211service.com
En energibesparande luftkonditionering
Att hålla luften sval i hem och kontor i sommar kommer att bli dyrt – cirka 5 procent av den energi som används i USA varje år går till att driva luftkonditioneringsapparater. Men forskare vid U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Golden, CO, har kommit med en ny luftkonditioneringsdesign som de säger kommer att dramatiskt öka effektiviteten och eliminera gaser som bidrar till den globala uppvärmningen.
Cool löpning: Senioringenjören Eric Kozubal hos NREL undersöker en prototyp av luftflödeskanal för DEVap-luftkonditioneringen. Grafen visar hur varm, fuktig luft (i rött) ändras till kall torr luft (i blått) när luften passerar genom systemet.
Tekniken vi har idag är nästan hundra år gammal, säger Eric Kozubal, senior ingenjör på NREL. Kozubal och kollegor har kommit med en luftkonditionering som kombinerar evaporativ kylning med ett vattenabsorberande material för att ge sval, torr luft samtidigt som den använder upp till 90 procent mindre energi. Den torkmedelsförstärkta evaporativa, eller DEVap, luftkonditioneringen är avsedd att ta itu med det gamla klagomålet, Det är inte värmen; det är luftfuktigheten, mer effektivt.
Evaporativ kylning – blåsa luft över en våt yta för att främja avdunstning – har länge använts i så kallade sumpkylare. En metod som kallas indirekt evaporativ kylning förbättrar denna design och delar luft i två strömmar, som separeras av ett polymermembran. Vatten leds genom en luftström, vilket gör den svalare och blötare; den kalla luften kyler membranet, vilket i sin tur kyler luften på andra sidan utan att tillsätta vatten.
Men luft kan bara hålla så mycket vattenånga, så i fuktiga klimat är effekten begränsad. På en 32 ºC dag i Houston, säger Kozubal, kan evaporativ kylning bara få ner temperaturen till cirka 27 ºC. Helst, för att ge en bekväm byggnad, bör en luftkonditionering kyla luften till 13 eller 16 ºC.
NREL övervinner fuktproblemet genom att lägga till ytterligare ett steg, användningen av ett material som kallas ett torkmedel som absorberar fukt. NREL använder ett flytande torkmedel, en sirapsliknande lösning av litiumklorid eller kalciumklorid, cirka 44 volymprocent salt. I denna uppställning separerar ett annat membran torkmedlet från luft som färdas genom en kanal. Polymermembranet har porer på cirka 1 mikrometer till 3 mikrometer i diameter, tillräckligt stora för att vattenånga lätt passerar igenom medan den salta vätskan stannar kvar. Membranet är också belagt med en teflonliknande substans för att stöta bort flytande vatten. Torkmedlet drar bort fukt från luftströmmen och lämnar torr, varm luft. Sedan är det tillbaka till indirekt evaporativ kylning: i en andra kanal förångas vatten för att kyla en sekundär luftström, som i sin tur kyler den första luftströmmen, och ut kommer kall, torr luft.
Jag tycker att det är mycket lovande, säger Anthony Jacobi, meddirektör för Air Conditioning and Refrigeration Center vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Jag tror inte att idén med att integrera dessa tekniker är väldigt ny. Att göra det framgångsrikt kan vara.
Vad som är nytt, säger Kozubal, är en design som lyckas slå samman evaporativ kylning och torkmedelstorkning till ett kostnadseffektivt system. Det gör den här typen av luftkonditionering genomförbar för kommersiella och bostadsprocesser för kylning, säger han.
Industrin arbetar med en mängd olika metoder för att förbättra effektiviteten i luftkonditioneringen, säger Jacobi, från användningen av värmeväxlare till förbättringar av kompressionssystemen i traditionella maskiner. Det är ett område av stor betydelse för nationen, eftersom ungefär en tredjedel av vår nations energianvändning finns i byggnader.
USA använder cirka 100 quadrillion British Thermal Units varje år, enligt U.S. Energy Information Administration. Upp till 40 procent av det används i byggnader, varav cirka 5 procent går till luftkonditionering. Kozubal säger att hans system kan halvera det i mindre fuktiga områden och med upp till 90 procent där luftfuktigheten är hög. När man talar om en teknik som kan spara 2 till 3 procent av landets hela energiförsörjning är det ganska mycket, säger han.
Torkmedlet som används i systemet är relativt ofarligt (kalciumklorid används i vägsalt), även om dess korrosivitet kräver att metall elimineras från hårdvaran. Det som är särskilt attraktivt är att det ersätter klorfluorkolväten som används som köldmedium i traditionella luftkonditioneringsanläggningar. Dessa CFC kan lätt läcka, och varje kilogram av dem ger samma växthusgaseffekt som cirka 2 000 kilo koldioxid.
Kozubal säger att det kan ta ungefär fem år att utveckla systemet till en punkt där NREL kan lämna över det till industrin för kommersialisering. Systemet är utformat för att ersätta befintliga system utan många förändringar, så det kan fasas in när människor uppgraderar sina gamla luftkonditioneringsapparater.
Torkmedlet kan återanvändas helt enkelt genom att värma upp det för att koka bort vattnet som det absorberats. I en industriell miljö kan det göras med spillvärme från en annan industriell process. I hemmet skulle naturgas eller solenergi fungera. I själva verket, säger Kozubal, kan installationen göra solvärmesystem, som absorberar solljus för att värma upp ett hem och dess vatten, mer kostnadseffektiva. Under varma sommardagar kan solenergi som annars skulle gå till spillo faktiskt hjälpa till att hålla en byggnad sval.