Древнегреческому драматургу Эсхилу принадлежат слова о том, что цивилизованные народы отличаются от варваров тем, что их дома «обращены лицом к солнцу».
Способов использования солнца для того, чтобы в доме было тепло и прохладно, — множество. О части из них мы уже говорили. Для получения горячей воды такие системы используются сейчас довольно широко.
Во многих зонах страны полезно сочетание котельных установок с солнечными водонагревателями. В симферопольской гостинице «Турист» солнечные водонагреватели на 40 процентов сократили расход топлива.
В США таких солнечных коллекторов смонтировано около двух миллионов квадратных метров. А чтобы система работала и в пасмурные дни, в индивидуальных домах монтируют аккумуляторы тепла. Это баки с водой емкостью 1–2 кубических метра. Накопленного в них тепла хватает на несколько дней. Такие системы существуют и у нас в стране.
И все же использование солнечной энергии для отопления довольно сложно. Главная проблема очевидна: солнечная энергия нужна для отопления не летом, а зимой, когда солнце светит слабо и тепла его не хватает.
Значит, трудности в том, чтобы отыскать экономичный способ длительного хранения тепла: от жарких летних дней до зимних.
Рассматриваются различные системы аккумулирования тепла: горячую воду закачивают в скальные пещеры, бурятся скважины, и в них закачивается вода, которая разогревает скальные породы, или закачивается в водоносные горизонты, подогревая в них воду летом и отбирая зимой. Предлагается также использовать стальные теплоизолированные баки с водой. В общем, в разных условиях могут оказаться выгодными различные системы.
Нужно сказать, что перечисленные проекты существуют не только на бумаге. В Швеции построено и эксплуатируется около 15 таких систем сообщил делегат этой страны на заседании рабочей группы по аккумулированию солнечного тепла, действующей под эгидой ЮНЕСКО. Эта встреча проходила в 1985 году в Институте высоких температур Академии наук СССР.
Среди этих систем: скальная пещера объемом 100 тысяч кубических метров для теплоснабжения 500 домов; заполненный водой теплоизолированный котлован, обеспечивающий 65 жилых домов; на крышке теплоизолятора, плавающего на воде, расположены параболоцентрические коллекторы, отслеживающие положение солнца и нагревающие воду. По подобному проекту намереваются построить и в нашей стране (в городе Судаке) станцию теплоснабжения жилого дома.
В Физико-техническом институте Академии наук Узбекской ССР исследуются водоемы, заполненные рассолами разной концентрации. Самый плотный и тяжелый раствор располагается у дна. Температура воды в нем поднимается до 90–95 градусов. Если отделить этот нижний слой прозрачной пленкой, то температура его поднимется еще на 5 градусов. Такие солнечные бассейны могут сохранять тепло несколько месяцев. Воду из них можно направлять как на отопление, так и на абсорбционную холодильную машину.
Кроме воды, в качестве теплоаккумулирующего вещества предлагается использовать другие материалы, в которых можно использовать теплоту фазового перехода.
Например, в США были проведены исследования по применению глауберовой соли, которая, плавясь при 38 градусах, поглощает энергию, а кристаллизуясь — отдает ее. Однако оказалось, что глауберова соль после многих циклов «плавление — затвердевание» меняет в худшую сторону свои теплофизические свойства.
Поиски лучшей системы продолжаются. Большой интерес вызывают у исследователей системы хемотермической аккумуляции. Тепловая энергия здесь используется для проведения химических реакций с поглощением тепла. Полученные вещества могут долго храниться, а затем реакцию можно провести в обратном направлении с образованием исходных веществ и выделением энергии.
Один из возможных вариантов — растворение аммиака в воде (выделение тепла), а затем разгонка раствора аммиака (поглощение тепла).
Еще одна область применения энергии Солнца — солнечные кондиционеры. Пока они не распространены.
Американские исследователи полагают, что до 1990 года они не будут достаточно экономичными.
