今日のメリーランド州

エンジニアが冷暖房技術を進歩させ、より環境に優しい未来を推進

マギー・ハスラム 2023年4月17日

メリーランド大学環境エネルギー工学センターの研究では、次世代のカーボンフリー技術を進歩させ、効率を向上させるために、冷暖房ユニットの基本的な部分に取り組んでいます。

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ああ、夏の音。オフィスの空調システムの心地よい音。 高層アパートを飾る旋回する窓ユニットのシンフォニー。 最後のアイスキャンディーを手に取るときの冷凍庫のため息。

うだるような日には、あなたの耳には音楽が、地球にとっては悲惨なことになる可能性があります。 国立再生可能エネルギー研究所の調査によると、エアコンだけで毎年 19 億 5,000 万トンの二酸化炭素が大気中に放出されており、温暖化する地球上で人口が増加し都市化するにつれて、この問題はさらに悪化すると予測されています。

エンジニアは数学を理解する必要はありませんが、解決策を見つけるにはエンジニアが必要になる場合があります。 メリーランド大学の環境エネルギー工学センターで進行中の研究は、ヒートポンプ、コンプレッサー、熱交換器、冷媒など、温室効果ガス排出の原因となるエネルギーを消費する強制空気の内部動作に革命をもたらし、それらをより小型、軽量、より効率的にし、再生可能。

「ほとんどの人は、冷暖房技術が炭素排出にとってどれほど重要であるかだけでなく、それが私たちの生活様式を維持するためにどれほど重要であるかを実際には知りません」と、同学科の同僚とともにセンターを指揮するヴィクラント・オーテ研究教授は述べた。機械工学博士: ミンタ マーティン ラインハルト レーダーマッハー教授とユンホ ファン研究教授。 「脱炭素化された未来には新しいテクノロジーが不可欠です。」

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国際エネルギー機関は、世界には 20 億台を少し超えるエアコンがあると推定していますが、地球のサーモスタットを少しずつ上げ続けているため、その数は 2050 年までに 55 億台に膨れ上がる予定です。 同じ期間内に温室効果ガス排出量実質ゼロを達成するという世界的な公約を果たしながら、社会がどのようにそれらに電力を供給するかは、次世代のカーボンフリー技術の進歩と効率の向上に努めているセンターの研究者にとって緊急の課題である。

「人々は新しいiPhoneに1000ドルを費やすだろうが、数百ドルの光熱費を節約できるより効率的なエアコンにそのような熱意を抱くのは難しい」とオーテ氏は言う。 「エアコンのiPhoneを作りたい。」

30 年の歴史にわたって、CEEE は、米国エネルギー省との長年にわたる関係を含む、トップ冷凍機メーカーおよび国際機関および連邦政府機関の研究パートナーとして、協力して新しい技術を開発し、世界的なカーボンニュートラルに向けたガイドラインを推進してきました。アプローチ。

「家の中を寒くするためにエアコンをつけると、どこか別の場所を暑くする必要があります」とポスドク研究員のジェームス・タンカベル博士は言う。 '22、CEEEで7年間働いています。 「人々がその影響を認識し、その未来に向けて設計できるよう支援するには、その分野の専門家が必要です。」

UMD が培った地球の気候を保護する技術が実現しつつあります。 何が用意されているかは次のとおりです。

冷媒を氷の上に置く:ハイドロフルオロカーボン冷媒は家庭から食品まで、あらゆるものを冷たく保つ鍵ですが、漏れると地球温暖化を引き起こす熱を大気中に閉じ込めてしまいます。 同センターと材料科学工学・一郎教授との10年にわたるプロジェクト

竹内氏は、圧縮によって熱や冷気を生み出すことができる形状記憶合金を採用することで、冷媒を完全に排除しようとしている。 弾性熱量冷却を使用した装置を開発した最初の研究チームの 1 つであり、この技術における世界的な先駆者であるこのチームは、ワイン冷蔵庫に電力を供給するのに十分な 100 ワットの冷却能力を生み出すことができる現在のプロトタイプを持っています。 チームは、窓ユニット、家全体の冷却システム、商業用 HVAC に拡大したいと考えています。

グリッドレリーフ:蓄熱ユニット（冷暖房システムで使用されるエネルギー貯蔵装置）の進歩は、氷から水のように固体から液体に変化するときにエネルギーを放出および吸収する相変化材料を通じて、国内の老朽化した電力網への圧力を軽減することを目的としています。 研究者たちは、大幅に少ない貯蔵量でより多くのエネルギーを供給できるさまざまな材料を実験しています。グリッドに負荷がかかる暑い昼間の時間帯には、ユニットはオフピーク時に作られた貯蔵エネルギーを活用します。 送電網の緩和が当面の優先事項である一方で、最終的な目標は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを活用して建物に実質的にカーボンフリーの電力を供給する、再生可能な未来を実現することです。

燃料電池をヒントにした冷却: CEEE の研究者は、材料科学および工学、化学および生体分子工学の Chunsheng Wang 教授とそのチームと協力して、コンプレッサーの技術と効率を向上させるさまざまな方法を開発しています。 これらは、冷却冷媒を加圧して循環させる、電力を大量に消費する重いシステムですが、同グループは、燃料電池と同様に電気と膜を巧みに利用し、効率を大幅に向上させる、可動部品のない超効率的なシステムを開発中です。そして信頼性。 部品の数が減れば重量も減り、生産や出荷時に発生する炭素も削減されます。

研究

気候変動機械工学研究

A. ジェームス クラーク エンジニアリング スクール