המקרה הקלנטי ל-Growation Cooling

הטמפרטורות הגלובליות עולות, הערים מתרחבות, והביקוש לנחמה פנימית הוא מרוקנת.מיזוג אווירי Vapor-compression כבר מהווה חלק משמעותי של שימוש באנרגיה כוללת והוא צפוי לשלשים ברחבי העולם עד שנת 2050.זה מסלול מאיים על מנת להזיז רשתות חשמל, להאיץ את פליטות גזי החממה, ולהחמיר את ההשפעה של האי החום העירוני שמניעה את הביקוש למקרר.

המונחים: Thermally Driven Cooling

שתי מערכות מודעות וקליטה חולקות את אותה המטרה התרמודינמית: נע חום מהחלל קריר לסביבה חמה ללא להסתמך על דחיסה מכנית.במקום להשתמש בחשמל כדי לחוספס מחדש, הם משתמשים בחום כדי להניע מחזור שספג באופן חלופי ומשחרר קירור.הבדל המפתח נמצא במדיום - מוצק עבור מודעות, נוזל לקליטה - שמוביל לביצועים נפרדים, עיצובים, שימוש אידיאלי, עיצובים, שימוש במקרים אידיאליים.

כיצד פועלות אדמירציה Cooling

במקפיא מודעות, חומר מודעות מוצק (כגון ג'ל סיליקה, זאוליט או פחמן מופעל) הוא הכלול בתא חתום. במהלך שלב המודעות, vaporreant vapor (מים או methanol) הוא נמשך מ- evaporator רציפים ונתפס על ידי מודעות יבשות, תהליך כי פעם חום vulorapre, ולאחר מכן נוזל קירור לתוך נוזל חום הוא חזר, 000 פריך, הוא לעתים קרובות יותר מפצעים חום חם, 000 פריך, 000 פריך את זה הוא חזר על ידי נוזל חום חם יותר, 000 פריך כי הוא חזר על ידי נוזל קירור, 000 חם או נוזל קירור, 000 vulride.

מכיוון שצמרנים מפרסומות אינם נעים חלקים במיטה המודעת (מלבד שסתום ומשאבות לנוזלי העברת חום), הם אמינים ושקטים מאוד.המגבלה העיקרית שלהם הייתה עילה נמוכה יותר של ביצועים (COP) בהשוואה למערכות ספיגה, אך חומרים חדשים של מודעות אובנט סוגרים פער זה.

כיצד פועלות קירור

צמרמורות שלפוחית חלופיות מחליפות את הדחיסה עם לולאה תרמי המורכב ממגלוט, גנרטור, condenser, ו a evaporator.הזוג הנפוץ ביותר הוא ליתיום bromide כמו סופגן ומים כמו מחזור refrigerant. in the סופגת את ה-Rreperrence vaporreation מן ה-reporator הוא מומס לתוך פתרון מפולגיום מרוכז, שחרור עכשיו.

מצמררים גדולים של ספיגת כבר עשרות שנים במפעלים תעשייתיים ואזוריים, שבו פסולת קיטור או מים חמים זמינים בקלות.חידושים אחרונים מביאים צ'רטיפים חד-פעמיים לבניינים מסחריים קטנים יותר, בעוד יחידות תלת-אפקטיות דוחפות COP מעל 1.5 - תחרותי עם כמה צ'יפים חשמליים כאשר החום המקור הוא חינם.

עקבו אחרי Materials Adsorption Performance

הלב של כל מפגין מצמרר הוא זוג מדבקת המודעות של מודעות.במשך עשרות שנים, סיליקה ג'ל ו-zeolites היו העורכים, אבל הם סובלים מקיבולת ספיגה מוגבלת מים ודורשים טמפרטורות ניוון מעל 80 מעלות צלזיוס לביצועים טובים.

Metal-Organic Frameworks (MOFs)

מסגרות מתכת-אורגניות הן מבנים גבישיים עם פורוזיות גבוהות - חלקם יש אזורי משטח מעל 7,000 מ"ר לגרם - כאשר נועדו כמו מודעות מים, MOFs כגון MIL-101(Cr) ו- MIP-200 יכול לקחת יותר מ 1 גרם של מים לגרם של כמויות יחסית של סביבות בנייה (30-60% Rlica) ו- 60 ליטרים בממוצע, כמו טמפרטורות חום בינוניות, במיוחד.

