Добавление многостенных углеродных нанотрубок (MWCNTs) к обычному хладагенту может снизить энергопотребление бытового холодильника почти на 30 % и уменьшить парниковый эффект, считают исследователи из Университета Йоханнесбурга в Южной Африке. Такая огромная экономия энергии была бы особенно желательна в странах с низким уровнем дохода, где часто происходит отключение электроэнергии и холодильники вынуждены работать от дорогих генераторов.
Принцип работы холодильников
Обычный холодильник работает, перекачивая хладагент по замкнутой системе. Хладагент расширяется из жидкости в газ, а затем сжимается, чтобы снова стать жидкостью – процесс, требующий электрической энергии, которая приобретается путем охлаждения окружающей среды на холодной стороне системы. Это тепло затем выделяется на горячей стороне, когда газ конденсируется обратно в жидкость.
Многие бытовые и даже промышленные холодильники используют в качестве хладагента химическое вещество под названием R134a. Также известный как тетрафторэтен, R134a имеет химическую формулу CF3CH2F и относится к семейству гидрофторуглеродных хладагентов. Хотя он не горюч и обладает низким озоноразрушающим потенциалом (ОРС) по сравнению с хлорфторуглеродами и гидрохлорфторуглеродами (оба из которых были постепенно выведены из потребления в 1990-е годы), он обладает высоким потенциалом глобального потепления (ПГП). По этой причине для его замены ищут другие хладагенты.
Замена R134a на смесь R600a/MWCNT
Исследователи под руководством Даниэля Мадиры изучали альтернативный хладагент под названием R600a, или изобутан. Этот химикат имеет низкий ПГП, а также низкий ОРС и начинает заменять R134a в новых холодильных установках, особенно в бытовых и легких коммерческих системах, таких как холодильники, морозильные камеры и дозаторы напитков.
Чтобы повысить эффективность охлаждения R600a, исследователи дозировали его с 0,4 г/л до 0,6 г / л MWCNTs в минеральной масляной смазке. Затем они извлекли R134a и его компрессорное масло из бытового холодильника (который был изготовлен для работы со 100 г R134a) и подали свою новую смесь R600a/MWCNT на вход компрессора холодильника.
Тесты производительности, проведенные командой Университета энергетики Йоханнесбурга, показали, что холодильник охлаждался быстрее при работе на R600a/MWCNTs и имел пониженную температуру испарения -11 °C через 150 минут.
«Это ниже, чем -8 °C для R134a, – объясняет специалист. – Это также превышает стандарт ISO 8187, который требует -3 °C в течение 180 минут».
На 29 % меньше энергопотребления
Йоханнесбургская команда обнаружила, что их модифицированный нанотехнологией прибор потребляет на 29 % меньше энергии, чем тот, который использует R134a. Это цифра, которую называют «значительным приростом энергии для пользователей, особенно для семей с низким доходом». Отмечается, что как снижение энергопотребления, так и результирующее улучшение производительности охлаждения обусловлены наночастицами, которые не только улучшают теплопроводность хладагента, но и уменьшают трение и износ парового компрессора холодильника.
Уменьшение трения, в свою очередь, увеличивает скорость теплопередачи и уменьшает мощность накачки, необходимую компрессору для эффективной работы. Предыдущие работы других групп также показали снижение энергопотребления, когда хладагенты, изготовленные из воды или этиленгликоля, были дозированы частицами MWCNT аналогичным образом.
Не пытайтесь сделать это дома
Несмотря на потенциальное повышение эффективности охлаждения, специалисты не советуют просто заменять хладагент в вашем холодильнике на R600a, это должен сделать обученный техник, потому что R600a, в отличие от R134a, легко воспламеняется. Кроме того, в то время как некоторые производители холодильников начали коммерциализировать приборы, использующие R600a, они используют не более 150 г материала в домашнем холодильнике. В своей работе исследователи применяли от 50 до 70 г, чтобы оставаться в пределах параметров безопасности.
