Главная / Статьи /Избыточное тепло от кондиционеров вызывает повышения температуры в ночное время

Избыточное тепло от кондиционеров вызывает повышения температуры в ночное время

Для регулирования температуры в помещении порой выбирают не самые оптимальные способы. Исследовательская группа Университета штата Аризона обнаружила, что выпуск излишков тепла кондиционерами, работающими в ночное время, привел к повышению наружной температуры, эффекту локального перегрева и увеличению потребности в охлаждение.

«Мы обнаружили, что отработанное тепло от систем кондиционирования воздуха было максимальным в течение дня, но в среднем такой эффект был незначительным вблизи поверхности. Тем не менее, в течение ночи, тепло, выделяемое из систем кондиционирования, увеличило среднюю температуру воздуха более чем на 1 градус по Цельсию (почти 2 градуса по Фаренгейту) в некоторых городских районах», сказал Франциско Саламанка, научный сотрудник с докторской степенью, работающий на факультете математических и статистических наук Университета штата Аризона.

Исследование представлено в статье «Антропогенное нагревание городской среды в связи с кондиционированием воздуха», которая опубликована 6 марта в Журнале геофизических исследований атмосферы.

Для создания статьи приложили усилия много ученых. Среди них: доктор Саламанка, ведущий автор; Матей Георгеску, доцент факультета географических наук и градостроительства Университета Аризоны и старший научный сотрудник в Инициативе глобальной социальной и экологической ответственности в сфере электронных коммуникаций; Алекс Махалов, заслуженный профессор факультета математических и статистических наук Университета Аризоны; Мохамед Мустауи, ассистент факультета математических и статистических наук; и Мэн Ван, аспирант факультета математических и статистических наук Университета Аризоны. Всех авторов объединили факультет свободных искусств и наук Университета Аризоны и Инициатива глобальной социальной и экологической ответственности в сфере электронных коммуникаций.

В статье особое внимание уделяется антропогенному влиянию систем кондиционирования воздуха на температуру воздуха. Авторы рассматривают потребление электроэнергии на примере быстро расширяющегося столичного региона Феникс, как одного из наибольших мегаполисов в США. Феникс находится в пределах полузасушливой пустыни Сонора и из-за суровых летних условий широко использует системы кондиционирования воздуха.

Чтобы обеспечить людям прохладу, кондиционирующие системы могут потреблять более 50% всей электроэнергии во время сильной жары, что дает нагрузку на электрические сети. Потребность в охлаждении на таких быстро расширяющихся городских территориях как Феникс, скорее всего, значительно возрастет в течение следующих нескольких десятилетий. Для решения будущих проблем с энергией рациональным способом, исследователи установили, что важно изучить текущий спрос на кондиционирующие системы и оценить исходящее от них тепло.

Для этого исследования ученые использовали систему моделирования на основе физики, чтобы оценить влияние тепла, излучаемого системами кондиционирования, на температуру воздуха. Такой динамический подход на основе физики имеет преимущество. При расчете потребления энергии он принимает во внимание как городские факторы, такие как размер и формы зданий, так и климатические факторы, такие как температура и скорость ветра. Этот подход необходим, учитывая присущую ответную реакцию, связанную с системами кондиционирования воздуха. Например, жаркие летние ночи приведут к увеличению спроса на кондиционирование воздуха, что, в свою очередь, увеличит выброс дополнительного тепла в окружающую среду. Это приведет к дальнейшему увеличению спроса на кондиционирование, в результате чего – положительная обратная связь.

Авторы смоделировали 10-дневный период, охватывающий десять экстремально теплых дней с 10 по 19 июля 2009 года. Они использовали негидростатическую версию модели исследования, и прогнозирования погоды вместе с моделью поверхности суши для анализа влияния систем кондиционирования на температуру воздуха. Чтобы оценить способность модели исследования и прогнозирования погоды воспроизвести приповерхностную климатологию, было использовано одиннадцать метеостанций Национальной службы погоды и метеорологическую сеть Аризоны.

Это исследование показывает, что выброс отработанного тепла повышает температуру воздуха, и в результате увеличивает потребление электроэнергии, необходимой для охлаждения. Анализ этой обратной связи потребовал использования модели энергии здания и модели атмосферы, которые были динамически связаны между собой. Атмосферная модель предоставила данные о наружной температуре воздуха, его влажности и граничных условиях для расчета температуры стен зданий и крыш. Модель энергии здания обеспечила информацию о тепловых потоках, связанных с потреблением энергии системами кондиционирования зданий.

Ученые обнаружили, что эффект от систем кондиционирования является более значительным в течение ночи из-за ограниченной глубины городского пограничного слоя. Эффект сильнее с полудня до раннего утра. Небольшое количество избыточного тепла, которое системы кондиционирования выбрасывают в ночное время, может увеличить температуру воздуха больше, чем в дневное время, когда палит солнце.

«Наша работа демонстрирует локальный нагрев городских атмосфер на один градус Цельсия в жарких и сухих городах, вызванный кондиционированием воздуха в ночное время. Это увеличение температуры наружного воздуха в свою очередь, приводит к дополнительному спросу на кондиционирование воздуха», сказал доктор Саламанка. «Рациональное развитие и оптимизация потребления электроэнергии в городах потребует преобразования «выброшенного тепла» на «полезную энергию», которая может использоваться внутри дома для различных целей, включая, например, водонагреватели. Реализация такой стратегии снижения помогла бы достичь нескольких целей: успешного сокращения эффекта локального перегрева, снижения потребления электроэнергии на кондиционирование в масштабах города и обеспечения реального примера смягчения последствий от изменения климата в городах».

Что касается экономических последствий, по оценкам для столичной области Феникса, которая успешно уменьшает эффект локального перегрева, эта стратегия приведет к прямой экономии по крайней мере 1200-1300 МВт в час ежедневно.

По данным Департамента энергетики США, экстремально жаркие летние дни, прогнозировано, станут более частыми и интенсивными в результате изменения климата. Это представляет серьезные проблемы в энергетическом секторе и электрической сети. Необходимы надежные методы для прогнозирования потребностей энергии, которые могут помочь информировать и содействовать в будущем планировании рациональных энергетических потребностей быстрорастущих городских районов.

Возврат к списку