Автор AZoNano 1 июня 2020

Ученые успешно использовали более энергоэффективный хладагент R600a вместо экологически вредного и широко используемого R134a. Такой подход может снизить мощность, потребляемую домашними холодильниками, на 29% и одновременно повысить холодопроизводительность.

Исследователи дозировали хладагент R600a с многостенными углеродными нанотрубками (MWCNT). По словам инженера из Йоханнесбургского университета, обученные техники могут выполнить замену хладагента в полевых условиях.

Это первый в своем роде тест на хладагенты, дозированный наночастицами, который был недавно опубликован в Energy Reports журнале открытого доступа. Благодаря этим результатам исследования домашнее охлаждение может стать более доступным для семей с низким доходом.

R134a – один из наиболее широко используемых хладагентов в промышленных и бытовых холодильниках – может безопасно использоваться в нескольких применениях, поскольку он не воспламеняется. Но этот хладагент, как известно, обладает высоким потенциалом глобального потепления, что способствует изменению климата.

Кроме того, это заставляет оборудование, такое как кондиционирование воздуха, морозильные камеры и холодильники, использовать большое количество электрической энергии. Такое потребление энергии еще больше способствует изменению климата.

В то же время, благодаря более энергоэффективному хладагенту, можно получить относительно более низкие счета за электроэнергию. Это означает, что энергетическая безопасность может быть повышена для уязвимых домохозяйств. Более того, улучшенное управление на стороне спроса и лучшая экономия энергии могут помочь планировщикам в энергетических компаниях, поскольку охлаждение отвечает примерно за 40% спроса на энергию.

Наночастицы увеличивают снижение мощности

Этиленгликоль и вода использовались для изготовления наноэкологичных хладагентов. Исследования, проведенные в прошлом, продемонстрировали снижение потребления энергии при наноохлаждении, в котором хладагенты дозировались с наночастицами MWCNT. Кроме того, наночастицы привели к снижению износа и трения на компрессорах паров прибора.

Однако, воздействие MWCNT на углеводородные хладагенты, такие как R600a, не было проверено в более ранних исследованиях.

В новом исследовании группа исследователей из Йоханнесбурга проверила замену R134a – экологически вредного хладагента, встроенного в домашний холодильник, который был создан для работы с 100 г R134a. Исследователи использовали R600a – более энергоэффективный хладагент, дозируемый наночастицами MWCNT, – вместо R134a.

Уменьшает потребление электроэнергии более чем на четверть

Хладагент R134a, а также его компрессорное масло из бытового холодильника были удалены учеными. Затем команда применила новый хладагент под названием R600a и добавила в него MWCNT. В этом случае минеральное масло использовалось в качестве смазки. Последняя смесь была впоследствии подана в холодильник, и, наконец, были проведены тесты производительности.

Исследователи заметили, что хладагент R600a-MWCNT привел к относительно лучшей охлаждающей способности и производительности холодильника.

Холодильник охлаждался быстрее и имел гораздо более низкую температуру испарения -11 градусов по Цельсию через 150 минут. Это было ниже, чем −8 градусов по Цельсию для R134a. Он также превысил стандарт ISO 8187, который требует – 3 градуса Цельсия за 180 минут .

Д-р Даниэль Мадейра, факультет машиностроения, Университет Йоханнесбурга

« Использование электроэнергии снизилось на 29% по сравнению с использованием R134a. Это значительное повышение энергоэффективности для пользователей холодильников, особенно для тех, кто получает низкий доход », – добавил д-р Madyira.

Согласно Madyira, выбор наночастиц MWCNT имеет решающее значение для достижения этих преимуществ.

MWCNT необходимо иметь размер частиц нанометрового размера, который чрезвычайно мал. Частицы также должны уменьшать трение и износ, предотвращать коррозию и засорение и демонстрировать очень хорошую теплопроводность .

