорта в помещениях. Transaera, дочернее предприятие Массачусетского технологического института, основанное в 2018 году, разрабатывает гибридную систему, в которой используется тип материала, называемый металлоорганическими каркасами. По словам генерального директора Transaera Сорина Грама, добавление этих материалов к кондиционерам, основанным на компрессии пара, может позволить компании потреблять на 35% меньше энергии, чем при использовании обычных моделей кондиционеров.

Система охлаждения Blue Frontier

Стартап Blue Frontier из Флориды при поддержке Breakthrough Energy Ventures Билла Гейтса использует жидкие осушители для своих систем охлаждения. Технология Blue Frontier основана на солевом растворе, который настолько концентрирован, что может вытягивать влагу из воздуха.

Принцип работы Blue Frontier заключается в следующем:

• Сначала поток воздуха идет через канал над тонким слоем осушителя, который вытягивает влагу из воздуха. 
• Затем сухой воздух проходит этап испарительного охлаждения, который снижает температуру воздуха.
• На этапе испарительного охлаждения воздух разделяется на два потока. Человек проходит мимо тонкого слоя воды, который поглощает энергию и снижает температуру воздуха. 
• Этот более прохладный влажный воздух используется для охлаждения металлической поверхности, которая впитывает тепло из другого потока сухого воздуха.
• Влажный воздух выводится наружу, а прохладный сухой воздух подается в здание. 

Ожидается, что система Blue Frontier поможет снизить пиковую потребность в электроэнергии на 80-90%.

Другие современные технологии охлаждения воздуха

Другие стартапы стремятся вообще избавиться от потребности в тепле. Бостонская компания Zephyr надеется использовать мембраны для фильтрации воды из жидких осушителей для их регенерации, аналогично процессу, используемому для удаления соли из воды на опреснительных установках.

Zephyr продемонстрировала прототип своей системы в июле и планирует собрать полноценный лабораторный экземпляр системы охлаждения до конца 2023 года. Его охлаждающее осушительное устройство может потреблять примерно на 45% меньше электроэнергии, чем лучшие парокомпрессионные кондиционеры, представленные сегодня на рынке.

Стартапы в первую очередь фокусируются на системах для крупных коммерческих зданий, но в дальнейшем системы могут быть адаптированы для домов и даже отдельных квартир. Цена первых инновационных установок выше стоимости кондиционеров, но она будет компенсирована экономией энергии в течение трех-пяти лет. Доступ к эффективной технологии охлаждения может иметь решающее значение для того, чтобы помочь большему количеству людей жить и работать в безопасных условиях, не перегружая сети.