07.06.2019
По мере того, как средняя температура на земле продолжает расти, те из нас, кто уже находится в теплом климате, могут испытывать все больший искушение включить кондиционер. Но традиционные кондиционеры являются огромными потребителями энергии: по данным Министерства энергетики, кондиционирование воздуха в жилых домах составляет 16 процентов от общего потребления электроэнергии.
Магнитные материалы
Однажды в недалеком будущем магнитные кондиционеры могут помочь нам поддерживать в наших домах прохладу, не повышая температуру снаружи. Традиционный кондиционер работает, меняя жидкий хладагент на газ (поглощая тепло от внешнего воздуха в процессе), затем сжимая и охлаждая газ, чтобы преобразовать его обратно в жидкость. Такие кондиционеры используют совершенно другой подход к охлаждению, используя магниты вместо компрессоров и хладагентов для охлаждения окружающего воздуха. Эти кондиционеры основаны на явлении, известном как магнитокалорический эффект. Магнитные материалы нагреваются, когда они подвергаются воздействию магнитного поля, а затем охлаждаются, когда поле удаляется. Магнитокалорический эффект был впервые обнаружен в образцах железа немецким физиком по имени Эмиль Варбург в 1881 году, но изменение температуры было слишком маленьким для любого практического применения. Однако в последние годы отдельные группы исследователей разработали магнитокалорические металлические сплавы, которые дают значительно больший магнитокалорический эффект при комнатной температуре.
Как будут работать кондиционеры?
Кондиционеры охлаждают воздух, быстро и многократно подвергая магнитокалорический материал магнитному полю. В одном прототипе, колесо, содержащее редкоземельный элемент гадолиний, вращается в поле неподвижного магнита. Когда диск вращается, сплав гадолиния нагревается, затем охлаждается при прохождении через зазор в поле, охлаждая воду, которая окружает его, когда он совершает поездку. В магнитном кондиционере сплав действует как «хладагент», а обычная старая вода обеспечивает теплопередачу, устраняя необходимость в гидрохлорфторуглеродах, используемых в традиционных кондиционерах. Хотя самые ранние магнитокалорические сплавы были либо токсичными, либо чрезмерно дорогими, новейшие магнитокалорические материалы являются экономически эффективными и экологически безопасными. Эти кондиционеры действительно требуют электричества, но двигатель, который вращает диск, содержащий магнитокалорический сплав, как ожидается, будет намного более эффективным, чем компрессор, необходимый для работы традиционного кондиционера. В дополнение к исследователям, упомянутым выше, несколько частных компаний, университетов и правительственных учреждений по всему миру изучают технологию магнитного охлаждения для промышленного и бытового применения, включая кондиционирование воздуха, охлаждение и климат-контроль.