آینده‌ای نو در سیستم‌های برودتی

گرمای شدید، مرگبارترین رخداد آب و هوایی سیاره زمین است. تنها در آمریکا، تعداد تلفات حاصل از گرما به‌طور سالانه بیش از مجموع تلفات سیل‌ها، گردبادها و توفان‌ها است. با بدتر شدن تغییرات آب و هوایی، دسترسی به فضاهایی که به طور مصنوعی خنک می‌شوند به سرعت در حال تبدیل شدن به ضرورتی برای سلامت ونیازهای اولیه انسانی هستند اما آیا می‌توانیم بی‌محابا به استفاده از تجهیزات برودتی دامن بزنیم؟ 

 

سیستم‌های سرمایشی استاندارد ما را در چرخه‌ای معیوب گرفتار کرده‌اند؛ هرچه گرم‌تر باشد، افراد بیشتری از سیستم‌های سرمایشی (نظیر کولر گازی) استفاده خواهند کرد و در نتیجه میزان مصرف انرژی بالاتر می‌رود و انتشار گازهای گلخانه‌ای افزایش می‌یابد. نیکول میراندا، مهندسی که درحال تحقیق درمورد سرمایش پایدار در دانشگاه آکسفورد است در این رابطه می‌گوید: «ما در چرخه‌ای معیوب هستیم و روند این چرخه درحال گسترش است.» 

براساس داده‌های آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در سال ۲۰۱۸ میلادی، سیستم‌های سرمایشی بیشترین منبع مصرف انرژی در ساختمان‌ها بوده‌اند. بر اساس مشاهدات، آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که تقاضای انرژی سالانه در سراسر جهان برای خنک‌سازی تا سال ۲۰۵۰ بیش از سه برابر خواهد شد. این یعنی افزایش بیش از ۴۰۰۰ تراوات ساعت انرژی که تقریبا معادل میزان مصرف انرژی در کل آمریکا در یک‌سال است. در نتیجه آشکار است که انسان‌ها نمی‌توانند با فناوری تهویه و خنک‌سازی هوای کنونی که نزدیک به یک قرن است از آن استفاده می‌کنند، از تاثیر منفی بیشتر بر تغییرات آب و هوایی پیشگیری کنند.

نیهار شاه، مدیر برنامه راندمان خنک‌کننده جهانی در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، می‌گوید: «حدود ۸۰ درصد از تابش‌های تاثیرگذار در گرمایش جهانی حاصل از مصرف انرژی سیستم‌های سرمایشی است.» او توضیح می‌دهد: «اخیرا فعالیت‌های زیادی برای افزایش کارایی انرژی کمپرسورها و مبدل‌های حرارتی که بخشی از طرح‌های استاندارد خنک‌کننده‌ها هستند، انجام شده است. با این حال، پروژه‌های جاه‌طلبانه‌تر با هدف تاثیرگذاری بیشتر این مؤلفه‌ها در جریان است.»

سیستم‌های سرمایشی استاندارد با سازوکار نسبتا ناکارآمدی به‌طور همزمان هوا را خنک و رطوبت‌زدایی می‌کنند. نیهار شاه در این رابطه توضیح می‌دهد: «سامانه‌های برودتی برای متراکم کردن آب موجود در هوا، هوا را بیش از حد خنک می‌کنند. بنابراین بسیاری از طرح‌های جدید فرآیندهای رطوبت‌زدایی و خنک‌سازی را از هم جدا می‌کنند که از نیاز به خنک‌سازی بیش از حد برای رطوبت‌زدایی جلوگیری می‌کند.» 

البته روش‌های کارآمدتری هم توسعه یافته‌ است؛ گروه‌های تحقیقاتی، از جمله تیم cSNAP دانشگاه هاروارد، نوعی سامانه سرمایشی را طراحی کرده‌اند که از یک سد آبگریز برای انجام خنک‌سازی تبخیری و در عین حال جلوگیری از عبور رطوبت استفاده می‌کند. جاناتان گرینهام، استادیار معماری در هاروارد و یکی از طراحان اصلی این سامانه می‌گوید: «ما انتظار داریم این روش خنک‌سازی ۷۵درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی به همراه داشته باشد.»

در همین حال، شرکتی در ایالت فلوریدای آمریکا در حال آزمایش نوعی سامانه تهویه مطبوع تجاری است که هم بر پایه نوعی ماده خشک‌کننده (محلول نمک مایع) و هم بر پایه خنک‌کننده تبخیری است. دانیل بتز، مدیرعامل شرکت، توضیح می‌دهد: «این طرح هوا را رطوبت‌زدایی می‌کند و سپس آن را به دو جریان مجاور تقسیم می‌کند. هوا در یک جریان مستقیما با وارد کردن مجدد رطوبت و تبخیر خنک می‌شود. جریان هوای دیگر خشک نگه داشته شده و با عبور از دیواره آلومینیومی نازک که سرما اما نه رطوبت را از جریان اول می‌کشد، خنک می‌شود. سپس ماده خشک کننده نمک مایع با کمک نوعی پمپ حرارتی از مسیر عبور می‌کند تا دوباره شارژ شود. برای به حداکثر رساندن بازدهی، پمپ حرارتی را می‌توان در شب، زمانی که شبکه برق کمترین فشار را متحمل است، راه‌اندازی کرد و ماده خشک‌کن را برای استفاده در گرم‌ترین قسمت روز ذخیره کرد.» او ادعا می‌کند که براساس آزمایش‌های میدانی این شرکت، مصرف انرژی ۵۰ تا ۹۰ درصد کاهش پیدا می‌کند.

حتی با وجود برخی از بهترین فناوری‌های موجود، بهبود بهره‌وری به تنهایی ممکن است برای جبران افزایش قابل پیش‌بینی در استفاده از سامانه‌های سرمایشی کافی نباشد. بر اساس بهترین مدلسازی‌های رایانه‌ای انجام شده، آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که خنک‌سازی در سراسر جهان در ۲۵ سال آینده ۵۰درصد انرژی بیشتری نسبت به اکنون نیاز خواهد داشت. جایگزین کردن هر کولر گازی موجود با تجهیزات پیشرفته‌تر کار ساده‌ای نخواهد بود. شاید در وهله اول تغییر استراتژی در ساخت ساختمان‌ها برای بهره‌گیری هرچه بیشتر از هوای خنک روش مناسب‌تری برای ایستادگی در برابر افزایش مصرف انرژی و دامن زدن هرچه بیشتر به گرمایش زمین باشد؛ مشابه آنچه سال‌ها پیش در معماری ایرانی به شکل بادگیرها، سرداب‌ها و یخچال‌های خشتی مورد استفاده قرار می‌گرفت. 

 

منبع: scientificamerican.com