21 юли 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Стари американски акумулатори за слънчева енергия

Използвали ли сте земната маса като енергиен контейнер?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 28 януари 2016 в 11:0574920

Веднъж привлечена, слънчевата енергия трябва да се запази, за да е удобна за използване при нужда. Миналата седмица разгледахме интересен проект за самоделен слънчев колектор, разработка на американския изобретател от 50-те и 60-те г. Хари Томасън (Harry Thomason) – един от класиците на соларноенергийните опити. (Как в САЩ преди 50 г. събираха слънчева енергия). Но освен колектори, Томасън е конструирал и остроумни схеми на акумулатори за слънчева енергия, в които главният компонент е самата природа. В тази статия ще се разгледат три такива проекта.

Принципното устройство на един подобен акумулатор е следното. За да функционира правилно, той трябва да има вход и изход. Те могат да бъдат разположени в една или в две точки. При първия вариант акумулаторът има вид на склад с една врата за двупосочно движение. Важно е движението да е двупосочно, а дали вратите ще бъдат две или една, е въпрос на избор. На долната фигура са показани двата варианта.


Варианти на връзка с топлинния акумулатор и загуба на топлина
1 – вход; 2 – изход; 3 – акумулатор с една врата; 4 – акумулатор с две врати; 5 – недопустими загуби; 6 – приемливи загуби

Друго важно качество на акумулатора, както и на всеки склад, е загубите да са колкото е възможно по- малки. Идеалният случай, разбира се, е вкараното количество енергия или материал да е равно на изкараното. Някои загуби са неизбежни, но целта е да бъдат сведени до минимум.

Тези две изисквания — наличие на една или две врати и минимални загуби, са основни за всеки топлинен акумулатор.

Да приемем, че съществува количество топла вода, загрята с помощта на събрана чрез колектор слънчева енергия, и да разгледаме едно много често използувано средство за съхраняване на топлина — водния акумулатор. За да започне да функционира, акумулаторът трябва да съдържа достатъчно количество топла вода. Колкото по-дълго време се съхранява тя, без да се охлажда, толкова по-съвършеи е акумулаторът.

По-долу е показано устройството на топлинен акумулатор, запълнен с камъни. Нагрятата със слънчева енергия вода влиза през горния ляв край по обичайния и постъпва в оребрен топлообменник. Уловената от слънцето топлина се предава не на вода, а на въздух. Той отнема топлината от ребрата и я предава на камъните, като преминава през лабиринта от проходи между тях. Изходът отдясно е необходим, за да се осигури свободен изход на въздушния поток. Когато акумулаторът започва да се зарежда, въздухът излиза през десния отвор доста охладен. Когато акумулаторът е наполовина зареден, камъните, разположени в левия край, са горещи, тези в десния — студени, а разположените по средата — затоплени. Важното е при преминаването си въздухът да отдаде цялата си топлина на камъните и да излезе охладен. Когато акумулаторът е зареден, всички камъни са горещи и въздухът излиза горещ.

1 – загрята от слънцето вода; 2 – студен въздух; 3 – студена вода; 4 – камъни; 5 - топлообменник

Колко време ще се задържи топлината в акумулатора? За разлика от водния акумулатор тук между отделните камъни не се осъществява пълен контакт, тъй като са заоблени и се допират само в отделни точки. Така че предаването на топлина чрез контакта между камъните е твърде слабо. Все пак то се осъществява до известна степен посредством въздушния поток, който преминава между камъните, и чрез излъчване.

За да се ползува топлината от акумулатора, което е крайната цел, посоката на въздушния поток се обръща — вкарва се студен въздух отдясно, а отляво излиза загрят, който ще затопля помещенията.

Ако акумулаторът с камъни е свързан с колектор, работещ с въздух, ще се забележи явното му предимство — при всеки кръгооборот въздухът отдава почти цялата си топлина на акумулатора.

При следващия вид акумулатор като акумулиращ материал се използва земната маса. Тази конструкция действа по следния начин: топлината се предава на акумулиращата маса чрез топлообменник от успоредно свързани канализационни тръби, заровени в земята под къщата. Тъй като тръбите са под къщата, загубата на топлина в посока нагоре всъщност подпомага отопляването на сградата. Това обаче не е главното предимство на акумулатора. На тази фигура е показан общият вид на схемата.

При този акумулатор е важно топлообменните тръби 1 да не са разпожени на или под равнището на подпочвените води, защото те могат да разсеят събраната топлинна енергия.

Горещият въздух се подава през единия край иа систeмата от заровени тръби и излиза през другия. Като преминава през тръбите, той отдава топлината си през стените им на околната земна маса. Шуплестите канализационни тръби по-лесно отдават топлината, но те могат да се използуват само в суха пръст, защото в противен случай има опасност да се напълнят с вода. Земята около тръбите и самите тръби задържат по-голямата част от топлината, докато тя стане необходима.

