تقنية جديدة قد تقلل من استهلاك الطاقة في تكييف الهواء

في كل عام، نشهد ارتفاعًا مستمرًا في درجات الحرارة، وتضطر وحدات تكييف الهواء إلى استهلاك المزيد من الطاقة لتبريد أجسادنا. ولحسن الحظ، قد تساعدنا هذه التكنولوجيا الجديدة في موازنة متطلبات الطاقة هذه. ومع ارتفاع درجات الحرارة في العالم، سنحتاج إلى كل المساعدة التي يمكننا الحصول عليها.

يستهلك تكييف الهواء قدرًا كبيرًا من الطاقة

تخيل يومًا صيفيًا حارًا حيث تشعر حتى النوافذ المفتوحة بالاختناق لأن مزيج الحرارة والرطوبة لا يطاق تقريبًا. لحسن الحظ، لديك وحدة تكييف هواء، وأيام مثل هذه تجعلها استثمارًا يستحق العناء. تشغيل هذه الوحدة أمر سيئ، لكن هذا ما يجب عليك فعله للبقاء على قيد الحياة. للأسف، لم تعد أيام مثل هذه استثناءات بل أصبحت القاعدة.

حوالي 20% من الطاقة إن الطاقة التي نستخدمها في المباني اليوم تذهب إلى وحدات تكييف الهواء والمراوح الكهربائية. وهذا يؤثر بشكل خطير على شبكة الطاقة، وفي الحالات القصوى، قد يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي بشكل متكرر فقط لضمان حصول الناس على بعض الطاقة. وهذا سبب وجيه لاستخدام شيء مثل لوحة معلومات استهلاك الطاقة الخاصة بـ Alexa إذا كان هناك واحدة.

ليس من المستغرب أن يكون سبب زيادة استهلاك الطاقة لهذه الأجهزة هو ارتفاع درجات الحرارة ببطء ولكن بثبات في جميع أنحاء العالم. حتى يوم 22 يوليو من هذا العام (حتى الآن)، ناسا تسجل اليوم الأكثر حرارة على الإطلاققد يكون قياس استهلاكك للطاقة مفيدًا، لكن هذه المشكلة أكبر من أي فرد منا. فمع استهلاكنا للمزيد من الطاقة، نزيد من تفاقم مشكلة الاحتباس الحراري، لكن قد تكون هناك طريقة للتعامل مع هذا الاستهلاك الجامح للطاقة.

تم تصميم وحدات تكييف الهواء للتبريد

تعمل مكيفات الهواء على إزالة الحرارة من الداخل من خلال سلسلة من الخطوات، حيث تشكل دورة التبريد جوهر طريقة عملها. يتناوب المبرد بين الحالة السائلة والغازية أثناء دورانه عبر النظام لنقل الحرارة. عندما يمر عبر ملف المبخر داخل الغرفة، يمتص المبرد الحرارة من الهواء الداخلي أثناء تحوله من سائل إلى غاز، مما يؤدي إلى تبريد المساحة بشكل فعال.

ثم يتم إرسال المبرد الغازي الآن إلى الضاغط، مما يزيد من ضغطه ودرجة حرارته. ينتقل هذا الغاز الساخن عالي الضغط إلى المكثف، الموجود عادةً بالخارج، حيث يطلق الحرارة الممتصة في الهواء الخارجي ويتكثف مرة أخرى إلى سائل. ثم يمر المبرد عبر صمام تمدد يخفض ضغطه ودرجة حرارته، ويحوله إلى سائل بارد ويسمح للدورة بالبدء من جديد.

طريقة أقل شيوعًا للتبريد هي وحدات تكييف الهواء بالامتصاصتعمل هذه الأجهزة على دورة مختلفة تستخدم مادة صلبة لامتصاص بخار الماء. وتختلف الدورة قليلاً عن تكييف الهواء التقليدي:

• الامتزاز: يتبخر الماء في المبخر، مما يخلق تأثير تبريد. يتم امتصاص البخار بواسطة المادة الماصة (مثل هلام السيليكا أو الزيوليت).
• التسخين المسبق: يتم تسخين طبقة الامتزاز استعدادًا للامتصاص.
• الامتزاز: ويؤدي المزيد من التسخين إلى دفع المادة الماصة إلى إطلاق بخار الماء، والذي يتكثف بعد ذلك في المكثف.
• التبريد المسبق: يتم تبريد طبقة الامتزاز، استعدادًا لمرحلة الامتصاص التالية.

يمكن أن تكون هذه الأنظمة أكثر موثوقية من أنظمة تكييف الهواء التقليدية بسبب عدم وجود أجزاء متحركة. كما أنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من أنظمة تكييف الهواء العادية، على الرغم من أنها أكثر تكلفة في التركيب. كما أن وحدات الامتصاص كبيرة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها في تبريد المنزل. ومع ذلك، قد تكون هناك طريقة لجعل أنظمة تبريد المنزل أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، ويبدأ ذلك بمكعب الثلج المتواضع.

