(Photo: Hybrid air-conditioning concept for high-efficiency cooling)
New Delhi: The health risks and productivity loss due to rapidly increasing heat stress are already reaching alarming levels. With the rise in temperature and increased use of air conditioners in homes and offices, electricity consumption for cooling is projected to triple by 2037-38 (India Cooling Action Plan, Report by MoEFCsC, Government of India, 2019).

An increase in power consumption would put stress on natural resources and lead to higher electricity bills for consumers. To address this, researchers from the Department of Mechanical Engineering at IIT Delhi are developing a new type of high-efficiency air conditioner.

The research team led by Prof. Anurag Goyal, which also includes Ananthakrishnan K, a PhD research scholar in the Department of Mechanical Engineeringd, is currently testing a laboratory-scale prototype of this proposed system, which has shown potential to reduce electricity use by roughly a third.

How does this high-efficiency AC work?
The vapor-compression system-based ACs in use today remove humidity by overcooling the air until moisture condenses, which is a highly energy-intensive process. Prof. Anurag Goyal’s research group in the Department of Mechanical Engineering at IIT Delhi has developed a new concept that utilizes a compact add-on module to directly tackle moisture.

The module uses a salt solution (liquid desiccant) that absorbs water vapor from incoming outdoor air. A thin and selective polymer membrane sits between the air and the salt solution and prevents the salt from carrying over into the building’s air, which is a common concern with existing liquid-desiccant systems.

After the solution is diluted by absorbed moisture, it must be dried to allow continuous reuse. The team uses an innovative system integration concept to continuously revive and recirculate the same salt solution. Instead of adding a burner or an electric heater, the design uses heat that the AC already throws away through its condenser (the outdoor unit) and redirects it to a regenerator module to dry the salt solution again.

The system is designed to precisely match the energy transfer rate in the two parts, vapor compression and desiccant modules, across various outdoor conditions in our country.

“Using the proposed system at typical operating conditions, total electricity consumption decreased from approximately 1200 W for a standard room AC to about 800 W for the hybrid, resulting in around 33% lower energy consumption, while meeting the same indoor comfort targets. Across representative Indian climates, the predicted savings range from 28% (in very humid areas) to 41.5% (in dry and arid areas),” Prof. Anurag Goyal, Department of Mechanical Engineering, IIT Delhi, said.

The reach team anticipates wider adoption of such a sustainable cooling technology, particularly in Indian buildings.

A study titled ‘Model-based analysis of a novel hybrid membrane-liquid desiccant air conditioner for high-efficiency space cooling’ on their work has been published in the Journal of Building Engineering. (Research paper link: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.114635)

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नई दिल्ली: तेज़ी से बढ़ती गर्मी के कारण स्वास्थ्य संबंधी जोखिमों और उत्पादकता में होने वाली हानि पहले ही चिंताजनक स्तर तक पहुँच चुकी है। तापमान में निरंतर वृद्धि और घरों तथा कार्यालयों में एयर कंडीशनरों के बढ़ते उपयोग के साथ कूलिंग के लिए बिजली की खपत 2037–38 तक तीन गुना होने का अनुमान है (इंडिया कूलिंग एक्शन प्लान, पर्यावरण, वन एवं जलवायु परिवर्तन मंत्रालय, भारत सरकार की रिपोर्ट, 2019)।

बिजली की खपत में वृद्धि से प्राकृतिक संसाधनों पर अतिरिक्त दबाव पड़ेगा और उपभोक्ताओं के बिजली बिल में भी बढ़ोतरी होगी। इस चुनौती से निपटने के लिए आई.आई.टी. दिल्ली के यांत्रिक इंजीनियरिंग विभाग के शोधार्थी एक नए प्रकार का हाई-एफिशियन्सी एयर कंडीशनर विकसित कर रहे हैं।

प्रो. अनुराग गोयल के नेतृत्व में कार्यरत शोध टीम, जिसमें यांत्रिक इंजीनियरिंग विभाग के पीएच.डी. शोधार्थी अनंतकृष्णन के. भी शामिल हैं, वर्तमान में प्रस्तावित प्रणाली के प्रयोगशाला-स्तरीय प्रोटोटाइप का परीक्षण कर रही है, जिसमें बिजली की खपत को लगभग एक-तिहाई तक कम करने की क्षमता है।