Тогава тя се отнема, като въздушният поток се насочи в обратна посока по тръбите.

Земният акумулатор има три уникални качества: не заема място в сградата; може да се използва като междусезонен акумулатор — топлината се вкарва през лятото, а се ползува през зимата; отделя по-голямо количество топлина от вкараното в него. Последното качество може да се обясни по следния начин: земята под краката ни винаги крие някаква топлина и на дълбочина 2 m температурата обикновено е около 12° С. Земният акумулатор е обгърнат от всички страни със земна маса, която изпълнява функциите и на топлинна изолация, така че началната му температура е 12° С или повече. Много често тръбите се заравят в земята под сградата, където на дълбочина 2 m е по-топло, отколкото на същата дълбочина в открито поле.

Както може да се очаква, земният акумулатор има и недостатъци. От него излиза голямо количество топъл въздух, но той може да не е достатъчно загрят. Ако се подаде в една сграда въздух с температура 18° С, той ще я охлади чувствително. Температурата на въздуха трябва да бъде поне 25° С. Ако топлият въздух от акумулатора не е достатъчно загрят, той може да се използува по някой от следните начини: като носител на фонова топлина за отопляване на сградата; като носител на основната топлина за отопляване, след като температурата му се повиши с термопомпа; като нискотемпературен топлоносител в плувни басейни и парници.

Още в края на 70-те са известни най-малко две инсталации със земни акумулатори, построени в щата Кънектикът, САЩ, които отопляват жилищните сгради само с топлина от земята. Тръба с диаметър 60 cm е прокарана във формата на окръжност под земята на дълбочина 2 m. От нея се отделя достатъчно топлина за цялата сграда. За да се достигне съответното температурно ниво, се използува термопомпа.

Друга интересна идея е изграждането на акумулатор с камъни в земята. Така не само резервоарът, но и изолацията са безплатни. На долната фигура са показани два подобни варианта. При вариант А движението на въздушния поток е същото като в акумулатора с камъни, а при вариант Б топлият въздух се движи отгоре надолу при зареждането и обратно при изпразването.

Топлинен акумулатор с камъни, изграден в земята. И двата показани варианта представляват изкопана и запълнена с камъни шахта. Топлият въздух се подава през каналите на бетонните блокчета. По същият начин въздухът се затопля през зимата. 1 – топъл въздух; 2 – студен здъвдух; 3 - изолация

Създаден е и акумулатор, в който камъните са заместени от 5-литрови пластмасови бутилки, пълни с вода. Между тях е оставено пространство за движение на въздуха. По този начин много от предимствата на акумулатора с камъни са запазени, а е прибавена по-добрата способност на водата да акумулира топлината, без да се осъществява характерният топлообмен между отделните слоеве.

След като бяха разгледани няколко варианта на топлинни акумулатори, става ясно, че за тях се използват материали, които почти не струват нищо, особено ако цената на водата и камъните и земната маса се сравни с тази на урана, плутония и т. н.

Акумулаторът, който ще разгледаме, се различава доста от досегашните. Той също приема и отдава топлина, но действието му зависи от явлението, което се описва с думите "преминаване от едно агрегатно състояние в друго". При разгледаните дотук акумулатори водата, камъните или пръстта при доставянето на топлина не променят агрегатното си състояние; те само стават по-горещи.

Предимството на явлението "преминаване от едно състояние в друго" се състои в това, че материалът поглъща големи количества топлина, без да се повишава температурата му. Топлинната енергия се съхранява в самия материал, като той не става по-горещ, а променя агрегатното си състояние - например водата се превръща в пара. Фактът, че температурата па кипящата вода не превишава 100° С, не е недостатък, напротив, така тя поема и съхранява значително количество топлина. При определени условия парата може да поеме още топлина и температурата й да се повиши над 100° С. При подобен акумулатор е необходимо известно количество топлина, за да се загрее водата до 100° С, по-голямо количество, за да се превърне в пара, и ново количество, за да се прегрее парата над 100°С.

В практиката понякога намира приложение и т. нар. "химичен акумулатор", в който се използуват кристали, например на глауберова сол, с някои прибавки. С тях се напълват дълги пластмасови тръби, подобни на флуоресцентни лампи, които се нареждат така, че всяка тръба да се обдухва от подавания топъл въздух. Той нагрява кристалите до стопяването им, т. е. до преминаването им в друго агрегатно състояние. Този акумулатор е много компактен, което се дължи на използвания принцип. Той може да погълне 10 пъти повече топлина от водния, но има по-къс живот.

Антон Оруш, Sandacite.bg – http://www.sandacite.bg


Източници:
Howell, Derek – Your Solar Energy Home. Oxford, Pergamon Press.




Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.