В мире становится все жарче, и самые распространенные технологии охлаждения наших домов только усугубляют ситуацию. В новом специальном выпуске журнала Science исследователи определили ключевые способы вывести нас из этой уловки. Они включают в себя передовые технологии и материалы, которые могут коренным образом изменить кондиционирование воздуха к лучшему.

Одна из наиболее часто используемых технологий охлаждения на Земле это парокомпрессионное охлаждение, при котором, по сути, используется тепловой двигатель, но он работает в обратном направлении. Обычно тепло передается из жарких мест в холодные, но в этом методе используется нагретый жидкий хладагент, который может отводить тепло из теплого места. Другой вариант процесса можно использовать и для обогрева домов.

компрессор
Испарительный охладитель (также охладитель влажным воздухом, охладитель/кондиционер испарительного типа, биокондиционер) — устройство, охлаждающее воздух с помощью испарения воды.

В одном исследовании, опубликованном в новом выпуске, ученые объясняют, что, хотя такое охлаждение очень эффективно и даже было названо одним из самых важных инженерных достижений 20-го века, оно чрезвычайно энергоемко. Это проблема для нашего мира, работающего на ископаемом топливе.
Кроме того, в технологиях охлаждения, основанных на этом, традиционно используются вредные озоноразрушающие химические вещества, включая хлорфторуглероды (CFC), гидрохлорфторуглероды (HCFC), а с недавних пор, их родственники, гидрофторуглероды (HFC). Последние являются мощными парниковыми газами, открывая еще одну возможность для охлаждающих технологий с целью обогрева планеты.

Обеспокоенность по поводу того, что эти соединения могут нанести вред планете, вызвала международные договоры и исследования альтернатив. В своем исследовании ученые объясняют, что разрабатываются более безопасные для климата и эффективные хладагенты для использования при сжатии пара.

«Разработка новых жидкостей была сосредоточена на фторированных олефинах, известных как гидрофторолефины (HFOs), и смеси, содержащие HFO », — говорится в исследовании.

В отличие от CFC и HFC, новые хладагенты не обладают озоноразрушающим потенциалом и гораздо более низким потенциалом глобального потепления, что делает их относительно безопасными для окружающей среды. Но они не обходятся без риска для безопасности человека. ГФО при разложении создают соединение, называемое трифторуксусной кислотой, которое может нанести ущерб окружающей среде.
Кроме того, многие смеси HFO и HFO легко воспламеняются. То же самое и с некоторыми естественными химическими веществами, такими как аммиак и пропан, которые также иногда используются в парокомпрессионном охлаждении. И эти природные химические вещества могут быть токсичными при утечке.

Конечно, технология сжатия пара — не единственный способ сохранить прохладу в нашем теплом мире.
Другое исследование в новом выпуске журнала Science исследует, как калорийные материалы — твердые вещества, выделяющие тепло при электрическом, магнитном или механическом воздействии на них, — можно использовать для охлаждения или обогрева домов.

«В некотором смысле калорийность материалов аналогична традиционным газовым хладагентам, где приложенное давление приводит к переходу из газовой фазы в жидкую, что приводит к изменению температуры хладагента », — написал в электронном письме Ксавьер Мойя, материаловед из Кембриджского университета и автор исследования. Но в отличие от традиционного охлаждения материалы, используемые в этом процессе, всегда остаются твердыми, вместо того, чтобы превращаться в загрязняющий газ.»

В своем исследовании Мойя и его соавтор написали, что за последние пять лет в этой области были достигнуты огромные успехи, включая разработку инфракрасного изображения наряду с калорийными охлаждающими материалами, чтобы получить изображение того, как технология изменяет температуру в режиме реального времени.
Исследователи также обнаружили новые калорийные материалы, в том числе своего рода пластиковый кристалл, сделанный из соединения, называемого неопененилгликоль, который обычно используется в красках и смазках, который впервые вызвал такую ​​же степень изменения температуры, что и традиционное охлаждение.

Но эти новые технологии не панацея. Например, производство и утилизация неопененилгликоля может нанести ущерб окружающей среде. Другой широко используемый материал в калорическом процессе, неодимовые магниты, требует использования редкоземельного минерала, извлечение которого может быть экологически опасным.

И еще есть проблема денег. Мойя сказал, что калорийные материалы для этого процесса в настоящее время «относительно дороги, поскольку компоненты не производятся в больших масштабах».

Не все технологии охлаждения работают за счет активного нагрева химических соединений. В третьем исследовании ученые описывают, как материалы пассивного радиационного охлаждения могут использоваться для отвода тепла в космос. Эти материалы, иногда называемые супер-крутыми материалами, можно направить в небо, чтобы они отражали инфракрасные лучи от солнца, сохраняя их на 18 градусов по Фаренгейту (10 градусов по Цельсию) холоднее, чем воздух вокруг них. Авторы подробно описывают, как исследователи разрабатывают эти технологии для использования на крышах.

Эти технологии перспективны, но они не работают во всех климатических условиях. Материалы лучше всего охлаждаются, когда в воздухе мало влажности или облака в небе. Ученые также все еще пытаются разработать крыши из этих материалов, которые не будут быстро разрушаться.

Все эти новые технологии демонстрируют потенциал будущего охлаждения зданий, что будет приобретать все большее значение в условиях участившихся волн тепла и повышения средних температур. Но, конечно, есть и менее технологичные способы охлаждения домов, такие как посадка деревьев для обеспечения тени, стратегическое размещение дымоходов на крышах домов, чтобы притягивать более прохладные бризы, которые кружат над зданиями, и даже вентиляторы.
Опора на них может быть не так увлекательна, как стремление к прорывным технологиям. Но то, что они не такие крутые или супер-крутые, не означает, что им не должно быть места в нашем все более потном мире.

(Visited 1 times, 6 visits today)