211service.com
Warmte gebruiken om gebouwen te koelen
Binnenkort kan het praktischer zijn om gebouwen te koelen met zonneboilers en restwarmte van generatoren. Dat komt door nieuwe poreuze materialen die zijn ontwikkeld door onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory. Deze materialen kunnen een proces verbeteren dat adsorptiekoeling wordt genoemd en dat kan worden gebruikt voor koeling en airconditioning.
Heet pak : Een display op een conferentie toont een nieuw materiaal (lichtgroen) verpakt in een metaalschuim. Het materiaal wordt gebruikt om een technologie te verbeteren die warmte-energie gebruikt om een koelproces aan te drijven.
Adsorptiekoelers zijn te groot en te duur voor veel toepassingen, zoals gebruik in woningen. Peter McGrail , die de onderzoeksinspanningen leidt, voorspelt dat de materialen ervoor zouden kunnen zorgen dat adsorptiekoelmachines 75 procent kleiner en half zo duur zijn. Dit zou hen concurrerend maken met conventionele, door een compressor aangedreven koelmachines.
Alle koelkasten en airconditioners koelen door verdamping van een koelmiddel, een proces dat warmte absorbeert. Ze verschillen in de manier waarop dat koelmiddel wordt gecondenseerd, zodat het opnieuw kan worden gebruikt voor koeling. In tegenstelling tot de technologie in de meeste airconditioners, die elektrisch aangedreven compressoren gebruiken om het verdampte koelmiddel mechanisch te comprimeren, gebruiken adsorptiekoelmachines warmte om het koelmiddel te condenseren. Adsorptiekoelmachines zijn doorgaans veel minder efficiënt dan koelmachines die elektrische compressoren gebruiken, en zijn omvangrijk en duur. Maar ze hebben het voordeel dat ze goedkoop te bedienen zijn, omdat ze heel weinig elektriciteit nodig hebben. Als je restwarmte hebt, kun je die gratis gebruiken, zegt McGrail.
Tot nu toe zijn deze koelmachines beperkt gebleven tot toepassingen waar veel afvalwarmte is, zoals industriële faciliteiten en energiecentrales, of waar elektriciteit niet altijd beschikbaar is. Door hun omvang en kosten te verminderen, zouden ze aantrekkelijker kunnen worden voor meer toepassingen, ook in huizen, waar ze kunnen worden gebruikt met warm water van zonneboilers, zegt McGrail.
De sleutel is het verbeteren van het vaste adsorberende materiaal. In een adsorptiekoeler wordt verdampt koelmiddel geadsorbeerd - het hecht aan een oppervlak van een vaste stof, zoals silicagel. De silicagel kan een grote hoeveelheid water in een kleine ruimte vasthouden - het fungeert in wezen als een spons voor de waterdamp. Wanneer de gel wordt verwarmd, laat het de watermoleculen vrij in een kamer. Naarmate de concentratie van waterdamp in de kamer toeneemt, stijgt de druk totdat het water condenseert.
McGrail vervangt silicagel door een technisch materiaal dat is gemaakt door nanoscopische structuren te creëren die zichzelf assembleren tot complexe driedimensionale vormen. Het materiaal is poreuzer dan silicagel, waardoor het een groter oppervlak heeft waar watermoleculen zich aan kunnen hechten. Als gevolg hiervan kan het drie tot vier keer meer water in gewicht opvangen dan silicagel, waardoor de koelmachine kleiner wordt.
Ook bindt het materiaal minder sterk aan watermoleculen. Dat vermindert de hoeveelheid warmte die nodig is om de watermoleculen vrij te maken - waardoor het proces efficiënter wordt - en versnelt het proces van adsorberen en desorberen van water met 50 tot 100 keer, waardoor de koelmachine kleiner wordt. De materialen werken ook met andere koudemiddelen dan water, waardoor het temperatuurbereik waarbij koeling mogelijk is groter wordt.
Aangezien de huidige adsorptiekoelers twee of drie keer groter kunnen zijn dan koelmachines die elektrische compressoren gebruiken, zou een vermindering van de grootte van adsorptiekoelers met 75 procent hen concurrerend kunnen maken, zegt hij. Yunho Hwang , een professor aan het Center for Environmental Energy Engineering aan de Universiteit van Maryland. De koelmachines kunnen met name nuttig zijn voor koeling met warm water van zonneboilers, aangezien adsorptiekoelmachines de relatief lage temperatuur kunnen gebruiken die dergelijke verwarmingstoestellen produceren, zegt hij.
Een uitdaging voor dergelijke toepassingen zou kunnen zijn de vraag naar koeling te synchroniseren met de productie van warmte - in sommige gevallen kan het nodig zijn om een kostbaar warmteopslagsysteem op te nemen om het mogelijk te maken de koelmachine te laten draaien nadat de zon ondergaat.
De PNNL-onderzoekers hebben $ 2,54 miljoen ontvangen van het Advanced Research Projects Agency for Energy om het materiaal in een koelsysteem te demonstreren. Met de subsidie hebben ze drie jaar de tijd om de prestaties van het materiaal te optimaliseren en het in een kleine demonstratiekoelmachine op te nemen.