211service.com
Använda värme för att kyla byggnader
Det kan snart bli mer praktiskt att kyla byggnader med solvärmare och spillvärme från generatorer. Det beror på nya porösa material som utvecklats av forskare från Pacific Northwest National Laboratory. Dessa material kan förbättra en process som kallas adsorptionskylning, som kan användas för kylning och luftkonditionering.
Hotpack : En display på en konferens visar ett nytt material (ljusgrönt) packat i ett metallskum. Materialet används för att förbättra en teknik som använder värmeenergi för att driva en kylprocess.
Adsorptionskylare är för stora och dyra för många applikationer, såsom användning i hemmen. Peter McGrail , som leder forskningsansträngningen, förutspår att materialen kan tillåta adsorptionskylare att vara 75 procent mindre och hälften så dyra. Detta skulle göra dem konkurrenskraftiga med konventionella, kompressordrivna kylaggregat.
Alla kylskåp och luftkonditioneringsapparater kyler genom att förånga ett köldmedium, en process som absorberar värme. De skiljer sig åt i hur det köldmediet kondenseras så att det kan återanvändas för kylning. Till skillnad från tekniken inuti de flesta luftkonditioneringsanläggningar, som använder elektriskt drivna kompressorer för att mekaniskt komprimera det förångade köldmediet, använder adsorptionskylare värme för att kondensera köldmediet. Adsorptionskylare är vanligtvis mycket mindre effektiva än kylare som använder elektriska kompressorer och är skrymmande och dyra. Men de har fördelen att de är billiga i drift, eftersom de kräver väldigt lite el. Om du har spillvärme kan du köra det gratis, säger McGrail.
Hittills har dessa kylare varit begränsade till applikationer där det finns mycket spillvärme - som industrianläggningar och kraftverk - eller där elektricitet inte alltid är tillgänglig. Att minska deras storlek och kostnader kan göra dem attraktiva i fler applikationer, inklusive i hem, där de kan drivas med varmt vatten från solvärmare, säger McGrail.
Nyckeln är att förbättra det fasta adsorberande materialet. I en adsorptionskylare adsorberas avdunstat köldmedium - det fäster på en yta av ett fast ämne, såsom silikagel. Kiselgelen kan hålla en stor mängd vatten på ett litet utrymme - den fungerar i huvudsak som en svamp för vattenångan. När gelén värms upp släpper den ut vattenmolekylerna i en kammare. När koncentrationen av vattenånga i kammaren ökar, stiger trycket tills vattnet kondenserar.
McGrail ersätter kiselgel med ett konstruerat material tillverkat genom att skapa nanoskopiska strukturer som självmonteras till komplexa tredimensionella former. Materialet är mer poröst än silikagel, vilket ger det en större yta för vattenmolekyler att hålla fast vid. Som ett resultat kan den fånga upp tre till fyra gånger mer vatten, i vikt, än silikagel, vilket hjälper till att minska storleken på kylaren.
Materialet binder också mindre starkt till vattenmolekyler. Det minskar mängden värme som behövs för att frigöra vattenmolekylerna - vilket gör processen mer effektiv - och påskyndar processen att adsorbera och desorbera vatten med 50 till 100 gånger, vilket hjälper till att göra kylaren mindre. Materialen fungerar även med andra köldmedier än vatten, vilket utökar temperaturområdet vid vilket kylning är möjlig.
Eftersom nuvarande adsorptionskylare kan vara två eller tre gånger större än kylare som använder elektriska kompressorer, kan en skärning av storleken på adsorptionskylare med 75 procent göra dem konkurrenskraftiga, säger Yunho Hwang , professor vid Center for Environmental Energy Engineering vid University of Maryland. Kylarna kan vara särskilt användbara för att kyla med varmvatten från solvärmare, eftersom adsorptionskylare kan använda den relativt låga temperatur som sådana värmare producerar, säger han.
En utmaning för sådana applikationer kan vara att synkronisera efterfrågan på kyla med produktionen av värme – i vissa fall kan det vara nödvändigt att inkludera ett kostsamt värmelagringssystem för att göra det möjligt att hålla kylaggregatet igång efter att solen gått ner.
PNNL-forskarna har tilldelats 2,54 miljoner dollar från Advanced Research Projects Agency for Energy för att demonstrera materialet i ett kylsystem. Under bidraget har de tre år på sig att optimera materialets prestanda och införliva det i en liten demonstrationskylare.