热声学原理环保空调技术：无需机械运动部件、不使用制冷剂、不制造二氧化碳、不消耗贵金属

热声学原理环保空调技术：无需机械运动部件、不使用制冷剂、不制造二氧化碳、不消耗贵金属

空调从被发明起，为人类带来了舒适的室内环境，但是随着空调的普及，全球气候变暖和能源短缺，空调的弊端凸显。人们将视角转向如何更节能甚至环保地使用清洁能源来心安理得的享受空调的便利。从民间到科研机构，对此研究乐此不彼：

非洲人民发明的利用“节流效应”的原生态空调原生态“空调”（图源sina）

而一家位于荷兰小镇恩斯赫德的初创企业SoundEnergy正在试图通过一种无需能源就能把热量变小的技术奇迹来改变这种局面。这听起来像是魔法或永动机，但它依赖的是众所周知的热声学原理，最初是由美国国防部研究开发的。

THEAC 系统无需机械运动部件、不使用制冷剂、不制造二氧化碳、不消耗昂贵的金属材料。荷兰企业负责人说：“该系统本身并不需要电或者能源，它能100%地利用废气能或者太阳能，并实现40%至50%的转化。”

根据斯特林发动机的远离，荷兰 Sound Energy 公司开发出了一套通过吸收工业废热或太阳能、将之转化为无需附加能源的强大冷却系统的解决方案 —— 简称 THEAC 。据悉，THEAC 系统无需机械运动部件、不使用制冷剂、不制造二氧化碳、不消耗昂贵的金属材料。相反，它借助的是氩气 —— 这种气体储量丰富、不会导致全球气温变暖、且完全可持续。

荷兰新创公司SoundEnergy曾于今年CES展上，推出了一款运用热声效应的THEAC-25冷却系统，可直接将废热转化为冷空气，并且整个制冷过程不需要制冷剂或贵金属材料，而是取用空气中含量最多的惰性气体——氩气，可谓是非常环保。

传说中不用电的空调

能源问题变得日益严峻，以空调举例，到2050年全球将有高达60亿台空调，他们消耗着全球37%的电力。消耗电力意味着家居全年变暖趋势，而全球变暖人们又会造成天气炎热去促使人们多开空调来消暑，这便形成了一个死循环。因此人们迫切需要寻找到新的解决办法，SoundEnergy公司则给出了一个好办法。

THEAC 系统完全依靠输入的热能来制冷，运行时的噪音和淋浴时差不多，并且采用了可扩展的设计。

该公司演示了一套 25-kW 的升级装置，能够实现低至 -25°C（-13°F）的制冷效果。

这项技术借助了“热声效应”（Thermoacoustic Effects）—— 早在几个世纪前，就已经被玻璃吹制工人（Glass Blowers）所发现。

当在较冷的细管末端、向较热的那一端吹泡时，会产生响亮而单调的声音。19 世纪 50 年代的实验证明，该现象的关键部分，就是温差！

声音的强度，会随着灯管的长度（以及灯泡的大小）而发生变化。不过，声音只是人耳可以听到的气压振动（有峰值和谷值）。

在热量的影响下，气体会膨胀和收缩 —— 这意味着温差可以产生气压差，也是斯特林发动机的运行原理 —— 它是造成玻璃管‘声波振荡’的压力波源。

早在 1850 年代，物理学家 Pieter Rijke 就已经证明：

在管子的四分之一处、装入一个加热的金属丝网，可有效地放大声音 —— 因其能够在这个最大压力点，为管中的空气提供额外的能量。

进一步的实验表明，通过在最小压力点冷却空气，也能够带走能量、并对热声波产生类似的放大效应。

Sound Energy 的设备，即利用热差在无限环管中产生声波，并放大该波至高强度。然后，就像热差被转换成压差一样，压差又可以反向转成热差。

虽然听起来感觉很诧异，但我们看到的，确实是一套固定的系统 —— 没有冷热相关的可移动部件。

与斯特林发动机一样，热量的来源并不重要 —— 因为热量可以来自任何地方，比如通过真空管收集的工业废热或太阳能。

冷却后的空气，也被用于各种目的 —— 比如冰鲜农产品、或者工业冷库。若是有多余的能量，也可以通过其它形式来储存或转化使用。

Sound Energy 表示，THEAC 是一项颠覆性的技术，能够有效清除 40~50% 的废热、同时降低全球能源的消耗量。

THEAC-25热声冷却系统制冷原理

关于热能与声能的相互转换的机制，可是经过数个世纪的探索才得来的。物理学家观察到在冰冷的玻璃管末端接上一个热灯泡时，会造成玻璃管内空气膨胀和压缩，进而发出声音，于是便发现了热能与声能转换的奥妙。

运用热声效应的冷却设备，就是在共振管内产生共振声波并对管内的工作气体做功，气体往返运动而压缩、膨胀并产生温度变化，接着就能通过热交换将冷空气传递出来。

THEAC-25热声冷却系统便采用了这一原理，以氩气为热交换气体，装置吸收热量后产生声波，声波经过加压循环不断增强，使氩气产生温度梯度，最后转化出冷空气。该制冷过程完全不使用机械运动部件，当然本身也不需要电力，只需要利用工业废热或太阳能便可工作。

其实自 70 年代中期 - 80 年代以来，这项技术一直在默默发展。类似的声热制冷技术，已被用于航天飞机等领域。

遗憾的是，但到目前为止，尚无人取得商业运用的成功。至于 Sound Energy 的最新进展，我们对它寄予了很高的期望。

报道称，该系统适用于需要冷却高温电动机和设备的工厂，也可用于大型多户住宅单元。大型设备的价格约为5万美元，不过价格可以随着规模的增加而降低，而供住户个人使用的设备价格则低得多。

如果该公司能够在帮助解决全球能源挑战的同时，也帮助人们有效地给住宅、办公室和工厂降温，那么环境方面的回报可能就远远超过了经济方面的考虑。