Статьи
Наука и технологии

Как талый лед согреет помещение? Устройство для стабилизации температуры в закрытых помещениях.

Известно, что при замерзании воды и таянии льда происходят процессы выделения и поглощения определенного количества тепла. Поэтому аккумулированная солнечная энергия при таянии льда может использоваться для поддержания необходимого уровня температуры в зимнее и летнее время. Этим свойством воды воспользовались сотрудники Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (Якутск). Они разработали и запатентовали устройство для стабилизации температуры в закрытых помещениях, испытания которого показали высокую эффективность.


«Существуют различные вещества, во время кристаллизации которых при определенной постоянной температуре выделяется значительное количество так называемой скрытой теплоты фазовых переходов. Одним из таких веществ является вода, которую можно использовать как накопитель тепловой солнечной энергии. В основе устройства лежит достаточно простой для понимания принцип — в летнее время лед в аккумуляторах тает за счет тепла солнечной энергии, в холодное время года выделяемое при замерзании воды тепло обогревает помещение до околонулевых отрицательных температур. В качестве теплоаккумулирующего материала (ТАМ) можно использовать хлорид кальция (CaCl2·6H2O) и сульфат натрия (глауберова соль). Применение этих ТАМ требует соблюдения мер безопасности», — рассказывает главный научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии ИМЗ СО РАН доктор технических наук Георгий Петрович Кузьмин.


Исследователи начали свою работу с изучения климатических условий Якутска, необходимых для расчета потерь тепла из помещения в холодное время года. Ученые установили, что низкие зимние температуры воздуха в течение длительного времени приводят к большим потерям тепла из помещений. В летнее же время суммарный приток тепла ограничен из-за невысоких температур воздуха и относительно небольшой продолжительности теплого периода. Специалисты возвели опытное помещение из специально подобранных материалов, представляющее собой стояночный гараж. Внутри него вдоль стен установили водяные аккумуляторы солнечной энергии — металлические резервуары с водой, изготовленные из листовой стали. При кристаллизации воды объем полученного льда становится больше, поэтому для уменьшения давления на стенки емкостей их сделали наклонными. «Испытания опытного объекта проводились в два цикла зарядки и разрядки водяных аккумуляторов в течение двух лет. Потери тепла из опытного гаража в зимнее время включают теплопередачу через стены и перекрытия в атмосферу, через пол в грунты основания, отток тепла через открывающиеся ворота для выезда и въезда автомобиля, затраты тепла на нагрев охлажденного транспорта. В процессе испытания объекта мы наблюдали за температурой наружного воздуха, воздуха в гараже и температурой грунтов его основания. В 2019—2020 годы в зимнее время температура воздуха в гараже понизилась до минус 3,5 °С, а температура наружного воздуха понижалась до минус 45 °С. В летнее время за счет тепла, поступающего в помещение, лед в емкостях растаял. Проведенные испытания показали техническую возможность эффективного использования накопленной в воде тепловой солнечной энергии для отопления некоторых видов помещений в суровых климатических условиях», — комментирует Георгий Кузьмин. 

 

Полученные из наблюдений данные легли в основу разрабатываемой учеными методики теплотехнического расчета закрытых помещений, оборудованных системой солнечного отопления. Кроме того, водяные аккумуляторы обладают большими размерами и занимают значительную часть площади помещения, поэтому предполагается их размещение на всю высоту стен, либо в подпольных этажах. Также планируется изменить требования к материалу, формам и размерам аккумулирующих резервуаров. «Разрабатываемый нами способ имеет множество достоинств — отопление помещений происходит без затрат товарной энергии, то есть он экономически эффективен. Простота устройства и эксплуатации оборудования позволяет использовать технологию не только крупным предприятиям, но и мелким фирмам и частным владельцам. А главное — подобное отопление абсолютно экологически безопасно для окружающей среды. Его можно использовать для поддержания температуры в ледовых катках, стояночных гаражах, ангарах, прогулочных и спортивных помещениях при детских учреждениях, круглогодичных и сезонных хранилищах некоторых видов овощей, хранилищах ряда веществ и материалов. Нами получено два патента РФ на устройство для стабилизации температуры в закрытых помещениях. Мы надеемся, что дальнейшая работа позволит внедрить разработку на большей части территории страны», — говорит Георгий Кузьмин.

 


Андрей Фурцев

Источник - Наука в Сибири

Made on
Tilda