Miljardu dolāru sacīkstes, lai izgudrotu valkājamu gaisa kondicionētāju

Ārkārtējais karstums visā pasaulē liek uzņēmumiem un pētniekiem atrast jaunus veidus, kā atdzist cilvēka ķermeni.

Miljardu dolāru sacīkstes, lai izgudrotu valkājamu gaisa kondicionētāju

2019. gada jūlijs bija karstākais mēnesis, kāds jebkad reģistrēts. Un, visticamāk, vasaras temperatūra turpinās pieaugt - un tāpat arī rēķini par enerģiju, ja turpināsim paļauties uz tradicionālo gaisa kondicionēšanu, lai saglabātu ķermeņa atdzišanu. Lielais gaisa kondicionētāju skaits jau tagad apdraud klimatu, jo šīs ierīces patērē daudz enerģijas. Saskaņā ar viens ziņojums , jau ir 1,2 miljardi gaisa kondicionēšanas iekārtu, kas cilvēku mājās sūknē vēsu gaisu, un līdz 2050. gadam šis skaits sasniedz 4,5 miljardus; enerģijas pieprasījums ir paredzams, ka trīskāršosies tikpat daudz laika . Tas ir apburtais cikls: sevis atdzesēšana patiesībā veicina klimata pārmaiņas, kas silda planētu.



Cilvēku dzesēšana varētu būt daudz lētāka un mazāk izšķērdīga nekā visu ēku dzesēšana. Mājas dzesēšanas nozare ir liels tirgus: gaisa kondicionieri amerikāņiem izmaksā 29 miljardus ASV dolāru gadā, saskaņā ar Enerģētikas departamentu . Tomēr palikt vēsam nav tikai naudas vai enerģijas taupīšana. Cilvēki ar veselības stāvokļi, piemēram, vēzis var izjust karstuma viļņus un to temperatūru ir grūti regulēt. Tā kā globālā temperatūra paaugstinās un energoefektivitāte kļūst arvien svarīgāka, un uzņēmumu grupa, jaunizveidoti uzņēmumi un pētniecības grupas sacenšas, lai izveidotu valkājamas un pārnēsājamas ierīces, kas varētu darboties kā mini gaisa kondicionēšanas ierīces, personalizētas tieši jums - neatkarīgi no tā, vai vēlaties ietaupiet naudu, regulējiet savu veselību vai samaziniet oglekļa nospiedumu.

Sony Reon [Foto: Sony]



808 nozīmē eņģeļa numuru

Globālais elektronikas ražotājs Sony ir tikai viens no uzņēmumiem, kas iesaistās dzesēšanas valkājamā spēlē. Jūlija beigās uzņēmums uzsāka veiksmīgu pūļa finansēšanas kampaņu Japānā ierīcei ar nosaukumu Reon Pocket, kas atradīsies tieši kakla aizmugurē speciāli izveidotā apakš krekla kabatā un nodrošinās tūlītēju dzesēšanu, pateicoties pusvadītāju īpašībai, ko sauc par Peltier efektu (vairāk par to vēlāk).



Projekts, kas ir daļa no Sony startēšanas paātrinājuma programma, jau ir pilnībā finansēts, un Sony plāno sākt produkta pārdošanu 2020. gadā, tieši laikā, kad gaidāmas Tokijas olimpiskās spēles. Ņemot vērā nesenos karstuma viļņus pilsētā , šāda ierīce varētu padarīt spēļu skatīšanos brīvā dabā pieļaujamāku vai pat palīdzēt pašiem sportistiem. Ar kombinēto apakškreklu cena būs ap 130 ASV dolāriem, taču pagaidām tā tiks pārdota tikai Japānā.

Embr Wave [Foto: pieklājīgi Embr]

Sony nav vienīgais uzņēmums, kas cenšas gūt labumu no pieaugošā karstuma. Embr Labs ir jaunizveidots uzņēmums, ko dibināja trīs MIT doktoranti, kuri bija neapmierināti ar faktu, ka viņu laboratorija vasarā vienmēr bija auksti auksta, pat ja ēkā bija tikai daži cilvēki.



