Банальные истины: как быстро бежит время, как быстро меняется мир вокруг нас, — оставаясь банальными, не перестают быть истинами. За последние двадцать лет мир в очередной раз изменился неузнаваемо: транспорт, архитектура, средства связи, общественные отношения… Современному молодому поколению трудно объяснить, как можно свободно обходиться без мобильной связи, без компьютера, без личного автомобиля.
Двадцать лет назад и кондиционеры являлись редкостью, причем даже на юге. Были они сравнительно простыми машинами для подачи охлажденного воздуха. То ли дело современные сплит-системы – мощные, бесшумные, с функциями глубокой очистки и увлажнения воздуха, работающие в широком диапазоне температур и интегрированные в системы «умного» дома! А что нас ждет в будущем, какие системы кондиционирования разрабатывают ученые и конструкторы в современных лабораториях ведущих фирм-производителей климатической техники?:
- В качестве примера нового подхода в разработке климатических систем можно назвать концепцию «интеллектуального» кондиционера, который способен самостоятельно формировать и поддерживать наиболее комфортную для людей среду. В отличие от привычных моделей кондиционеров, «заставляющих» людей непосредственно участвовать в создании нужного климата в помещении, «кондиционер будущего» возьмет все эти функции на себя.
Именно такой видят эволюцию систем кондиционирования в Технологическом и инновационном центре корпорации Daikin Industries, являющемся своего рода научно-исследовательским институтом и конструкторским бюро одного из крупнейших производителей кондиционеров в мире. В ближайшем будущем, возможно, большинство покупателей кондиционеров предпочтут пользоваться именно такими интеллектуальными системами.
Свой вариант «умного» кондиционера анонсировала компания Наіеr. Управление этим устройством полностью автоматизировано. Датчики определяют не только количество людей в помещении, но и их местоположение. Исходя из этих данных прибор сам подбирает оптимальный микроклимат и распределение воздушных потоков.
Кондиционеры будущего охладят человека, а не помещение
В будущем наши кондиционеры будут похожи на гиганстские облака тумана, перемещающиеся вслед за нами. Уже сегодня ученые из Senseable City-лаборатории Массачусетского технологического института создали прототип системы, направляющей прохладный воздух туда, где стоит человек. Идея такого эксперимента очень проста: зачем охлаждать пустое пространство, тратить энергию, которую можно расходовать точечно на каждого конкретного человека. Прототип нового кондиционера состоит из тонких алюминиевых стержней, прикрепленных к потолку. Стержни снабжены ультразвуковыми датчиками, способными с большой точностью определять местоположение человека и скорость его передвижения.
Данные этих датчиков поступают в центральную систему управления, используемую для запуска гидроклапанов и светодиодов в непосредственной близости от обнаруженной цели. На основании местоположения и скорости человека, система распыляет туман конкретно по цели. В традиционных же системах кондиционирования много энергии и воды расходуется для охлаждения больших, зачастую пустующих пространств.
В будущем, вероятно, кондиционеры примут новый облик и станут персонифицированными. Климатическая техника сейчас тратит слишком много энергии на охлаждение пустого пространства. Часть холода остается невостребованной, а энергия расходуется впустую. Персонифицированная система будет отслеживать движение человека и станет охлаждать пространство локально, в месте нахождения пользователей системы.
Команда студентов из Бразилии, занимающихся промышленным дизайном, разработала оригинальный многофункциональный кондиционер. Прототип под названием Twilight совмещает в себе функции кондиционера, очистителя воздуха и установки для ароматерапии. Интересной особенностью кондиционера является пластичный цветной OLED-экран, расположенный на лицевой стороне устройства.
Пользователь кондиционера Twilight имеет возможность самостоятельно задать необходимое сочетание температуры воздуха в помещении, его запаха и изображения на OLED-экране – это может быть любое фото или видеоряд.
Холодильное оборудование и системы кондиционирования воздуха потребляют значительную часть всей вырабатываемой электроэнергии и в современной мировой экономике. Поэтому одной из основных задач при эксплуатации кондиционеров является сокращение потребления электроэнергии.
Как сделать работу кондиционера более эффективной?
Один из путей повышения энергоэффективности кондиционеров – использование дешевой ночной электроэнергии. Для этого необходимо найти такое конструктивное решение, которое позволило бы тепловой машине ночью накапливать, аккумулировать холод, а днем его отдавать. Часто в качестве аккумулятора холода выступает лед. Имеются и другие варианты.
В частности, «Мицубиси Электрик» с середины 90-х годов создает кондиционеры, охлаждающие бетонные конструкции зданий.
Таких зданий, в большинстве своем офисных, сейчас немало в Японии. Ночью кондиционер работает, и потоки его воздуха направлены таким образом, чтобы охлаждать бетонные конструкции. В течение дня постепенно стены отдают накопленный холод помещениям.
Кондиционер при этом либо выключается, либо работает с малым потреблением электроэнергии. Разработки в этом направлении продолжаются. В основе работы большинства современных кондиционеров лежит свойство жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять его при конденсации.
- Инженеры ряда компаний ищут пути совершенствования кондиционеров на основе иных физических принципов. В частности, рассматривается возможность использовать термоэлектрический эффект, называемый эффектом Пельтье.
Элемент системы охлаждения/обогрева с использованием эффекта Пельтье.
