В условиях резкого роста глобальных потребностей в охлаждении из-за изменения климата эластокалорические технологии предлагают альтернативу существующим системам.
Исследователи из Германии демонстрируют экологически чистые технологии климат-контроля на выставке Hannover Messe.
Команда из Саарландского университета и Саарбрюккенского центра мехатроники и автоматизации (ZeMA) разработала концепцию, основанную на эластокалорической технологии.
Благодаря растяжению и расслаблению специальных металлических проводов с «памятью формы», система создает тепло или холод без использования вредных химических газов.
Это обеспечивает более экологичный и простой способ регулирования температуры по сравнению со стандартными системами кондиционирования и отопления.
Использование никель-титана
В условиях резкого роста глобального спроса на охлаждение из-за изменения климата, эластокалорические технологии предлагают высокоэффективную альтернативу существующим системам, работающую на электричестве.
Этот метод, признанный Европейской комиссией и Всемирным экономическим форумом одной из ведущих перспективных инноваций, основан на уникальных физических свойствах никель-титанового сплава.
Эти сплавы снижают вредные выбросы и повышают энергоэффективность, способствуя устойчивому и углеродно-нейтральному контролю температуры.
Примечательно, что в этой новой разработке произошел переход от простых проводов к сложным формам, созданным с помощью 3D-печати, которые максимально увеличивают площадь поверхности для повышения эффективности охлаждения.
Исследователи протестировали различные конструкции, чтобы убедиться, что металл демонстрирует оптимальные характеристики для обеспечения максимальной эффективности охлаждения и нагрева.
Для этого были разработаны сложные, «эффектные» металлические кубы, обеспечивающие максимальную энергоэффективность. Хотя эти напечатанные на 3D-принтере конструкции выглядят как произведения декоративного искусства, их сложная геометрия спроектирована таким образом, чтобы оптимизировать теплопередачу внутри системы.
Инженеры могут эффективно «откачивать» тепловую энергию из таких пространств, как камеры охлаждения, растягивая металл для высвобождения тепла и поглощая холод.
«Это следующий этап в развитии эластокалорических технологий. Исследования, которые мы сейчас проводим в отношении этих новых структур, пока находятся на стадии фундаментальных исследований, но мы уже думаем о практическом применении и разработке решений для реальных задач», — пояснил профессор Пол Моцки.
Долгосрочная стабильность
Никель-титановый сплав — это сплав с эффектом памяти формы, который переключается между двумя кристаллическими структурами для передачи тепла.
При воздействии напряжения металл выделяет тепло в окружающую среду (экзотермический процесс); при снятии напряжения он поглощает тепло, что приводит к его охлаждению (эндотермический процесс).
Этот механический пульс позволяет материалу работать в качестве теплового насоса без сложного оборудования.
Кроме того, поскольку электрическое сопротивление металла изменяется при растяжении, он, по сути, ощущает собственное движение. Это позволяет системе автоматически отслеживать свое положение и состояние без необходимости использования дополнительных датчиков.
Следующая версия этих устройств будет охлаждать более эффективно за счет использования пористой металлической структуры со значительно большей площадью поверхности.
Такая конструкция позволяет охлаждающей среде — воздуху или воде — протекать непосредственно через материал, обеспечивая гораздо более быструю и эффективную передачу тепловой энергии, чем традиционные методы.
Чтобы подготовить эту технологию к использованию в домах и магазинах, команда сосредоточилась на том, чтобы сделать ее достаточно прочной, чтобы она служила долгие годы, и простой в ремонте. Это гарантирует ее надежную работу в бытовой технике, такой как холодильники.
Также проводятся эксперименты, чтобы убедиться в том, что технология выдерживает суровые условия ежедневного использования, с целью достижения срока службы более миллиона циклов.
Чтобы предотвратить поломку деталей, исследователи дорабатывают металл, чтобы он выдерживал постоянное растяжение и сжатие.
Кроме того, приоритет отдается ремонтопригодности, поскольку все материалы со временем изнашиваются. Для этого можно проектировать модульные компоненты, обеспечивающие быструю и легкую замену. Это гарантирует надежность системы при длительном коммерческом использовании.
В настоящее время данная технология демонстрируется на выставке Hannover Messe с 20 по 24 апреля (зал 11, стенд D41).
Sourse: interestingengineering.com
