Дослідники Університету науки і технологій імені короля Абдалли (KAUST) розробили систему охолодження без компресорного циклу – NESCOD (No Electricity and Sustainable Cooling on Demand). Система працює на основі ендотермічного розчинення аміачної селітри (NH₄NO₃) у воді та функціонує без підключення до електромережі
Принцип роботи системи
Аміачна селітра широко використовується у виробництві добрив. Процес її розчинення супроводжується інтенсивним поглинанням енергії з навколишнього середовища. Під час лабораторних випробувань температура робочого розчину знизилася з +25 °C до +3,6 °C за 20 хвилин. Результат отримано в лабораторних умовах – фактична ефективність системи залежить від об'єму приміщення, теплових надходжень та маси реагенту. Потужність охолодження досягає 191 Вт/м² – значення підтверджене даними оригінальної наукової публікації.
Оскільки система не використовує механічної енергії, традиційний показник COP до неї незастосовний – ефективність оцінюється через питому холодопродуктивність (до 191 Вт/м²).
Рис. 1. Зміна температури системи охолодження при розчиненні (a) чистої солі NH₄NO₃ та (b) солі NH₄NO₃/SVBS
Контур охолодження та контур регенерації фізично розділені. Це дозволяє виконувати регенерацію та охолодження окремо й у різний час.
Регенерація та замкнений цикл
Система відновлює властивості реагентів за допомогою сонячної енергії. Під впливом сонячного випромінювання вода випаровується з насиченого розчину. Сонячний дистилятор конденсує пару для повторного використання. Аміачна селітра кристалізується в окремому резервуарі. Система працює без втрат робочого середовища.
Рис. 2. Схематичне зображення системи NESCOD: (a) цикл охолодження та регенерації; (б) регенерація розчинених речовин за допомогою 3D-сонячного регенератора
Фізичне розділення контурів дозволяє використовувати акумульоване охолодження із затримкою в часі – у тому числі між сезонами. Регенерація влітку, охолодження – за потребою.
Безпека аміачної селітри
Аміачна селітра належить до класу окиснювачів і є вибухонебезпечною речовиною за певних умов. Три ключові фактори ризику: підвищена температура, надлишковий тиск, контакт з горючими речовинами або паливом. Великі техногенні катастрофи – Техас 2013, Бейрут 2020 – пов'язані саме з порушенням умов зберігання цієї речовини.
Конструкція системи передбачає герметичний замкнений контур із матеріалів, стійких до окиснювального середовища, та виключає контакт реагенту з органічними матеріалами й джерелами займання. Комерційне впровадження потребує окремої сертифікації – чинна нормативна база України використання окиснювачів у цивільних інженерних системах не регулює.
Технологія перебуває на стадії прототипу. До появи відповідної нормативної бази її практичне застосування в цивільному будівництві залишається обмеженим.
Сфери застосування
Розробка орієнтована на об'єкти в регіонах з дефіцитом електроенергії. Технологія підходить для охолодження складів медикаментів та продуктів харчування в автономному режимі. В інженерних мережах України рішення може розглядатися як резервний метод підтримання температурного режиму критичних вузлів під час тривалої відсутності електропостачання.
Технічні характеристики та обмеження
| Параметр | Технічне обґрунтування |
| Енергоспоживання | Нульове. Система працює за рахунок хімічної енергії та сонячного випромінювання |
| Потужність охолодження | До 191 Вт/м² за даними лабораторних випробувань |
| Робоче середовище | Аміачна селітра як поширена промислова сировина |
| Регенерація | Повний цикл відновлення води та кристалів у замкненому контурі |
| Сезонне накопичення | Фізичне розділення контурів дозволяє зберігати запас охолоджувальної здатності між сезонами |
| Клас небезпеки | Окиснювач. Потребує спеціальних конструкційних матеріалів та захисту від аварійних ситуацій |
| Залежність від сонячного випромінювання | Швидкість відновлення системи обмежена рівнем інсоляції |
Технологія орієнтована на спеціалізовані сценарії застосування – насамперед у регіонах із нестабільним електропостачанням. Вона не замінює чилери в системах HVAC з високим тепловим навантаженням.
Джерело: Wang W. et al. Conversion and storage of solar energy for cooling. Energy & Environmental Science
Часті запитання (FAQ) про систему охолодження NESCOD
Який принцип роботи системи пасивного охолодження NESCOD?
Система базується на ендотермічній реакції розчинення аміачної селітри у воді, що супроводжується інтенсивним поглинанням енергії. Під час лабораторних випробувань цей процес дозволив знизити температуру робочого розчину з +25 °C до +3,6 °C всього за 20 хвилин. Оскільки система працює за рахунок хімічної енергії, вона не потребує підключення до електромережі.
Яку потужність охолодження забезпечує технологія на основі аміачної селітри?
Питома холодопродуктивність системи NESCOD досягає 191 Вт/м² згідно з даними оригінальної наукової публікації дослідників KAUST. Фактична ефективність у реальних умовах залежить від маси використовуваного реагенту, об'єму приміщення та наявних теплових надходжень. Традиційний показник COP до цієї установки не застосовується через відсутність механічної енергії.
Як відбувається регенерація реагентів у системі NESCOD?
Відновлення властивостей робочого середовища відбувається у замкненому циклі за допомогою сонячної енергії. Під впливом випромінювання вода випаровується з розчину, після чого сонячний дистилятор конденсує пару для повторного використання, а аміачна селітра кристалізується. Фізичне розділення контурів охолодження та регенерації дозволяє відновлювати реагенти влітку, а використовувати холод за потреби.
Чи є безпечним використання аміачної селітри в інженерних системах?
Аміачна селітра є окиснювачем і може бути вибухонебезпечною при контакті з пальним, під впливом високого тиску або температур. Для мінімізації ризиків конструкція передбачає герметичний контур із матеріалів, стійких до агресивного середовища, що виключає контакт із джерелами займання. Наразі технологія перебуває на стадії прототипу, а нормативна база України поки не регулює використання таких речовин у цивільних мережах.
Де доцільно застосовувати систему NESCOD в умовах України?
Технологія орієнтована на об'єкти з дефіцитом або повною відсутністю електропостачання, такі як автономні склади медикаментів чи продуктів. В інженерних мережах України рішення може виконувати роль резервного методу підтримання температури критичних вузлів під час тривалих відключень світла. Система не є прямою заміною чилерів у будівлях із високим тепловим навантаженням.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 051
