با گرم شدن کره زمین، محققان در حال توسعه تکنولوژی های نوین برای آینده ای خنک تر هستند. تکنولوژی جدید کولر گازی هایی که باعث بهینه شدن مصرف انرژی می شوند.
از آنجایی که سیاره ما در حال گرم‌شدن است، تقاضای تکنولوژی برای هوای سرد و کولر گازی ها نیز افزایش یافته است. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی در سال 2018، از انرژی برای سرد کردن فضا در سال 2050 میلادی، بیشتر از سه برابر آنچه تا کنون استفاده می‌شده است به کار گرفته می‌شود. اما کولر گازی ها محفظه انرژی هستند. (چیزی حدود 10 درصد مصرف جهانی برق) و حاوی ماده خنک‌کننده هیدروفلوئروکربن است که یک گاز گلخانه‌ای قدرتمندتر از کربن دی اکسید است.
به گفته شِلی میلر، مهندس محیط زیست و مدیر برنامه محیط زیست دانشگاه میشیگان «این یک چرخه نادرست است. هوا در حال گرم تر شدن است بنابراین ما نیز کولرگازی ها را روشن می‌کنیم که انرژی بیشتری استفاده می‌کند. وقتی ما انرژی بیشتری استفاده می‌کنیم، گازهای گلخانه‌ای بیشتری نیز رها شده و حتی باعث گرم تر شدن نیز می‌شود.» اما چطور باید این مشکل را حل کرد؟ این مساله‌ای است که مهندسین و دانشمندان روی آن کار میکنند تا با توسعه تکنولوژی جدید کولر گازی ها، راه حلی ارائه دهند.
سیستم تهویه هوا از چه زمانی ایجاد شد؟
میلر می‌گوید: پیشرفت‌ها در تکنولوژی HVAC (مخفف گرمایش، تهویه مطبوع و سرمایش) به طور مستمر باعث بهبود کارایی خدمات مربوط به خنک سازی و جایگزین شدن آن با منابع انرژی تجدید پذیر، منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شده است که میتواند تاثیرات کلی آن را نیز کاهش دهد. در طول تاریخ، مردم به این نتیجه رسیده‌اند که با روش‌های نوین، ساختمان‌ها را بدون استفاده از کولر گازی هایی که انرژی زیادی استفاده میکنند، خنک سازند.
ایده کلی تهویه هوا به قرن ها پیش بازمیگردد. مهندسین باستانی ایرانی «بادگیر» را ساختند که باد را می‌گرفت و به سمت خانه‌ها به شکل یک نسیم خنک هدایت می‌کرد.
در سال 1820 میلادی، مخترع مشهور مایکل فارادی، کشف کرد که فشرده و مایع کردن آمونیاک و سپس تبخیر کردن آن منجر به خنک شدن هوا می‌شود. در سال 1920 نیز مهندس ویلیس کریِر دستگاهی را برای کارخانه لیتوگرافی (حکاکی) و چاپِ سَکِت و ویلم در نیویو‌ر‌ک طراحی کرد، که این دستگاه هوا را در میان فنرهای خنک شده توسط آمونیاک به گردش درمی‌آورد تا به هنگام چاپ رنگی، رطوبت را کنترل کند.
کریِر در نهایت طراحی خود را به عنوان اولین تهویه هوای برقی به جهان معرفی کرد و از آن در سال 1925 در تماشاخانه ریوولی واقع در میدان تایمز رونمایی شد و مسبب آن شد که تماشاخانه‌ها در تابستان‌هایی که فیلم‌های پرمخاطب در آن پخش می‌شد، مجهز به تهویه هوا شود.
کولر گازی ها در اولین عرضه، برای مصرف‌کنندگان یک دستگاه لوکس به شمار می‌رفت، اما توانایی آن برای گرفتن رطوبت و پایین آوردن دمای هوا در زمان‌هایی که هوا به شدت گرم بود، خیلی زود آن را به یک وسیله ضروری در اقلیم‌های گرم تبدیل کرد.
تکنولوژی جدید کولر گازی ها
یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه سارلند آلمان نیاز به خنک کننده ها را توسط بهبود تغییرحالت آلیاژها تخمین زده‌اند. کشیدن یا تغییر شکل‌دادن سیم یا ورق نیکل تیتانیوم بر آلیاژها فشار وارد می‌کند و حرارت آن‌ها بالا می‌رود. وقتی ماده به حالت اصلی خود باز می‌گردد، 20 درجه پایین تر از دمای محیط سرد می‌شود.
در زمان معرفی پروژه، استفان سیلِک، متخصص سیستم مواد هوشمند در دانشکده سارلند، بیان کرد: ایده اصلی خارج کردن حرارت از فضا (مانند محیط داخل یخچال) با استفاده از یک ماده از قبل فشرده شده و با قابلیت کشسانی بالا جهت خنک شدن به میزان قابل توجه بود.