Vai nebūtu jēgas, viņi domāja, nodrošināt dzesēšanas ierīces katram indivīdam laboratorijā, nevis izmantot neprātīgu enerģijas daudzumu, lai atdzesētu plašas telpas? Viņu risinājums ir neliela ierīce par 299 ASV dolāriem, ko sauc par Embr Wave un kuru nēsājat plaukstas iekšpusē. Nospiežot pogu, keramikas plāksne, kas atrodas blakus jūsu ādai, kļūst patiešām auksta, sniedzot jums nelielu atvieglojumu, mērķējot uz jutīgajiem termoreceptoru nerviem, kas atrodas plaukstas iekšpusē. Uzņēmums apgalvo, ka, tā kā Embr ļautu cilvēkiem atdzist paši, nevis visu biroju vai māju, tas varētu ietaupīt enerģiju no 15% līdz 35% no ēkas kopējām dzesēšanas izmaksām.

[Foto: pieklājīgi Embr]

Es valkāju Embr Wave, kad es devos apmēram vienā nedēļas nogalē, ieskaitot iepirkšanās braucienu Ņujorkas augusta karstumā. Bija apbrīnojami viegli nospiest viļņa pogu un pēc tam uzreiz sajust, kā ierīce atdziest pret manu ādu. Tāpat kā Sony Reon Pocket, vilnis sastāv no dzesēšanas plāksnes, kas atrodas pret jūsu ādu, un lielāku alumīnija siltuma izlietni virspusē aproces veidā. Vilnis gan ilgi nepaliek auksts; jūs iestatāt tā darbības ilgumu, un tas lēnām palielina un samazina aukstuma sajūtu viļņos šajā laika periodā. Nepietiek ar visu manu ķermeni, lai iedomātos, ka ārā nav karsts, bet tas tomēr novilka malu. 2018. gada pētījums UC Berkeley izveidotās vides centrā atklāja, ka Embr Wave var palīdzēt cilvēkiem justies līdz pieciem grādiem ērtāk.



Izveidot valkājamu, kas var jūs atdzesēt, ir neticami grūti, galvenokārt fizikas likumu dēļ: ja jūs gatavojat kaut ko aukstu, jums ir jāgatavo kaut kas cits silts. Tāpēc loga gaisa kondicionēšanas iekārtas izceļas pa logu: tās var izpūst karstu gaisu no ēkas iekšpuses, bet iekšpusē - aukstu gaisu. Kad jūs kļūstat mazāks, it īpaši, ja vēlaties kļūt pārnēsājams, šo siltumu izkliedēt kļūst arvien grūtāk, saka Sems Šamss, līdzdibinātājs un Embr. Ir arī cita problēma: lai kaut ko atdzesētu, ir nepieciešams daudz vairāk enerģijas nekā kaut kā uzsildīšanai. Tā rezultātā dzesēšanas ierīces parasti ir lielas, apjomīgas un skaļas - viss dzesēšanas procesa dēļ ir neefektīvs.

Tāpēc Embr Wave, kā arī Sony Reon Pocket izmanto materiālu zinātnes dīvainību, ko sauc par Peltier efektu, lai nodrošinātu intensīvas dzesēšanas sajūtas mazākā formā. Astoņdesmitajos gados franču fiziķis Žans Čārlzs Athanāzs Peltjē atklāja, ka, vadot elektrisko strāvu pāri krustojumam starp metālu un pusvadītāju (tas pats materiāls, kas atrodams mūsdienu elektronikā), jūs varat radīt dzesēšanas efektu. Ja vadāt strāvu citā virzienā, jūs ražojat siltumu. Mūsdienās ierīces, kas izmanto šo efektu, sauc par termoelektriku, ir atrodamas it visā, sākot no apsildāmiem automašīnu sēdekļiem un beidzot ar vīna dzesētājiem. Tā tika atdzesēts Mars Rover, un tas nodrošina dzesēšanu un apkuri Starptautiskajā kosmosa stacijā.

