Поскольку глобальный спрос на энергоэффективные и экологически чистые решения для охлаждения усиливается, магнитное охлаждение становится новаторской технологией, готовой преобразовать холодильную промышленность. Используя магнитокалорический эффект, этот инновационный подход обещает значительные преимущества по сравнению с традиционными методами охлаждения.
Последние достижения приближают магнитное охлаждение к коммерческой реальности, знаменуя собой новую эру в технологии охлаждения.
Понимание магнитного охлаждения
Магнитное охлаждение основано на магнитокалорическом эффекте, явлении, при котором некоторые материалы нагреваются при воздействии магнитного поля и остывают при его снятии. Открытый в конце 19 века, этот эффект в последние годы использовался для разработки эффективных и экологически чистых систем охлаждения.
Объяснение магнитокалорического эффекта
Когда магнитокалорический материал помещается в магнитное поле, его магнитные моменты выравниваются, что приводит к небольшому повышению температуры. Удаление магнитного поля позволяет материалу вернуться в неупорядоченное состояние, что приводит к падению температуры. Циклически повторяя этот процесс и интегрируя систему теплообмена, можно добиться непрерывного охлаждения без использования обычных хладагентов.
Выход за рамки гадолиния
Отрасль извлекла ценные уроки из предыдущих попыток коммерциализации. Ранние чрезмерные обещания некоторых компаний, особенно в отношении решений на основе гадолиния, привели к скептицизму рынка. Однако разработка коммерчески жизнеспособных альтернатив возобновила интерес рынка и доверие к этой технологии.
Выход MAGNOTHERM на рынок
Лидером в области технологий магнитного охлаждения является компания MAGNOTHERM (Германия), которая представила свою новаторскую продукцию на выставке Chillventa 2024.
"На нашем стенде мы демонстрируем охладитель напитков Polaris, который по сути является нашим минимально жизнеспособным продуктом для магнитного охлаждения. Он уже сертифицирован и работает в местных супермаркетах в районе Франкфурта в Германии. Это демонстрирует, что наша технология надёжна и эффективно функционирует в реальных условиях."
Основанная в 2005 году, Camfridge является старейшей компанией в отрасли магнитного охлаждения. Их подход фокусируется на трех основных элементах:
Разработка недорогих решений, которые можно производить в больших масштабах.
Компактные конструкции, интегрируемые с существующими форматами бытовой техники.
Превосходная энергоэффективность и долговечность изделия.
В отличие от некоторых конкурентов, которые полагаются на дорогостоящие решения на основе гадолиния, Camfridge разработала инновационные сплавы третьего поколения, что делает их технологию более коммерчески жизнеспособной и масштабируемой.
Энергоэффективность
Магнитные холодильные системы демонстрируют потенциальное повышение энергоэффективности до 30% по сравнению с традиционным парокомпрессионным охлаждением. Эта эффективность обусловлена прямым преобразованием магнитной энергии в тепловую, что минимизирует потери энергии и снижает эксплуатационные расходы.
Экологические преимущества
В отличие от традиционных методов охлаждения, использующих вредные хладагенты, такие как гидрофторуглероды (ГФУ), магнитное охлаждение использует твердотельные магнитокалорические материалы, что делает его экологически чистым решением для охлаждения. Эти твердые хладагенты имеют нулевой потенциал глобального потепления (ПГП), что исключает риски, связанные с утечками хладагента, которые способствуют глобальному потеплению и истощению озонового слоя.
Технология также поддерживает принципы круговой экономики благодаря своим перерабатываемым компонентам, устанавливая новый стандарт устойчивости в индустрии охлаждения. На каждом этапе жизненного цикла продукта — от подготовки к производству и производства до фазы использования и окончания срока службы — магнитное охлаждение демонстрирует сниженное воздействие углерода по сравнению с текущими системами охлаждения с компрессией пара.
Эксплуатационные преимущества
Благодаря меньшему количеству подвижных частей и отсутствию компрессоров магнитные холодильные агрегаты работают бесшумно и требуют значительно меньшего обслуживания. Устранение газов хладагента предотвращает утечки и упрощает процедуры обслуживания, поскольку для ремонта или обслуживания больше не требуются специализированные специалисты с подготовкой по обращению с газом.
