Задача всех этих исследований одна — создать теплицу с почти замкнутым циклом по воде, по возможности надежную и дешевую.
Существуют теплицы и с таким простым тепловым аккумулятором, как гравий. Им заполняют довольно объемистые желоба, над которыми расположены лотки с растениями. Днем гравий нагревается, для этого через него пропускают горячий воздух из верхних участков теплицы. А ночью вентилятор прогоняет сравнительно холодный воздух через сильно нагревшийся за день гравий, и благодаря этому средняя температура в теплице поднимается. В итоге растения получают больше тепла, растут быстрее и себестоимость их получается чуть ли не в два раза ниже, чем в обычной теплице без каменного теплового аккумулятора.
Гравий и крупные камни пробуют использовать в качестве аккумулятора солнечного тепла и на открытых посадках. В почву закапывают некоторое количество гравия так, чтобы верхний его слой выходил на поверхность. А дальше все идет по известному уже сценарию: днем гравий сильно нагревается, а ночью отдает тепло окружающей почве. В итоге сглаживаются резкие суточные колебания температуры почвы, что благоприятно сказывается на развитии растений, особенно на прорастании семян.
Во всем мире, в том числе и в нашей стране, проводится сейчас большой комплекс работ с целью приспособить солнечную энергию для обеспечения жилищ теплом или холодом. И холодильники и кондиционеры делают свое дело, обязательно затрачивая на это определенную энергию, довольно часто тепловую. В очень распространенных еще не так давно небольших бытовых холодильниках серии «Север» холод получают только с помощью тепла. Охлаждение здесь происходит при испарении аммиака, который циркулирует в теплообменном агрегате холодильника. Необходимую энергию аммиак получает от электрического нагревателя или даже от газовой горелки — такие варианты холодильника «Север» тоже выпускались.
Холодильные циклы, использующие солнечную энергию, уже применяются для охлаждения жилищ, для создания в них благоприятного микроклимата даже во время знойного среднеазиатского лета, когда сорок градусов в тени обычная температура. В некоторых системах используются растворы бромистого лития или хлористого кальция. Жидкий хладоноситель стекает по наклонной открытой крыше дома, где получает порцию солнечного тепла, необходимую для испарения воды и раствора. Затем сконцентрированный в результате испарения раствор поступает в абсорбционную холодильную машину, откуда охлажденная вода поступает в радиаторы, вмонтированные в потолок и стены, и охлаждает воздух в помещении.
Аналогичным образом работают солнечные отопители. Их теплообменные панели вмонтированы в стены и в крышу. Уже известные нам горячие ящики собирают солнечное тепло и передают его водяной системе отопления, радиаторы которой находятся в помещении. Ташкентский зональный научно-исследовательский институт типового и экспериментального проектирования совместно с Физико-техническим институтом Академии наук Узбекистана создали одноэтажный одноквартирный дом общей площадью 90 квадратных метров и жилой — 60 квадратных метров. Зимой для обогрева дома используется солнечное тепло. Вода, за день нагревшаяся в горячих ящиках, вмонтированных в крышу и южную стенку дома, передает тепло массивным аккумуляторам. Это большие массы гравия, засыпанного в пространство между двойными внутренними стенами дома. Днем аккумуляторы нагреваются, а ночью отдают накопленное тепло. Одно из самых разумных технических решений, с которым мы встречаемся в этом доме, исходит из того, что Солнце не должно на все сто процентов обеспечить дом теплом. Если рассчитывать на всевозможные погодные неожиданности или на самые холодные дни, которые, правда, бывают редко, то система солнечного отопления неимоверно усложнится. Поэтому в солнечном доме предусмотрено резервное отопление за счет сжигания природного газа или жидкого топлива. Система резервного отопления состыкована с солнечным обогревом, и можно считать вполне удачным итог их взаимодействия — в помещениях всегда достаточно тепло, а 70 процентов энергии для обогрева получают бесплатно от Солнца.
