Nanopartikler kan gøre hjemmekøling mere tilgængelig for husholdninger med lav indkomst

Strømforbruget i et hjemmekøleskab kan reduceres med 29%, samtidig med at kølekapaciteten forbedres. Forskere erstattede meget brugte, men miljøvenlige R134a kølemiddel med det mere energieffektive R600a doseret med multi-walled carbon nanorør nanopartikler (MWCNT). Denne drop-in kølemiddelerstatning kan installeres i marken af ​​uddannede teknikere, siger en ingeniør fra University of Johannesburg.

Denne test af nanopartikeldoserede kølemidler er den første af sin art, og resultaterne offentliggøres i Energirapporter , en journal med åben adgang. Undersøgelsen kan være med til at gøre hjemmekøling mere tilgængelig for familier med lav indkomst.

R134a er et af de mest udbredte kølemidler i husholdnings- og industrikøleskabe. Det er sikkert til mange applikationer, fordi det ikke er brandfarligt. Imidlertid, det har et stort potentiale for global opvarmning, bidrager til klimaforandringerne. Det forårsager også køleskabe, frysere og klimaanlæg til at forbruge meget elektrisk energi. Energiforbruget bidrager endnu mere til klimaforandringerne.

I mellemtiden et mere energieffektivt kølemiddel kan resultere i meget lavere elregninger. For udsatte husstande, energisikkerheden kan forbedres som følge heraf. Forbedret energiøkonomi og efterspørgselsstyring kan også gavne planlæggere hos elværker, da køling tegner sig for omkring 40% af energibehovet.

Nanopartikler øger energireduktionen

Nano-miljøvenlige kølemidler er lavet med vand og ethylenglycol. Tidligere undersøgelser viste reduceret energiforbrug ved nanokøling ved dosering af eksisterende kølemidler med MWCNT-nanopartikler. Processen resulterede også i reduceret friktion og slid på apparatets dampkompressorer. Men tidligere forskning testede ikke virkningerne af MWCNT'er på kulbrintekølemidler som R600a.

I deres nye undersøgelse, forskere ved University of Johannesburg testede drop-in-erstatningen af ​​det miljøvenlige kølemiddel R134a i et hjemmekøleskab, der er fremstillet til at fungere med 100 g R134a.

Forskerne fjernede R134a-kølemidlet og dets kompressorolie fra et husholdningskøleskab. De brugte R600a doseret med MWCNT'er med mineralolie som smøremiddel. Den nye blanding blev sat ind i køleskabet, og der blev udført ydelsestests. De fandt ud af, at R600a-MWCNT kølemidlet resulterede i meget bedre ydeevne og kølekapacitet for køleskabet.

"Køleskabet afkølede hurtigere og havde en meget lavere fordampningstemperatur på -11 grader Celsius efter 150 minutter. Dette var lavere end -8 grader Celsius for R134a. Det oversteg også ISO 8187-standarden, som kræver -3 grader Celsius ved 180 minutter, " siger Dr. Daniel Madyira.

Dr. Madyira er fra Institut for Mekanisk Engineering Science ved University of Johannesburg.

"Elforbruget faldt med 29 % sammenlignet med at bruge R134a. Dette er en betydelig energieffektivitetsgevinst for køleskabsbrugere, især for lavindkomster, " tilføjer han.

For at opnå disse fordele, valget af MWCNT nanopartikler er kritisk, han siger. "MWCNT'erne skal have en partikelstørrelse i nanometer-skala, som er ekstremt lille. Partiklerne skal også reducere friktion og slid, forhindre korrosion og tilstopning, og udviser meget god varmeledningsevne, " siger Dr. Madyira.

Håndtering af brændbarhed

Den nye kølemiddelblanding medfører en potentiel risiko, imidlertid. I modsætning til R134a, R600a er brandfarlig. På den anden side, det er mere energieffektivt, og det har et lavt global opvarmningspotentiale. Nogle køleskabsproducenter har allerede taget produktion med R600a, og disse apparater er tilgængelige på markedet.

"For at lave en sikker drop-in erstatning, ikke mere end 150 g R600a bør bruges i et husholdningskøleskab, " siger Dr. Madyira. "Før udskiftningen, køleskabet brugte 100 g R134a gas. Vi erstattede det med 50g til 70g R600a, at holde sig inden for sikkerhedsparametre. "

Uuddannet personale bør ikke forsøge denne drop-in-udskiftning, siger Dr. Madyira. Hellere, en uddannet køletekniker eller -teknolog bør gøre det.

"Mineralolie bruges som kompressorolie. Denne bør blandes med den anbefalede koncentration. En magnetomrører og ultralydsapparat er nødvendig for at omrøre og homogenisere ingredienserne i blandingen. Blandingen kan derefter indføres i kompressoren. Derefter R600a kan oplades i køleskabets kompressor, mens du sørger for ikke at bruge mere end 150 g af gassen, "siger Dr. Madyira.

Et langt mere energieffektivt kølemiddel som R600a-MWCNT-blandingen kan spare forbrugerne for mange penge. Sårbare husholdninger i varme klimaer i udviklingslande kan få endnu mere gavn. Lavindkomsttagere i mange lande er afhængige af køleskabe og frysere i hjemmet for sikkert at opbevare fødevarer i bulk. Dette reducerer i høj grad madspildet på grund af fordærv eller madforgiftning på grund af forkert opbevaret mad. Disse apparater er ikke længere en luksus, men en nødvendighed, siger Dr. Madyira. Uden køleskabe, mennesker kan blive tvunget til at købe mad dagligt i små mængder og til meget højere priser. Fordi daglige indkøb muligvis ikke længere er påkrævet, rejsetid og omkostninger til at købe mad kan være meget lavere, såvel.

Køling gør det også muligt sikkert at opbevare mere forskelligartede fødevareforsyninger, såsom frisk frugt og grøntsager. Medicin, der kræver afkøling, kan opbevares derhjemme. Dette kan gøre mere afbalanceret kost og ernæring, og bedre fysisk sundhed, mere tilgængelig for en husstand med lav indkomst.

Netstrøm hersker stadig for lav-indkomst køling

Fra et bæredygtighedssynspunkt, det kan være at foretrække at køre de fleste køleskabe og frysere til hjemmet fra solenergi. Men solpaneler, backup-batterier og jævnstrømskøleskabe (DC) er stadig for dyre for de fleste lavindkomstfamilier i områder, der betjenes af elselskaber. Energieffektive køleskabe med vekselstrøm (AC), der kører på netstrøm, er mere overkommelige for de fleste mennesker. Yderligere reduktion af strømforbruget med R600a-MWCNT kølemiddel kan reducere omkostningerne endnu mere.

Efterhånden som flere husstande med lav indkomst og små virksomheder tænder for netdrevne køleskabe, frysere og aircondition, strømbehov kræver bedre styring. I Sydafrika, hvor undersøgelsen er udført, det statsdrevne elselskab står over for store udfordringer med at imødekomme efterspørgslen konsekvent. Langvarige rullende strømafbrydelser, kendt som load-shedding, er blevet implementeret som en effektstyringsforanstaltning på efterspørgselssiden. Barbering af mere end en fjerdedel af køleskabets strømforbrug, frysere og klimaanlæg kan frigøre national strømforsyning for forbedret energisikkerhed.