Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
HELUPOWER
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Materiały umożliwiające wydajniejsze, ekologiczne chłodzenie

ghost666 06 Kwi 2015 20:28 2679 11
  • Materiały umożliwiające wydajniejsze, ekologiczne chłodzenie Czas odłożyć do lamusa technologie chłodzenia oparte na kompresji i skraplaniu par. Nadchodzące układy oparte o odkryty niedawno efekt 'elastokaloryczny' są o wiele wydajniejsze niż używane aktualnie systemy, a ponadto nie wymagają wykorzystania szkodliwych dla środowiska materiałów.

    Materiał elastokaloryczny to taki, w którym naprężenia mechaniczne są w stanie przełożyć się na zmianę temperatury układu.

    W czasopiśmie naukowym Applied Physics opublikowany został artykuł naukowy autorstwa zespołu badaczy z Duńskiego Uniwersytetu Technologicznego. Opisują oni efekt elastokaloryczny i to, jak może pozwolić on na opracowanie nowoczesnych systemów chłodzenia opartych o ciało stałe, które mogłyby zastąpić aktualnie stosowane systemy chłodzenia oparte o sprężanie par. Artykuł ten znaleziony może być tutaj http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/117/12/10.1063/1.4913878.

    Efekt elastokaloryczny jest jednym z twarzy efektów kalorycznych, zjawisk związanych ze zmianą temperatury lub entropii (albo innych własności termodynamicznych) materiału pod wpływem nagłych zewnętrznych zmian na przykład pola.

    Duńskich zespół naukowców specjalizuje się w badaniu efektów kalorycznych i analizuje obserwowane zjawiska pod kątem ich potencjalnych aplikacji do stworzenia coraz wydajniejszych chłodziarek. Po latach pracy nad efektami magnetokalorycznymi i ich aplikacjami w chłodzeniu zdecydowali się oni na podjęcie badań nad efektem elastokalorycznym.

    Efekt magnetokaloryczny polega na zmianie temperatury materiału podczas nagłej zmiany pola magnetycznego otaczającego specjalny materiał. Co zainspirowało naukowców, aby z tej działki przejść do efektów elastokalorycznych? "Podczas zjawiska elastokalorycznego uwalniana jest ogromna ilość ciepła, co przekłada się na większą, potencjalną gęstość mocy w układach elastokalorycznego chłodzenia niż w systemach wykorzystujących efekt magnetokaloryczny" - tłumaczy Jaka Tušek, główny autor niedawno opublikowanego artykułu, który w Danii realizuje swój staż postdoktorski.

    U podstaw efekt elastokaloryczny związany jest z tak zwanymi "transformacjami fazy martenzytycznej", czyli pierwszorzędowymi bezdyfuzyjnymi przemianami struktury pomiędzy fazami austynityczną a martenzytyczną. Przejście to może być wywołane zmianą temperatury albo zewnętrznie przyłożonym do materiału naprężeniem. Efekt ten jest odpowiedzialny za wywoływany temperaturą efekt pamięci kształtu, a także naprężeniową superelastyczność niektórych materiałów.



    Ale jak to dokładnie działa, jeśli chodzi o chłodzenie elastokaloryczne? "Gdy superelastyczny materiał elastokaloryczny znajduje się w fazie austenitycznej i zostanie on osiowo naprężony, następuje egzotermiczne przejście z tej fazy do fazy martenzytycznej" - tłumaczy Tušek. Jeśli nastąpi to dostatecznie szybko, to materiał nagrzeje się, a następnie wyemituje to ciepło, powracając do temperatury pokojowej". Jeśli przestanie się teraz przykładać do niego naprężającą siłę, struktura krystaliczna materiału powróci do fazy austenitycznej, co spowoduje ochłodzenie się materiału i pobranie ciepła z otoczenia.

    Prace zespołu z Danii są pierwszą eksperymentalną demonstracją efektu elastokalorycznego. Wykorzystano do tego stop niklu i tytanu, który może być cyklicznie naprężany. Pozwala to na powtarzalne zmienianie temperatury w szerokim jej zakresie, korzystając z efektu elastokalorycznego.

    "To istotny krok na przód w kierunku wykorzystania materiałów elastokalorycznych w systemach AGD, takich jak chłodziarki domowe czy klimatyzacja pomieszczeń, czy nawet w pompach ciepła, które wymagają, aby różnica temperatur pomiędzy dwoma punktami wyniosła 30 Kelwinów lub więcej" - tłumaczy Tušek.

    Tušek wraz ze współpracownikami wykorzystał stabilizowany stop niklu i tytanu, aby zagwarantować wysoką powtarzalność i jednorodność obserwowanego efektu, która jest krytyczna w praktycznych aplikacjach.



