Холодным зимним утром лобовое стекло автомобиля покрыто толстым слоем инея. Кто не испытывал разочарования, соскребая лед или ожидая, пока сработает обогрев?
Такая же проблема существует и в домах, когда замерзают окна. Иней образуется, когда влажный воздух соприкасается с замерзающими холодными поверхностями. Чем холоднее поверхность и чем более влажный воздух, тем более вероятно образование инея на поверхности.
В зданиях обледенение является проблемой, которая влияет на несколько систем, включая тепловые насосы, поддерживающие тепло во внутренних помещениях. Исследователи из Университета Саскачевана работают над устранением этого холодного сценария путем создания морозостойких тепловых насосов.
Текущие проблемы
Мороз создает серьезные проблемы с функциональностью тепловых насосов. Слой инея действует как изолятор, снижая теплопередающую способность, что увеличивает потребление энергии и отрицательно влияет на комфорт пользователей. Мороз также блокирует воздушные каналы, а сильное накопление инея может даже повредить или разрушить систему.
Отопление электризует тепловые насосы и играет ключевую роль в нашем стремлении к энергоэффективности и экологичности благодаря их относительно высокой эффективности. Действуя как устройства, передающие тепло из одного места в другое, они являются многообещающими решениями для будущего отопления. В нашем мире, заботящемся об экологии, совершенствование тепловых насосов имеет решающее значение для сокращения потребления энергии и выбросов.
Для решения проблемы обледенения коммерческие тепловые насосы обычно проходят повторяющиеся циклы размораживания, во время которых нагрев невозможен. Поэтому большинство тепловых насосов в холодном климате устанавливаются с резервными системами сжигания топлива или электрического отопления. Для повышения эффективности циклов размораживания было предложено несколько методов оптимизации.
Учитывая трудности удаления наледи с тепловых насосов, перспектива создания незамерзающих систем становится все более привлекательной. Однако предотвращение замерзания без чрезмерного потребления энергии является сложной задачей, полной сложных технических препятствий.
Текущие исследования
Основная часть текущих усилий по разработке незамерзающих тепловых насосов уходит корнями в исследования в области незамерзающих энергетических теплообменников. Наружный блок системы тепловых насосов представляет собой теплообменник. Это облегчает передачу тепла от наружного воздуха к текучему хладагенту, проходящему через змеевики.
Если теплообменники предотвращают образование конденсата, они могут снизить риск обледенения. Именно это делают мембранные теплообменники, удаляя влагу и предотвращая насыщение воздухом.
Будущие тепловые насосы могут извлечь выгоду из мембранных энергообменников, использующих жидкие рабочие среды. Мембранный энергообменник заменит традиционные ребристые трубки в наружных блоках тепловых насосов и сделает их морозостойкими.
Использование мембран для разработки незамерзающих решений для тепловых насосов сопряжено с трудностями. Необходимо решить несколько вопросов, касающихся мембранных теплообменников. Вот два примера поиска коммерческих мембран и неагрессивных жидкостей, подходящих для данного применения. Обнаружение замерзания является еще одной проблемой в мембранных теплообменниках.
Свойства, поведение и условия запуска при обледенении уже изучены. Текущие исследования, проводимые командой в Университете Саскачевана, в настоящее время направлены на определение идеальных характеристик мембран и конструктивных факторов для применения.
Формирование устойчивого будущего
Морозостойкие тепловые насосы будущего значительно повысят энергоэффективность, сократят расходы домохозяйств и сделают значительный шаг к более устойчивому будущему. Ученые вносят свой вклад в технологические достижения, необходимые для реализации этой футуристической концепции.
Эти достижения касаются не только науки; они символизируют трансформацию в повседневной жизни, делая зимние дни более удобными, а дома и сооружения в то же время более экологичными.