新しい空気

Jul 15, 2023

標準的な AC ユニットは建物を冷却しますが、地球温暖化の原因となります。 新しいテクノロジーはそれを変えることを目指しています

この7月は人類史上最も暑い月として記録されました。 熱波は世界中の気温記録を破り、南半球の冬の間にチリやアルゼンチンに夏の気温をもたらしました。 それは単に汗をかいた不快感だけではありません。 猛暑はあらゆる気象現象の中で最も致命的です。 米国だけでも、洪水、竜巻、ハリケーンを合わせたよりも多くの人が毎年亡くなっています。 気候変動が悪化するにつれ、人工的に冷却された空間へのアクセスは急速に健康上の必需品となり、基本的人権の問題となっています。

しかし、標準的なエアコン システムは、私たちを負のフィードバック ループに陥らせています。暑ければ暑いほど、エアコンを強くする人が増え、その結果、より多くのエネルギーが使用され (そして温室効果ガスが排出されます)。 「私たちは悪循環に陥っています」とオックスフォード大学で持続可能な冷房を研究しているエンジニア、ニコール・ミランダは言う。 そして、「それは悪循環であるだけでなく、加速しているのです。」 国際エネルギー機関 (IEA) の 2018 年のデータによると、冷房は建物内で使用される単一のエネルギー源の中で最も急速に増加しています。 IEA は、通常どおりのシナリオに従って、冷房による世界の年間エネルギー需要が 2050 年までに 3 倍以上になると予測しています。これは 4,000 テラワット時以上の増加で、これは米国全体が 1 年間に使用するエネルギー量に相当します。 。

私たちがほぼ1世紀にわたって使用してきた同じ空調技術では、人類が気候変動を克服することはできないことがますます明らかになってきています。 このサイクルを打破するには、環境への影響を少なくしながら、より多くの人に涼しい空気を届ける新しいイノベーションが必要です。

現在の AC システムのよく知られた問題の 1 つは、冷媒化学物質への依存であり、その多くは強力な温室効果ガスです。 一部のプロジェクトは、これらの物質をより害の少ない冷媒に置き換えることを目指していますが、たとえ置き換えられたとしても、冷媒はエアコンによる気候被害のほんの一部を占めるにすぎません。 ローレンス・バークレー国立研究所の世界冷却効率プログラムのディレクター、ニハル・シャー氏によると、現在、標準的なACユニットの気候温暖化排出量の約80パーセントは、その電力に使用されるエネルギーに由来しているという。 最近の多くの研究は、標準的な AC 設計の一部であるコンプレッサーと熱交換器のエネルギー効率を高めることに注がれていると Shah 氏は説明します。 さらに野心的なプロジェクトは、コンポーネントが最初に実行しなければならない作業量を削減することを目的としています。

標準的な空調システムは、比較的非効率なメカニズムで冷却と除湿を同時に行っています。空気中の水を凝縮させるために、快適な温度を超えて空気を冷やしすぎているとシャー氏は言います。 したがって、多くの新しい設計では、除湿プロセスと冷却プロセスが分離され、過冷却の必要性が回避されます。

たとえば、一部の新しいエアコン設計では、乾燥剤 (ジャーキーの袋や錠剤のボトルに入っているシリカゲルに似たもの) を使用して空気から湿気を取り除きます。 乾燥した空気は、より適切な温度まで冷却されます。 熱を使用して乾燥剤を「再充電」する必要があるため、このプロセスには追加のエネルギーが必要になる場合があります。 しかし、マサチューセッツ州サマービルに本拠を置く新興企業トランスアエラを含む一部の企業は、冷却プロセスで発生した熱を再利用して乾燥剤を再充填している。 Transaera は、開発中のシステムは平均的な標準 AC ユニットよりも 35% 少ないエネルギーを使用できると主張しています。

除湿を蒸発冷却と組み合わせると、さらに大きな効率の向上が可能になります。これにより、蒸気圧縮と呼ばれるエネルギー集約的なプロセスが完全に不要になります。 蒸気圧縮 (標準的なエアコンの動作システム) は、冷媒をさまざまに凝縮および膨張させるサイクルを経て移動させ、内部から熱を吸収し、その熱を外部に放出することを可能にします。 逆に、蒸発冷却はより単純なプロセスです。 これは、汗が皮膚を冷やすのと同じものです。水が液体から気体に変化するときに、熱を吸収します。 ファンで氷の上に空気を吹き込む DIY 装置であるスワンプ クーラーも同じように機能します。 そして乾燥した気候では、人々は何千年もの間、蒸発冷却を利用してきました。 例えば、古代イランでは、人々はヤクチャル（太陽の煙突を備えた大きな円錐形の粘土構造物）を設計し、空気の循環と隣接する水の蒸発を利用して気温を大幅に下げ、冬に氷を作り、夏の間それを蓄えることができました。