    Pompy ciepła, klimatyzacja czy chłodziarki to urządzenia, które pierwsze będą miały skorzystać z opracowywanej w Danii technologii, "efekt elastokaloryczny może być postrzegany jako bezpośredni zamiennik technologii opartej o sprężanie par - zamiennik, który jest wydajniejszy i przyjaźniejszy środowisku naturalnemu - który może zostać zaaplikowany w szerokiej gamie nowoczesnych zastosowań" - tłumaczy badacz. Technologia ta jest także niezależna od grawitacji i charakteryzuje się wysoką wydajnością i niezawodnością, co przełożyć się może na zastosowanie tego rozwiązania w przestrzeni kosmicznej.

    Kolejnym krokiem jest "zbudowanie pierwszego prototypu, mającego zademonstrować jaki potencjał drzemie w tej technologii" - mówi Tušek. "Następnie mamy zamiar zbudować bardziej skomplikowany układ, który mógłby konkurować z rozwiązaniami aktualnie dostępnymi komercyjnie", jak podsumowuje naukowiec.

    Przyszłe prace naukowców skupić się mają także na zwiększeniu odporności materiału na zmęczenie, które jest postrzegane jako największe ograniczenie w praktycznej aplikacji tego rozwiązania.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2015-03-elastocaloric-materials-enable-efficient-green.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9215 postów o ocenie 6773, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • HELUPOWER
  • #2
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #3
    adam158
    Poziom 22  
    ale elastomer to tworzywo elastyczne trwalsze od gumy opracowane w Polsce ,na śląsku w latach 80 jak dobrze pamiętam.
  • HELUPOWER
  • #4
    pawel1148
    Poziom 20  
    Co do Efektu Peltiera to działa, ale z małą sprawnością i nigdy nie zostanie wprowadzony do urządzeń w których ważna jest energooszczedność. Pompy ciepła klimatyzacyjne mają podobno sprawności dochodzące do 300% w trybie chłodzenia i 400% w grzaniu. Są to wartości nieosiągalne na ogniwie Peltiera którego sprawność jest ściśle związana z różnicą temperatur występujących między ośrodkami(bo sprawnośc spada na głowe jesli połączymy je kaskadowo). Nie sądze by były również osiągalne dla wyżej wymienionego materiału, bo bez dobrej izolacji środowisk spada sprawność.
    PS: Dla próbujących negować te wartości sprawności- nie jest to perpetum mobile. 300% energii pobierana jest na parowniku przy pobraniu 100% energii elektrycznej/mechanicznej i zostaje oddane 400% energi na skraplacz(to co pobrało z parownika+to co z sieci).
    Na tą chwile jedyną konkurencją dla urządzeń ze sprężarkami mogłaby być stara technologia absorbcyjna z jakimś bardzo tanim paliwem do spalania(bo sprawnośc ok 40%).
  • #5
    kult5
    Poziom 21  
    Zaletą układów zbudowanych na sprężaniu par jest możliwość fizycznego odsunięcia punktu chłodzonego od nagrzewanego. A tu czytamy że 1 powierzchnia naprzemiennie się nagrzewa i schładza, co nieco utrudnia praktyczne zastosowanie.

    szukałem zależności sprawności układów klimatyzacyjnych/grzewczych w zależności od temperatury otoczenia. Może ktoś wstawi odpowiedni wykres.

    Niestety wraz ze spadkiem temperatury otoczenia sprawnością zbliżamy się do 100%
  • #6
    dominiacz
    Poziom 8  
    jak moze mieć coś sprawność 400% perpetum mobile tyle niema? Grzałka elektryczna ma okolice 100% i to jest chyba max jaką można osiągnąć.
  • #7
    REVISOR
    Poziom 25  
    To proste. klimatyzator pobierając 1kWh energii jest w stanie przetransportować 4kWh energii ze strony zimnej do ciepłej.
    Energia pobierana przez klimatyzator nie jest przetwarzana na ciepło jak w grzałce tylko zużywana do transportu energii cieplnej czego efektem jest powstanie różnicy temperatur.
  • #8
    ccompany
    Poziom 15  
    Idąc za Twoim przykładem wygląda to tak, że klimatyzator(sprężarka) pobiera 1kWh energii i transportuje ze strony zimnej na ciepłą 3kWh energii plus "dodatkowe" blisko 1kWh energii. Sprężarka większość dostarczonej energii przekształca w ciepło(sprężanie gazu powoduje jego ogrzewanie), tarcie elementów sprężarki itd.
    Jeśli bierzemy pod uwagę działanie klimatyzatora w trybie chłodzenia to sprawność wynosi około 300%(z pomieszczenia usuwamy 3kWh kosztem 1kWh), jeśli bierzemy pod uwagę pracę w trybie grzania jest 400%, do pomieszczenia "wtłaczamy" 3kWh z zewnątrz plus dodatkową 1kWh zużytą przez sprężarkę.
    Oczywiście to COP=3 to przykład, im mniejsza różnica temperatur między źródłem ciepłym a zimnym tym COP wyższe.
  • #9
    timo66
    Poziom 23  
    To ułomnym jest mówienie o sprawności jeśli pisze się o zdolności transportowej ciepła.
    Bardziej wyobrażalny przykład jest klima w aucie. Jadąc autem w którym jest wyłączona klima spalasz X litrów paliwa, włączając sprężarkę, czyli klimę masz spalanie x+y spalonego paliwa.
    Jeśli wyłączysz klimę to nie przybywa ci automatycznie paliwa?!