Gan Embr Wave, gan Reon Pocket izmanto termoelektrisko efektu, lai radītu dzesēšanu ierīcē, kas ir pietiekami maza, lai to nēsātu uz ķermeņa. Bet arī termoelektriķi prasa daudz enerģijas. Lai padarītu Embr Wave efektīvāku, starta komanda izstrādāja termoelektrisko ierīci, lai tā vienkārši pielāgotos temperatūrai, uz kuru cilvēka ķermenis reaģē vislabāk. Tā kā temperatūras sajūtas ir relatīvas, ierīcei nav jāatrodas tuvu sasalšanai, lai justos auksti - tai vienkārši jābūt nedaudz vēsākai par normālo cilvēka ķermeņa temperatūru. Ierīces temperatūra lēnām paaugstinās un pazeminās, pateicoties patentētam algoritmam, kas maina temperatūru tieši tik daudz, lai radītu dzesēšanas sajūtu, vienlaikus taupot akumulatoru. Embr komanda saka, ka ar vienu uzlādi varat palaist ierīces divu līdz trīs minūšu ciklus līdz 50 reizēm. (Sony nesniedza sīkāku informāciju par to, kā Reon Pocket atrisina šo problēmu.)

[Foto: Deivids Bailots/UC San Diego Jacobs Engineering School]

Tikmēr akadēmiskie pētnieki arī pēta veidus, kā Peltjē efektu var izmantot valkājamu priekšmetu radīšanai. Kalifornijas universitātē Sandjego, mašīnbūves un materiālu zinātnes profesors Renkuns Čens un viņa komanda izveidoja valkājamu plāksteri kas izmanto līdzīgu tehnoloģiju, lai nodrošinātu tūlītēju dzesēšanu.

Elastīgais plāksteris, kura izstrāde bija finansē Enerģētikas departaments , ir gudrs dizains, kas joprojām izmanto termoelektrisko efektu dzesēšanai, bet neprasa siltuma izlietni, jo plāksterim ir izolācijas slānis starp plākstera malu, kas atrodas pret lietotāja ādu, un plākstera pusi, kas izstumj siltumu ārā. Čena mērķis ir galu galā iepīt plāksteri apģērbā, kas varētu palīdzēt cilvēkiem, piemēram, celtniekiem, kuri strādā ārpus telpām ekstremālos apstākļos, lai gan viņa darba prototipu var turēt blakus ādai, izmantojot aproci. Viņš risina sarunas ar vairākiem apģērbu ražošanas uzņēmumiem un cer dažu gadu laikā šo tehnoloģiju komercializēt.

[Foto: Deivids Bailots/UC San Diego Jacobs Engineering School]

Viens no mūsu plāniem ir izveidot lielāku dzesēšanas plāksteri cilvēkiem, kuriem ir steidzamākas vajadzības, jo īpaši veselības stāvoklis, saka Čens, atsaucoties uz to, kā dzesēšanas plāksteri varētu palīdzēt cilvēkiem, kuriem ir karstuma viļņi. Un mēs pakāpeniski izgatavosim sarežģītākus produktus, piemēram, integrējot īpašās drēbēs.

kāpēc mans stimuls kavējas

[Foto: Deivids Bailots/UC San Diego Jacobs Engineering School]

Lai gan termoelektriskās īpašības ir viena no galvenajām valkājamo gaisa kondicionētāju izpētes iespējām, daži jaunizveidotie uzņēmumi izskata dažādas metodes, lai izveidotu personalizētu dzesēšanu. Startēšana Mobilais komforts , kas komercializē Merilendas universitātes pētījumus par pārnēsājamo gaisa kondicionēšanu, izstrādā mobilo gaisa kondicionētāju ar nosaukumu RoCo, kas izskatās gandrīz kā liels gaisa attīrītājs, un tā augšpusē ir atvere, kas pūš aukstu gaisu pret lietotāju.

