Rymdkylning och uppvärmning är ett vanligt behov i de flesta bebodda områden. I Europa, energiförbrukningen för luftkonditionering ökar, och situationen kan förvärras inom en snar framtid på grund av temperaturökningen i olika regioner över hela världen. Det ökande kylbehovet i byggnader, särskilt under sommarsäsongen, är nöjd med luftkonditioneringsapparater, som ofta använder köldmedier med hög miljöpåverkan och också leder till hög elförbrukning. Så, hur kan ingenjörer minska energibehovet för byggnadskylning?

En ny studie publicerad i Vetenskapliga framsteg av en forskargrupp baserad på Politecnico di Torino (SMaLL) och National Institute of Metrological Research (INRiM) föreslår en enhet som kan generera en kylbelastning utan användning av elektricitet. Liksom mer traditionella kylanordningar, denna nya teknik utnyttjar också avdunstning av en vätska. Dock, nyckeltanken som föreslagits av forskarna i Turin är att använda enkelt vatten och vanligt salt istället för kemikalier som kan vara skadliga för miljön. Miljöpåverkan från den nya enheten minskar också eftersom den är baserad på passiva fenomen, d.v.s. spontana processer av kapillaritet och avdunstning, istället för pumpar och kompressorer som kräver energi och underhåll.

"Kylning genom avdunstning av vatten har alltid varit känd. Som ett exempel, naturen använder svettavdunstning från huden för att kyla ner vår kropp. Dock, denna strategi är effektiv så länge luft inte är mättad med vattenånga. Vår idé var att komma med en billig teknik som kan maximera kyleffekten oavsett yttre vattenånga förhållanden. Istället för att utsättas för luft, rent vatten är i kontakt med ett ogenomträngligt membran som håller det separerat från en högkoncentrerad saltlösning. Membranet kan tänkas som en porös sikt med porstorlek i storleksordningen en miljonedel av en meter. På grund av dess vattenavvisande egenskaper, vårt membran flytande vatten passerar inte genom membranet, medan dess ånga gör. På det här sättet, det färska och saltvattnet blandas inte, medan ett konstant vattenånga flöde uppstår från ena änden av membranet till den andra. Som ett resultat, rent vatten svalnar, varvid denna effekt förstärks ytterligare tack vare närvaron av olika avdunstningssteg. Klart, saltvattenskoncentrationen minskar ständigt och kylningseffekten minskar med tiden; dock, skillnaden i salthalt mellan de två lösningarna kan återställas kontinuerligt - och hållbart - med hjälp av solenergi, som också visats i en annan ny studie från vår grupp, "förklarar Matteo Alberghini, Ph.D. student vid energiavdelningen i Politecnico di Torino och första författare till forskningen.

Det intressanta med den föreslagna enheten är dess modulära design bestående av kylenheter som är några centimeter tjocka vardera, som kan staplas för att öka kyleffekten i serie, som det händer med vanliga batterier. På det här sättet, det är möjligt att finjustera kylkraften efter individuella behov, möjligen uppnå en kylkapacitet som är jämförbar med den som vanligtvis är nödvändig för hushållsbruk. Vidare, vatten och salt behöver inte pumpar eller andra hjälpmedel transporteras inuti enheten. Tvärtom, den rör sig spontant tack vare kapilläreffekter av vissa komponenter som kan absorbera och transportera vatten, även mot tyngdkraften.

"Andra tekniker för passiv kylning testas också i olika laboratorier och forskningscentra världen över, sådana som baseras på infraröd värmeavledning till yttre rymden - även känd som strålande passiv kylning. Dessa tillvägagångssätt, även om det är lovande och lämpligt för vissa applikationer, har också stora begränsningar:Principen som de bygger på kan vara ineffektiv i tropiska klimat och i allmänhet på mycket fuktiga dagar, när behovet av konditionering skulle vara stort; dessutom, det finns en teoretisk gräns för maximal kylkraft. Vår passiva prototyp, baseras istället på förångningskylning mellan två vattenhaltiga lösningar med olika salthalter, kunde övervinna denna gräns, skapa en användbar effekt oberoende av yttre luftfuktighet. Dessutom, vi kan uppnå en ännu högre kylkapacitet i framtiden genom att öka koncentrationen av saltlösningen eller genom att använda en mer sofistikerad modulkonstruktion av enheten, "skrev forskarna.

Också, enkelheten i enhetsmonteringen och de nödvändiga materialen medför en låg produktionskostnad, i storleksordningen några euro för varje kylningssteg. Som sådan, enheten kan vara idealisk för installationer på landsbygden, där den möjliga bristen på välutbildade tekniker kan försvåra drift och underhåll av traditionella kylsystem. Intressanta applikationer kan också tänkas i regioner med hög tillgänglighet av saltvatten, till exempel kustområden i närheten av stora avsaltningsanläggningar eller närliggande saltkärr och saltgruvor.

Från och med nu, tekniken är ännu inte redo för omedelbar kommersiell exploatering, och ytterligare utveckling (även föremål för framtida finansiering eller industriella partnerskap) är nödvändig. I perspektiv, denna teknik kan användas i kombination med befintliga och mer traditionella kylsystem för att effektivt genomföra energibesparingsstrategier.