Иногда наслаждаться искусственной прохладой в знойный летний день сильно мешает мысль о счетах за электроэнергию, в размерах которых «виноват» кондиционер…
Приятная прохлада: При минимуме затрат
Прототип кондиционера DEVap Наложенный график демонстрирует изменение параметров воздуха от горячего и влажного (красный) до холодного и сухого (синий) по мере прохождения через систему.

Прохлада в домах и офисах этим летом может обойтись недешево: кондиционер — не самый экономичный с точки зрения потребления электроэнергии прибор. Однако исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии в США (National Renewable Energy Laboratory — NREL) разработали систему охлаждения воздуха, способную значительно снизить затраты электроэнергии на кондиционирование.

Технологии, которую мы используем сейчас для создания прохлады в помещениях, уже почти 100 лет. Эрик Козубаль (старший инженер NREL) и его коллеги решили, что пора бы придумать что-то новое, и разработали систему кондиционирования, объединяющую охлаждение испарением и осушение, чтобы сделать воздух в помещении суше и прохладнее, обеспечивая экономию электроэнергии до 90%.

Аппарат получил название DEVap (от английского «desiccant-enhanced evaporative» — осушитель с повышенным испарением). Известно, что при повышенной влажности жара переносится хуже, поэтому разработчики DEVap постарались решить обе эти проблемы одновременно.

Технология охлаждения испарением, основанная на обдувании воздухом влажной поверхности, используется уже давно. Метод, называемый «косвенно-испарительным охлаждением», предполагает разделение осушающего воздуха на два потока, разделенных полимерной мембраной. Один из этих потоков взаимодействует с водой, что делает его более холодным и влажным. Холодный воздух охлаждает мембрану, которая, в свою очередь, охлаждает воздух по другую сторону, не увлажняя его.

Но данный метод неэффективен при высокой атмосферной влажности: если в воздухе уже содержится большое количество водяного пара, испарение воды будет незначительным, следовательно, и температура исходящего из охладителя воздушного потока понизится ненамного.

DEVap решает проблему кондиционирования при повышенной влажности, используя материал-осушитель, поглощающий влагу. В качестве «осушителя» применяется раствор хлорида лития или хлорида кальция повышенной концентрации (44% соли от общего объема). В такой установке еще одна мембрана отделяет осушитель от проходящего через канал воздуха. Полимерная мембрана пронизана порами диаметром 1−3 мкм, что вполне достаточно, чтобы пропускать водяной пар и при этом удерживать хлориды на месте. Мембрана покрыта похожим на тефлон веществом, обладающим водоотталкивающими свойствами.

Осушитель «вытягивает» влагу из воздушного потока, оставляя его сухим и теплым. А затем «подготовленный» воздух попадает в систему косвенно-испарительного охлаждения.

Сама по себе идея комбинирования технологий осушения и испарительного охлаждения не нова, но разработчикам из NREL наконец-то удалось создать систему, эффективную не только с технической, но и с экономической точки зрения. Козубаль говорит, что установка способна сократить энергопотребление в 2 раза (и практически в 10 раз в районах с высокой влажностью воздуха).

Осушители, используемые в системе, относительно безвредны (например, хлорид кальция содержится в смеси, используемой как средство против гололеда), хотя и обладают повышенной коррозионной активностью, что может потребовать использования в системе неметаллических компонентов. При этом отпадает необходимость во фреоне, который служит хладагентом в традиционных охлаждающих системах.

Осушитель можно использовать повторно после простого нагревания его до температуры кипения воды. В промышленных условиях это можно сделать за счет тепла, образующегося в другом производственном процессе.

Читайте также о покрытиях, позволяющих более эффективно отводить тепло — «Рубашка для радиатора: Теплообмен на пределе».

По пресс-релизу NREL