
香港文匯報(bào)訊 (記者 姬文風(fēng))全球氣候暖化加劇,空調(diào)製冷需求持續(xù)攀升,然而主流蒸氣壓縮製冷技術(shù)所用的製冷劑屬於典型的溫室氣體,其排放會導(dǎo)致全球變暖,陷入難解的暖化循環(huán)。香港科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)最近成功研發(fā)出全球首臺千瓦級彈卡製冷裝置,僅需15分鐘就能夠在31℃高溫的室外環(huán)境下,將室內(nèi)溫度穩(wěn)定在21至22℃的區(qū)間,並實(shí)現(xiàn)零溫室氣體排放。負(fù)責(zé)研究的學(xué)者形容,這項(xiàng)零排放、低耗能的製冷技術(shù)有望重塑空調(diào)行業(yè)的格局,消費(fèi)者將可受惠於較低的電費(fèi),技術(shù)改進(jìn)也將使製冷裝置變得較輕巧,節(jié)省室內(nèi)空間。研究成果已於國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)布。
為應(yīng)對全球氣候暖化加劇,世界各地均著手開發(fā)環(huán)保替代方案。其中,「基於形狀記憶合金(SMAs)彈卡效應(yīng)(elastocaloric effect)的固態(tài)製冷技術(shù)」憑藉其零溫室氣體排放及高能效潛力,引起學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
此前的彈卡製冷裝置,最大製冷功率只有約260瓦,遠(yuǎn)未達(dá)到商用空調(diào)所需的千瓦級要求。港科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系教授孫慶平與姚舒懷領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),這一技術(shù)瓶頸源於兩大核心問題,分別是製冷劑單位質(zhì)量製冷功率(SCP)與系統(tǒng)總質(zhì)量難以兼顧,以及高頻運(yùn)行時(shí)傳熱效率不足。

為突破上述限制,團(tuán)隊(duì)提出「材料串聯(lián)—流體並聯(lián)」的多胞架構(gòu)設(shè)計(jì),顯著提升換熱效率並確保高頻穩(wěn)定運(yùn)行。另一項(xiàng)重要技術(shù)創(chuàng)新是採用石墨烯納米流體作為傳熱介質(zhì),代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸餾水,這種先進(jìn)傳熱介質(zhì)具有卓越導(dǎo)熱性。
在3.5赫茲高頻運(yùn)行下,該裝置實(shí)現(xiàn)了12.3 W/g的單位質(zhì)量製冷功率,總製冷功率達(dá)1,284瓦(零溫升條件下)。在應(yīng)用測試場景中,該設(shè)備成功為一間2.7立方米的模型房屋降溫,在夏季室外30至31℃的環(huán)境下,僅需約15分鐘就能夠?qū)⑹覂?nèi)溫度穩(wěn)定在舒適的21至22℃。與現(xiàn)有固態(tài)製冷技術(shù)相比,該項(xiàng)創(chuàng)新成果在製冷功率與溫升綜合性能上均處於國際領(lǐng)先地位,並首次突破千瓦級製冷的門檻。

團(tuán)隊(duì)去年曾成功研發(fā)多材料級彈卡製冷裝置,實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)世界紀(jì)錄的75K溫跨,今次是其一年內(nèi)取得的第二項(xiàng)彈卡製冷重大突破。孫慶平表示,這項(xiàng)研究成果有望重塑空調(diào)行業(yè)的格局,為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供關(guān)鍵的技術(shù)支持。
姚舒懷表示,團(tuán)隊(duì)未來可通過開發(fā)新型彈卡材料以及優(yōu)化旋轉(zhuǎn)驅(qū)動架構(gòu),進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能,有望進(jìn)一步加強(qiáng)製冷效能,大幅縮減室內(nèi)降溫的時(shí)間。
相關(guān)技術(shù)具有大規(guī)模應(yīng)用潛力,團(tuán)隊(duì)已為此申請多項(xiàng)國際專利,加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。孫慶平透露,團(tuán)隊(duì)正與產(chǎn)業(yè)界緊密合作,積極推動將技術(shù)商業(yè)化。
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