Перший у світі кондиціонер на основі еластокалоричного ефекту: нові рішення для екологічного охолодження в умовах глобального потепління
Гонконгський університет науки і технологій (HKUST) зробив значний крок уперед у сфері кондиціювання повітря, розробивши перший у світі кондиціонер, що використовує еластокалоричний ефект з потужністю у кіловат. Результати досліджень, опубліковані в авторитетному журналі *Nature*, свідчать про те, що новий пристрій здатен стабілізувати температуру в приміщенні на рівні 21-22 °C навіть за температури зовні 30-31 °C.
Згідно з даними HKUST, споживання енергії на охолодження вже досягає 20% від загального світового використання електрики. Використання традиційних парокомпресійних кондиціонерів призводить до викидів газів, що сприяють парниковому ефекту. В цьому контексті еластокалоричні технології, засновані на сплавах з пам’яттю форми (SMA), стають перспективною екологічною альтернативою.
Технологія еластокалоричного охолодження базується на адіабатичній деформації особливих матеріалів; зокрема, використано нікіль-титанові сплави. Коли на матеріал діє механічне навантаження, він вивільняє приховане тепло, яке можна вивести за межі, а після зняття навантаження він охолоджується. До сьогоднішнього дня спроби створення кондиціонера потужністю вище 260 Вт не мали успіху.
Дослідники з департаменту механічної та аерокосмічної інженерії HKUST подолали це обмеження за допомогою двох основних нововведень. По-перше, розроблена ячеєва архітектура «SMA послідовно — рідина паралельно», що складається з десяти еластокалоричних охолоджуючих блоків, які охолоджуються рідиною під тиском близько 1,5 бар. По-друге, дистильовану воду, яка використовувалася раніше як теплоносій, замінили на графенову наножидкість. Графен, з діаметром наночастинок 0,8 мкм, демонструє ефективність відведення тепла на 50% вищу, ніж звичайна вода, при концентрації всього 2 грами на літр.
В результаті, при частоті роботи у 3,5 Гц, система досягла удельної потужності охолодження 12,3 Вт/г, а загальна потужність охолодження перевищила 1280 ватт, що підтверджує доцільність її використання в реальних умовах. Прототип успішно охолонува макет будинку об’ємом 2,7 м³, стабілізуючи температуру в приміщенні за 15 хвилин.
Професор Сун Цинпин підкреслив потенціал для масового впровадження еластокалоричних технологій, зазначивши, що це не лише відповідь на більш жорсткі вимоги до використання гідрофторуглеродів, а й можливість знизити витрати на електроенергію для споживачів. «Технологічні вдосконалення дозволять створювати більш компактні системи, які економлять простір», — зазначив він.
Професор Яо Шухуай додав, що подальше покращення продуктивності системи охолодження можливе через розробку нових еластокалоричних матеріалів та оптимізацію ротаційної архітектури приводів, що зможе значно зменшити час охолодження.
Цей досягнення є лише другим важливим проривом для дослідників HKUST за менше ніж рік, після того як вони встановили рекорд підвищення температури на 75 K за допомогою многоматеріального еластокалоричного пристрою. Ці інновації відкривають нові перспективи для екологічного охолодження та сприяють зменшенню негативного впливу на навколишнє середовище.
Успіхи HKUST можуть стати основою для нового етапу в розвитку кондиціонерів, що не лише знизять енергетичні витрати, але й суттєво зменшать екологічний слід. Це свідчить про новий підхід до питання охолодження, що стає дедалі актуальнішим у світі, де кліматичні зміни є глобальною проблемою.
