熱聲學原理環保空調技術：無需機械運動部件、不使用制冷劑、不制造二氧化碳、不消耗貴金屬

熱聲學原理環保空調技術：無需機械運動部件、不使用制冷劑、不制造二氧化碳、不消耗貴金屬

空調從被發明起，為人類帶來了舒適的室內環境，但是隨著空調的普及，全球氣候變暖和能源短缺，空調的弊端凸顯。人們將視角轉向如何更節能甚至環保地使用清潔能源來心安理得的享受空調的便利。從民間到科研機構，對此研究樂此不彼：

非洲人民發明的利用“節流效應”的原生態空調原生態“空調”（圖源sina）

而一家位于荷蘭小鎮恩斯赫德的初創企業SoundEnergy正在試圖通過一種無需能源就能把熱量變小的技術奇跡來改變這種局面。這聽起來像是魔法或永動機，但它依賴的是眾所周知的熱聲學原理，最初是由美國國防部研究開發的。

THEAC 系統無需機械運動部件、不使用制冷劑、不制造二氧化碳、不消耗昂貴的金屬材料。荷蘭企業負責人說：“該系統本身并不需要電或者能源，它能100%地利用廢氣能或者太陽能，并實現40%至50%的轉化。”

根據斯特林發動機的遠離，荷蘭 Sound Energy 公司開發出了一套通過吸收工業廢熱或太陽能、將之轉化為無需附加能源的強大冷卻系統的解決方案 —— 簡稱 THEAC 。據悉，THEAC 系統無需機械運動部件、不使用制冷劑、不制造二氧化碳、不消耗昂貴的金屬材料。相反，它借助的是氬氣 —— 這種氣體儲量豐富、不會導致全球氣溫變暖、且完全可持續。

荷蘭新創公司SoundEnergy曾于今年CES展上，推出了一款運用熱聲效應的THEAC-25冷卻系統，可直接將廢熱轉化為冷空氣，并且整個制冷過程不需要制冷劑或貴金屬材料，而是取用空氣中含量最多的惰性氣體——氬氣，可謂是非常環保。

傳說中不用電的空調

能源問題變得日益嚴峻，以空調舉例，到2050年全球將有高達60億臺空調，他們消耗著全球37%的電力。消耗電力意味著家居全年變暖趨勢，而全球變暖人們又會造成天氣炎熱去促使人們多開空調來消暑，這便形成了一個死循環。因此人們迫切需要尋找到新的解決辦法，SoundEnergy公司則給出了一個好辦法。

THEAC 系統完全依靠輸入的熱能來制冷，運行時的噪音和淋浴時差不多，并且采用了可擴展的設計。

該公司演示了一套 25-kW 的升級裝置，能夠實現低至 -25°C（-13°F）的制冷效果。

這項技術借助了“熱聲效應”（Thermoacoustic Effects）—— 早在幾個世紀前，就已經被玻璃吹制工人（Glass Blowers）所發現。

當在較冷的細管末端、向較熱的那一端吹泡時，會產生響亮而單調的聲音。19 世紀 50 年代的實驗證明，該現象的關鍵部分，就是溫差！

聲音的強度，會隨著燈管的長度（以及燈泡的大小）而發生變化。不過，聲音只是人耳可以聽到的氣壓振動（有峰值和谷值）。

在熱量的影響下，氣體會膨脹和收縮 —— 這意味著溫差可以產生氣壓差，也是斯特林發動機的運行原理 —— 它是造成玻璃管‘聲波振蕩’的壓力波源。

早在 1850 年代，物理學家 Pieter Rijke 就已經證明：

在管子的四分之一處、裝入一個加熱的金屬絲網，可有效地放大聲音 —— 因其能夠在這個最大壓力點，為管中的空氣提供額外的能量。

進一步的實驗表明，通過在最小壓力點冷卻空氣，也能夠帶走能量、并對熱聲波產生類似的放大效應。

Sound Energy 的設備，即利用熱差在無限環管中產生聲波，并放大該波至高強度。然后，就像熱差被轉換成壓差一樣，壓差又可以反向轉成熱差。

雖然聽起來感覺很詫異，但我們看到的，確實是一套固定的系統 —— 沒有冷熱相關的可移動部件。

與斯特林發動機一樣，熱量的來源并不重要 —— 因為熱量可以來自任何地方，比如通過真空管收集的工業廢熱或太陽能。

冷卻后的空氣，也被用于各種目的 —— 比如冰鮮農產品、或者工業冷庫。若是有多余的能量，也可以通過其它形式來儲存或轉化使用。

Sound Energy 表示，THEAC 是一項顛覆性的技術，能夠有效清除 40~50% 的廢熱、同時降低全球能源的消耗量。

THEAC-25熱聲冷卻系統制冷原理

關于熱能與聲能的相互轉換的機制，可是經過數個世紀的探索才得來的。物理學家觀察到在冰冷的玻璃管末端接上一個熱燈泡時，會造成玻璃管內空氣膨脹和壓縮，進而發出聲音，于是便發現了熱能與聲能轉換的奧妙。

運用熱聲效應的冷卻設備，就是在共振管內產生共振聲波并對管內的工作氣體做功，氣體往返運動而壓縮、膨脹并產生溫度變化，接著就能通過熱交換將冷空氣傳遞出來。

THEAC-25熱聲冷卻系統便采用了這一原理，以氬氣為熱交換氣體，裝置吸收熱量后產生聲波，聲波經過加壓循環不斷增強，使氬氣產生溫度梯度，最后轉化出冷空氣。該制冷過程完全不使用機械運動部件，當然本身也不需要電力，只需要利用工業廢熱或太陽能便可工作。

其實自 70 年代中期 - 80 年代以來，這項技術一直在默默發展。類似的聲熱制冷技術，已被用于航天飛機等領域。

遺憾的是，但到目前為止，尚無人取得商業運用的成功。至于 Sound Energy 的最新進展，我們對它寄予了很高的期望。

報道稱，該系統適用于需要冷卻高溫電動機和設備的工廠，也可用于大型多戶住宅單元。大型設備的價格約為5萬美元，不過價格可以隨著規模的增加而降低，而供住戶個人使用的設備價格則低得多。

如果該公司能夠在幫助解決全球能源挑戰的同時，也幫助人們有效地給住宅、辦公室和工廠降溫，那么環境方面的回報可能就遠遠超過了經濟方面的考慮。