Le Maryland aujourd'hui

Les ingénieurs font progresser la technologie de chauffage et de refroidissement pour pousser vers un avenir plus vert

Par Maggie Haslam 17 avril 2023

La recherche au Centre d'ingénierie de l'énergie environnementale de l'Université du Maryland s'attaque aux rouages ​​des unités de chauffage et de refroidissement pour faire progresser la technologie sans carbone de nouvelle génération et améliorer l'efficacité.

Photo par iStock

Ah, les sons de l'été : le bourdonnement apaisant du système CVC du bureau ; la symphonie d'unités de fenêtres tourbillonnantes ornant un appartement de grande hauteur ; le soupir du congélateur lorsque vous prenez le dernier Popsicle.

Par une journée étouffante, ce qui est de la musique à vos oreilles peut être une misère pour la planète. La climatisation à elle seule libère 1,95 milliard de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère chaque année, selon une étude du National Renewable Energy Laboratory, et le problème devrait s'aggraver à mesure que les populations croissent et s'urbanisent sur une planète qui se réchauffe.

Il n'est pas nécessaire d'être un ingénieur pour comprendre les mathématiques, mais il peut en falloir un pour trouver une solution. Les recherches en cours au Center for Environmental Energy Engineering de l'Université du Maryland révolutionnent le fonctionnement interne énergivore de l'air forcé qui contribue aux émissions de gaz à effet de serre, comme les pompes à chaleur, les compresseurs, les échangeurs de chaleur et les réfrigérants, les rendant plus petits, plus légers, plus efficaces et plus efficaces. renouvelable.

"La plupart des gens ne savent pas vraiment à quel point la technologie de refroidissement et de chauffage est importante pour les émissions de carbone, mais aussi à quel point elle est essentielle pour préserver notre mode de vie", a déclaré le professeur de recherche Vikrant Aute, qui dirige le centre avec ses collègues du département. de génie mécanique : professeur Minta Martin Reinhard Radermacher et professeur de recherche Yunho Hwang. "Les nouvelles technologies seront essentielles pour un avenir décarboné."

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L'Agence internationale de l'énergie estime qu'il y a un peu plus de 2 milliards de climatiseurs dans le monde, un nombre qui devrait atteindre 5,5 milliards d'ici 2050 alors que nous continuons à pousser le thermostat terrestre. Comment la société les alimentera-tout en respectant un engagement mondial visant à atteindre zéro émission nette de gaz à effet de serre dans le même laps de temps - est une question urgente pour les chercheurs du centre, qui travaillent à faire progresser la technologie sans carbone de nouvelle génération et à améliorer l'efficacité.

"Les gens dépenseront 1 000 dollars pour un nouvel iPhone, mais il est difficile d'obtenir ce genre d'enthousiasme pour un climatiseur plus efficace qui permettra d'économiser des centaines de dollars en factures d'énergie", a déclaré Aute. "Nous voulons faire l'iPhone des climatiseurs."

Au cours de ses 30 ans d'histoire, le CEEE a été un partenaire de recherche pour les principaux fabricants de réfrigération et les agences internationales et fédérales, y compris une relation de longue date avec le département américain de l'énergie, collaborant pour développer de nouvelles technologies et faire avancer les lignes directrices pour un monde neutre en carbone. approche.

"Lorsque vous allumez le climatiseur pour le rendre froid dans votre maison, vous devez le rendre chaud ailleurs", a déclaré l'associé de recherche postdoctoral James Tancabel Ph.D. '22, qui a travaillé avec CEEE pendant sept ans. "Il faut des experts dans le domaine pour aider les gens à voir cet impact et à concevoir pour cet avenir."

Les technologies cultivées par UMD pour protéger le climat de la Terre sont en route. Voici un aperçu de ce qui est en magasin :

Mettre des réfrigérants sur de la glace : Des maisons à la nourriture, les réfrigérants hydrofluorocarbonés sont la clé pour garder les choses au frais, mais en cas de fuite, ils emprisonnent la chaleur qui réchauffe la planète dans l'atmosphère. Un projet d'une décennie entre le centre et le professeur de science et d'ingénierie des matériaux Ichiro

Takeuchi cherche à abandonner complètement les réfrigérants en utilisant des alliages à mémoire de forme, qui peuvent produire de la chaleur ou du froid par compression. L'une des premières équipes de recherche à développer un appareil utilisant le refroidissement élastocalorique et le leader mondial de cette technologie, l'équipe dispose d'un prototype actuel qui peut produire 100 watts de capacité de refroidissement, assez pour alimenter un réfrigérateur à vin ; l'équipe espère s'étendre aux unités de fenêtre, aux systèmes de refroidissement pour toute la maison et aux CVC commerciaux.

Dégagement de grille : Les progrès réalisés dans les unités de stockage thermique - les réserves d'énergie utilisées par les systèmes de chauffage et de refroidissement - visent à soulager la pression sur le réseau électrique vieillissant du pays grâce à des matériaux à changement de phase, qui libèrent et absorbent l'énergie lorsqu'ils passent du solide au liquide, comme la glace à l'eau. Les chercheurs expérimentent différents matériaux qui pourraient fournir plus d'énergie avec beaucoup moins de stockage : pendant les heures les plus chaudes de la journée, lorsque le réseau est surchargé, les unités puisent dans l'énergie stockée produite pendant les heures creuses. Bien que l'assouplissement du réseau soit la priorité immédiate, l'objectif ultime est un avenir renouvelable, en récoltant des énergies renouvelables comme l'éolien et le solaire pour alimenter des bâtiments pratiquement sans carbone.

Refroidissement inspiré des piles à combustible : Les chercheurs du CEEE travaillent avec le professeur Chunsheng Wang en science et génie des matériaux et en génie chimique et biomoléculaire et son équipe pour développer diverses façons d'améliorer la technologie et l'efficacité des compresseurs. Ce sont les systèmes gourmands en énergie et lourds qui pressurisent et font circuler le réfrigérant de refroidissement, mais le groupe développe un système super efficace sans pièces mobiles qui utilise une application intelligente de l'électricité et une membrane, similaire à une pile à combustible, améliorant considérablement l'efficacité. et fiabilité. Moins de pièces équivaut également à moins de poids, ce qui réduit le carbone créé lors de la production et de l'expédition.

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Recherche en génie mécanique sur les changements climatiques

École d'ingénierie A. James Clark