Долговременный теплоаккумулятор

Использование долговременных теплоаккумуляторов поможет уменьшить сложности и, возможно, решить некоторые экономические проблемы. Долговременный теплоаккумулятор лучше всего определить как устройство для хранения солнечной энергии в течение длительного времени после того, как она была уловлена, например, от одного сезона до следующего, т.е. сообразуясь с законами природы. Главное различие между системой долговременного аккумулирования тепла и обычной солнечной системой заключается в первую очередь в устранении вспомогательной дублирующей системы (печи) и сопутствующих составных частей на стыке двух систем. Сравним технологическую схему такой системы со схемами некоторых других систем. Тепловой насос может использовать этот долговременный тепловой аккумулятор в качестве источника тепла; если большой бак теплоаккумулятора имеет достаточно высокую температуру, то здание может воспользоваться теплом обычным путем, например через радиационные панели или нагнетание горячего воздуха.

Рис. 1. Система долговременного аккумулирования тепла.

1 - солнечный коллектор; 2 - теплоаккумулятор; 3 - жилище;

4 - температура 30...90°С.

Солнечная установка собирает и аккумулирует тепло солнечного излучения круглый год в ясную погоду. Когда необходимо, тепло используется в здании. Вспомогательной дублирующей системы (на органическом топливе) не требуется.

Средства, сэкономленные в результате ликвидации дублирующей системы, можно использовать на сооружение отсека долговременного теплоаккумулятора, так как 100% потребности в отоплении будут удовлетворяться за счет солнечной энергии (за исключением расхода электроэнергии для вентиляторов и насосов), то можно оправдать более высокие первоначальные затраты.

В доме Солтерра, разработанном Уильямом Эдмундсоном, используется смонтированный на крыше солнечный коллектор, через который проходит и нагревается воздух. Нагретый воздух циркулирует по трубам диаметром 100 мм, которые погружены в отсек теплоаккумулятора под домом. Отсек имеет бетонные стены, пол и перекрытие и заполнен водонасыщенной жирной глиной, песком, гравием и даже дробленым камнем. Тепло можно запасать в большом количестве, так что тепло от дополнительного источника не потребуется в течение многих недель. В этом случае солнечные коллекторы можно было бы рассчитать на обеспечение всей потребности в отоплении, а вспомогательная отопительная система была бы не нужна.

Рис. 2. Дом Солтерра Уильяма Б. Эдмундсона:

1 - солнечный коллектор; 2 - изоляция; 3 - пенобетон;

4 - водонасыщенный грунт; 5 - трубы диаметром 100 мм.

В своем проекте Эдмундсон принял массу влажного грунта 1600 кг/м³ и удельную теплоемкость 1,84 кДж/(кг*°K) при теплоаккумулирующей способности около 2950 кДж/(м³*°K). Если грунт нагревать от 27 до 55°С, то он аккумулирует около 81650 кДж/м³. Отсек в доме Эдмундсона имеет объем 250 м³; общая длина труб составляет 610 м, что обеспечивает поверхность теплообмена между трубами и грунтом, равную 260 м². При вышеприведенных условиях в отсеке накопится около 20*10⁶ кДж. Если дополнительная нагрузка дома составляет 28485 кДж/°K*день, то наружная температура может в среднем составлять (-1°С) в течение 40 дней, прежде чем израсходуются 20*10⁶ кДж (приняв отсутствие потери тепла из отсека).

Летом тепло улавливается и хранится в отсеке. Затем оно обогащается тепловым насосом, чтобы поднять температуру, скажем, от 60 до 120°С, которая достаточна для работы кондиционера абсорбционного типа.