אתר "Salt-in-Porous-Matrix" אדמירבטס

נתיב מבטיח נוסף כרוך במלחים היגרוסקופיים (כגון CaCl2 או LiCl) לתוך מארחים כמו פחמן מופעל או גרטוט מורחב.מלח מספק הרבה מים גבוהים עלייה - עד 1.8 גרם 1 - בעוד המריצה מונעת דליפת מלח ושומרת שלמות מבנית. אלה יכולים להיות מתוחכמים באמצעות חום נמוך (50 מעלות צלזיוס) ומופעים על פני מאות אספן חום מעולה במיוחד.

Zeolites ו Aluminophos

zeolites (למשל, 13X) הם הידרופיליק מאוד אבל דורשים התחדשות מעל 120 מעלות צלזיוס.Newly מסונתז alumino פוספט (AlPO) ומבני silicoaluminophosphate (SAPO) יש גדלים מותאמים וכימיה משטח המאפשר להם מודעות מסגסוגת יותר בטמפרטורות נמוכות יותר.

חידושים ברמה של מערכת עבור Absorption Cooling

בעוד טכנולוגיית הקליטה בוגרת יותר מאשר מודעות, חידושים אחרונים הם לשפר את יעילותו, להפחית את גודלה, ולהפוך אותו יותר תואם מקורות אנרגיה מתחדשת.

מגוון רחב של Effect ו- Cascade Cycles

צ'רצי ספיגת יחיד מסורתי יש COP של בערך 0.7. כפול-אפקט מחזור להוסיף גנרטור שני ו condenser כדי להגביר את COP ל 1.2-1.4, אבל דורש חום טמפרטורה גבוה יותר (140-170 מעלות צלזיוס) מערכות תלת-אפקט לדחוף COP מעל 1.5 אבל הביקוש לטמפרטורות גבוהות מאוד (>200 מעלות צלזיוס) וחומרים מיוחדים כדי למנוע קורוזיה.

תצורה Cascade מצמדת צמר צ'ריגה עם דחיסה מכנית או מסרטנת מפרסומות בסדרה.לדוגמה, מצמרן של אפקט כפול משתמש גז טבעי או חום סולארי כדי לייצר מים מצמררים ב 7 מעלות צלזיוס, אז מים מצמררים להאכיל קטן יותר מדכא חיסון נגד זיהום כדי להגיע לטמפרטורות תת-אפס עבור תהליך קירור.

עיצובים של קומפקטית Heat Exchanger

מחסום אחד לאימוץ צ'רטר רחב יותר של ספיגת צ'ריגה – במיוחד בבתים ובבניינים מסחריים קטנים – היה הגודל העצום של כלי הקלט והגנרטור.חדשנות בסוללה – ובעיקר במשטח, וחילופי חום זעירים מכווץ את הרכיבים האלה תוך שמירה או שיפור חום ומשלוח מסה.

שילוב עם השמש Thermal & Waste Heat Recovery

תערובת של זוגות טבעיים עם אספנים תרמיים סולאריים כי שניהם פועלים על חום.מערכות מודרניות להשתמש צינורות מרופפים או צפנים צנחים פרבוליים כדי לספק מים חמים ב 150-200 מעלות צלזיוס, אשר ישירות כוח צמר צמרן אפקט כפול. במהלך תקופות של ביקוש נמוך קירור, אותם אספנים יכולים לספק מים חמים לחימום חלל או מים חמים.

פרויקטים אחרונים במזרח התיכון וקליפורניה הראו כי קירור ספיגת השמש יכול להפחית את הביקוש לחשמל ל קירור ב -70-90% בשעות השיא, תוך גם חיתוך פליטות CO2 באופן יחסי.החשמל שנותר משמש בדרך כלל לשאיבה ומעריצים, אשר ניתן להפעיל על ידי מערך פוטו-וולטאי קטן, מה שהופך את המערכת כולה כמעט אפס פליטה.

היברידית ורב-מקור Configurations

בעלי בניין ומעצבים לעתים קרובות עומדים בפני מקורות חום משתנים, פרופילי עומס, ותעריפים של שירותים.מערכות היברידיות המשלבות מודעות, ספיגה ואפילו דחיסה קונבנציונלית יכולות להתאים את הביצועים בכל התנאים הללו.

מודעות - קיצור של Absorption Cascades

אחד המושגים ההיברידיים המתעוררים מציב צמרמורת כ"מחזור קידוד" במורד הזרם של מצמרר ספיגת.המצמר המצטיין דוחה חום בטמפרטורה בינונית (35–40 מעלות צלזיוס), אשר צודק רק כדי ליצור מחדש את המודעות של הפרסומות בשלב המודעות.זה מאפשר למערכת המשולבת להפיק קירור נוסף מקלט חום נתון, עלייה כוללת של 15 עד 25 אחוזים לעומת טכנולוגיה בודדת, לעומת גישה טכנית זו, והופכת ל-זמנית של אוניברסיטת וורוויקוויקטוריה.

