211service.com
Een energiebesparende airconditioner
De lucht koel houden in huizen en kantoren deze zomer zal duur zijn - ongeveer 5 procent van de energie die elk jaar in de Verenigde Staten wordt gebruikt, gaat naar het draaien van airconditioners. Maar onderzoekers van het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, CO, hebben een nieuw airconditioningontwerp bedacht waarvan ze zeggen dat het de efficiëntie drastisch zal verhogen en gassen die bijdragen aan het broeikaseffect zal elimineren.
Cool hardlopen: NREL senior engineer Eric Kozubal onderzoekt een prototype luchtstroomkanaal van de DEVap airconditioner. De grafiek laat zien hoe warme, vochtige lucht (in rood) verandert in koele droge lucht (in blauw) als de lucht door het systeem stroomt.
De technologie die we nu hebben is bijna honderd jaar oud, zegt Eric Kozubal, senior engineer bij NREL. Kozubal en collega's hebben een airconditioner bedacht die verdampingskoeling combineert met een waterabsorberend materiaal om koele, droge lucht te leveren en tot 90 procent minder energie te verbruiken. De met droogmiddel versterkte verdampings- of DEVap-airconditioner is bedoeld om de oude klacht aan te pakken, het is niet de hitte; het is de vochtigheid, efficiënter.
Verdampingskoeling - het blazen van lucht over een nat oppervlak om verdamping te bevorderen - wordt al lang gebruikt in zogenaamde moeraskoelers. Een methode die indirecte verdampingskoeling wordt genoemd, verbetert dit ontwerp, waarbij lucht wordt verdeeld in twee stromen, die worden gescheiden door een polymeermembraan. Water wordt door één luchtstroom geleid, waardoor het koeler en natter wordt; de koele lucht koelt het membraan, dat op zijn beurt de lucht aan de andere kant koelt zonder water toe te voegen.
Maar lucht kan maar zoveel waterdamp bevatten, dus in vochtige klimaten is het effect beperkt. Op een dag van 32 ºC in Houston, zegt Kozubal, kan verdampingskoeling de temperatuur slechts naar ongeveer 27 ºC brengen. Idealiter zou een airconditioner voor een comfortabel gebouw de lucht moeten koelen tot 13 of 16 ºC.
NREL overwint het vochtprobleem door nog een stap toe te voegen, het gebruik van een materiaal dat bekend staat als een droogmiddel dat vocht absorbeert. NREL gebruikt een vloeibaar droogmiddel, een stroperige oplossing van lithiumchloride of calciumchloride, ongeveer 44 vol.% zout. In deze opstelling scheidt een ander membraan het droogmiddel van de lucht die door een kanaal reist. Het polymeermembraan heeft poriën met een diameter van ongeveer 1 micrometer tot 3 micrometer, groot genoeg om waterdamp gemakkelijk door te laten terwijl de zoute vloeistof blijft zitten. Het membraan is ook gecoat met een Teflon-achtige substantie om vloeibaar water af te stoten. Het droogmiddel trekt vocht uit de luchtstroom en laat droge, warme lucht achter. Dan is het terug naar indirecte verdampingskoeling: in een tweede kanaal verdampt water om een secundaire luchtstroom af te koelen, die op zijn beurt de eerste luchtstroom afkoelt, en er komt koele, droge lucht uit.
Ik denk dat het veelbelovend is, zegt Anthony Jacobi, mededirecteur van het Air Conditioning and Refrigeration Center aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Ik geloof niet dat het idee om deze technologieën te integreren erg nieuw is. Het met succes doen kan zijn.
Wat nieuw is, zegt Kozubal, is een ontwerp dat erin slaagt verdampingskoeling en droogmiddeldroging samen te voegen tot een kosteneffectief systeem. Het maakt dit type airconditioning haalbaar voor commerciële en residentiële processen voor koeling, zegt hij.
De industrie werkt aan verschillende methoden om de efficiëntie van airconditioning te verbeteren, zegt Jacobi, van het gebruik van warmtewisselaars tot verbeteringen in de compressiesystemen van traditionele machines. Het is een gebied van groot belang voor de natie, omdat ongeveer een derde van het energieverbruik van ons land in gebouwen zit.
De VS gebruiken elk jaar ongeveer 100 biljard Britse thermische eenheden, volgens de Amerikaanse Energy Information Administration. Tot 40 procent daarvan wordt gebruikt in gebouwen, waarvan ongeveer 5 procent naar airconditioning. Kozubal zegt dat zijn systeem dat kan halveren in minder vochtige gebieden en tot 90 procent waar de luchtvochtigheid hoog is. Als je het hebt over een technologie die 2 tot 3 procent van de totale energievoorziening van het land kan besparen, is dat best veel, zegt hij.
Het droogmiddel dat in het systeem wordt gebruikt, is relatief onschadelijk (calciumchloride wordt gebruikt in strooizout), hoewel het vanwege zijn corrosieve werking vereist is dat metaal uit de hardware wordt verwijderd. Wat bijzonder aantrekkelijk is, is dat het de chloorfluorkoolwaterstoffen vervangt die als koelmiddel in traditionele airconditioners worden gebruikt. Die CFK's kunnen gemakkelijk lekken en elke kilogram ervan zorgt voor hetzelfde broeikasgaseffect als ongeveer 2.000 kilogram koolstofdioxide.
Kozubal zegt dat het ongeveer vijf jaar kan duren om het systeem te ontwikkelen tot een punt waarop NREL het aan de industrie kan overdragen voor commercialisering. Het systeem is ontworpen om bestaande systemen te vervangen zonder veel veranderingen, dus het kan gefaseerd worden ingevoerd als mensen hun oude airconditioners upgraden.
Het droogmiddel kan eenvoudig opnieuw worden gebruikt door het op te warmen om het geabsorbeerde water af te koken. In een industriële omgeving kan dat met restwarmte van een ander industrieel proces. In huis zou aardgas of zonne-energie werken. Volgens Kozubal zou de opstelling zelfs thermische zonne-energiesystemen, die zonlicht absorberen om een huis en het water te verwarmen, kosteneffectiever kunnen maken. Op warme zomerdagen kan zonne-energie die anders verloren zou gaan, dus juist helpen om een gebouw koel te houden.