Інноваційних матеріалів у кондиціонуванні, що врятують електромережі від перевантаження

Через екстремальну спеку у всьому світі спостерігається значне зростання попиту на кондиціонери протягом останніх десятиліть. Очікується, що до середини сторіччя кількість кондиціонерів у світі збільшиться втричі. Інтенсивна експлуатація обладнання призводить до великих витрат електроенергії та перенапруги електромереж. В найближчі кілька десятиліть за даними Міжнародного енергетичного агентства попит на електроенергію для кондиціонування повітря зросте до приблизно 4000 терават-годин, що дорівнює попиту на електроенергію всієї електричної мережі США у 2022 році.

Використання інноваційних матеріалів для кондиціонерів навіть в умовах сильної спеки та високої вологості дозволить значно знизити навантаження на електричну мережу. Саме тому деякі компанії вже знайшли та активно тестують нові підходи для ефективного охолодження приміщень, про які ми поговоримо нижче. 

Перспективи використання нових матеріалів для систем охолодження

Типовий кондиціонер охолоджує внутрішні приміщення, поглинаючи тепло із внутрішнього повітря та випускаючи його назовні. Перекачування холодоагенту та його стиск для виведення тепла назовні потребує багато енергії, особливо коли температура дуже висока.

Комфорт в будівлі багато в чому залежить від підтримки низької вологості в навколишньому середовищі, але кондиціонери повинні охолоджувати повітря, щоб витягати з нього воду. Без спеціальної системи боротьби з вологістю будівлі часто переохолоджуються, що призводить до величезних енергетичних навантажень.

Осушувачі – це матеріали, що поглинають вологу з повітря і скорочують споживання енергії, необхідної для комфорту в приміщеннях. Transaera, дочірнє підприємство Массачусетського технологічного інституту, засноване у 2018 році, розробляє гібридну систему, в якій використовується тип матеріалу, що називають металоорганічними каркасами. За словами генерального директора Transaera Соріна Грама, додавання цих матеріалів до кондиціонерів, заснованих на компресії пари, може дозволити компанії споживати на 35% менше енергії, ніж при використанні звичайних моделей кондиціонерів.

Система охолодження Blue Frontier

Стартап Blue Frontier із Флориди за підтримки Breakthrough Energy Ventures Білла Гейтса використовує рідкі осушувачі для своїх систем охолодження. Технологія Blue Frontier заснована на сольовому розчині, що настільки концентрований, що може витягати вологу з повітря.

Принцип роботи Blue Frontier полягає в наступному:

• Спочатку потік повітря йде через канал над тонким шаром осушувача, який витягує вологу з повітря. 
• Потім сухе повітря проходить етап випарного охолодження, який знижує температуру повітря.
• На етапі випарного охолодження повітря поділяється на два потоки. Людина проходить повз тонкий шар води, який поглинає енергію і знижує температуру повітря. 
• Це прохолодніше вологе повітря використовується для охолодження металевої поверхні, яка вбирає тепло з іншого потоку сухого повітря.
• Вологе повітря виводиться назовні, а прохолодне сухе повітря подається до будівлі. 

Очікується, що система Blue Frontier допоможе знизити пікову потребу в електроенергії на 80–90%.

Інші сучасні технології охолодження повітря

Інші стартапи прагнуть взагалі позбутися потреби в теплі. Бостонська компанія Zephyr сподівається використовувати мембрани для фільтрації води з рідких осушувачів для їх регенерації, аналогічно до процесу, що використовується для видалення солі з води на опріснювальних установках.

Zephyr продемонструвала прототип своєї системи у липні та планує зібрати повноцінний лабораторний екземпляр системи охолодження до кінця 2023 року. Його осушувальний пристрій, що охолоджує, може споживати приблизно на 45% менше електроенергії, ніж кращі парокомпресійні кондиціонери, представлені сьогодні на ринку.

Стартапи в першу чергу фокусуються на системах для великих комерційних будівель, але надалі системи можуть бути адаптовані для будинків і навіть окремих квартир. Ціна перших інноваційних установок вища за вартість кондиціонерів, але вона буде компенсована економією енергії протягом трьох-п'яти років. Доступ до ефективної технології охолодження може мати вирішальне значення для того, щоб допомогти більшій кількості людей жити та працювати в безпечних умовах, не перевантажуючи мережі.