    Cytat:
    Sprawność – skalarna bezwymiarowa wielkość fizyczna określająca w jakim stopniu urządzenie, organizm lub proces przekształca energię występującą w jednej postaci w energię w innej postaci, stosunek wartości wielkości wydawanej przez układ do wartości tej samej wielkości dostarczanej do tego samego układu
  • #10
    ccompany
    Poziom 15  
    Zgadza się. Jednak powszechnie używa się tego określenia w odniesieniu do układów chłodniczych i grzewczych.
    Przykładowo piece kondensacyjne o sprawności 104%.
    Wiadomo, że energii nie przybywa.
    Po prostu do obliczenia sprawności przyjmuje się za punkt odniesienia temperaturę kondensacji pary wodnej. W takim przypadku piec rzeczywiście ma sprawność większą od 100%. Jeśli zmienimy punkt odniesienia do temperatury powietrza zasysanego przez palnik do temperatury spalin, nagle sprawność spada do mniej niż 100%, w końcu spaliny mają temperaturę wyższą niż powietrze zasysane.
    Tak też w przypadku układów chłodniczych. Jeśli za punkt odniesienia przyjmować energię dostarczoną do sprężarki i wykonaną pracę układu.
    Także w dużej mierze jest to kwestia przyjętego układu odniesienia, a dla nas w tym przypadku istotne jest ile energii musimy dostarczyć, by wychłodzić pomieszczenie.

    Trafne i prawidłowe dla określenia tej wartości jest COP, dla układów chłodniczych równa moc chłodnicza dzielona przez moc sprężarki.
  • #11
    dominiacz
    Poziom 8  
    a mówi się ze klimatyzatory bardzo nie ekologiczne są czy do chłodzenia sie nie nadaja a do grzania tak?
  • #12
    ccompany
    Poziom 15  
    Ekologiczny i ekonomiczny może nie jest, ale to raczej w takim sensie, że do wychłodzenia źle wyizolowanego budynku(a takich u nas jest najwięcej) przy dużym nasłonecznieniu potrzeba dużej ilości energii- komfort po prostu kosztuje. Pytanie czy jest bardziej ekologiczny i zarazem ekonomiczny sposób na schłodzenie budynku poza termomodernizacją..?
    Do grzania to się średnio nadaje, raczej do dogrzewania, przy niskich temperaturach na zewnątrz parownik po prostu oszrania się i zamarza.
    Ciepło przepływa z ośrodka cieplejszego go zimniejszego, więc żeby odebrać energię z otoczenia o temp. 3 stopni czynnik chłodniczy musi mieć temperaturę niższą o kilka stopni, w takim przypadku już ujemną. Parownik ma temperaturę niższą od otoczenia, więc odbiera ciepło, ale jednocześnie skrapla się na nim woda. Co się dzieje z wodą która skropliła się na elemencie o ujemnej temperaturze wiadomo- zjawisko znane z lodówek, szczególnie starszych.
    Oczywiście są np. pompy ciepła powietrzne z funkcją odszraniania, jednak do całorocznego grzania lepiej sprawdzą się pompy z wymiennikiem gruntowym.
    Co do zasady działania wszystkie te układy są w zasadzie praktycznie identyczne, lodówki, klimatyzatory, pompy ciepła- różnią się skalą, a z tytułu zastosowanych sprężarek i czynników chłodniczych są przeznaczone do pracy dorywczej lub ciągłej, innego zakresu temperatur pracy itd.

    Jak spojrzysz na klimatyzator to jedna strona- (skraplacz)grzeje, a druga (parownik)chłodzi.
    W parowniku czynnik odparowuje, na co potrzebuje energii, dlatego parownik staje się zimny, a przepływające przez niego powietrze również. Pomieszczenie się wychładza.
    Klimatyzatory z funkcją grzania posiadają zazwyczaj dwa zawory rozprężne i zawory do zmiany kierunku obiegu czynnika chłodniczego. Po zmianie trybu pracy parownik "zamienia się" miejscami ze skraplaczem.

    Danfoss udostępnia ciekawy programik Coolselector, w którym wpisując temperatury na skraplaczu i parowniku, otrzymamy między innymi COP układu.