Доступные технологии охлаждения без электричества

Семь инициатив по разработке доступных технологий охлаждения для развивающихся стран были отобраны в США для выдачи грантов в размере от $30 000 до $50 000. Проекты-победители были объявлены американской компанией «Инженеры без границ США» в рамках конкурса Chill Challenge, запущенном в прошлом году.

Конкурс Chill Challenge направлен на поддержку доступных технологий охлаждения для домохозяйств, не подключенных к электрической сети в развивающихся странах. Считается, что именно в этой области есть огромный потенциал для улучшения жизни миллионов самых бедных и уязвимых людей на планете. При этом автономное охлаждение означает меньше пищевых отходов, больше возможностей для фермеров и улучшение питания для домашних хозяйств. Кроме того, как подчеркивается в период пандемии COVID-19, такой тип охлаждения обладает решающим значением при доставке вакцин и других медицинских препаратов в удаленные автономные сообщества.

И так, кто же выиграл гранты в размере от 30 000 до 50 000 долларов каждый на разработку своих инновационных концепций?

Университет Пердью, Лаборатории Рэя Херрика, Уэст-Лафайет, Индиана, США

Аккумулятор холода для бытового охлаждения

В рамках этого проекта команда ученых будет развивать абсорбционные холодильные машины, которые используют тепло от глиняных или кирпичных кухонных плит для своей работы, без использования электричества. Генерируемый хладагент аккумулируется, чтобы при необходимости обеспечить охлаждение. 

В режиме «зарядки» источник тепла используется для выработки хладагента, который затем хранится. В режиме «выгрузки» хладагент расширяется с понижением температуры. Такие «продвинутые» аккумуляторы холода предназначены для использования рядом с существующими дровяными кухонными плитами, хотя могут использовать и другие источники топлива, включая солнечную тепловую энергию.

New Leaf Dynamic Technologies, Нью-Дели, Индия

Льдогенератор, который работает на отходах фермы 

Компания New Leaf разработала и в настоящее время развертывает свою аммиачную холодильную систему GreenChill, чтобы обеспечить безопасное хранение и охлаждение скоропортящихся сельскохозяйственных продуктов. 

Система работает на сельскохозяйственных отходах, таких как солома, коровий навоз, пеллеты из биомассы, древесина, сено и так далее. Такая установка может охлаждать до 1500 литров молока или 15 тонн скоропортящихся продуктов без необходимости в электросети или резервном дизель-генераторе.

По оценкам New Leaf, системе потребуется около 105 кг древесной эквивалента биомассы в день для производства 1000 кг льда. Установке также требуется около 500 Вт электропитания для работы вспомогательного оборудования, которые будут обеспечиваться фотоэлектрической солнечной батареей. 

Уже более 25 таких систем были установлены в разных точках Индии.  

В рамках этого гранта компания будет использовать свою технологию GreenChill для создания льдогенератора, способного производить 1000 кг льда в день по цене $0,02 за килограмм.

Arup, Лондон, Великобритания

Контейнер с пассивным охлаждением

Команда Arup, специализирующаяся на цифровых технологиях, проверит в деле систему охлаждения с использованием пассивных охлаждающих материалов, которые отдают тепло в виде инфракрасного излучения через атмосферу в космос. Фазовый переход материалов обеспечит охлаждение продуктов.

Arup исследовал применение пассивных охлаждающих материалов в искусственной среде в сотрудничестве с некоммерческими организациями, занимающимися жилищным строительством. Речь идет о расширении использования специальных отражающих крыш в развивающихся странах.

В рамках этого гранта Arup предлагает создать полностью пассивную охлаждающую камеру, способную достичь целевой температуры +3 ° C и поддерживать эту температуру в течение нескольких дней в неблагоприятных погодных условиях. 

Контейнер будет использовать радиационные охлаждающие материалы в качестве источника холода и материалы с фазовым переходом в качестве холодильных камер. 

Радиационные охлаждающие материалы - это твердотельные материалы, предназначенные для излучения тепла в форме инфракрасного излучения через «окно переноса атмосферы (atmospheric transmission window)» в космос. 

Недавние исследования позволили разработать материалы, которые очень хорошо отражают солнечный свет, что позволяет им охлаждаться намного ниже температуры окружающей среды, днем и ночью, без необходимости в электричестве или хладагенте. Было продемонстрировано, что эти материалы могут охлаждать себя существенно ниже 0°C, если «паразитные» тепловые потоки сводятся к минимуму. 

Xergy Inc, Харрингтон, Делавэр, США

Автономный холодильник с использованием твердотельных хладагентов

Чтобы решить проблему автономного охлаждения, Xergy создаст холодильник с использованием принципов абсорбционной холодильной машины, управляемой солнечной тепловой энергией. 

Агрегат будет использовать водород и металлогидрид в качестве рабочей пары и использовать усовершенствованную конструкцию теплообменника, что, по мнению компании, приведет к эффективности 70%.  

