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太阳能冰箱空调 制冷不用电

作者:凯文·布利斯
  很快就可以更实际地给建筑物降温了,就使用太阳能热水器和发电机余热就行。这是因为,太平洋西北国家实验室(Pacific?Northwest?National?Laboratory)的研究人员开发出了新型多孔材料(porous?material)。这些材料可以改进一种过程,称为吸附制冷(adsorption?chilling),可用于冰箱和空调。
  热压缩:在一次会议上的展示表明,有一种新材料(浅绿色),可以压缩成金属泡沫。这种材料用于改进技术,利用热能驱动冷却过程。
  来源:麻省理工科技创业
  吸附式制冷机组(Adsorption?chillers)太大而且价格昂贵,对于许多应用而言都是这样,如在家庭使用就是这样。彼得?麦克格雷尔(Peter?McGrail)负责这项研究工作,他预计,这种材料可使吸附制冷机缩小75%,价格降低一半。这将使它们可以竞争过传统的、压缩机驱动的制冷机。
  所有冰箱和空调降温,都需要蒸发一种制冷剂(refrigerant),这个过程可吸热。它们的区别在于如何压缩制冷剂,以便使它循环使用,进行冷却。不同的是,大部分空调中的技术都是采用电力驱动压缩机,机械压缩蒸发的制冷剂,而吸附式制冷机组是使用热量来压缩制冷剂。吸附式制冷机组通常不够高效,远远低于使用电动压缩机的制冷机,而且体积大,价格昂贵。但它们也有优势,就是可以廉价运行,因为它们只需要很少的电力。“如果你有余热,就可以免费运行,”麦克格雷尔说。
  迄今为止,这些机组局限于应用在有大量余热的地方,比如工业企业和发电厂,或者不是总有电的地方。降低它们的尺寸和成本,就可以吸引更多的应用,包括在家里,在这些地方,它们的运行可使用太阳能热水器的热水,麦克格雷尔说。
  关键是改进固体吸附材料。在吸附式制冷机组中,蒸发的制冷剂被吸附,附着于一种固体表面,比如硅胶(silica?gel)。硅胶可以容纳大量的水,只需要一个小空间,它本质上可作为海绵,用于水蒸汽。硅胶被加热时,就会把水分子释放到一个容器中。由于容器中水蒸气浓度上升,压力也会上升,直到水凝结。
  麦克格雷尔正在取代硅胶,采用一种工程材料,这种材料的制备需要创造纳米级结构,可以自行组装,形成复杂的三维形状。这种材料比硅胶更多孔,赋予它更大的表面积,使水分子可以吸附。因此,它可以捕捉3至4倍多的水,这是以重量计算,是对比硅胶而言,这有助于缩小冷水机组的尺寸。
  这种材料与水分子的结合也不太强。这就减少了释放水分子所需的热量,使这个过程更有效率,加快水的吸附和解吸过程,可加快50至100倍,这有助于使机组更小。这种材料可以采用的制冷剂不止是水,它扩大了可行的冷却温度范围。
  由于目前的吸附式制冷机组是电动压缩机制冷机的两到三倍大小,因此,“减少吸附式制冷机组的尺寸75%,就可使它们具有竞争力,”黄云浩(Yunho?Hwang)说,他是马里兰州大学(University?of?Maryland)环境能源工程中心教授。这种制冷机是特别有益的,制冷可采用太阳能热水器的热水,因为吸附式制冷机组可以用相对较低的温度,比如热水器所产生的温度,他说。
  有一个挑战,对于这类应用而言,就是需要同步降温与生产热,在某些情况下,可能需要包括一个昂贵的热存储系统,以便使制冷机在日落后维持运行。
  太平洋西北国家实验室的研究人员已获得254万美元,是来自美国高级研究项目署能源处(Advanced?Research?Projects?Agency?for?Energy),要在冷却系统中论证这种材料。依靠这些资金,他们有3年时间来优化材料性能,并将它集成到小型示范机组。
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