Команда дослідників із Національної лабораторії «Еймса» Міністерства енергетики США заявила про створення магнітокалоричного теплового насоса (MCHP), який за вагою, вартістю та ефективністю не поступається сучасним компресійним тепловим насосам
Магнітокалоричні теплові насоси працюють без фреонів та інших газоподібних холодоагентів, тож давно розглядалися як перспективна альтернатива традиційним системам опалення та охолодження. Проте раніше такі пристрої були занадто громіздкими й дорогими для комерційного впровадження.
Американські фахівці оптимізували просторову структуру й матеріали пристрою, зменшили обсяг постійних магнітів та магнітної сталі, що дозволило наблизити вагу системи до сучасних компресорів.
Основні виклики магнітокалоричних насосів:
- Габарити: Традиційні магнітокалоричні насоси значно більші за парокомпресійні аналоги. Це ускладнює їх встановлення у квартирах, приватних будинках та невеликих комерційних приміщеннях.
- Вага: Велика маса обумовлена використанням постійних магнітів і магнітної сталі, що потребує додаткових кріплень або конструкційних рішень. Це збільшує витрати на транспортування та монтаж.
Принцип роботи магнітокалоричного теплового насоса базується на циклічному змінюванні магнітного поля, яке діє на магнітокалоричний матеріал, у поєднанні з прокачуванням теплоносія для переносу тепла. Основні елементи системи – це обертові постійні магніти, магнітокалоричний матеріал та магнітна сталь, яка концентрує поле.
Для експериментальних досліджень команда застосувала гадоліній, однак наголошується, що матеріали на основі лантану, заліза, кремнію та гідриду (LaFeSiH) мають ще більший потенціал за щільністю потужності. Водночас ці матеріали поки менш доступні та вимагають складніших рішень щодо поєднання різних матеріалів у єдиній системі.
«Ми змогли досягти щільності потужності, співставної з показниками деяких сучасних компресорів», — наголошує керівниця дослідження Джулі Слотер.
Матеріали конструкції насоса підібрані так, що основну масу становлять магніти та сталь – компоненти з помірною вартістю, тоді як дорогий магнітокалоричний матеріал використовується мінімально. Це позитивно впливає на підсумкову ціну пристрою.
Енергоефективність та перспективи
Магнітокалоричні насоси мають потенціал знизити енергоспоживання систем опалення та охолодження до 30%, повністю усуваючи ризики витоків фреону та інших парникових газів. Оптимізація конструкції дозволила досягти питомої потужності до 114 Вт/кг, що робить магнітокалоричні насоси конкурентоспроможними у діапазоні потужностей до 200 Вт при використанні гадолінію. При переході на матеріали класу LaFeSiH питома потужність може зрости до 1 кВт, а в перспективі — до 3 кВт.
Водночас питання ваги, логістики та складності монтажу залишаються актуальними. Збереження високої енергоефективності при масштабуванні системи — ще один виклик, який необхідно вирішити для серійного промислового виробництва.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 930 / 2025-03-07 11:12:20
