Следующий этап развития холодильной технологии может быть даже более важен, чем сегодняшние тепловые насосы

07 Августа 2023

Мир изо всех старается сохранить прохладу посреди усиливающейся экстремальной жары. Новая волна стартапов работает над тем, чтобы сделать мир более терпимым — и не поджарить при этом климат.

Июль 2023 года стал самым жарким месяцем за всю историю наблюдений, в последнюю неделю месяца более чем на половине территории США были выпущены предупреждения и рекомендации о чрезмерной жаре.

Учитывая, что из-за климатического кризиса ближайшие годы станут еще жарче, сейчас как никогда актуальна потребность обеспечить людей прохладой, и, что еще более важно, сделать это без увеличения парниковых выбросов. Сегодня в центре внимания – тепловые насосы, но ряд новых стартапов в области климатической техники уже работают над новым поколением технологий, которые будут охлаждать нас, не поджаривая планету и не перегружая энергосеть. Это тройная задача, и она, по мнению отраслевых экспертов, не имеет универсального решения.

В США на кондиционеры воздуха приходится около 6% потребления электрической энергии, а для их работы требуются хладагенты, потенциал глобального потепления которых в 2000 раз выше, чем у диоксида углерода. В качестве решения предлагаются тепловые насосы, обеспечивающие более эффективное и низкоуглеродное охлаждение, и набирающие популярность благодаря снижению цен и налоговым льготам в рамках закона о снижении инфляции. Но одних только версий, представленных на рынке, недостаточно для стабилизации энергосети, сокращения выбросов и охлаждения людей. Стартапы уже создают технологию охлаждения нового поколения, которая сможет заполнить пробелы.

Одно из ключевых направлений совершенствования систем охлаждения по сравнению с сегодняшними тепловыми насосами и кондиционерами — это попытки сделать потребность в охлаждении жилища более чувствительными к потребности в электроэнергии. В условиях нестабильности и перегруженности сети это приобретает дополнительную важность.

В качестве примера стартапа, работающего в этом направлении, бизнес-руководитель инвестиционного комитета Breakthrough Energy Ventures (BEV) Кармайкл Робертс приводит компанию Blue Frontier, поддерживаемую BEV.

Традиционные кондиционеры воздуха переносят тепло изнутри наружу при помощи испарителя, охлаждающего помещение, и конденсатора, выпускающего собранное тепло на улицу. Хладагент — жидкость, переносящая тепло, движется между испарителем и конденсатором благодаря компрессору. Стартап из Флориды разрабатывает систему умного охлаждения и аккумулирования энергии, в которой, помимо прочих «фишек», хладагент заменен солевым раствором или жидким осушителем. Этот жидкий осушитель хранится в резервуаре аккумулятора энергии, конструкция которого обеспечивает охлаждение в течение почти четырех часов, позволяя запускать крышный кондиционер даже при отключении электроэнергии.

— Коммунальные службы могут управлять вашим энергопотреблением так, чтобы это было лучше для них, жилец же управляет термостатом, и одно не зависит от другого, — говорит генеральный директор и соучредитель компании Дэниел Беттс.

Сочетание жары и влажности — проблема, характерная для восточной части США — усложняет задачу охлаждения. С повышением температуры растет и количество водяного пара, которое может удерживаться в воздухе, из-за чего тела хуже охлаждаются.

По словам Беттса, обычные кондиционеры воздуха неэффективны, когда речь заходит об управлении влажностью. Технология жидкого осушителя те только помогает сохранять энергию. Она также непосредственно удаляет влагу из воздуха, обеспечивая более эффективное охлаждение помещений и снижая энергопотребление на величину от 50% до 90%, согласно результатам лабораторных и полевых испытаний.

Беттс рассказал, что в настоящее время новинка находится на стадии полевых испытаний, и компания рассчитывает запустить продажи устройств в 2025 году, для начала нацелившись на сегмент коммерческой недвижимости.

Еще один стартап в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, MIMiC Systems, разработал твердотельную систему отопления и охлаждения, которая использует для передачи энергии твердое вещество и не нуждается в движущихся частях, таких как компрессор традиционного кондиционера. Модульная конструкция обеспечивает гибкость в отношении удовлетворения температурных потребностей обитателей помещения. Кроме того, по словам генерального директора и соучредителя компании Берардо Маталуччи, устройство совершенно не нуждается в хладагенте.

Гибкость — один из элементов головоломки энергоэффективности. Большинство домов в Америке оснащены канальными системами центрального кондиционирования, обеспечивающими единообразное отопление и охлаждение всех помещений, независимо от присутствия или отсутствия людей и фактических температур в помещениях.

Еще один стартап, Flair, продает умные системы вентиляции, способные перенаправить воздух из одной части дома в другую, не допуская бесполезного расхода энергии и переохлаждения одного помещения при попытках добиться приемлемой температуры в другом. По словам генерального директора и соучредителя компании Дэниела Маерса, заказчики говорят, что установка системы сократила их счета за электроэнергию на величину до 30%. Устройства компании смонтированы в 30 000 домов.

Для домов, оборудованных сплит-системами, являющимися наиболее распространёнными системами кондиционирования за пределами США, Flair предлагает «умный» термостат, позволяющий пользователям управлять температурой в доме из любого места, используя мобильное приложение. Маерс утверждает, что кондиционеры воздуха, управляемые «умными» термостатами, могут быть объединены в сеть и участвовать в программах распределения нагрузки.

Маерс называет полностью регулируемые системы ОВК «путеводной звездой» компании, как с точки зрения обеспечения комфорта, так и сточки зрения реагирования на потребности сети. Они могут быть особенно важны, поскольку при повышении температуры нагрузка на сеть растет.

— В конце концов, средний тепловой насос может потреблять значительно меньше электроэнергии в период пиковой нагрузки, чем центральный кондиционер, — говорит генеральный партнер Azolla Ventures Эми Даффуор. — Умные тепловые насосы — действительно отличный способ начать думать о повышении устойчивости электрической сети.

Одна из компаний, пытающихся это делать — поддерживаемый Azolla стартап Gradient, занимающийся оконными тепловыми насосами. Его устройства подключаются к Интернету, и, следовательно, могут участвовать в программе реагирования на спрос. Подобные добровольные программы энергосбережения уже действуют в таких штатах, как Калифорния и Техас. В критический период, когда экстремальная жара провоцирует пиковый спрос на электроэнергию, эти программы помогают снизить нагрузку на сеть.

Как рассказал генеральный директор Gradient Винсент Романин, все тепловые насосы должны быть способны общаться друг с другом и другими бытовыми приборами, чтобы понимать, когда возникает пиковый спрос на энергию, и заранее охлаждать дома во время избытка солнечной энергии, сглаживая пики.

— Здания не могут чувствовать, а люди – могут, — добавил он, поэтому «умные» системы ОВК не должны забывать о комфорте. По его словам, охлаждение людей во время экстремальной жары – это не только понижение температуры воздуха, но и учет всех аспектов комфорта, таких как температура излучения, движение воздуха и влажность.

Температурные рекорды этого лета – не предел, изменение климата приведет к еще большим крайностям в ближайшие десятилетия. Сегодняшние тепловые насосы смогут, хотя бы отчасти, сохранять прохладу завтра, однако для обеспечения комфорта без усугубления климатического кризиса необходимы технологии следующего поколения.