Maryland hoy

Los ingenieros avanzan en la tecnología de calefacción y refrigeración para impulsar un futuro más verde

Por Maggie Haslam 17 de abril de 2023

La investigación en el Centro de Ingeniería de Energía Ambiental de la Universidad de Maryland aborda los aspectos básicos de las unidades de calefacción y refrigeración para avanzar en la tecnología libre de carbono de próxima generación y mejorar la eficiencia.

Foto por iStock

Ah, los sonidos del verano: el zumbido relajante del sistema HVAC de la oficina; la sinfonía de unidades de ventanas giratorias que adornan un apartamento de gran altura; el suspiro del congelador mientras agarras la última paleta helada.

En un día sofocante, lo que es música para tus oídos puede ser una miseria para el planeta. Solo el aire acondicionado libera 1950 millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera cada año, según un estudio del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, y se prevé que el problema empeore a medida que las poblaciones crezcan y se urbanicen en un planeta que se calienta.

No hace falta ser ingeniero para comprender las matemáticas, pero podría ser necesario para encontrar una solución. La investigación en curso en el Centro de Ingeniería de Energía Ambiental de la Universidad de Maryland está revolucionando el funcionamiento interno del aire forzado que consume mucha energía y que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero, como bombas de calor, compresores, intercambiadores de calor y refrigerantes, haciéndolos más pequeños, más livianos, más eficientes y más eficientes. renovable.

"La mayoría de la gente realmente no sabe cuán importante es la tecnología de refrigeración y calefacción para las emisiones de carbono, pero tampoco sabe cuán importante es para preservar nuestra forma de vida", dijo el profesor de investigación Vikrant Aute, quien dirige el centro junto con sus colegas del Departamento. de Ingeniería Mecánica: Profesor Minta Martin Reinhard Radermacher y Profesor Investigador Yunho Hwang. "Las nuevas tecnologías serán fundamentales para un futuro descarbonizado".

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La Agencia Internacional de Energía estima que hay un poco más de 2 mil millones de acondicionadores de aire en el mundo, un número que está programado para aumentar a 5.5 mil millones para 2050 a medida que seguimos empujando el termostato de la tierra. Cómo la sociedad los impulsará, mientras cumple con el compromiso global de alcanzar cero emisiones netas de gases de efecto invernadero en el mismo período de tiempo, es una pregunta urgente para los investigadores del centro, que están trabajando para avanzar en la tecnología libre de carbono de próxima generación y mejorar la eficiencia.

"La gente gastará $1,000 en un nuevo iPhone, pero es difícil obtener ese tipo de entusiasmo por un acondicionador de aire más eficiente que ahorrará cientos de dólares en facturas de energía", dijo Aute. "Queremos hacer el iPhone de los acondicionadores de aire".

Durante sus 30 años de historia, CEEE ha sido un socio de investigación para los principales fabricantes de refrigeración y agencias internacionales y federales, incluida una relación de larga data con el Departamento de Energía de los EE. acercarse.

"Cuando enciendes el aire acondicionado para hacer frío en tu casa, tienes que calentarlo en otro lugar", dijo el investigador asociado postdoctoral James Tancabel Ph.D. '22, quien ha trabajado con CEEE durante siete años. "Se necesitan expertos en el campo para ayudar a las personas a ver ese impacto y diseñar para ese futuro".

Las tecnologías cultivadas por UMD para proteger el clima de la Tierra están en camino. Aquí hay un vistazo a lo que hay en la tienda:

Poner refrigerantes en hielo: Desde los hogares hasta los alimentos, los refrigerantes de hidrofluorocarbono son la clave para mantener las cosas frescas, pero cuando se filtran, atrapan el calor que calienta el planeta en la atmósfera. Un proyecto de una década entre el centro y la ciencia e ingeniería de materiales Profesor Ichiro

Takeuchi busca deshacerse de los refrigerantes por completo mediante el empleo de aleaciones con memoria de forma, que pueden producir calor o frío a través de la compresión. Uno de los primeros equipos de investigación en desarrollar un dispositivo que usa enfriamiento elastocalórico y líder mundial en esta tecnología, el equipo tiene un prototipo actual que puede producir 100 vatios de capacidad de enfriamiento, suficiente para alimentar una nevera para vinos; el equipo espera expandirse a unidades de ventana, sistemas de enfriamiento para toda la casa y HVAC comerciales.

Relieve de rejilla: Los avances en las unidades de almacenamiento térmico, las reservas de energía utilizadas por los sistemas de calefacción y refrigeración, tienen como objetivo aliviar la presión sobre la red eléctrica envejecida del país a través de materiales de cambio de fase, que liberan y absorben energía a medida que cambian de sólido a líquido, como el hielo al agua. Los investigadores están experimentando con diferentes materiales que podrían generar más energía con un almacenamiento significativamente menor: en las horas diurnas más calurosas cuando la red está sobrecargada, las unidades aprovechan la energía almacenada durante las horas de menor actividad. Si bien facilitar la red es la prioridad inmediata, el objetivo final es un futuro renovable, cosechando energía renovable como la eólica y la solar para alimentar edificios prácticamente libres de carbono.

Refrigeración inspirada en las pilas de combustible: Los investigadores de CEEE están trabajando con el profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería química y biomolecular Chunsheng Wang y su equipo para desarrollar una variedad de formas de mejorar la tecnología y la eficiencia del compresor. Estos son los sistemas pesados ​​y que consumen mucha energía que presurizan y hacen circular el refrigerante refrigerante, pero el grupo está desarrollando uno súper eficiente sin partes móviles que emplea una aplicación inteligente de electricidad y una membrana, similar a una celda de combustible, que mejora significativamente la eficiencia. y confiabilidad. Menos piezas también equivalen a menos peso, lo que reduce el carbono creado en la producción y el envío.

Investigación

Investigación en Ingeniería Mecánica del Cambio Climático

Escuela de Ingeniería A. James Clark