این تیم تحقیقاتی یک نمونه اولیه ثبت نشده از یک دسته مدور از سیم‌های منعطف که برای تقویت قدرت سرما استفاده می‌شد، ساخته بودند. این دستگاه می‌توانست مانند یک پمپ حرارتی، تهویه هوا، یا حتی مانند یخچال عمل کند، که همه این کارایی‌ها بدون هیچگونه ماده خنک کننده آسیب رسان به محیط انجام میشوند.
موسسه آلمانی، تحقیقی به همراه کمیسیون اروپایی و دپارتمان انرژی ایالت متحده از سال ۲۰۱۶ میلادی روی این پروژه سرمایه‌گذاری کرده است و آن را به عنوان یک تکنولوژی جدید کولر گازی ها که نوید‌دهنده جایگزینی برای سیستم‌های خنک کننده فشار تبریدی موجود است، معرفی می کنند.
تکنولوژی جدید کولر گازی skycool
برای آنکه بفهمیم تکنولوژی جدید کولرگازی های برند skycool چگونه کار می‌کند، جسمی که در شب در فضای آزاد قرار دارد را در نظر بگیرید. پژوهشگر آسوات رامان می‌گوید: «اگر این خنک کننده زیر آسمان قرار بگیرد، به طور طبیعی حرارت خود را تحت عنوان فرآیندی به نام تابش حرارتی به بیرون می‌فرستد. وقتی این تابش حرارتی به آسمان فرستاده می‌شود، بخشی از شکست‌های تشعشع حرارتی آن در فضا رها می‌شود و به همین علت هر سطحی که با آسمان در شب در تماس مستقیم قرار بگیرد، به طور طبیعی، تا دمای زیر دمای محیط سرد می‌شود.
امکان رخداد این پدیده طبیعی در طول روز سخت تر است. به گفته رامان: خورشید به طور طبیعی هر ماده ای را گرم می‌کند و به اندازه کافی برای از بین‌بردن اثر این سرما کافیست. ما به ماده ای احتیاج داریم که به خوبی نور آفتاب را منعکس کند و در عین حال گرما را به بیرون بفرستد. وقتی این دو را همزمان باهم داشته باشیم، می‌توان در طول روز نیز این اثر را در اختیار داشت. این امر اجباری ست، چرا که به یک سرمای آزاد و منفعل در طول روز، دقیقا زمانی که به این سرما بیشترین نیاز را دارید دسترسی پیدا می‌کنید.
سیستم های برند اسکای کول پنل‌های نقره‌ای تولید کرده است که شبیه به صفحه‌های خورشیدی است، با این تفاوت که با یک فیلم نوری که گرما را به طول موج فرکانس پایین مادون قرمز بدل کرده و در فضا رها می کند و همچنین نور آفتاب را همزمان منعکس می‌کند، پوشانده شده است.
مزایا و چالش ها
الی گلداستین، مهندس و بنیان‌گذار این شرکت، معتقد است که پنل‌های سردکننده کولر گازی های برند اسکای کول سه فایده مهم دارند:
- ذخیره انرژی
- کاهش تقاضای انرژی
- افزایش قابلیت خنک‌کنندگی یک سیستم
او در ادامه می‌افزاید: مقدار ذخیره انرژی و کاهش تقاضای نهایی ممکن است چیزی بین 10 الی 30 درصد باشد.
همچنین مکانیزم سردشدن در این سیستم‌ها به انرژی یا آب احتیاج ندارد. گلداستین در اینباره می‌گوید: «به طور چشمگیری در مکانیزم سرمایش موثر است، در نتیجه به انرژی احتیاجی پیدا نمی‌کند و همچنین هیچ نیازی به آب یا تبخیر آن برای تولید این سرما وجود ندارد، درنتیجه این یک رویکرد پایدارتر و بهتر است.»
البته این تکنولوژی‌های سرمایشی هم خالی از چالش نیستند. سیستم اسکای کول سعی بر این دارد که تا حد امکان با سرعت، تجارت خود را گسترش دهد تا با تقاضای بازار پیش برود. آن‌ها ممکن است به مقیاس بالایی از تولید نرسیده باشند، اما این نوآوری‌ها مسیر را برای آینده خنک تر و با مصرف انرژی به صرفه تر هموار می‌کند.
گلد استین نیز افزوده است: «سردکردن مقوله مهمی در زندگی روزمره ماست، ما باید در کنار هم تلاش کنیم تا سیستم‌های بهتری تولید کرده و آن‌ها را در مسیری پایدارتر راه‌اندازی کنیم.»
