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。