Прогнозы зарубежных специалистов предсказывают широкое использование солнечного тепла для отопления уже в недалеком будущем. Причем наиболее перспективными считаются дома с комбинированным отоплением. В Соединенных Штатах проходят проверку несколько тысяч жилых и административных зданий, где Солнце помогает экономить минеральное топливо. Весьма перспективны подобные системы и для наших пустынь, хотя хотелось бы иметь универсальную солнечную машину, которая зимой давала бы тепло, а летом — холод.
Кстати, об аккумулировании тепла и холода. Большие надежды связаны с использованием веществ, которые, переходя из одного фазового состояния в другое, энергично отдают или потребляют тепло. Есть соединения металлов, которые при сравнительно низкой температуре плавятся, поглощая много тепловой энергии, а затем — затвердевают и отдают тепло.
На территории Института солнечной энергии стоит довольно высокое трехэтажное здание с красивыми просторными балконами. Это экспериментальный девятиквартирный дом, в котором разместились институтские лаборатории. Дом служит главным образом для отработки систем, обеспечивающих внутри помещений комфортные условия за счет использования солнечной энергии. Одна из систем охлаждения помещений при сорокаградусной жаре на улице круглосуточно поддерживает в комнатах температуру 23 градуса.
Если дом используется как служебное здание и если в субботу и воскресенье системы охлаждения не работают, то даже в этом случае температура воздуха в комнатах не поднимается выше 25 градусов. А если в доме вообще выключить гелиотехническую систему микроклимата, то даже с учетом понижения внешней температуры в ночное время в комнатах будет очень жарко — примерно 34–36 градусов. Нужно сказать, что гелиотехнические системы комфортного климата в доме проходят испытания в сравнительно больших объемах — площадь помещений экспериментального солнечного дома 400 квадратных метров. В Ашхабаде уже построен 128-квартирный жилой дом с солнечным охлаждением.
В Институте солнечной энергии можно увидеть почти все, о чем мы упоминали, рассказывая об использовании одного из главных богатств пустыни — солнечного тепла и света. Как только въезжаешь на территорию института, то сразу же обращаешь внимание на красивую и довольно большую установку, в центре которой причудливо изогнутые толстые стеклянные трубки, наполненные зеленой массой. В установке идут эксперименты по выращиванию хлореллы. Чуть дальше несколько рядов низких парников с наклоненным стеклянным покрытием. Это экспериментальные опреснители парникового типа. Рядом с ними большие горячие ящики. Они созданы не только в самом институте, но в других научных и конструкторских коллективах. Каждый из образцов имеет свои особенности, в основном они различаются наполнителем, в котором уложены трубки теплообменника. Лучшим окажется тот наполнитель, который сумеет поглотить и передать циркулирующей воде больше солнечного тепла. В Ашхабад все эти горячие ящики прибыли для испытаний — устройства, созданные для жарких краев, должны проверяться в реальной рабочей обстановке.
Можно увидеть на территории института и теплицы-опреснители с замкнутым циклом использования воды. И новый одноэтажный дом, где отрабатываются системы солнечного отопления. И самые разные концентраторы солнечной энергии. Но есть такие объекты гелиотехнических исследований, которыми институт не занимается. Точнее, просто не может заниматься. Эти объекты находятся в сфере интересов ведущих исследовательских организаций страны, работающих в разных областях физики, химии, биологии, энергетики и тоже разрабатывающих некоторые фундаментальные проблемы, связанные с использованием энергии белого Солнца пустыни.
В числе исследований, которые могут в итоге превратить среднеазиатские пустыни в ценнейшие энергетические плантации, можно назвать работы в области водородной энергетики. Живая природа чрезвычайно бережно и экономно использует солнечную энергию. В растениях мельчайшие порции солнечного излучения утилизируются для точно отлаженных химических превращений. Специалисты подумывают о том, чтобы и в технических устройствах использовать солнечный свет для получения определенных химических соединений, которые потом могли бы играть роль искусственного горючего. В качестве возможного кандидата называют один из окислов серы, который может образовываться из исходных продуктов — серы и кислорода — под действием солнечных излучений. Получившийся газ в дальнейшем легко соединяется с кислородом воздуха, то есть сгорает, выделяя более 5000 килоджоулей энергии на каждый кубометр. Это немало, хотя и в несколько раз меньше, чем теплотворная способность природного газа.