Он проявляется в том, что если взять два разных металла и подать к ним напряжение, то один проводник станет теплым, другой – холодным. По такому принципу работают автомобильные холодильники. Несмотря на низкую холодопроизводительность таких машин, их несомненным достоинством является надежность и конструкторская простота, что в ряде случаев становится решающим фактором при выборе системы кондиционирования.
- Интересные разработки новых систем кондиционирования делают китайские инженеры. К ним можно отнести проект Blind Air Conditioner.
Это не кондиционер в привычном его виде, а специальные оконные жалюзи, являющиеся элементом системы климатического контроля. Главное достоинство Blind Air Conditioner в том, что он способен работать исключительно на солнечной энергии, что позволяет существенно сэкономить электрическую энергию: летний зной, от которого устройство защищает людей, питает кондиционер энергией.
Кроме того, китайские ученые разработали новую технологию производства гидрофобных поверхностей, которая поможет сделать такие кондиционеры еще совершеннее. Инженерам впервые удалось создать стойкий к повреждениям (в том числе и к действиям коррозии) нанорельеф. Водоотталкивающие поверхности, при производстве которых будет использоваться данная технология, будут обладать повышенной износостойкостью и более длительным сроком службы.
- Но революцию в технологии кондиционирования может произвести новый принцип охлаждения воздуха. В нем ключевым является колебательный метод преобразования жидкой воды в облака крошечных капель субмикронного размера при чрезвычайно малых энергетических затратах. Происходит процесс атомизации, за которым следует быстрое испарение капель с поглощением большого количества тепла из окружающей среды. Возникает интенсивный эффект охлаждения без использования компрессоров и теплообменных поверхностей, применяемых в современных системах. Этот метод открывает возможности значительного снижения стоимости и потребляемой энергии для процессов охлаждения.
- Система геотермального отопления/охлаждения дома с помощью теплового насоса:
Многие специалисты считают, что в будущем широкое распространение получат тепловые насосы. К 2020 году Европейский Союз намерен добиться 20%-ной экономии энергии только за счет использования систем отопления и охлаждения на основе тепловых насосов. Дело в том, что в Европе до 40% потребления энергии приходится на эксплуатацию зданий. Из этого объема почти 85% тратится на обогрев и охлаждение помещений и только 15% – на освещение. Поэтому в европейских странах на сегодняшний день вопрос отопления и охлаждения помещений, а также снабжения зданий горячей водой все чаще решается с помощью тепловых насосов, которые существенно потеснили и традиционные кондиционеры на основе сплит-систем, и отопительные газовые, жидко- и твердотопливные котлы.
Тепловые насосы были изобретены в 50-х годах ХХ века и в последние 15–20 лет получили широкое распространение в мире благодаря своей экономичности и высокой эффективности. Например, в одной Германии сегодня насчитывается около 80 заводов по производству тепловых насосов. Из них только компания Stiebel Eltron, занимая 20% рынка Германии, ежегодно выпускает и устанавливает около 60 тысяч тепловых насосов.
В России устанавливается пока только около 500 таких систем в год. Выбор системы отопления и кондиционирования на основе теплового насоса оправдан с многих точек зрения:
- Прежде всего можно назвать то, что система работает без газа, а его подключение, мягко говоря, проблематично само по себе. Часто альтернативой газовому является электрическое отопление и стандартное кондиционирование. Но при этом зимой оплата может составить очень весомую сумму.
- Затраты на обогрев с помощью теплового насоса в разы меньше плюс практически бесплатное кондиционирование летом.
Опосредованное, но значительное влияние на выбор систем обеспечения комфортной среды в домах будущего имеют материалы и конструкции домов.
Низкого уровня энергопотребления в рамках этого проекта удалось достичь благодаря использованию конструкций с теплоизоляцией из качественного вспененного пенополистирола.
В последнее время активно развиваются и проектируются так называемые пассивные дома (дома с высоким уровнем теплоизоляции, дома-термосы).Большой интерес представляет концепция активного дома. Активный дом с положительным энергобалансом– это здание, которое получает энергию из окружающей среды с помощью альтернативных источников в количестве, превышающем собственные нужды. Для минимизации энергопотерь и экономии ресурсов применяются лучшие технологии пассивных и «умных» домов.
«Активый дом» — наиболее прогрессивный на сегодняшний день в России проект энергоэффективного жилого дома.
Он объединяет три основных принципа концепции Active House – энергоэффективность, здоровый микроклимат и бережное отношение к природе. Качественная теплоизоляция и передовые строительные технологии обеспечивают минимальное энергопотребление (в 5 раз ниже СНиП), отопление и горячее водоснабжение дома предусмотрено через геотермальный тепловой насос и солнечные коллекторы, в доме большое количество дневного света (КЕО в 10 раз выше нормы), применяется гибридная вентиляция с рекуперацией тепла, солнечные батареи, система «умный дом». Все инженерные системы интегрированы в единую автоматизированную систему управления домом, которая измеряет и контролирует температуру, освещенность, уровень CO2 и влажности.
В заключение:
Даже короткий обзор источников, дающих информацию о будущем систем кондиционирования, показывает, что уже скоро мы будем иметь возможность использовать новые удобные, практичные и экономичные системы создания и поддержания комфортной среды в помещениях.