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    地球溫度正在上升!所以人類需要更先進的降溫技術。
    來源:諾冰制冷   發布時間:2020-1-9
    警報:地球溫度正在上升!所以人類需要更先進的降溫技術。

      國際能源機構(International Energy Agency)2019年發布報告稱,2050年之前,空間降溫消耗的能量將會增加2倍還要多。空調消耗的電力占了全球電力消耗的10%。空調內部有氫氟碳化合物制冷劑,它會變成比二氧化碳更強的溫室氣體。

      密歇根大學環境項目主管、環境工程師Shelie Miller說:“這是一個惡性循環圈。地球越來越熱,我們打開空調,消耗更多能量。消耗的能量越多,釋放的溫室氣體也越多,結果導致地球更熱。”

      如何解決這一問題?科學家工程師正在努力,想開發更復雜、更節能的降溫技術。

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      Miller說:“改進HVAC(采暖、通風及空調系統)技術可以提高降溫效率,還可以轉用可再生能源,這樣能減少溫室氣體排放量。看看人類歷史,曾經我們用創新方法給大樓降溫,沒有使用能耗極高的空調。”

      說到空調這個概念,可以追溯到幾個世紀以前。古波斯工程師開發出“badgirs”,它的理念就是將冷風吸進房間,還有“yakhchāls”,它可以制冰,相當于沙漠地區最早的冰箱

      1820年,Michael Faraday發現將氨壓縮液化然后再釋放,可以給空氣降溫。1902年,工程師Willis Carrier為紐約Sackett & Wilhelms Lithographing and Printing Company公司設計一種裝置,他讓循環空氣穿過線圈,用氨制冷,這樣一來完成彩色打印任務時就可以控制濕度。最終,他的設計變成了世界第一臺電力空調,1925年裝進時代廣場Rivoli劇院,即使是夏天,觀眾也可以在這里看大片。

      當空調進入消費市場時,最開始是奢侈品,但它很實用,在溫暖的環境下可以去濕,可以降溫,很快成為必需品。如果空調沒有普及,不會有那么多人移居到美國陽光地帶(南部地區),香港新加坡也不會發展得那么好。

      保鮮、存儲藥物和疫苗、給數據中心降溫,這些都離不開制冷技術。對于健康、護理、生產來說,制冷也有著舉足輕重的地位。今天,研究人員和創業公司正在努力,想把更節能的能源變成涼氣。

      德國Saarland大學開發出一種形狀記憶金屬,這樣一來就不需要冰箱了。拉扯鎳鈦金屬絲金屬板或者使之變形,可以給合金施加壓力,讓它的溫度上升。當材料回歸原始形狀,濕度會降到約20度,低于環境濕度。

      Saarland大學教授Stefan Seelecke解釋說:“我們的基本理念就是讓空間熱量散去(比如冰箱內的熱量),讓預加應力、彈性超強的形狀記憶金屬舒展開來,然后降溫。”

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      研究團隊開發出一套凸輪傳動原型系統,它把形狀記憶線纜捆綁在一起,變成可以旋轉的裝置,增強降溫能力。裝置可以用作熱泵、空調、冰箱,不需要污染環境的制冷劑。自2016年以來,德國研究基金會(German Research Foundation)一直在資助該項目,歐洲委員會、美國能源部認為這種技術很有前途,也許可以取代蒸汽壓縮冷卻系統。

      Blue Frontier公司認為,想開發更高效的制冷系統,關鍵在于可再生能源。2013年,Blue Frontier在佛羅里達成立,它開發的空調用天然氣燃料電池生成電力。后來Blue Frontier CEO發現這個市場太小,只有那些裝有天然氣的大樓才能用,而且燃料電池太貴了,很難普及。

      隨后,Blue Frontier與美國國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)合作,重新設計系統。最終它們為空調裝備熱化學氯化鋰儲能裝置,能量存入高濃度鹽溶液,使用時再釋放。

      Betts說:“從早上開始,太陽能越來越強,下午沒多久就會漸漸減弱。到了下午晚些時候,大樓電力負載將會達到高峰,所以在電力的生成與消耗上不匹配。”如果裝上Blue Frontier空調,就可以存儲降溫能量,當太陽能處于高峰時存儲電能。Betts還說:“有了我們的技術,當電網沒有那么擁擠,可再生能源在電力中占據較大比重時,才會消耗電力,完全可以這樣做。”

      加州公司SkyCool Systems的想法不太一樣,它向夜空求助。2016年SkyCool Systems成立,之后融資99萬美元。

      SkyCool Systems聯合創始人Aaswath Raman說:“抬頭看看天空,它會以熱輻射的形式散熱。熱量通過熱輻射散向天空,當中有一部分還會逃往太空。正因如此,任何面向夜空的表面溫度會自然下降,降到空氣溫度之下。”

      想在白天模擬這種效果是一件很難的事。Raman說:“太陽會加熱,不論什么材料,溫度都會上升,所以會抵消降溫效果。我們需要一種高反射、可以持續散出熱量的材料。如果將二者結合,即使是白天也能降溫。這種技術很有吸引力,因為最需要降溫的往往是中午,所以這種免費的被動冷卻技術很實用。”

      SkyCool Systems 開發出銀板,看起來像太陽能面板,但是銀板上面覆蓋了光學薄膜,可以將熱量變成中等波長的紅外線,這些光線穿過大氣,進入太空,同時銀板又能反射太陽光。SkyCool Systems 已經將銀板裝在5個地方,有辦公大樓,有便利店,銀板還可以與現有冷卻系統整合,比如冰箱、冰機和空調。

      工程師、公司聯合創始人Eli Goldstein說,SkyCool Systems面板有3個優點,一是節能,二是可以減少需求,三是增強冷卻能力,節能、減少需求的比例可以達到10-30%。

      不只如此,SkyCool Systems不需要能源、水,這也是一個了不起的優點。Goldstein說:“實際上它的制冷形式是被動的,所以不需要水。冷卻時沒有必要蒸發水分,所以SkyCool Systems是一套可持續系統,更環保。”

      真的這么完美嗎?新制冷技術也有自己的挑戰。市場需求很大,SkyCool Systems產能有限,無法跟上需求;至于Blue Frontier,它雖然已經制作出各種原型產品,但是還沒有大規模量產,還要繼續在現場測試。

      到目前為止,新制冷技術都還沒有大規模普及,但這些創新技術為未來鋪平了道路。Blue Frontier準備向“空調即服務”( air conditioner as a service)模式轉型,SkyCool想用銀板取代空調。

      Goldstein說:“在我們的日常生活中,制冷是一種很重要的技術。我們要攜手合作,開發更高效的制冷系統,讓它們以可持續方式運行。”
     
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