Мир не стоит на месте: новые технологии кондиционирования воздуха, которые скоро появятся в наших домах

Многие люди, от исследователей окружающей среды до инженеров-технологов, постоянно ищут лучший способ охлаждения дома — и на то есть веские причины. По данным Международного энергетического агентства, глобальный спрос на энергию для кондиционирования воздуха быстро растет, особенно в развивающихся странах.

Дешевое и экологически чистое охлаждение станут приоритетными в сфере разработок и исследований в ближайшие десятилетия. Уже через несколько лет могут появиться в массовом производстве абсолютно новые устройства для кондиционирования воздуха. Что же это может быть?

Двухтопливные тепловые насосы

Идея двухтопливных систем состоит в том, чтобы охлаждать дом с помощью электричества в жаркую погоду и переключаться на печное отопление, работающее от газа, когда станет холодно.

Многие факторы делают двухтопливный подход далеко не идеальным для большинства людей. Двухтопливные тепловые насосы охлаждают, но источник энергии не настраивается на охлаждение так же, как на обогрев, так что реального прироста эффективности здесь нет. К тому же нужно задействовать два источника энергии для кондиционирования воздуха, а это дополнительные расходы.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальные или геотермальные тепловые насосы обмениваются теплом земли с такой средой, как вода или раствор антифриза, для обогрева и охлаждения помещений. Это эффективно работает, потому что подземные температуры остаются довольно постоянными, несмотря на огромную разницу температур над поверхностью.

Геотермальные системы имеют много преимуществ, таких как долговечность, низкие затраты на техническое обслуживание и понятная работа. Ключевым фактором является то, что они более эффективны, чем двухтопливные системы. Они даже потребляют меньше электроэнергии. Но есть и некоторые недостатки. Установка системы может дорого обойтись и окупится только через 7-10 лет.

Водяные тепловые насосы

Водяные тепловые насосы на самом деле являются разновидностью геотермальных тепловых насосов. В системе с водным источником происходит теплообмен с близлежащим водоемом, глубина которого остается при почти постоянной температуре, как и температура земли. Это делается с помощью сети змеевиков, которые улавливают тепло воды или хладагента.

Тепловые насосы с водяным источником подходят только для людей, которые живут рядом с источником воды и имеют к нему законный доступ. Их установить дешевле, чем системы с наземным источником, поскольку не требуется копание.

Бесканальные мини-сплит-тепловые насосы

Эти кондиционеры состоят из двух блоков: наружного компрессора и внутреннего кондиционера, с которым взаимодействует пользователь. Они используются как для обогрева, так и для охлаждения, и их иногда путают с системами кондиционирования воздуха с комплексными терминалами (PTAC), которые можно увидеть в гостиничных номерах, хотя мини-сплиты и там становятся все более распространенными. PTAC — это одноблочные системы, которые работают через стену и менее эффективны, чем мини-сплит-системы.

Бесканальные мини-сплиты очень гибкие и имеют ряд существенных преимуществ. Во-первых, их можно установить там, где нет воздуховодов. Они отлично подходят для зонирования, когда отдельные помещения или участки прогреваются и охлаждаются в разной степени.

Абсорбционное охлаждение

Абсорбционное охлаждение поступают в систему кондиционирования поступает через солнечную панель. Только это совсем не обычная солнечная панель. В абсорбционном охлаждении используются чиллеры с тепловым приводом, в которых используются концентрирующие солнечные панели (CSP), а не обычные фотоэлектрические (PV) солнечные панели. Устройства CSP фокусируют солнечный свет и, таким образом, производят гораздо более высокие температуры, необходимые абсорбционным холодильным чиллерам для производства холодной воды и холодного воздуха.

Ледяной кондиционер

Кондиционер на льду, разработанный компанией Ice Energy, создает большую глыбу льда ночью и использует ее для охлаждения здания в течение части или всего следующего дня. Хотя самые последние итерации требовали дополнительного переменного тока и большого количества воды, технология остается многообещающей, потому что она обещает использовать гораздо меньше энергии в самые жаркие периоды года.

Кондиционер DEVap

В 2019 году на YouTube-канале Tech Ingredients был опубликован инженерный видеоролик под названием "Революционный кондиционер!". Он продемонстрировал создание системы испарительного охлаждения на основе осушителя, которая, как утверждалось в видео, была вдвое эффективнее традиционной системы кондиционирования воздуха. Хотя сама технология не была чем-то новым. В отчете Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) за 2011 год обсуждалась версия технологии, которая может снизить затраты на энергию на 29–66 %.

Барокалорическая технология охлаждения

Эта технология аналогична обычному кондиционированию воздуха с компрессией пара, за исключением того, что в своей работе она использует твердые вещества, а не газы. Система использует давление для создания фазовых переходов от твердого к твердому, при которых молекулярная структура внутри твердого тела трансформируется без смещения материала из его твердого состояния. Исследование, проведенное в 2019 году, показало, что барокалорическая технология может снизить воздействие кондиционирования воздуха на окружающую среду на целых 62 % по сравнению со стандартной компрессией пара. Недостатком является то, что барокалорическая технология требует большого давления, и нет никаких средств для достижения такого давления с помощью устройств, доступных сегодня по приемлемым потребительским ценам.

Умные дома и домашняя автоматизация

Инновации в области кондиционирования воздуха не всегда требуют капитального ремонта самого кондиционера. Если у вас умный дом, то можно легко контролировать движение холодных и теплых масс воздуха в пространстве при помощи смартфона.

К примеру, компания Digital Ceilings использует набор датчиков для определения наличия людей, температуры и влажности. Это позволяет эффективно управлять системами кондиционирования. Компания утверждает, что ее технология способна сократить расходы на электроэнергию в коммерческих помещениях за счет очень детального мониторинга данных по комнатам и системного контроля.

Еще один аспект революции умного дома, умный термостат уже очень распространен. Они не справлялись с работой каждый раз, когда использовался тепловой насос, потому что постоянная регулировка теплового насоса может разрушить его встроенные попытки повышения эффективности. Но, как и все остальное, они стали лучше. Фактически, интеллектуальные термостаты теперь способны преодолеть ограничение, из-за которого регулировка термостатов теплового насоса традиционно делала системы неэффективными.

Глобальное значение инноваций HVAC

В отчете Международного энергетического агентства говорится, что к 2050 году мир может ожидать "холодный кризис", когда две трети домов в мире будут иметь кондиционеры и средства для их эксплуатации. Поскольку пиковое энергопотребление обусловлено охлаждением и вызывает потребность в новых электростанциях, более эффективная технология переменного тока может оказать огромное влияние на воздействие этих изменений на окружающую среду.