Магнитные кондиционеры: высокотехнологичный способ охлаждения

Поскольку средняя температура Земли продолжает расти, те из нас, кто живет в уже теплом климате, могут испытывать все большее искушение включить кондиционер. Но традиционные кондиционеры являются огромными потребителями энергии: по данным Министерства энергетики США, на кондиционирование воздуха в жилых помещениях приходится 16 процентов всего бытового потребления электроэнергии в Соединенных Штатах.

Когда-нибудь, в недалеком будущем, магнитные кондиционеры помогут нам сохранять прохладу в наших домах, не повышая температуру снаружи. Традиционный кондиционер работает, превращая жидкий хладагент в газ (при этом поглощая тепло из наружного воздуха), затем сжимая и охлаждая газ, чтобы преобразовать его обратно в жидкость. Магнитные кондиционеры используют совершенно другой подход к охлаждению, используя магниты вместо компрессоров и хладагентов для охлаждения окружающего воздуха.

Магнитные кондиционеры основаны на явлении, известном как магнитокалорический эффект. Магнитные материалы нагреваются, когда они подвергаются воздействию магнитного поля, а затем остывают, когда поле удаляется. Магнитокалорический эффект был впервые обнаружен в образцах железа немецким физиком Эмилем Варбургом в 1881 году, но изменение температуры было слишком малым для какого-либо практического применения. Однако в последние годы отдельные группы исследователей разработали магнитокалорические сплавы металлов, дающие значительно больший магнитокалорический эффект при комнатной температуре.

Магнитные кондиционеры охлаждают воздух, быстро и многократно подвергая магнитокалорический материал воздействию магнитного поля. В одном прототипе, разработанном Astronautics Corporation of America совместно с лабораторией Эймса (Айова) Министерства энергетики США, колесо, содержащее редкоземельный элемент гадолиний, вращается в поле неподвижного магнита. Когда диск вращается, сплав гадолиния нагревается, а затем остывает, проходя через щель в поле, охлаждая воду, которая его окружает, пока он движется.

В магнитном кондиционере сплав действует как «хладагент», а обычная вода обеспечивает теплопередачу, устраняя необходимость в явно недружественных гидрохлорфторуглеродах (ГХФУ), используемых в традиционных кондиционерах. В то время как самые ранние магнитокалорические сплавы были либо токсичными, либо непомерно дорогими, новейшие магнитокалорические материалы экономичны и безопасны для окружающей среды.

Магнитные кондиционеры действительно требуют электричества, но ожидается, что двигатель, который вращает диск, содержащий магнитокалорический сплав, будет намного эффективнее, чем компрессор, необходимый для работы традиционного кондиционера. Согласно статье 2011 года в журнале Scientific American, Astronautics надеется получить к 2013 году прототип, который потребляет всего две трети электроэнергии по сравнению с обычным кондиционером, обеспечивая такое же охлаждение.

В дополнение к упомянутым выше исследователям (астронавтика и Министерство энергетики), несколько частных компаний, университетов и государственных учреждений по всему миру изучают технологию магнитного охлаждения для промышленных и бытовых применений, включая кондиционирование воздуха, охлаждение и климат-контроль.

Национальная лаборатория устойчивой энергетики при Техническом университете Дании реализует собственный проект MagCool, а исследования в Университете штата Пенсильвания и других университетах США продвинули понимание принципов магнитокалорийности, помогая нам понять, почему один материал может охлаждаться более эффективно, чем другой. В 2009 году BASF и Delta Electronics объявили о корпоративном партнерстве для разработки новых магнитокалорических систем охлаждения и «исследования возможностей магнитокалорического производства электроэнергии». Но как бы мы ни хотели получить в свои руки эту новую технологию сегодня, коммерческая доступность магнитных кондиционеров еще как минимум через несколько лет, и первое использование, скорее всего, будет промышленным, а не жилым.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *