211service.com
Et energibesparende klimaanlæg
At holde luften kølig i hjem og kontorer denne sommer vil være dyrt - omkring 5 procent af den energi, der bruges i USA hvert år, går til at køre klimaanlæg. Men forskere ved U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Golden, CO, har fundet frem til et nyt klimaanlægsdesign, som de siger vil dramatisk øge effektiviteten og eliminere gasser, der bidrager til global opvarmning.
Cool løb: Senioringeniør Eric Kozubal hos NREL undersøger en prototype af luftstrømskanalen på DEVap-klimaanlægget. Grafen viser, hvordan varm, fugtig luft (i rødt) ændres til kølig tør luft (i blåt), når luften passerer gennem systemet.
Den teknologi, vi har i dag, er næsten hundrede år gammel, siger Eric Kozubal, senioringeniør hos NREL. Kozubal og kolleger har fundet frem til et klimaanlæg, der kombinerer fordampningskøling med et vandabsorberende materiale for at give kølig, tør luft, mens den bruger op til 90 procent mindre energi. Det tørremiddel-forstærkede fordampningsanlæg, eller DEVap, klimaanlæg er beregnet til at løse den gamle klage, Det er ikke varmen; det er fugtigheden, mere effektivt.
Fordampningskøling – at blæse luft hen over en våd overflade for at fremme fordampning – har længe været brugt i såkaldte sumpkølere. En metode kaldet indirekte fordampningskøling forbedrer dette design, idet luften opdeles i to strømme, som er adskilt af en polymermembran. Vand ledes gennem én luftstrøm, hvilket gør det køligere og vådere; den kølige luft køler membranen, som igen køler luften på den anden side uden at tilføre vand.
Men luft kan kun rumme så meget vanddamp, så i fugtige klimaer er effekten begrænset. På en 32 ºC dag i Houston, siger Kozubal, kan fordampningskøling kun bringe temperaturen ned til omkring 27 ºC. For at give en komfortabel bygning skal et klimaanlæg ideelt set afkøle luften til 13 eller 16 ºC.
NREL overvinder fugtproblemet ved at tilføje endnu et trin, brugen af et materiale kendt som et tørremiddel, der absorberer fugt. NREL bruger et flydende tørremiddel, en sirupsagtig opløsning af lithiumchlorid eller calciumchlorid, omkring 44 volumenprocent salt. I denne opsætning adskiller en anden membran tørremidlet fra luft, der bevæger sig gennem en kanal. Polymermembranen har porer på omkring 1 mikrometer til 3 mikrometer i diameter, store nok til, at vanddamp let passerer igennem, mens den salte væske bliver siddende. Membranen er også belagt med et Teflon-lignende stof for at afvise flydende vand. Tørremidlet trækker fugt fra luftstrømmen og efterlader tør, varm luft. Så er det tilbage til indirekte fordampningskøling: I en anden kanal fordamper vand for at afkøle en sekundær luftstrøm, som igen afkøler den første luftstrøm, og ud kommer kølig, tør luft.
Jeg synes, det er meget lovende, siger Anthony Jacobi, meddirektør for Air Conditioning and Refrigeration Center ved University of Illinois i Urbana-Champaign. Jeg tror ikke, at ideen om at integrere disse teknologier er meget ny. At gøre det med succes kan være.
Hvad der er nyt, siger Kozubal, er et design, der formår at kombinere fordampningskøling og tørremiddeltørring til et omkostningseffektivt system. Det gør denne type aircondition levedygtig til kommercielle og boligprocesser til afkøling, siger han.
Industrien arbejder på en række forskellige metoder til at forbedre effektiviteten af aircondition, siger Jacobi, fra brugen af varmevekslere til forbedringer i kompressionssystemerne i traditionelle maskiner. Det er et område af stor betydning for nationen, fordi omkring en tredjedel af vores nations energiforbrug er i bygninger.
USA bruger omkring 100 quadrillioner britiske termiske enheder hvert år, ifølge U.S. Energy Information Administration. Op til 40 procent af det bruges i bygninger, hvoraf omkring 5 procent går til aircondition. Kozubal siger, at hans system kunne halvere det i mindre fugtige områder og med op til 90 procent, hvor luftfugtigheden er høj. Når man taler om en teknologi, der kan spare 2 til 3 procent af hele landets energiforsyning, er det ret meget, siger han.
Tørremidlet, der bruges i systemet, er relativt harmløst (calciumchlorid bruges i vejsalt), selvom dets ætsende evne kræver, at metal fjernes fra hardwaren. Det, der er særligt attraktivt, er, at det erstatter de chlorfluorcarboner, der bruges som kølemiddel i traditionelle klimaanlæg. Disse CFC'er kan nemt lække, og hvert kilogram af dem giver den samme drivhusgaseffekt som omkring 2.000 kilo kuldioxid.
Kozubal siger, at det kan tage omkring fem år at udvikle systemet til et punkt, hvor NREL kan aflevere det til industrien til kommercialisering. Systemet er designet til at erstatte eksisterende systemer uden mange ændringer, så det kunne indfases, efterhånden som folk opgraderer deres gamle klimaanlæg.
Tørremidlet kan genbruges blot ved at varme det op for at koge vandet, det har absorberet, af. I industrielle omgivelser kan det gøres ved hjælp af spildvarme fra en anden industriel proces. I hjemmet ville naturgas eller solenergi fungere. Faktisk, siger Kozubal, kunne opsætningen gøre solvarmeenergisystemer, som absorberer sollys for at opvarme et hjem og dets vand, mere omkostningseffektive. På varme sommerdage kan solenergi, der ellers ville gå til spilde, derfor faktisk være med til at holde en bygning kølig.