Система будет хранить горячую воду для обеспечения охлаждения в «темные дни» без использования солнечной энергии. В случае успеха команда полагает, что холодильник предоставит простое и удобное решение для удаленных автономных хозяйств. Xergy также предложила использовать тот же процесс охлаждения в льдогенераторе.

Solar Cooling Engineering, Хоэнхайм, Германия

Солнечный ледогенератор 

Команда Solar Cooling Engineering в сотрудничестве с Университетом Хоэнхайм в течение последних шести лет проводит исследования в области «солнечного охлаждения». Лги сконструировали солнечный ледогенератор, разработанный для охлаждения молока. 18 таких установок было развернуто в Тунисе, Кении и Колумбии. 

С 2018 года компания продвигает использование солнечных холодильных установок SelfChill, которые можно комбинировать с холодильными шкафами местного производства для обеспечения гибких и недорогих решений для охлаждения в общинах в развивающихся странах. 

Для реализации проекта Chill Challenge команда Solar Cooling Engineering будет использовать свои солнечные холодильные установки SelfChill в льдогенераторе, способном производить 100-120 кг льда в день. В этих агрегатах используется технология сжатия пара с прямым приводом постоянного тока, установка работает на R600a (изобутан). 

Льдогенератор питается напрямую от фотоэлектрических панелей или, как вариант, от электрических батарей. Предоставленный блок управления включает в себя интеллектуальный алгоритм для управления компрессорами в зависимости от наличия солнечной энергии. 

Для мониторинга включено соединение со смартфонами по Bluetooth, оплачивается только время использования установки.

Университет Пердью, Лаборатории Рэя Херрика, Уэст-Лафайет, Индиана, США

Комбинированный нагрев и охлаждение для сельскохозяйственного применения

В этом исследовании будет изучена возможность использования комбинированной системы сжатия пара для нагрева и охлаждения для производства льда и сушки сельскохозяйственных культур. 

В то время как холодильные системы со сжатием паров имеют высокую начальную стоимость, комбинированная система, которая использует мощность испарителя для образования льда и тепло конденсатора для сушки сельскохозяйственных культур, может обеспечить способ компенсации этих затрат.  

Исследование будет оценивать методы сушки и хранения продуктов питания, включая их цены и сезонность. Потенциальное применение этой технологии затем будет сосредоточено в областях, где производятся продукты питания, которые имеют высокую ценность и / или доступны в течение года, поскольку они обеспечат больше преимуществ, чем сезонные продукты питания.  

Команда предлагает создать систему, которая генерирует 100-150 кг льда в день, используя цикл сжатия газа R290 (пропан) в качестве хладагента и солнечную фотоэлектрическую систему в качестве источника энергии.  

Имперский колледж Лондона, Лаборатория чистых энергетических процессов (CEP), Южный Кенсингтон, Великобритания

Доступное децентрализованное производство льда вне электрической сети

Лаборатория CEP в Имперском колледже Лондона и Solar Polar разрабатывают технологию с тепловым питанием, называемую диффузионно-абсорбционным охлаждением (DAR), которая может быть легко интегрирована с недорогими солнечными тепловыми коллекторами или использует отработанное тепло для охлаждения. Простая конструкция и отсутствие движущихся частей устройств DAR обещают низкие затраты и длительный срок службы. 

В рамках этого гранта команда CEP предлагает разработать и продемонстрировать инновационный, доступный льдогенератор на основе технологии DAR. Команда заменит пару аммиак-вода, обычно используемую в устройствах DAR, альтернативными парами рабочей жидкости в устройстве с оптимизированной конструкцией. Команда ожидает, что эти инновационные устройства и молекулярный дизайн новых жидкостей позволят получить КПД почти в 1,5 раза выше, чем у традиционных аммиачно-водных систем. На основе этой технологии команда CEP предлагает создать простой, надежный и доступный льдогенератор, использующий горячую воду из солнечно-тепловых коллекторов, специально предназначенный для развивающихся, удаленных или автономных сообществ.

Всего на конкурс было подано 43 заявки.

Chill Challenge был запущен в сентябре 2019 года для привлечения инновационных предложений по более доступному охлаждению для автономных хозяйств. В ответ EWB-USA получил 43 предложения от 36 команд из университетов, компаний или неправительственных организаций, а также частных лиц. Шестнадцать базировались в США, а 20 находились за границей, включая команды из Камеруна, Эфиопии, Франции, Германии, Нигерии, Южной Кореи, Швейцарии, Уганды и Великобритании.

Четырнадцать лучших предложений были включены в шорт-лист, а финалисты грантов были выбраны группой рецензентов, включая волонтеров EWB-USA и международных экспертов по холодильному оборудованию. 

«Инженеры без границ США» была создана в 2002 году, чтобы использовать возможности инженеров для реализации эффективных проектов в развивающихся странах. С тех пор EWB-USA выросла из нескольких увлеченных людей тысячами увлеченных добровольцев, работающих над сотнями инженерных проектов по всему миру.