Nowatorskie panele zwiększają efektywność ogrzewania samolotów
Samoloty pasażerskie w czasie lotu zwykle utrzymują wysokość od 30 000 do 40 000 stóp, czyli od 9 do 12 kilometrów, gdzie powietrze jest stosunkowo stabilne – dzięki temu loty są spokojne i wygodne. Duża wysokość nierozerwalnie wiąże się jednak z niskimi temperaturami powietrza, które wynoszą od -40 do -60 °C. Producenci samolotów komercyjnych stosują w związku z tym różnego rodzaju grzejniki, które zapewniają odpowiednią wygodę pasażerom. Jednym z najpowszechniejszych rodzajów urządzeń grzewczych stosowanych w samolotach są sprężarki napędzane przez silniki. Wszystkie obecnie używane technologie, w tym grzejniki elektryczne, są jednak obecnie stosunkowo przestarzałe i energochłonne. Wystarczy powiedzieć tylko, że systemy klimatyzacji zużywają więcej energii niż jakiekolwiek inne urządzenia podczas typowego przelotu. Na szczęście inżynierowie pracują nad nowymi rozwiązaniami, które charakteryzują się niższą masą oraz lepszą efektywnością energetyczną od dotychczasowych rozwiązań. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu RADIANT PANEL opracował nowy panel grzewczy z myślą o samolotach, osiągający doskonałą efektywność. Rozwiązanie opracowane przez zespół pozwala na optymalizację wygody pasażerów przy niższym zapotrzebowaniu na energię w porównaniu z konwencjonalnymi technologiami. Co więcej, nowe panele są montowane między poszyciem zewnętrznym samolotu a wewnętrzną ścianą boczną, co przekłada się na większą ilość przestrzeni wewnątrz kadłuba. Obecnie panele są dostosowane do samolotów Airbus A330, jednak nic nie stoi na przeszkodzie, by przystosować je także do innych samolotów. W ramach projektu inżynierowie zaprojektowali, wyprodukowali i przetestowali prototypowe urządzenia, a także sprawdzili ich działanie w rzeczywistych warunkach.
Nowy rodzaj termostatu
Jednym z czynników wpływających na sprawność i efektywność energetyczną nowych paneli jest nowatorski system, który pozwala na utrzymanie temperatury na zadanym poziomie, podobnie jak termostat, wykorzystując w tym celu zasadę dodatniego współczynnika temperaturowego rezystancji. Jak wyjaśnia dr Baptiste Voillequin, koordynator projektu: „To oznacza, że efekt Joule’a obniża się wraz ze wzrostem temperatury, a po osiągnięciu określonej temperatury następuje wyłączenie urządzenia – zjawisko przestaje występować, zatem temperatura nie jest w stanie dalej wzrastać”. Efekt Joule’a opisuje zjawisko, w którym ciepło jest wytwarzane dzięki przepływowi prądu przez przewodnik. System wykorzystujący zjawisko dodatniego współczynnika temperaturowego rezystancji optymalizuje regulację temperatury bez konieczności stosowania dodatkowych układów elektronicznych bądź układów regulacji mocy.
Prosta integracja elementów grzewczych
Innowacyjność nowatorskich paneli opiera się również na tym, że inżynierom udało się zintegrować w ich konstrukcji elementy grzewcze. „Dzięki takiemu rozwiązaniu pasażerowie są w stanie odczuwać ciepło wypromieniowywane przez panele”, dodaje Voillequin. Większość systemów grzewczych opiera się na konwekcji – w takich rozwiązaniach ciepło jest przenoszone przez prądy powietrza. Element grzejny nie zastępuje całkowicie zjawiska konwekcji wykorzystywanego do ogrzewania samolotów, ale dzięki niemu pasażerowie odczuwają większe ciepło pomimo niższych temperatur. Dzięki symulacjom badaczom skupionym wokół projektu udało się określić minimalny obszar paneli zapewniających skuteczność rozwiązania, a także wyznaczyć ich optymalną lokalizację, aby zapewnić wydajne i sprawne ogrzewanie całej kabiny pasażerskiej. Poza oszczędnością energii, nowy system pozwala również ograniczyć masę samolotów i zastępuje złożone systemy grzewcze instalowane obecnie na ich pokładach. Nowinką są również same elementy grzewcze, które zawierają warstwę PTC – przewodzący materiał z włókien węglowych wytwarzanych z celulozy. Warstwa PTC obejmuje również złącza, które umożliwiają podłączenie paneli do elektroniki samolotu. Do tej pory zespołowi udało się zbudować działający prototyp zainstalowany w naziemnej makiecie kabiny samolotu, który został przetestowany, a jego działanie zostało sprawdzone w praktyce. Choć wskaźnik PMV (ang. Predicted Mean Vote) był dotychczas wykorzystywany głównie w przemyśle motoryzacyjnym, badacze skupieni wokół projektu zastosowali go po raz pierwszy w przemyśle lotniczym. Obecnie zespół zamierza kontynuować prace rozwojowe, koncentrując się na weryfikacji rozwiązania w warunkach lotu, a także potencjalnych innych obszarach zastosowań – w planach jest sprawdzenie możliwości wykorzystania tego rozwiązania do ogrzewania rur wodnych, podłóg oraz wózków. Panele będą sprzedawane liniom lotniczym w postaci gotowej do łatwego montażu w samolotach. Zastosowanie tego rozwiązania przyczyni się do zwiększenia efektywności energetycznej ogrzewania w samolotach, co pozwoli na obniżenie kosztów eksploatacji floty i zmniejszenie zużycia paliwa. Projekt RADIANT PANEL otrzymał dofinansowanie w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia „Czyste Niebo 2” – partnerstwa publiczno-prywatnego utworzonego z myślą o opracowaniu innowacyjnych technologii służących ograniczeniu emisji gazów i hałasu w lotnictwie cywilnym.
Słowa kluczowe
RADIANT PANEL, samolot, ogrzewanie, panele, promieniowanie, efekt Joule’a, dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, model postrzeganej wygody