Не менее дорого обходится и охлаждение помещений жарким летом. Предлагается использовать для этих целей ветер. Но технологическая цепочка при этом получается длинная и сложная: сначала строится ветроэлектростанция, а потом — кондиционер. Нельзя ли все это упростить?
Вот пример из давней истории. Археологи обнаружили в древнеиндийском городе Мохенджо-Даро, существовавшем на рубеже третьего и второго тысячелетий до нашей эры, странные сооружения для отлова ветра: на плоских крышах высоких домов без окон находились какие-то шкафы. Такие же дома были изображены на сохранившихся глиняных печатях. Однако местных рабочих, набранных в экспедицию, эти сооружения не удивили.
— Это для ветра. Чтобы в доме было прохладно, — пояснили они и пригласили в ближайший город Тхатту.
Там были такие же дома со шкафами на крыше. В шкафах были отверстия, обращенные в сторону моря.
— Мангх, — объяснил один из рабочих, — ветер ловит.
Отверстия могут открываться и закрываться в зависимости от направления и силы ветра. Воздух поступает в низкую чердачную каморку, где установлены глиняные плоские чаны с водой. Когда сухой горячий воздух попадает в помещение, он насыщается влагой, охлаждается и через систему отверстий, пробуренных в толстых стенах, опускается в жилые помещения. При сорокаградусной жаре в домах царит приятная прохлада.
Вот еще один способ создания комфортных условий в жилищах: зеленые насаждения. Американские исследователи выяснили, что деревья не только очищают воздух, но и снижают его температуру. Если деревья посадить вблизи кондиционеров, то расход энергии в них уменьшается на 10–20 процентов. Довольно неожиданный факт! Исследователи не сообщают причины. Думаю, что охлаждение воздуха вызывается процессом испарения воды, высасываемой деревьями из почвы.
Все в женских руках
Экономия энергии — насущный вопрос не только для стран средних широт, но и для самого жаркого материка земного шара — Африки. Не удивляйтесь. Именно в Африке, в столице Кении — Найроби, состоялась конференция ООН по новым и возобновляемым источникам энергии. И вот что примечательно — на конференции работала специальная секция: «Роль женщины в экономии энергии».
Организаторы конференции как бы вспомнили древнюю роль женщины хранительницы огня. Мать огня — так ее называли в Сибири. А древние римляне почитали в этой роли богиню Весту. Ее помощницы на земле жрицы-весталки — следили за поддержанием огня.
Кстати, отсюда — вестибюль: у входа в дом горел огонь весталок. В Греции покровительницей огня домашнего очага была Геста.
В Африке энергетические бытовые потребности обеспечиваются в основном сжиганием дров в примитивных печках или просто в кострах. Но это еще не беда, ведь лесов в Африке много, по крайней мере там, где ими пользуются как топливом. Беда в другом: коэффициент полезного действия печей очень низок — не более 15–20 процентов. Это и дало повод академику М. Стыриковичу, присутствовавшему на конференции, заявить: «Более совершенные печки спасут леса Африки!» Действительно, при теперешних темпах вырубки тропические леса исчезнут менее чем через 100 лет.
Заинтересованность африканцев в простых и экономичных печах продемонстрировала выставка «Энергия-81», организованная устроителями конференции в Найроби.
У новых печей было особенно многолюдно. Еще бы!
Их КПД вдвое выше, чем у традиционных. Кенийцы живо обсуждали их достоинства и тут же оформляли заказы на покупку. Хороший метод быстрого внедрения технического новшества!
Более совершенные печки создать совсем нетрудно.
У наших русских печей КПД существенно выше — до 60–70 процентов. Самую совершенную бытовую печку создал Фритьоф Нансен. Готовясь к санному походу на Северный полюс, он взял с собой обогреваемую примусом печку, КПД которой составлял 90–93 процента! Пожалуй, сделать потери еще меньшими трудно. А устроена она просто: над примусом расположена кастрюля для варки пищи, а вокруг нее и сверху — сосуды со льдом и снегом. Горячие газы, проходящие мимо этих сосудов, растапливали лед и обеспечивали путешественника водой.