Даже до глобальных изменений в климате климатические системы зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Правда, у них есть масса недостатков, и учёные пытаются найти не менее эффективную им альтернативу. Такой может стать система охлаждения и нагрева, разработанная сотрудниками Лаборатории Беркли.

Климатические системы

Системы кондиционирования воздуха нашли широкое применение в бытовых условиях, на различных предприятиях и социальных объектах. Благодаря им можно поддерживать в помещениях комфортные для жизни и работы человека условия. Конечно, они сильно отличаются в конструкции и масштабах. В квартирах и частных домах чаще всего используются сплит-системы, а на больших объектах – промышленные кондиционеры разных типов. Между тем, в подавляющем большинстве принципы их работы одинаковы и построены на разнице давления хладагента. У некоторых жидкостей есть интересное свойство: как только они переходят в газообразное состояние, то мгновенно поглощают энергию из окружающего пространства, охлаждая всё вокруг (эффект фазового перехода).

К примеру, в обычном кондиционере фреон переходит в газообразное состояние и подаётся во внутренний блок, который находится в помещении. Здесь он охлаждает радиатор, состоящий из тончайших пластинок, а тот в свою очередь понижает температуру воздуха. Далее хладагент перекачивается во внешний блок, где опять преобразуется в жидкость и во время этого процесса активно отдаёт накопленное тепло. Фреон в газообразном состоянии забирает тепло из комнаты, а в качестве жидкости отдаёт энергию в атмосферу на улице. Схема очень простая, но чрезвычайно неэффективная.

Любой кондиционер, независимо от его класса энергоэффективности, потребляет очень много электроэнергии. Не зря в летний период нагрузка на городские электросети возрастает в несколько раз. При этом электростанции вынуждены наращивать мощности и работать на пике своих возможностей, чтобы обеспечить увеличившиеся «аппетиты» потребителей. К тому же фреоны, которыми заправляют подобные установки, совсем нельзя назвать безопасными для природы. Сама конструкция кондиционеров предполагает использование разъёмных соединений, и через них газ легко вытекает наружу, поэтому и возникает потребность в сезонной заправке. Как оказалось, разрешить эту проблему и найти безопасный и эффективный аналог фреонам очень сложно. Поэтому сотрудники Лаборатории Беркли решили принципиально изменить подход к созданию подобной техники.

Охлаждение без потерь

Постоянная утечка хладагента – это общая проблема все кондиционеров, поэтому учёные сосредоточили свои усилия на поиске нового хладагента. Их идея была предельно простой: если у новой схемы работы не будет газообразной фазы, то утечек в обычном режиме быть не должно. В итоге они смогли получить материал, способный к фазовому переходу, но не между жидким и газообразным состояниями, а от твёрдого к жидкому и наоборот. Основу для него составила соль йода и натрия (йодид натрия), в которую в определённых пропорциях вводится органический растворитель, карбонат этилена.

В отличие от обычного кондиционера, этот хладагент не требуется нагревать, спусковым механизмом для фазового перехода является электрический ток, причём очень маленькой мощности. Как только через материал пропускается электрический ток, в нём меняется ионный баланс, и твёрдое вещество плавится, поглощая тепло из окружающей среды. Собранную энергию хладагент хранит до тех пор, пока при помощи обратного процесса в нём не понизится уровень ионов. При этом он перейдёт в твёрдое состояние, а накопленное тепло выделится в окружающую среду. Во время проведённых экспериментов учёным, приложив напряжение всего 0,22 вольта, удалось добиться температурной разницы в 25 градусов Цельсия между двумя состояниями. По их словам, на следующих этапах разработки они попробуют использовать этот материал для построения системы теплообмена, а также масштабировать её до уровня больших установок.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!