Projekt nanoCOOL

System klimatyzacyjny nowej generacji, łączący konwencjonalny system chłodzenia z innowacyjnym systemem kontroli wilgotności.

Nowoczesna konstrukcja budynków biurowych i użyteczności publicznej wymaga stosowania wentylacji i klimatyzacji. Niektóre budynki, jak na przykład szpitale, muszą być dodatkowo stale monitorowane pod kątem czystości mikrobiologicznej. Chłodzenie i ogrzewanie pomieszczeń oraz podgrzew ciepłej wody pochłania szacunkowo około połowy całkowitej energii zużywanej w budynkach. Według różnych badań budynki są odpowiedzialne za 40% światowego zużycia energii i są istotnym źródłem emisji dwutlenku węgla (CO2).

Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat powszechność stosowania kontrolerów temperatury i wilgotności powietrza bardzo przybrała na sile. Zjawisko to jest związane bezpośrednio ze wzrastającym komfortem życia społeczeństw rozwiniętych technologicznie, a co za tym idzie, z potrzebą posiadania komfortowych warunków pracy, rekreacji czy możliwości wygodnego dokonywania zakupów. Drugim czynnikiem jest znaczny wzrost ilości czasu spędzanego w zamkniętych pomieszczeniach w stosunku do ubiegłych lat. Spowodowane jest to szybkim rozwojem aglomeracji oraz ciągłym zwiększaniem ilości miejsc pracy w budynkach. Można przypuszczać, że tendencja ta nie tylko się utrzyma, ale również będzie wzrastać. Systemy klimatyzacyjne mogą zatem stanowić ważny obszar umożliwiający obniżenie ogólnego zużycia energii, poprawy bezpieczeństwa energetycznego i zmniejszenia emisji CO2, pod warunkiem zmiany mechanizmu chłodzenia i nawilżania powietrza.

Założenia projektu nanoCOOL

W odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku, w 2012 roku powstał innowacyjny projekt o nazwie nanoCOOL. Jest to projekt europejski, realizowany w ramach siódmego programu ramowego UE. Projekt jest koordynowany przez firmę Tecnalia (Fundacion Tecnalia Research & Innovation, Hiszpania), a jego konsorcjantami są następujące organizacje: Czechy: FENIX TNT, Niemcy: SGL CARBON, Izrael: TECHNION, Włochy: D’APPOLONIA, DECSA, POLITECNICO DI TORINO, STAM, Polska: RIDAN, Hiszpania: AIRLAN, UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI, Tajwan: NATIONAL TAIWAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY. Projekt zostanie planowo ukończony w 2016 roku, a jego celem jest opracowanie energooszczędnego, wydajnego systemu klimatyzacyjnego, z niezależnym układem kontroli temperatury i wilgotności, wykorzystującego połączenie konwencjonalnego systemu chłodzenia z systemem opartym na ciekłym osuszaczu.

W ramach projektu, na bazie matematycznego modelu stworzonego dzięki programowi EES, zaprojektowano absorber, w którym następuje kontakt ciekłego osuszacza z powietrzem. Zaprojektowano także regenerator ciekłego osuszacza, niskotemperaturowy wymiennik ciepła (współpracujący z cieczą roboczą jaką jest wodny roztwór chlorku litu), będący jednym z głównych komponentów obiegu ciekłego osuszacza oraz niezależny system kontroli obu części systemu. Wszystkie zaprojektowane części składowe połączono w unikalny, pełny system klimatyzacyjny.

Większość aktualnie stosowanych systemów klimatyzacyjnych wykorzystuje ten sam mechanizm zarówno do obniżania temperatury powietrza jak i do usuwania wilgoci. Zwykle, taki podwójny system jest mało efektywny. Zaproponowany innowacyjny system nanoCOOL wykorzystujący Hybrydowe Ciekłe Osuszacze (HCO) do kontroli wilgotności powietrza oraz konwencjonalny system kondensacji par do kontroli temperatury może być rozwiązaniem skutecznie obniżającym zużycie energii oraz emisję CO2.

Obecnie stosowane systemy tego rodzaju posiadają jednak pewne wady. Ciekły osuszacz jest regenerowany przez podgrzewanie, dzięki czemu traci zaabsorbowaną wodę. Ogrzewanie jest reakcją endotermiczną, która wymaga dostarczenia energii ze źródeł zewnętrznych, aczkolwiek może to być energia „ekologiczna”, pochodząca ze źródeł takich jak gaz ziemny czy kolektory słoneczne. Ponadto najbardziej skuteczne ciekłe osuszacze powodują korozję niemal wszystkich stopów metali stosowanych jako materiały konstrukcyjne. Jest to poważna wada, stanowiąca barierę dla wprowadzenia systemów HCO na rynek.

Projekt nanoCOOL rozwiązuje część wymienionych problemów poprzez opracowanie innowacyjnego systemu wykorzystującego nowy HCO, mogący pracować efektywnie zarówno w obiektach prywatnych jak i komercyjnych. W projekcie nanoCOOL ciepło wydzielane z jednostki kondensującej pary regeneruje osuszacz.

Taki mechanizm znacznie zwiększa sumaryczną wydajność systemu nanoCOOL, powodując spadek zużycia energii do około 55% energii stosowanej w konwencjonalnych systemach. Związkiem wykorzystanym jako osuszacz jest chlorek litu (LiCl) w roztworze wodnym. Ma on odpowiednie właściwości, aby stanowić osuszacz nowej generacji. Jego jedyną wadę stanowi fakt, że wodny roztwór ma właściwości korozyjne, z powodu generowania dużej ilości chlorków, co w znaczący sposób zostało ograniczone w projekcie nanoCOOL poprzez zastosowanie efektywnych demisterów...  

Michał SMYCZYŃSKI, Ewa SZMIDT