节能空调

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  蒸发冷却加上用干燥剂烘干同样会产生凉爽的空气,而且成本较低。
  今年夏天让家和办公室保持凉爽将非常昂贵——在美国,每年大约有5%的能量被用来运行空调。但是位于哥伦比亚州戈登市的美国国家可再生能源实验室(National RenewableEnergy Laboratory)的研究员们已经研发出一种新的空调设计,他们说将大大增加效率并消除会造成全球变暖的气体排放。
  美国国家可再生能源实验室的高级工程师埃里克·考祖巴尔(EricKozubal)说:“我们今天拥有的这项技术已经有将近100年的历史了。”考祖巴尔及其同事已经研发出一种空调,它能把汽化冷却和吸水材料结合在一起,以产生凉爽、干燥的空气,而且最多能节省90%的能耗。干燥剂增强蒸发(或称DEVap)空调意味着更有效率地解决了长期以来的固疾:“不炎热,但是潮湿”。
  蒸发冷却——使空气吹过一个潮湿的表面以促进蒸发——长期以来一直用于所谓的制冷机中。该设计中改进了被称为间接蒸发冷却的方法,用聚合物隔膜把空气分成两个空气流。水通过其中一个空气流,使其变得更凉爽、更湿润;凉爽的空气冷却了隔膜,反过来无需加水就能冷却另一边的空气。
  但是空气中只能容纳这么多的水蒸气,因此在潮湿气候中,效果是有限的。考祖巴尔说,在休斯顿32℃的天气,蒸发冷却只能使气温降低到27℃。理论上,空调应该使气温降低到13℃或16℃,才能使大楼变得舒适。
  美国国家可再生能源实验室通过增加另一个步骤解决了潮湿的问题,即使用吸收水分的干燥剂材料。国家可再生能源实验室使用一种液体干燥剂,一种含有氯化锂或氯化钙的像糖浆似的溶液,大约含有44%的盐。在这种配比下,流过通道时,另一个隔膜把干燥剂和空气流分开。聚合物隔膜有大约直径为1微米到3微米的气孔,大小足以使水蒸气轻易通过,而把含盐液体阻隔在内。隔膜表面涂有聚四氟乙烯类物质以抗液体水。干燥剂吸收了空气流中的湿气,留下干燥、温暖的空气。然后再回过头间接进行蒸发冷却:在第二个通道中,水蒸发以冷却第二股空气流,反过来再冷却第一股空气流,出来的就是凉爽干燥的空气了。
  伊利诺伊大学(Universityof Illinois)空调和制冷中心(AirConditioning and RefrigerationCenter)的联合负责人安东尼·雅可比(Anthony Jacobi)说:“我认为它非常有前途。集成这些技术的想法不是很新,但可能实施起来会很成功。”
  考祖巴尔说,创新的部分就是设法把蒸发冷却和去湿干燥剂混合到一个成本效益好的系统中。他说:“这使得该空调在商用和家用制冷系统中切实可行。”
  雅可比说,从使用热交换器到改进传统机器中的压缩系统,业界正在研究各种方法以改进空调的效率。“对于国家来说,这是一个非常重要的领域,因为我们国家大约有三分之一的能源用在大楼中。”
  据美国能源情报署(U.S.EnergyInformation Administration)统计,每年,美国大约使用1017英热单位(British Thermal Units)的能量。这些能耗中有多达40%用于大楼,其中大约有5%的能耗用于空调。考祖巴尔说,他的系统在不太潮湿的地区可以削减一半的能耗,而在湿度很高的地区削减高达90%。他说:“当你谈论的一项技术能为整个国家节省2%~3%的能耗时,那相当多了。”
  该系统中使用的干燥剂是相对无害的(氯化钙用于为防止结冰在道路上撒的盐中),虽然它的腐蚀性会把金属从五金器具上消除。特别有吸引力的是,它替换了在传统空调中被用作制冷剂的含氯氟烃。这种含氯氟烃很容易泄漏,并且每千克含氯氟烃能产生相当于2000千克二氧化碳所产生的温室效应。
  考祖巴尔说,大约需要5年的时间开发系统,让美国国家可再生能源实验室将其实现商业化。该系统被设计成替代现有的系统,无需过多的改动,所以当人们更换他们的老式空调时可能会逐步采用这种系统。
  通过简单地加热使其吸收的水被蒸发,干燥剂就可以重复使用。在工业环境中,只要使用从另一个工业生产过程中产生的废弃热量就可以完成这个步骤。在家的话,使用天然气或太阳能就可以了。考祖巴尔说,事实上,该设备可以做成太阳热能系统,吸收阳光为家里供暖并加热水会更加有效。在炎炎夏日,被浪费的太阳能实际上可能有助于让大楼保持凉快。
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