Ученые из Гарвардского университета создали прототип нового поколения системы кондиционирования, который использует твердые хладагенты для эффективного охлаждения помещения и гораздо более экологичен. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.
ru.«Простая установка кондиционера или вырабатывание его ресурса – огромный фактор глобального потепления», – отметил Адам Славней, один из авторов новой разработки. Хладагенты, используемые в этих системах, в качестве парниковых газов в тысячи раз более вредоносны, чем углекислый газ. Они могут случайно просочиться из систем охлаждения, когда их используют или утилизируют.
Хладагенты в обычных системах охлаждения, например, в кондиционерах, функционируют, циклически переходя из газообразного состояния в жидкое. Несмотря на то, что этот цикл весьма эффективен, опасения по поводу глобального потепления и ужесточения ограничений на использование гидрофторуглеродных хладагентов побуждают к поиску более экологически безопасных альтернатив.
Идеальным решением могут стать твердые хладагенты. В отличие от газов, твердые частицы не будут попадать в окружающую среду из кондиционеров. Класс твердых хладагентов, называемых барокалорическими материалами, работает аналогично традиционным газожидкостным системам охлаждения. Они используют изменения давления для прохождения тепловых циклов, но в этом случае давление вызывает фазовый переход – материал остается твердым, но изменяется его внутренняя молекулярная структура.
Ключевым структурным аспектом этих барокалорических твердых материалов является то, что они содержат длинные молекулярные цепи, гибкие и неупорядоченные. Под давлением цепи становятся более структурированными и жесткими, и такое изменение высвобождает тепло. Процесс перехода между структурами подобен плавлению воска, но без превращения его в жидкость, посяснил Джарад Мейсон, главный исследователь проекта из Гарвардского университета. Когда давление сбрасывается, материал снова поглощает тепло, завершая цикл.
Однако у барокалорических систем есть серьезный недостаток – большинству этих материалов требуется огромное давление для запуска тепловых циклов. Для создания такого давления системам требуется дорогостоящее специализированное оборудование, которое нецелесообразно для стандартных систем охлаждения.
Мейсон и его коллеги немногим ранее разработали барокалорическе материалы, которые могут действовать как хладагенты при гораздо более низких давлениях. В новом исследовании они продемонстрировали, что хладагенты, называемые металлогалогенидными перовскитами, способны работать в системе охлаждения при давлении около 200 атмосфер, что является приемлемым параметром работы типичной гидравлической системы.
Исследовательская группа построила первый в своем роде прототип, демонстрирующий использование этих новых материалов в практической системе охлаждения. Устройство состоит из трех основных частей. Один представляет собой металлическую трубку, заполненную твердым хладагентом и инертной жидкостью – водой или маслом. Другая часть устройства представляет собой гидравлический поршень, оказывающий давление на жидкость. Наконец, рабочая жидкость помогает передавать это давление хладагенту, а также переносить тепло через систему.
Решив несколько инженерных задач, команда показала, что барокалорические материалы работают как функциональные хладагенты, превращая изменения давления в полные циклы изменения температуры. Насколько известно специалистам, это первая работающая система охлаждения, в которой используются твердотельные хладагенты, зависящие от изменения давления.
Имея в распоряжении опытное устройство в качестве испытательного стенда, исследователи планируют протестировать различные барокалорические материалы, чтобы выявить лучшие, в том числе те, которые работают при более низком давлении и лучше проводят тепло. Ученые считают, что с оптимальным материалом твердотельные хладагенты могут стать жизнеспособной заменой нынешним системам кондиционирования воздуха и другим технологиям охлаждения.
Свежие комментарии