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Utiliser la chaleur pour refroidir les bâtiments
Il pourrait bientôt être plus pratique de refroidir les bâtiments à l'aide de chauffe-eau solaires et de la chaleur résiduelle des générateurs. C'est à cause de nouveaux matériaux poreux développés par des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory. Ces matériaux peuvent améliorer un processus appelé refroidissement par adsorption, qui peut être utilisé pour la réfrigération et la climatisation.
Compresse chaude : Un affichage lors d'une conférence montre un nouveau matériau (vert clair) emballé dans une mousse métallique. Le matériau est utilisé pour améliorer une technologie qui utilise l'énergie thermique pour piloter un processus de refroidissement.
Les refroidisseurs à adsorption sont trop gros et coûteux pour de nombreuses applications, telles que l'utilisation dans les maisons. Peter McGrail , qui dirige l'effort de recherche, prédit que les matériaux pourraient permettre aux refroidisseurs à adsorption d'être 75 % plus petits et moitié moins chers. Cela les rendrait compétitifs par rapport aux refroidisseurs conventionnels à compresseur.
Tous les réfrigérateurs et climatiseurs refroidissent en évaporant un réfrigérant, un processus qui absorbe la chaleur. Ils diffèrent par la manière dont ce réfrigérant est condensé afin qu'il puisse être réutilisé pour le refroidissement. Contrairement à la technologie à l'intérieur de la plupart des climatiseurs, qui utilise des compresseurs électriques pour comprimer mécaniquement le réfrigérant vaporisé, les refroidisseurs à adsorption utilisent la chaleur pour condenser le réfrigérant. Les refroidisseurs à adsorption sont généralement beaucoup moins efficaces que les refroidisseurs qui utilisent des compresseurs électriques, et sont encombrants et coûteux. Mais ils ont l'avantage d'être peu coûteux à exploiter, car ils nécessitent très peu d'électricité. Si vous avez de la chaleur perdue, vous pouvez la faire fonctionner gratuitement, dit McGrail.
Jusqu'à présent, ces refroidisseurs ont été limités aux applications où il y a beaucoup de chaleur perdue - comme les installations industrielles et les centrales électriques - ou où l'électricité n'est pas toujours disponible. Réduire leur taille et leur coût pourrait les rendre attrayants dans davantage d'applications, y compris dans les maisons, où ils pourraient fonctionner à l'aide de l'eau chaude provenant de chauffe-eau solaires, explique McGrail.
La clé est d'améliorer le matériau adsorbant solide. Dans un refroidisseur à adsorption, le réfrigérant évaporé est adsorbé - il adhère à la surface d'un solide, tel que le gel de silice. Le gel de silice peut contenir une grande quantité d'eau dans un petit espace - il agit essentiellement comme une éponge pour la vapeur d'eau. Lorsque le gel est chauffé, il libère les molécules d'eau dans une chambre. Au fur et à mesure que la concentration de vapeur d'eau dans la chambre augmente, la pression augmente jusqu'à ce que l'eau se condense.
McGrail remplace le gel de silice par un matériau d'ingénierie fabriqué en créant des structures nanoscopiques qui s'auto-assemblent en formes tridimensionnelles complexes. Le matériau est plus poreux que le gel de silice, ce qui lui donne une plus grande surface pour que les molécules d'eau s'y accrochent. En conséquence, il peut piéger trois à quatre fois plus d'eau, en poids, que le gel de silice, ce qui permet de réduire la taille du refroidisseur.
Le matériau se lie également moins fortement aux molécules d'eau. Cela réduit la quantité de chaleur nécessaire pour libérer les molécules d'eau, ce qui rend le processus plus efficace, et accélère le processus d'adsorption et de désorption de l'eau de 50 à 100 fois, ce qui contribue à réduire la taille du refroidisseur. Les matériaux fonctionnent également avec des réfrigérants autres que l'eau, ce qui étend la plage de température à laquelle le refroidissement est possible.
Étant donné que les refroidisseurs à adsorption actuels peuvent être deux ou trois fois plus gros que les refroidisseurs utilisant des compresseurs électriques, réduire de 75 % la taille des refroidisseurs à adsorption pourrait les rendre compétitifs, selon Yunho Hwang , professeur au Center for Environmental Energy Engineering de l'Université du Maryland. Les refroidisseurs pourraient être particulièrement utiles pour le refroidissement avec de l'eau chaude provenant de chauffe-eau solaires, car les refroidisseurs à adsorption peuvent utiliser la température relativement basse que ces appareils de chauffage produisent, dit-il.
Un défi pour de telles applications pourrait être de synchroniser la demande de refroidissement avec la production de chaleur. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'inclure un système de stockage de chaleur coûteux pour permettre au refroidisseur de fonctionner après le coucher du soleil.
Les chercheurs du PNNL ont reçu 2,54 millions de dollars de la Advanced Research Projects Agency for Energy pour démontrer le matériau dans un système de refroidissement. Dans le cadre de la subvention, ils ont trois ans pour optimiser les performances du matériau et l'intégrer dans un petit refroidisseur de démonstration.