Bet, lai gan RoCo izmanto mazākos pieejamos kompresorus (sūkņus, kas pārvieto siltu gaisu ārpus jūsu mājas), lai radītu vēsu gaisu, tas izmanto to pašu procesu kā tradicionālais gaisa kondicionieris. Bet tai nav nepieciešama ventilācija, kas parasti nepieciešama gaisa kondicionēšanai. Tā vietā iekārta izmanto gudru siltuma izlietni: fāzes maiņas materiālu vai vielu, kas var mainīt savu fizisko formu, pamatojoties uz enerģijas daudzumu. Ledus ir viens no fāžu maiņas materiāla piemēriem: uzklājot tam siltumu, tas lēnām pāriet no cietas vielas uz šķidrumu. Bet, lai gan ledus izkausēšanai nepieciešams daudz mazāk enerģijas nekā sasalšanai, Mobile Comfort izvēlējās fāzes maiņas materiālu, kuram ir nepieciešams daudz lielāks enerģijas daudzums, lai mainītu stāvokli no cietas uz šķidrumu. Tā vietā, lai izpūstu karstu gaisu no gaisa kondicionēšanas iekārtas aizmugures, RoCo prototips tā vietā ievelk visu siltumu, ko tas rada šajā materiālā, ko sauc par treknu spirtu, kas lēnām kūstot absorbē siltumu.

[Foto: Mobile Comfort]

Tas ļauj ierīcei darboties apmēram astoņas stundas. Šajā laikā RoCo izmanto kameru, lai izsekotu, kur lietotājs atrodas telpā, un tas griežas 360 grādos, lai sekotu, kurp persona dodas, izpūšot vēsu gaisu caur atveri ierīces augšdaļā, lai tā pastāvīgi atdziest. Kad persona atstāj telpu, iekārta automātiski izslēdzas. Kad ierīce galu galā izlieto visu savu siltuma izlietni, lietotājam ir jāmaina process: tas aizņem dažas stundas, bet viss, kas jums jādara, ir iestatīt to, lai atbrīvotu saglabāto siltumu, kamēr neesat istaba. Tas varētu likties neproduktīvi, taču uzņēmums apgalvo, ka šī procesa laikā prototips rada tikai tādu pašu siltuma daudzumu kā divas ieslēgtas lampas.

Mobile Comfort sadarbojas ar lielais gaisa kondicionētāju ražotājs Daikin , un pētījumu sākotnēji finansēja Enerģētikas departaments ar domu, ka cilvēki kādu dienu varētu izmantot ierīci, lai ietaupītu rēķinus par enerģiju. Domāšanas process bija un ir tāds, ka, palielinot termostata iestatīto vērtību līdz kaut kam nedaudz siltākam nekā ērtam un pēc tam to lietojot papildu dzesēšanai, tiks ietaupīts milzīgs enerģijas daudzums, saka Tods Stāvs, Mobile Comfort izpilddirektors.

Tomēr, lai gan Stave atklāja, ka patērētāji Āzijā un Eiropā, kur centrālais gaisa kondicionētājs ir retāk izplatīts, viņa tirgus izpētes laikā parasti bija apmierināti ar šo ideju, ASV patērētāji to nebija. Cilvēkiem Ziemeļamerikā nerūp enerģijas izmaksas - viņš saka, ka tas ir pārāk lēts. Tāpēc viņi to izmantos vietās, kur gaisa kondicionieris agrāk nebija: terase, baseina klājs, garāža.

RoCo ir tālu no plauktu nonākšanas: Stave mērķis ir sākt ražošanu 2021. gadā. Iespējams, līdz tam laikam ASV enerģija būs dārgāka. Tajā brīdī atrast veidus, kā izvairīties no tradicionālo gaisa kondicionētāju izmantošanas, var būt praktisks veids, kā ietaupīt nedaudz naudas par enerģijas izmaksām. Mazāki, efektīvāki gaisa kondicionieri, piemēram, RoCo, vai ar termoelektriski darbināmi valkājamie apģērbi, piemēram, Embr un Reon kabata, varētu izjaukt šo apburto loku ar enerģiju izsalkušajiem gaisa kondicionieriem, kas veicina ārkārtēju karstumu, kas savukārt pārliecina vairāk cilvēku ieslēgt A/ C, lai paliktu ērti. Tā vietā viņi varētu palīdzēt cilvēkiem ietaupīt enerģiju, vienlaikus saglabājot vēsumu, pat ja ārā ir karsts.