En ny billig solcelle teknologi til miljøkøling

Rumkøling og opvarmning er et almindeligt behov i de fleste beboede områder. I Europa, energiforbruget til klimaanlæg stiger, og situationen kan blive værre i den nærmeste fremtid på grund af temperaturstigningen i forskellige regioner verden over. Det stigende kølebehov i bygninger, især i sommersæsonen, er tilfreds med klimaanlæg, som ofte gør brug af kølemidler med stor miljøpåvirkning og også fører til et højt elforbrug. Så, hvordan kan ingeniører reducere energibehovet til bygningskøling?

En ny undersøgelse offentliggjort i Videnskab fremskridt af en forskergruppe baseret på Politecnico di Torino (SMaLL) og National Institute of Metrological Research (INRiM) foreslår en enhed, der er i stand til at generere en kølelast uden brug af elektricitet. Ligesom mere traditionelle køleenheder, denne nye teknologi udnytter også fordampning af en væske. Imidlertid, den centrale idé foreslået af forskerne i Torino er at bruge simpelt vand og almindeligt salt i stedet for kemikalier, der potentielt er skadelige for miljøet. Miljøpåvirkningen af ​​den nye enhed reduceres også, fordi den er baseret på passive fænomener, dvs. spontane processer med kapillaritet og fordampning, i stedet for pumper og kompressorer, der kræver energi og vedligeholdelse.

"Afkøling ved fordampning af vand har altid været kendt. Som et eksempel er naturen gør brug af svedfordampning fra huden til at afkøle vores krop. Imidlertid, denne strategi er effektiv, så længe luft ikke er mættet med vanddamp. Vores idé var at komme med en billig teknologi, der er i stand til at maksimere køleeffekten uanset de ydre vanddampforhold. I stedet for at blive udsat for luft, rent vand er i kontakt med en uigennemtrængelig membran, der holder den adskilt fra en stærkt koncentreret salt opløsning. Membranen kan forestilles som en porøs sigte med porestørrelse i størrelsesordenen en milliondel af en meter. På grund af dens vandafvisende egenskaber, vores membran flydende vand passerer ikke gennem membranen, mens dens damp gør. På denne måde, det friske og saltvand blandes ikke, mens der forekommer en konstant vanddampstrøm fra den ene ende af membranen til den anden. Som resultat, rent vand bliver afkølet, med denne effekt forstærket yderligere takket være tilstedeværelsen af ​​forskellige fordampningstrin. Klart, saltvandskoncentrationen vil konstant falde, og køleeffekten vil falde med tiden; imidlertid, saltholdighedsforskellen mellem de to løsninger kan løbende - og bæredygtigt - genoprettes ved hjælp af solenergi, som også demonstreret i en anden nylig undersøgelse fra vores gruppe, "forklarer Matteo Alberghini, Ph.d. studerende ved Energiafdelingen i Politecnico di Torino og første forfatter af forskningen.

Det interessante træk ved den foreslåede enhed er dens modulære design, der består af køleenheder, der er få centimeter tykke hver, som kan stables for at øge køleeffekten i serie, som det sker med almindelige batterier. På denne måde, det er muligt at finjustere køleeffekten efter individuelle behov, muligvis at nå en kølekapacitet, der er sammenlignelig med den, der typisk er nødvendig til husholdningsbrug. Desuden, vand og salt behøver ikke at transportere pumper eller andre hjælpestoffer inden i enheden. Tværtimod, den bevæger sig spontant takket være kapillærvirkninger af nogle komponenter, der er i stand til at absorbere og transportere vand, selv mod tyngdekraften.

"Andre teknologier til passiv køling testes også i forskellige laboratorier og forskningscentre verden over, såsom dem, der er baseret på infrarød varmeafledning i det ydre rum - også kendt som strålende passiv køling. Disse tilgange, selvom det er lovende og velegnet til nogle applikationer, giver også store begrænsninger:Princippet, som de er baseret på, kan være ineffektivt i tropiske klimaer og generelt på meget fugtige dage, når behovet for konditionering ville være stort; i øvrigt, der er en teoretisk grænse for den maksimale køleeffekt. Vores passive prototype, baseret i stedet på fordampningskøling mellem to vandige opløsninger med forskellige saltholdigheder, kunne overvinde denne grænse, skaber en nyttig effekt uafhængig af ekstern luftfugtighed. I øvrigt, vi kunne opnå en endnu højere kølekapacitet i fremtiden ved at øge koncentrationen af ​​saltopløsningen eller ved at ty til et mere sofistikeret modulopbygget design af enheden, "skrev forskerne.

Også, Enhedens enkelhed og de nødvendige materialer medfører lave produktionsomkostninger, i størrelsesordenen et par euro for hvert køletrin. Som sådan, enheden kan være ideel til installationer i landdistrikter, hvor den mulige mangel på veluddannede teknikere kan gøre drift og vedligeholdelse af traditionelle kølesystemer vanskelig. Interessante applikationer kan også forestilles i regioner med høj tilgængelighed af saltvand, såsom kystområder i nærheden af ​​store afsaltningsanlæg eller nærliggende saltmyrer og saltminer.

Fra nu af, teknologien endnu ikke er klar til øjeblikkelig kommerciel udnyttelse, og yderligere udvikling (også underlagt fremtidig finansiering eller industrielle partnerskaber) er nødvendig. I perspektiv, denne teknologi kunne bruges i kombination med eksisterende og mere traditionelle kølesystemer til effektivt at implementere energibesparelsesstrategier.