Д-р Даниэль Мадейра, факультет машиностроения, Университет Йоханнесбурга

Управление воспламеняемостью

Однако новая смесь хладагентов представляет потенциальную опасность. Хладагент R600a является легковоспламеняющимся, в отличие от R134a. И наоборот, он обладает низким потенциалом глобального потепления и является более энергоэффективным. Несколько производителей холодильников уже внедрили производство с хладагентом R600a, и эти приборы имеются в продаже.

« Для безопасной замены в домашнем холодильнике следует использовать не более 150 г R600a », – добавил доктор Мадейра. « Перед заменой холодильник использовал 100 г газа R134a. Мы заменили это на 50–70 г R600a, чтобы не выходить за пределы параметров безопасности ».

Д-р Madyira предупредил, что эта замена не должна быть предпринята неподготовленным человеком, а должна быть подготовлена ​​технологом или техническим специалистом по холодильной технике.

Процедура замены

В качестве компрессорного масла используется минеральное масло. Это должно быть смешано с рекомендуемой концентрацией. Магнитная мешалка и ультразвуковой аппарат необходимы для перемешивания и гомогенизации ингредиентов в смеси. Затем смесь можно вводить в компрессор. После этого R600a можно заправлять в компрессор холодильника, стараясь при этом не использовать более 150 г газа .

Д-р Даниэль Мадейра, факультет машиностроения, Университет Йоханнесбурга

Потребители могут сэкономить много денег с гораздо более энергоэффективным хладагентом, таким как смесь R600a-MWCNT. Это также принесет пользу уязвимым семьям, живущим в жарком климате в развивающихся странах.

В большинстве стран работники с низкими доходами полагаются на домашние морозильники и холодильники, чтобы безопасно хранить большие объемы продовольствия. Это значительно снижает риск потери пищевых продуктов из-за риска пищевого отравления или порчи из-за неправильного хранения продуктов. По словам доктора Мадейры, такие приборы стали необходимостью и больше не являются роскошью.

Без холодильников люди могут быть склонны покупать еду ежедневно, в небольших количествах и при относительно более высоких затратах. Поскольку ежедневная покупка продуктов питания больше не требуется, транспортные расходы и время, необходимое для ее покупки, также могут быть относительно ниже.

С охлаждением также становится возможным безопасное хранение большего количества различных видов продуктов питания, таких как свежие овощи и фрукты. Лекарства, нуждающиеся в охлаждении, можно хранить дома. Такой подход может обеспечить более сбалансированное питание и питание и привести к улучшению физического здоровья домохозяйства с низким уровнем дохода.

Энергосистема по-прежнему правила для холодильников с низким доходом

С точки зрения устойчивости может оказаться желательным запускать большинство домашних морозильных камер и холодильников от солнечной энергии. Но резервные батареи, солнечные батареи и холодильники постоянного тока (DC) все еще слишком дороги для многих семей с низкими доходами в регионах, обслуживаемых энергосистемами.

Энергоэффективные холодильники переменного тока (AC), работающие от электросети, могут быть более экономически эффективными для большинства людей. С хладагентом R600a-MWCNT дополнительное снижение потребляемой мощности может еще больше снизить затраты.

Охлаждение для всех против управления на стороне спроса

В связи с тем, что все большее число малых предприятий и семей с низкими доходами переходят на кондиционирование воздуха, холодильники и холодильники, работающие от сети, спрос на электроэнергию необходимо лучше регулировать.

В Южной Африке, где проводилось это последнее исследование, энергосистема, эксплуатируемая государством, сталкивается с огромными проблемами в постоянном удовлетворении потребности в энергии. В качестве меры управления энергопотреблением на стороне потребления были приняты продолжительные отключения электроэнергии, называемые отключением нагрузки.

Сокращение более четверти потребляемой мощности морозильных камер, холодильников и кондиционеров может высвободить энергоснабжение страны для повышения энергетической безопасности.

Журнал Ссылка:

Бабаринд Т., и соавт. (2020) Оценка энергетической эффективности R600a / MWCNT-нанолубрикант в качестве замены R134a в системе бытовых холодильников. Энергетические отчеты. doi.org/10.1016/j.egyr.2019.11.132.

Источник: https://www.uj.ac.za/