यह हाई-एफिशियन्सी ए.सी. कैसे कार्य करता है?
वर्तमान में उपयोग में आने वाले वेपर-कंप्रेशन सिस्टम आधारित एयर कंडीशनर नमी को हटाने के लिए हवा को आवश्यकता से अधिक ठंडा करते हैं ताकि नमी कन्डेन्स हो सके। यह प्रक्रिया अत्यधिक ऊर्जा खपत वाली होती है। आई.आई.टी. दिल्ली के यांत्रिक इंजीनियरिंग विभाग में प्रो. अनुराग गोयल के शोध समूह ने एक नई अवधारणा विकसित की है, जिसमें नमी को सीधे नियंत्रित करने के लिए एक कॉम्पैक्ट ऐड-ऑन मॉड्यूल का उपयोग किया जाता है।

इस मॉड्यूल में नमक (लवण) के सोल्यूशन अर्थात लिक्विड डेसिकेंट का प्रयोग किया जाता है, जो बाहर से आने वाली हवा में मौजूद जलवाष्प को सोख लेता है। हवा और लवणीय घोल के बीच एक पतली और सिलेक्टिव पॉलिमर मेम्ब्रेन होती है, जो लवण को भवन की हवा में जाने से रोकती है। यह समस्या मौजूदा लिक्विड-डेसिकेंट प्रणालियों में सामान्य रूप से देखी जाती है।

नमी सोखने के बाद जब घोल (सोल्यूशन) पतला (डाइल्यूट) हो जाता है, तो उसके निरंतर पुनः उपयोग के लिए उसे सुखाना आवश्यक होता है। शोध टीम ने अभिनव सिस्टम एकीकरण अवधारणा (इनोवेटिव सिस्टम इंटीग्रेशन कॉन्सेप्ट) के माध्यम से उसी लवणीय घोल को लगातार पुनर्जीवित कर पुनः संचारित करने की व्यवस्था विकसित की है। किसी बर्नर या इलेक्ट्रिक हीटर को जोड़ने के स्थान पर इस डिज़ाइन में एयर कंडीशनर के कंडेंसर अर्थात आउटडोर यूनिट के माध्यम से सामन्यत: व्यर्थ हो जाने वाली ऊष्मा का उपयोग किया जाता है, और उसे रीजेनेरेटर मॉड्यूल की ओर पुनर्निर्देशित किया जाता है ताकि लवणीय घोल को पुनः सुखाया जाता है।

यह प्रणाली इस प्रकार डिज़ाइन की गई है कि देश में विभिन्न बाहरी परिस्थितियों के दौरान वेपर कंप्रेशन और डेसिकेंट मॉड्यूल के बीच ऊर्जा अंतरण की दर का सटीक संतुलन सुनिश्चित किया जा सके।

प्रो. अनुराग गोयल, यांत्रिक इंजीनियरिंग विभाग, आई.आई.टी. दिल्ली ने बताया कि “प्रस्तावित प्रणाली का उपयोग करते हुए सामान्य परिस्थितियों में एक सामान्य कमरे के एयर कंडीशनर के लिए लगभग 1200 वॉट की कुल बिजली खपत की तुलना में हाइब्रिड प्रणाली में बिजली की खपत घटकर लगभग 800 वॉट रह जाती है। इससे समान इनडोर कम्फर्ट स्टैंडर्ड्स को बनाए रखते हुए लगभग 33 प्रतिशत तक कम ऊर्जा खपत हुई। भारतीय जलवायु के विभिन्न प्रतिनिधि क्षेत्रों में अनुमानित ऊर्जा बचत अत्यधिक आर्द्र क्षेत्रों में लगभग 28 प्रतिशत से लेकर शुष्क एवं अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में लगभग 41.5 प्रतिशत है”।

शोध टीम को उम्मीद है कि इस प्रकार की सतत कूलिंग तकनीक का व्यापक स्तर पर उपयोग होगा, विशेष रूप से भारतीय भवनों में।

उनके कार्य पर आधारित ‘मॉडल-बेस्ड एनालिसिस ऑफ अ नोवेल हाइब्रिड मेम्ब्रेन-लिक्विड डेसिकेंट एयर कंडीशनर फॉर हाई-एफिशियन्सी स्पेस कूलिंग (Model-based analysis of a novel hybrid membrane-liquid desiccant air conditioner for high-efficiency space cooling) नामक एक अध्ययन जर्नल ऑफ बिल्डिंग इंजीनियरिंग में प्रकाशित हुआ है। (शोध पत्र लिंक: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.114635)  

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