חוקרים מארה"ב, בשיתוף מהנדסי קירור בכירים ממעבדות המחקר של סמסונג, מדווחים על פיתוח מתקדם שעשוי לחולל שינוי משמעותי במערכות הקירור העכשוויות. מדובר בטכנולוגיית קירור תרמו-אלקטרית מוצקה, המבוססת על חומרים ננומטריים מהונדסים, המסוגלת להציג שיפור כמעט פי שניים ביעילות התרמית לעומת מערכות מבוססות מדחס. בניגוד לטכנולוגיות קירור מסורתיות, הפתרון החדש אינו מצריך רכיבים נעים או שימוש בגזים מזהמים, מה שמוביל לפשטות מבנית, אמינות גבוהה ותחזוקה מופחתת.
המערכת נושאת את השם CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures) ונולדה מתוך עשר שנות מחקר אינטנסיבי במעבדת הפיזיקה היישומית (APL) של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס. בשיתוף פעולה עם Samsung Research, נערכו הדגמות וניסויים מבוקרים אשר הצביעו על שיפור של עד 75% ביעילות ברמת המודול התרמו-אלקטרי, ולמעלה מ-70% במערכת קירור שלמה.
רלוונטיות טכנולוגית לענף ה-HVAC
פרסום
הטכנולוגיה מבוססת על עיקרון פיזיקלי של תנועה מבוקרת של אלקטרונים דרך חומרים מוליכים למחצה, מה שמאפשר העברת חום באופן ממוקד ומבוקר. תהליך זה, שמכונה אפקט פלטייה, אינו מצריך גזי קירור או מדחסים, ומכאן נובעת יתרונו הסביבתי וההנדסי. במערכות מיזוג אוויר מודרניות – לרבות VRF, צ'ילרים, יחידות פן-קואיל ומערכות מבוזרות – יש בכך יתרון ברור, הן מבחינת תכנון והתקנה והן מבחינת תפעול שוטף ויעילות אנרגטית.
החידוש המשמעותי הוא במינון החומר הנדרש: רק 0.003 סמ"ק של חומר CHESS נדרשים לכל יחידת קירור, מה שמאפשר אינטגרציה פשוטה בקווי ייצור קיימים של תעשיית השבבים. המשמעות היא מעבר אפשרי לייצור המוני של יחידות קירור תרמו-אלקטריות, תוך שמירה על עלויות נמוכות ויכולת התאמה לפתרונות בקנה מידה משתנה – החל ממקררים ביתיים חכמים ועד מערכות קירור מסחריות לבנייני משרדים.
שילוב עם בינה מלאכותית והתאמה חכמה לעומסים משתנים
החוקרים מציינים כי שילוב טכנולוגיית CHESS עם מערכות בקרה חכמות, מבוססות אלגוריתמים של למידת מכונה, מאפשר ניטור והתאמה של ביצועי הקירור בזמן אמת. הדבר מתבצע באמצעות מדידה דינמית של עומסי חום והתאמת ההספק התרמי בהתאם לדרישה בפועל. בכך, ניתן למקסם את יעילות האנרגיה של מערכות HVACR, לצמצם בזבוזים ולשפר את תגובת המערכת לתנאים משתנים – פתרון אידיאלי לאפליקציות כמו edge cooling, מרכזי נתונים ומערכות מבוזרות מבוססות IoT.
השלב הבא צפוי לכלול ניסויים בקנה מידה גדול, בהם ייבחנו ביצועי המערכת במתקני קירור מסחריים, חדרי שרתים, מקפיאים תעשייתיים ויחידות קצה. תוצאות ניסויים אלה עשויות לסלול את הדרך לאימוץ טכנולוגי רחב במגזרים רבים.
פרסום
סיכום והשלכות על ענף הקירור
בעידן של משבר אקלימי, עלייה בביקושים לאנרגיה ורגולציה הדוקה על פליטות פחמן, פתרונות כמו CHESS מציעים מענה מערכתי המפחית תלות בטכנולוגיות מסורתיות עתירות אנרגיה. היכולת להחליף מדחסים בגופי קירור מוצקים, נטולי תנועה, מבטיחה הפחתת עלויות תחזוקה, אמינות תפעולית גבוהה יותר ויעילות חסרת תקדים.
למרות שמדובר בטכנולוגיה צעירה יחסית, הממצאים שהוצגו מבססים את הפוטנציאל שלה לחדור לשוק במהירות. לא מדובר ברעיון תיאורטי אלא בהוכחה מעשית ליכולת שינוי אמיתי בתעשייה.
