Ученые KAUST разработали простую систему охлаждения, основанную на солнечной энергии и охлаждающем эффекте испарения соленой воды, которую можно использовать для охлаждения в жарких регионах с ограниченным доступом к электричеству. Кредит: © 2021 KAUST; Вероника Морару
Пассивное охлаждающее устройство с мощным солнечным светом
Простая система охлаждения, основанная на улавливании пассивной солнечной энергии, могла бы обеспечить низкозатратное охлаждение пищевых продуктов и охлаждение жилых помещений для бедных сообществ, не имеющих доступа к электросети. Система, не имеющая электрических компонентов, использует мощный охлаждающий эффект, возникающий при растворении определенных солей в воде. После каждого цикла охлаждения система использует солнечную энергию для испарения воды и регенерации соли, готовой к повторному использованию.
«Горячие регионы имеют высокий уровень солнечной энергии, поэтому было бы очень привлекательно использовать эту солнечную энергию для охлаждения», - говорит Вэньбинь Ван, постдок из лаборатории Пэн Вана. Во многих частях мира существует большая потребность в охлаждении из-за изменения климата, но не каждое сообщество может получить доступ к электричеству для кондиционирования воздуха и охлаждения. «Мы разработали концепцию автономного преобразования и хранения солнечной энергии для экологически чистого и недорогого охлаждения», - говорит профессор Ван.
Система охлаждения, разработанная инженерами KAUST, может быть использована для охлаждения помещений в домашнем хозяйстве. Кредит: © 2021 KAUST; Вэньбинь Ван
Команда разработала двухступенчатую систему охлаждения и регенерации, причем этап охлаждения основан на том факте, что растворение некоторых обычных солей в воде поглощает энергию, которая быстро охлаждает воду. После сравнения ряда солей, нитрат аммония (NH4НЕТ3) показал себя безупречным исполнителем, с охлаждающей способностью более чем в четыре раза большей, чем у его ближайшего конкурента, хлорида аммония (NH4Cl). Исключительную охлаждающую способность соли нитрата аммония можно объяснить ее высокой растворимостью. «NH4НЕТ3«растворимость достигала 208 граммов на 100 граммов воды, тогда как другие соли обычно были ниже 100 граммов», - говорит Венбин. «Еще одно преимущество этой соли в том, что она очень дешевая и уже широко используется в качестве удобрения», - добавляет он.
Команда показала, что эта система имеет хороший потенциал для приложений хранения пищевых продуктов. Когда соль постепенно растворялась в воде в металлической чашке, помещенной в полистирол пенопласт, температура чашки упала с комнатной примерно до 3.6 градуса Цельсия и оставалась ниже 15 градусов по Цельсию более 15 часов.
Когда солевой раствор достиг комнатной температуры, команда использовала солнечную энергию для испарения воды с помощью сделанного на заказ трехмерного солнечного регенератора чашеобразной формы. Чашка была сделана из материала, способного поглощать как можно больше солнечного спектра. По мере испарения воды NH4НЕТ3 кристаллы росли над внешней стенкой чашки. «Кристаллизованная соль может быть собрана автоматически, поскольку соль выпадает под действием силы тяжести», - говорит Вэньбин.
Собранная соль эффективно представляет собой сохраненную форму солнечной энергии, готовую к повторному использованию для охлаждения снова, когда это необходимо.
Ссылка: «Преобразование и хранение солнечной энергии для охлаждения» Вэньбинь Ван, Юсуф Ши, Ченлинь Чжан, Рэньюань Ли, Мэнчун Ву, Сифэй Чжуо Сара Алейда и Пэн Ван, 1 сентября 2021 г., Энергетика и экология.
DOI: 10.1039 / D1EE01688A
