Подморозить вечную мерзлоту

Использование тепловых насосов с регулируемой мощностью вместо аккумуляторов снизило стоимость охладительных установок на солнечной энергии на 44%. Эти устройства становятся популярны в северных регионах, где их используют для сохранения вечной мерзлоты. При этом несколько маломощных тепловых насосов, использующих энергию от солнечных батарей на охлаждение грунта, оказались на 30–35% эффективнее одного высокомощного.

Из-за климатических изменений увеличивается количество тепла, поступающего на планету с солнечными лучами. Повышение температуры приводит к таянию вечной мерзлоты в северных регионах. В результате грунт становится нестабильным и менее прочным, что приводит к повреждению и обрушению зданий и сооружений. Например, таяние вечной мерзлоты изменило морфологию почвы в Альпах, в результате чего в 2016 году деформировался фундамент Рифуджо Казати — четырехэтажного здания, используемого альпинистами в качестве места для отдыха. Кроме того, из-за роста температуры люди тратят все больше электричества на охлаждение помещений.

В ответ на усугубление этой энергетической проблемы ученые разработали «охладители» на солнечных батареях. Эти устройства используют солнечную энергию для замораживания грунта и охлаждения помещений. Солнечная батарея генерирует энергию, за счет которой тепловой насос качает воду и охлаждает фреон — хладагент, использующийся в кондиционерах и холодильниках. Холодный фреон отбирает тепло у грунта. При этом в яркий день избыточная энергия запасается в аккумуляторах и используется позже, например в облачную погоду. Однако высокая стоимость аккумуляторов мешает массовому использованию «охладителей». Поэтому исследователи предложили установку с тепловым насосом, который работает с разной частотой в зависимости от объемов вырабатываемой энергии. Такую нагрузку называют адаптивной. В яркий день насос работает на полную мощность, а в облачный, когда энергия генерируется в меньшем количестве, — слабее. Тем не менее остается неясным, какие установки выгоднее использовать в северных регионах: на аккумуляторах или с насосами, работающими с разной частотой.