Кондиционирование воздуха жилья изучило Министерство энергетики США. Электропотребление климатических систем достигает 16% всех электрических нужд обывателей. Чиновники считают, что дальнейшему росту числа сплит-систем надо найти альтернативу.
Память формы сплавов
Альтернативными технологиями кондиционирования, использующими сплавы с памятью формы, занимаются германские ученые, которым набившие оскомину эффекты Пельтье окончательно надоели. Прорыва стоит ожидать от Саарландского университета, занявшейся поисками путей отказа от хладагентов, вредящих природе.
Ими обнаружены сплавы «никель-титан», прекрасно отзывающиеся на деформации калорическими эффектами. Подразумевается вытягивание проволоки из вышеупомянутого сплава, или изгибание листа. Эти процедуры вызывают повышение их температуры. Когда деформация завершена, проволока/лист начинают возвращаться в исходное состояние, охлаждаясь на 20 градусов ниже температуры окружающего воздуха.
Исследователи пояснили: поиски сплавов, помнящих форму и меняющих температуру при деформациях, должны были подсказать технологию отвода тепла из холодильника или кондиционирующего блока, но без использования хладагентов. Возможность получить солидный калорический эффект с проволокой, которую можно подвергать попеременным удлинениям/сокращениям, сулит прорыв в HVAC.
Учеными уже создан прототип холодильного блока, который использует кулачковый привод, реализующий растяжение/сжатие пучка никель-титановых проволочек. Сегодня устройство немецких исследователей демонстрирует свойств кондиционера или холодильника. Есть и образец теплового насоса. Всему перечисленному холодильному оборудованию хладагенты не нужны.
«Германский фонд исследований» финансирует креативный проект с 2016-го. Полученный результат оценили «Европейская комиссия» и Минэнерго США, считающие, что будущее разработки обещает очистить рынок климатической техники от парокомпрессионных систем, работающих на опасных хладагентах.
Опыты с растворами солей
Наблюдательные читатели, приготавливая раствор для полоскания горла, наверняка замечали, что по мере растворение поваренной соли и соды, звуки ударов ложечки по стенкам стакана становятся глуше, а стенки стакана – охлаждаются. Такое поведение растворов характерно для большинства солей и объясняется энергетическим дисбалансом. Подразумевается преобладание затрат энергии при растворении и её небольшое выделение после присоединения частей исходных молекул к воде. Не будем вдаваться в катион-анионные пертурбации.
Такое снижение температуры заинтересовало итальянских ученых, работающих в Туринском университете и Институте метрологии. Группа уже создала блок, способный охлаждать воздух помещения без потребления электроэнергии и хладагентов.
Новинка использует процессы, происходящие в двухкомпонентной смеси – воде и поваренной соль. Блок лишен привычных составляющих кондиционера – нет компрессора, хладагентов, насосов. Основой функционирования является испарение и капиллярность, не обременяющие разработчиков затратами электроэнергии.
Блок имеет резервуар, разделенный мембраной. Молекулы воды, преодолевая мембрану, вызывают понижение температуры в покидаемом объеме. Последний служит охладителем окружающего воздуха. К сожалению, исследователи скрыли, как остужается другой объем резервуара, но упоминают, что эффект недостаточно велик.
Котельная, вырабатывающая холод
Батареи отопления, которые каждый видел в своих квартирах, являются обратимой тепловой машиной. Поясним – зимой через них идет горячая вода, а летом отопление отключено, и они бездействуют.
На химических предприятиях для охлаждения емкостей, в которых идут реакции, используют солевые растворы. Их сначала остужают, используя аммиачные компрессорные холодильные агрегаты, а затем прокачивают через реакторы, где растворы поглощают тепло.
Подобную идею, но применительно к домашним отопительным батареям, уже озвучили. Правда, котельные придется дооснастить холодильными блоками. Сети модернизировать нет нужны – теплоизоляция работает и с теплом, и с холодом.
Решение на грани
Американские стартаперы недавно продемонстрировали оригинальное решение точечного охлаждения. За подшивным потолком скрывается блок охлаждения, от которого расходится сеть тонких алюминиевых трубочек. Последние проходят через подшивку и свисают над охлаждаемым пространством. Датчик, отслеживающий положение человека, передает информацию контроллеру, который открывает клапаны нужных трубок и перекрывая клапаны трубок, находящихся на периферии.
Небольшое заключение
Сказать, куда приведут изыскания в области HVAC невозможно – может победить терморегулируемая одежда. Может победить и генетика – отредактировав гены, отвечающие за терморегуляцию, ученые получат человека с мощной системой, которая адаптирует его к экстремальным температурам.