DR-Ready ו- Grid-Interactive Controls

כאשר מבנים הופכים למשתתפים פעילים יותר ברשת החכמה, מערכות קירור מונעות תרמיות מציעות יתרון ייחודי: הם יכולים לאחסן "קר" בצורת מים צמרורים או קרח צונן ללא חשמל משמעותי. Absorption ופרסומות מצמררים מתאימים באופן טבעי לביקוש של תחנות רגל (DR) תוכניות כי קלט האנרגיה העיקרי שלהם הוא תרמי.

שיקולים מעשיים וכלכלה

למרות יתרונות סביבתיים ברורים, אימוץ מערכות קירור מונעות תרמי עדיין עומד בפני מכשולים הקשורים בעלות ראשונה, מורכבות טכנית, וחוסר מתקינים מאומן.הבנת אתגרים אלה חיונית לבעלי העניין מתכננים להשקיע.

הון עלויות וזמן החזר

מערכת קירור מלאה של מודעות (כולל אספנים סולאריים, דחיית חום, ובקרות) בדרך כלל עולה 1.5 עד 2.5 פעמים יותר מאשר צמרון מדכא שווה ערך של vapor-compression. עם זאת, עלויות התפעול יכולות להיות 60%–80 אחוזים נמוך יותר בשל צריכת חשמל מופחתת והיכולת להשתמש ב- 50 $ חינם (או נמוך עלות) חום.

תחזוקה וגמישות

מערכות אדסנסציה יש מעט מאוד חלקים נעים - לא דחוס, שמן, לא קירור בסבב מהיר - המתורגמים תחזוקה נמוכה וחיי שירות ארוכים.המשימות המחזוריות העיקריות מחליפות חומר מודעות או גיל המעבר כל 10-15 שנים וניקוי של חום מערכות למערכות Absorption דורשות יותר תשומת לב כי הפתרון ליתיום ברום יכול להתגשם אם הפתרון או ריכוז של דחפים ספציפיים של למערכות של משככי כאבים.

סוגי בנייה מתאימים וגודלים

מבחינה היסטורית, מצטמרנים מפרסומות זמינים רק בקיבולת מעל 100 קילוואט, הגבלתם לבניינים מסחריים ותעשייתיים גדולים.היום, מצטמרנים מודולריים קטנים כמו 5 קילוואט (לבית משפחה יחיד) נכנסים לשוק, אשר מופעלים על ידי מודעות קומפקטיות וחילופי חום יעילים. Absorptioners זמינים מ 10 קילוואט עד כמה מגהוואט.

איכות הסביבה והמדיניות

ממשלות ברחבי העולם מיושמות מדיניות שמעדיף קירור מודחק באופן ישיר כחלק מתכניות הפעולה האקלימיות שלהן.תיקון Kigali לשלבי פרוטוקול מונטריאול במורד האזורים המהירים של GWP HFC, מה שהופך את ההאקרים הטבעיים (מים, אמוניה, CO2) בשימוש במערכות ספיגה ומודעות אפילו יותר אטרקטיביות באיחוד האירופי, ביצועים אנרגיה מתוקננים של מבנים (EPD) ובאופן דומה לקרנות מחקר מתקדמות של ארה"ב.

בחזית הסמכה הבניין, הן נקודות פרס LEED ו- BREEAM עבור שימוש באנרגיה מתחדשת באתר וצמצום הביקוש החשמלי לשיא. מצמרר ספיגת המופעל על ידי השמש יכול לתרום לשתי קטגוריות, לעתים קרובות מקל על להשיג פלטינום או דירוגים יוצאי דופן. במקרים רבים, הימנעות של שדרוגים קיבולת חשמלית (טרנסרים, מתג) יכול להק חלק משמעותי של העלות הראשונה.

מחקרים: מתקנים אמיתיים

רשת Cooling של סינגפור

אחת המערכות הגדולות בעולם של קירור מחוזי, המשרתת את אזור מפרץ מרינה של סינגפור, משתמשת צמח צמריגה של 35 מגה מ"ג המופעל על ידי חום פסולת מטורבינה גז מחזור משולב.המים המצמררים מחולקים דרך רשת תת-קרקעית של 4 ק"מ לבניינים מסחריים ודירות גבוהים.המערכת מפחיתה את צריכת החשמל של המחוז ל קירור ב -300% בהשוואה למפצרים קונבנציונליים, ומונעת משימוש ב-CFC ו-HFC%, מאז הפעלת הצמח, לעומת ממוצע של הצמח, לעומת ממוצע של CFC, לעומת ממוצע, מאז ה-CFC, לעומת ממוצע של הצמח, לעומת ממוצע של הצמח, לעומת ממוצע של ה-CFC, מאז ה-C.

