Разработана альтернатива обычному кондиционеру
В Гонконгском университете науки и технологий (HKUST) разработан первый в мире кондиционер на эластокалорическом эффекте киловаттной мощности. По результатам испытаний, опубликованных в Nature, устройство смогло стабилизировать температуру в помещении на уровне 21–22 °C, когда на улице было 30–31 °C.
По мере глобального потепления и с повышением благосостояния растет спрос на кондиционирование воздуха. По данным HKUST, на охлаждение расходуется уже 20% мирового потребления электроэнергии. Традиционные парокомпрессионные кондиционеры используют в качестве хладагентов газы с сильным парниковым эффектом. Отличной экологически чистой альтернативой может быть твердотельная технология охлаждения, основанная на эластокалорическом эффекте сплавов с памятью формы (SMA).
В его основе — адиабатическая деформация определенных материалов (обычно с памятью формы — например, никель-титановых сплавов). При приложении механического воздействия такой сплав выделяет скрытую теплоту, которую можно вывести вовне, а после снятия усилия сжимается — и остывает.
До сих пор не удавалось построить прототип такого кондиционера мощностью выше 260 Вт. В Департаменте механической и аэрокосмической инженерии HKUST выяснили, что мешает преодолению этого барьера — и нашли решения.
Во-первых, ученые применили многоячеечную архитектуру «SMA последовательно — жидкость параллельно».
Во-вторых, заменили дистиллированную воду в роли теплоносителя на графеновую наножидкость.
В результате при работе на высокой для таких устройств частоте 3,5 Гц достигнута удельная мощность охлаждения 12,3 Вт/г, а общая мощность охлаждения превысила 1280 ватт при нулевом подъеме температуры, что показало пригодность к практическому применению в реальных условиях.
«Достижение демонстрирует потенциал для крупномасштабного применения эластокалорической технологии охлаждения. Мы уже сотрудничаем с промышленностью, чтобы ускорить ее коммерциализацию. Инновация полезна не только из-за ужесточения норм на гидрофторуглероды — потребители также выиграют от снижения счетов за электроэнергию, а технологические улучшения позволят создавать более компактные устройства, экономящие ценное внутреннее пространство», — пояснил профессор Сун Цинпин.
«Производительность системы охлаждения можно будет еще улучшить за счет разработки новых эластокалорических материалов и оптимизации ротационной архитектуры привода. Эти усовершенствования позволят достичь еще большей мощности охлаждения — то есть помещения можно будет остужать за гораздо меньшее время», — добавил профессор Яо Шухуай.
Это уже второй впечатляющий прорыв изобретателей менее чем за год — ранее они установили рекорд подъема температуры на 75 K при помощи многоматериального эластокалорического устройства.