Снижение квалификации при ремонте и техническом обслуживании в сочетании с присущей технологии надежностью и увеличенным сроком службы оборудования приводит к снижению эксплуатационных расходов и сокращению времени простоя.
Простота конструкции и эксплуатации системы представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с традиционными технологиями охлаждения, предлагая пользователям более надежное и удобное решение для охлаждения.
Преимущества по стоимости
Магнитное охлаждение предлагает убедительные финансовые преимущества, которые выходят за рамки первоначальных инвестиций. Технология обеспечивает более низкие затраты на энергию, что особенно важно, учитывая текущие цены на энергию.
В сочетании с сокращением потребностей в техническом обслуживании общая стоимость владения становится весьма конкурентоспособной.
Хотя первоначальные затраты могут быть выше, чем у традиционных систем охлаждения, технология демонстрирует благоприятный период окупаемости менее трех лет. После масштабирования до полного производства прямые затраты, как ожидается, станут еще более конкурентоспособными, что делает магнитное охлаждение экономически привлекательным вариантом для компаний, стремящихся сбалансировать эксплуатационную эффективность с экологической ответственностью.
Применение и рабочий диапазон
Магнитное охлаждение — это общий способ перемещения тепла — от горячего к холодному или холодного к горячему — поэтому его можно применять в широком спектре приложений охлаждения или нагрева. Он демонстрирует замечательную универсальность, эффективно работая от ниже -50°C (-58°F) до выше +50°C (122°F).
Вероятно, эта технология работает наиболее эффективно (и, следовательно, обеспечивает наибольшую экономию эксплуатационных расходов) в приложениях, где рабочие температуры достаточно четко определены.
Основные области применения включают в себя:
Бытовая техника: бытовые холодильники и кондиционеры;
Коммерческое охлаждение: решения для охлаждения в розничной торговле;
Промышленное охлаждение: приложения для точного контроля температуры;
Геотермальные тепловые насосы.
Инновации в области материалов
Хотя в разработке и функционализации материалов для хладагентов достигнут значительный прогресс, отрасль продолжает работать над масштабированием методов производства и повышением эффективности материалов. В последнее время фокус сместился с открытия материалов на практические производственные решения.
Соображения относительно цепочки поставок
Текущая зависимость от китайских постоянных магнитов вызвала инновации в области альтернативных магнитных материалов. Новые разработки обещают более производительные и недорогие постоянные магниты, которые можно будет производить по всему миру в течение следующих пяти лет.
Масштабирование и коммерциализация
Основная задача заключается в привлечении инвестиций для масштабирования технологии и снижения затрат. Хотя первоначальные затраты могут быть выше, чем у традиционных систем охлаждения, технология предлагает конкурентоспособную общую стоимость владения со сроками окупаемости менее трех лет.
Магнитное охлаждение призвано сыграть решающую роль в достижении глобальных целей по достижению нулевых выбросов. Международное энергетическое агентство (МЭА) подсчитало, что к 2050 году необходимо будет избежать выбросов в эквиваленте CO2 в размере 250 гигатонн от охлаждения, что делает эту технологию все более актуальной .
Магнитное охлаждение, как первая крупная инновация в области охлаждения за 150 лет, которая может конкурировать с газовыми компрессорами по эффективности, представляет собой крайне прорывную технологию. Сочетание экологических преимуществ и потенциальных преимуществ в плане затрат предполагает большой потенциал роста, особенно среди организаций с твердыми обязательствами в области устойчивого развития.
Магнитное охлаждение находится на переднем крае революционных технологий охлаждения. Поскольку такие компании, как MAGNOTHERM и Camfridge, продолжают совершенствовать технологию и преодолевать проблемы масштабирования, отрасль приближается к повсеместному внедрению.
Обещания этой технологии в плане снижения воздействия на окружающую среду, повышения энергоэффективности и снижения эксплуатационных расходов позиционируют ее как ключевого игрока в будущем устойчивых решений в области охлаждения.
