Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

АККУМУЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

При использовании теплового эффекта, который возникает в результате нагревания или охлаждения воды или гравия, коли­чество получаемого тепла невелико относительно объема теплового аккумулятора. Недостаток обычного теплового акку­мулирования в том, что оно требует значительного пространства, и по мере отдачи тепла температура аккумулятора понижается. Существуют такие вещества, у которых при фазовых превраще­ниях - плавлении, испарении и кристаллизации - выделяется так называемая скрытая теплота фазового перехода, причем количество выделяющейся теплоты достаточно велико. Как видно из самого названия "скрытая теплота", в процессе фазо­вого превращения вещества его температура не меняется, т. е. весь процесс идет при определенной температуре. Если, напри­мер, взять воду, то для получения 1 кг воды из снега при темпе­ратуре 0°С требуется 80 ккал тепла, для испарения 1 кг воды при 100°С необходимо 540 ккал. В процессе испарения выделяется много тепла, но при этом наблюдаются большие изменения в объеме вещества, так что этот процесс нельзя осуществлять в тепловом аккумуляторе. Можно использовать лишь скрытую теплоту плавления.

РИС. 2.40. ВИДЫ АККУМУЛЯТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СКРЫТУЮ ТЕПЛОТУ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

А — форма панелей; б — цилиндры; в — полиэтиленовые трубы, применяемые в пассивных системах использования солнечного тепла; г - трубы; д - шары со сквозными каналами для воздуха; е - капсулы

Аккумулирование скрытой теплоты очень удобно для систе­мы солнечного отопления. Температура фазовых переходов вы­бирается невысокой, подходящей для отопления домов. Подби­раются вещества, у которых плавление происходит при темпера­турах от 30 до 50°С. При их плавлении выделяется много тепла и обходится оно дешевле. Если добиться стабильности используе­мых веществ и применять меры по технике безопасности при работе с ними, можно получить надежный аккумулятор на осно­ве скрытой теплоты фазового перехода. Попытки получения Дешевого аккумулятора скрытой теплоты делались и раньше. Известно, что 30 лет назад проф. Мария Телкес из Делаварского Университета (США) проводила исследования в этом направ­лении.

В настоящее время на практике используются два вида ве­ществ для аккумуляторов данного тепла: хлорид кальция ■ ^аСЦ. бНгО) и сульфат натрия (глауберова соль). Хлорид каль - Дия имеет точку плавления 29°С, тепловой эффект фазового перехода из твердого в жидкое состояние составляет 42 ккал/кг (при плотности 1,622 кг/м3). В лучшем случае в веществе, претер­певающем фазовый переход, аккумулируется такое же количе-

Ство тепла, как в воде, занимающей 1/7 объема этого вещества при ее нагреве на 10°С.

Аккумуляторам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов (рис. 2.40), как и воде, свойственно явление переох­лаждения, и при применении таких аккумуляторов особенно важно его предотвращать. Для аккумуляторов на основе хлори­да кальция американской фирмой "Даукэмикал" разработана и внедрена в практику добавка в виде хлористого стронция, кото­рый предотвращает переохлаждение расплава и отличается большой надежностью.

Аккумуляторы с использованием скрытой теплоты фазовых переходов, в которых теплоаккумулирующее вещество помеще­но в полиэтиленовые емкости, можно хранить в помещениях и применять в системе солнечного отопления. Такие вещества применяют и в аккумуляторных баках с воздушным и водяным нагревом.

Иногда в аккумуляторах данного типа используют вещества на основе глауберовой соли. Их положительным свойством считается низкая температура плавления, примерно 31 °С. Однако при их применении кроме добавки, предохраняющей от переохлаждения, необходимо вводить загустители, предотвра­щающие разложение смеси.

В настоящее время ведутся разработки новых аккумулирую­щих веществ с точкой плавления 10-20°С для систем охлажде­ния. Эти разработки основаны на добавлении в аккумулирую­щие вещества на основе глауберовой соли и хлорида кальция других гидратов солей. Кроме того, изучают возможности ис­пользования гидратированных сульфатов алюминия, квасцов аммония и других соединений с температурой плавления 80- 100°С в аккумуляторах тепла для абсорбционных холодильных установок. В то же время проводят исследования некоторых органических теплоаккумулирующих веществ: парафина, поли - этиленгликоля, масел, жиров и др. Однако, принимая во внима­ние их пожароопасность, это направление вряд ли можно счи­тать перспективным для практики.

В самом деле, разработать такие высокоэффективные акку­муляторы тепла очень заманчиво. Конечно, трудно делать пред­положения на будущее, но в настоящее время сфера примене­ния аккумуляторов на основе скрытой теплоты фазовых перехо­дов, верорятно, будет ограничена установками пассивных мето­дов преобразования солнечного излучения в тепло. В системе горячего водоснабжения, которая получила наибольшее распро­странение на настоящем этапе развития гелиотехники, 1 кг воды при нагреве в течение дня с 15 до 55°С аккумулирует 40 ккал. Таким образом, в аккумуляторах, использующих скры­тую теплоту фазовых переходов, выделяемую, например, при плавлении, в ближайшем будущем едва ли удастся заменить воду.