בית הספר לעוצמה השמש באריזונה

בית ספר לאנרגיה אפסית נטוזון, אריזונה, משתמש ב- 50 מקלעת כפול של 50 מ"ר של אספנים סולאריים מפוסקים של צינורות אוויריים בצ'רצ'וסטס, מספק את כל קירור עבור כיתות ומשרדים מאפריל עד אוקטובר. במהלך חודשי החורף, אותם אספנים מספקים חימום חלל במים חמים ומים חמים מקומיים.הבית הספר מדווח על עלות אנרגיה שנתית של 65,000 דולר לעומת מערכת אנרגיה חשמלית ישירות, קירור, ומערכת קירור שמש בתשלום רק חמש שנים תחת שירות חם.

כיוונים עתידיים למחקר

בעוד השדה התקדם במהירות, כמה אתגרים פתוחים נותרו אשר יעצבו את הדור הבא של מערכות קירור מונעות תרמיות.

מודעות אולטרה-גבוהות

החיפוש ממשיך למודעות או הבנטונים המשלבים ספיגה גבוהה של מים (>1.5 גרם g-1) עם טמפרטורות ניוון מתחת 50 מעלות צלזיוס, המאפשרים שימוש בטמפרטורה גיאותרמית או סולרית ברמה נמוכה. קוהון מסגרות אורגניות (COFs) ורשתות פולימרטיות ⁇ מראות הבטחה אבל עדיין לא נבדקו בתנאים ריאליים של אופניים.

ייצור נמוך

מצמררים אדמירפטים כיום הם בעיקר יד, נהיגה בעלויות גבוהות.מחקר לתוך אריזה מיטה אוטומטית, ציפוי רול-to-roll של שכבות מודעות אובנט על סולדות מתכת, הדפסה 3D של מודעות מונוליטיות בלוקים יכול להפחית את עלויות הייצור על ידי סדר גודל. כמה סטארט-אפים כבר טייס תהליכים אלה.

משאבת חום מותנית עבור Heating and Cooling

מודעות ומערכת ספיגה שיכולה לעבור בין מצבי קירור והתחממות עם שינויים מינימליים חומרה הם תחום פעיל של מחקר. יחידות כאלה יאפשרו יישום חד-פעמי לספק נוחות לאורך כל השנה, שיפור נוסף בכלכלה וצמצום ציוד טביעת הרגל.

שילוב עם מערכות אוטומציה של בנייה (BAS)

עבור קירור מואץ תרמי להיות מאומצת נרחב, זה חייב להשתלב בצורה חלקה עם פלטפורמות ניהול מבנים מודרניים.פיתוח פרוטוקולים תקשורת סטנדרטיים (BACnet, Modbus) ואלגוריתמים שליטה חיזוי כי אופטימיזציה של המסחר בין קלט חום ופלט קירור יהיה חיוני. תאומים דיגיטליים של מערכת הקירור יכולים מודל מודעות אובנט, החלפת חום, וזמינות סולארית כדי למזער עלויות התפעול.

מסקנה: עתיד מגניב המופעל על ידי חום

טכנולוגיות אדסנסציה וקליטור אינן חלופות נישות יותר, אך הן נועדו להפוך לפתרונות מרכזיים לבניית HVAC. חידושים אחרונים - מפרסומות מבוססות MOF שהדהדו ב-60 מעלות צלזיוס לקומפקטיות, ספיגות צמצמות אוויריות המתאימות בארון - טיפלו רבות מחסמים היסטוריים של עלות, גודל וביצועים.

העשור הבא יראה הפחתה נוספת של עלויות באמצעות ייצור מתקדם וכלכלות בקנה מידה, כמו גם מערכות בקרה חכמות יותר שהופכות קירור מונע תרמי קל לשימוש כמו משאבה חום קונבנציונלית. עבור בעלי בניין, מפתחי בניין ומנהלי מתקן, המסר ברור: הטכנולוגיה מוכנה כיום למגוון רחב של יישומים, ובמקרה העסקי - במיוחד באקלים של השמש והגדרות תעשייתיות - הוא משכנע יותר ויותר על ידי אימוץ חום, קירור הסביבה באמת יכול לשבור את הסביבה הכבדה על פני דחיסה של פחמן, ואקלים חשמלי חזק.

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • משרד האנרגיה האמריקאי: Absorption Heat Pumps and Chillersalph 1
  • (FLT:0) תקשורת טבע: מסגרות מתכת-אורגניות לפרסומות קירור: 1.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