ما علاقة مكعبات الثلج بتكييف الهواء؟

في يوم صيفي دافئ، يعد وضع مكعب من الثلج في فمك شعورًا منعشًا. ومع ذلك، فإن هذا الثلج يعد أيضًا جهاز تبريد مفيدًا إذا تم استخدامه بشكل صحيح. مبتكرو التكنولوجيا نوسترومو للطاقة لقد ابتكرت طريقة لتسخير قوة الجليد، وتبدأ باختبار تم إجراؤه في فندق – يمكن القول إنه مستهلك كبير للطاقة من أجل التبريد.

قامت الشركة بتجهيز فندق بيفرلي هيلتون بنظام يستخدم كتل ثلجية ضخمة الحجم كمصدر للتبريد. ويطلق على النظام اسم IceBrick، وهو يتألف من 40000 كبسولة من مكعبات الثلج المكونة من الماء والجليكول، وهو ما يعادل حوالي 150 ألف رطل من الجليد.

من المفترض أن يساعد نظام IceBrick أصحاب المباني في إدارة تكاليف تشغيل مبانيهم خلال ساعات الذروة. وبناءً على هذا المفهوم، يقوم النظام بتجميد كتل الجليد خلال ساعات غير الذروة حتى يتمكن المبنى من الوصول إلى الطاقة المخزنة للتبريد عندما يرتفع الطلب.

تحتوي العديد من المباني بالفعل على خزانات تبريد مثبتة في أنظمة تكييف الهواء الخاصة بها. ومع ذلك، تستخدم تقنية Nostromo كل من طاقة التجميد والتبريد، بدلاً من مجرد وجود خزان مبرد من الماء لتبديد الحرارة. وقد ثبت أن حبس الطاقة في الجليد يمكن أن يفيد العديد من الأماكن والأشخاص. يمكن تخزين الجليد خفض الطلب على الطاقة بنسبة تصل إلى 34% في بعض المناطق.

هذه التكنولوجيا تسمى تخزين الطاقة الحرارية الباردة (CTES)من المرجح أن تكون هذه هي الخطوة التالية في كفاءة تكييف الهواء. والفرق بين CTES والأنظمة التقليدية هو أنها لا تحاول تقليل تكاليف طاقة التبريد ولكنها بدلاً من ذلك تنظر إلى أوقات الطلب على التبريد. وتأتي الكفاءة في المقام الأول من جدولة التبريد ليتم تنفيذه عندما يحتاجه المبنى أكثر من أي وقت مضى.

إيجابيات وسلبيات هذا النظام

إن تكنولوجيا IceBrick التي تقدمها شركة Nostromo مبتكرة ويمكنها أن تغير بشكل كبير مستويات استهلاك الطاقة في بعض الحالات. وتكمن أكبر مزاياها في أنها لا تتطلب من الناس تكييف عاداتهم. ويعمل النظام بشكل مستقل عن مدخلات المستخدم، بصرف النظر عن تثبيت نظام IceBrick في المقام الأول.

قد يكون تركيب هذا النظام في نظام مثل النوافذ أكثر صعوبة مما يستحق، مما يعني أن نظام Nostromo قد يكون أكثر ملاءمة للمباني الأكبر حجمًا التي يتم تبريدها مركزيًا. ومع ذلك، إلى جانب نظام IceBrick من Nostromo، تعمل بعض الشركات الأخرى أيضًا على سوائل أخرى ذات قدرات تخزين أفضل للحرارة وأكثر قابلية للنقل من أنظمة الكتل الجليدية الضخمة.

مجرد غيض من فيض

في حين أن تقنية IceBrick تمثل دليلاً قاطعًا على فعالية CTES، فإن الشركات تحقق تقدمًا في العديد من المجالات الأخرى. الحرارة المستمدة من الطاقة الشمسية على الملح المنصهر ل جزيئات شديدة السخونةقد يكون تخزين الطاقة الحرارية هو السبيل لتحقيق كفاءة أفضل في استخدام الطاقة.

إن أجهزة تخزين الطاقة مثل بطاريات الجرافين قد تساهم في تقليل الحاجة إلى إنتاج الطاقة الضارة بالبيئة. وهذا ليس مفاجئًا أيضًا. فمن الأكثر كفاءة بكثير تدفئة وتبريد المباني باستخدام تقنية التخزين الحراري بدلاً من الاعتماد على إنتاج الطاقة لتلبية احتياجات المبنى. ومع ارتفاع درجات الحرارة في الصيف، نأمل أن يصبح هذا الحل سهل التنفيذ عاجلاً وليس آجلاً.