Kagamine Lenрасскажите про дешевые системы кондиционирования на аккумуляторах холода.интересны системы использующие мирабилит
Давно и широко известна большая группа химических реакций, которые в закрытом сосуде при нагревании идут в одну сторону с поглощением энергии, а при охлаждении — в обратную с выделением энергии. Такие реакции часто называют термохимическими. Энергетическая эффективность таких реакций, как правило, меньше, чем при смене агрегатного состояния вещества, однако тоже весьма заметна.
Подобные термохимические реакции можно рассматривать как своего рода смену фазового состояния смеси реагентов, и проблемы здесь возникают примерно те же — трудно найти дешёвую, безопасную и эффективную смесь веществ, успешно действующую подобным образом в диапазоне температур от +20°С до +70°С. Впрочем, один подобный состав известен уже давно — это глауберова соль.
Мирабилит (он же глауберова соль, он же десятиводный сульфат натрия Na2SO4 · 10H2O) получают в результате элементарных химических реакций (например, при добавлении поваренной соли в серную кислоту) или добывают в «готовом виде» как полезное ископаемое. Очень велики естественные запасы экологически чистого мирабилита в заливе Кара-Богаз-Гол на Каспии (Туркменистан), причём там они постоянно возобновляются благодаря естественному испарению огромных объёмов солёной каспийской воды под жарким южным солнцем. Оптовая стоимость технического мирабилита в Москве на конец 2009 года — порядка 5.5 рублей за килограмм, медицинского (используется при промывании желудка) чуть дороже. При длительном хранении в сухом месте кристаллический мирабилит «высыхает», теряя связанную воду и потихоньку превращаясь в безводный сульфат натрия. При этом его плотность повышается, а объём уменьшается, что облегчает транспортировку. Чтобы восстановить сульфат натрия до «рабочего» десятиводного состояния, достаточно добавить в него необходимое количество воды.
С точки зрения аккумуляции тепла наиболее интересная особенность мирабилита заключается в том, что при повышении температуры выше 32°С связанная вода начинает освобождаться, и внешне это выглядит как «плавление» кристаллов, которые растворяются в выделившейся из них же воде. При снижении температуры до 32°С свободная вода вновь связывается в структуру кристаллогидрата — происходит «кристаллизация». Но самое главное — теплота этой реакции гидратации-дегидратации весьма велика и составляет 251 кДж/кг, что заметно выше теплоты «честного» плавления-кристаллизации парафинов, хотя и на треть меньше, чем теплота плавления льда (воды).
Таким образом, теплоаккумулятор на основе насыщенного раствора мирабилита (насыщенного именно при температуре выше 32°С) может эффективно поддерживать температуру на уровне 32°С с большим ресурсом накопления или отдачи энергии. Конечно, для полноценного горячего водоснабжения эта температура слишком низка (душ с такой температурой в лучшем случае воспринимается как «весьма прохладный»), но вот для подогрева воздуха такой температуры может оказаться вполне достаточно — в этом случае раствор мирабилита можно поместить в пластиковые бутылки и обдувать их воздухом с помощью обычного маломощного вентилятора (в том числе автомобильного на 12 вольт или компьютерного на 5 вольт). В жарких местностях можно использовать раствор мирабилита для сохранения прохлады, — согласитесь, что когда на улице больше 40°С в тени, даже 33..35°С в помещении будут весьма живительны, причём в отличии от прожорливых кондиционеров здесь не нужно ни электричества, ни топлива.
И ещё один приятный «бонус» мирабилита при работе «на обогрев» — возможность значительного переохлаждения находящегося в покое раствора без кристаллизации (до 20°С и ниже). В итоге получается «управляемый» теплоаккумулятор, который можно «включить», внеся возмущение в переохлаждённый раствор, скажем, стукнув по стенке ёмкости. При этом начинается реакция кристаллизации, в результате которой выделяется тепло и температура раствора быстро возрастает до 32°С. Далее реакция кристаллизации замедляется и идёт со скоростью, необходимой для поддержания этой температуры, — до тех пор, пока вся растворённая глауберова соль не кристаллизуется. Но, конечно, не следует думать, что раствор можно переохладить очень сильно, и приехав под Новый год на промороженную дачу, обогреть её запасённым летом теплом. Дело в том, что чем больше степень переохлаждения, тем меньшее воздействие нужно для запуска реакции кристаллизации, вплоть до громких звуков, перепадов атмосферного давления и неуловимых человеком естественных вибраций. И уж в любом случае, таким воздействием будет начало замерзания свободной воды в ёмкости!
Для того, чтобы кристаллизация начиналась автоматически при снижении температуры до порогового уровня (32°С), можно принудительно «взбадривать» раствор (скажем, установить обдувающий ёмкость вентилятор непосредственно на её стенке, чтобы вибрация от вентилятора запустила кристаллизацию сразу, как только температура начнёт снижаться). Другой способ — это использовать перенасыщенный раствор, когда часть кристаллов так и не сможет раствориться (им просто не хватит воды). Эти кристаллы обеспечат неравовесность раствора, автоматически запускающую кристаллизацию при снижении температуры ниже пороговой.
Весьма низкая температура фазового перехода позволяет «заряжать» мирабилитовый теплоаккумулятор не только интенсивным нагревом с помощью электрогрелок или сжигания топлива, но и «низкотемпературным» солнечным теплом от солнечных коллекторов даже в прохладные, но солнечные весенние и осенние дни! При этом, хотя габариты такого теплоаккумулятора будут немалыми (масса нужна большая, и здесь никуда не деться — в городской квартире его не разместить), при условии использования бросовых материалов для солнечного коллектора и бросовых емкостей под раствор (пустые пластиковые бутылки) его стоимость в зависимости от объёма я оцениваю всего от нескольких тысяч до двух-трёх десятков тысяч рублей, — главным образом на теплоизоляцию и сам мирабилит.
К сожалению, информации о подобных системах в Интернете практически нет. Пожалуй, единственное, зато толковое и подробное описание такой системы мне встретилось на сайте «DelaySam.ru». Гораздо чаще можно встретить сведения о процессах, позволяющих запасать в виде химической энергии высокотемпературное тепло. Да, там количество теплоты на каждый килограмм рабочего вещества на один-два порядка больше, чем у мирабилитового теплоаккумулятора. Но они требуют специального оборудования и технологий (нагревом на солнышке там не обойтись!), кроме того, почти всегда необходимо организовывать разделение реагентов и соблюдать особую осторожность из-за использования в процессах химически активных или легковоспламеняющихся веществ, а также из-за других опасностей. Поэтому эти способы аккумуляции энергии рассматриваются в отдельном разделе химических накопителей энергии.
http://khd2.narod.ru/gratis/accumul.htm#HYROSCOPEзы интересный вопрос можно ли сдвинуть температуру кристализации с 32С в более высокую,
например 40С или даже 50С с помощью каких нибудь добавок другого вещества или
изменяя давление в бочке с мирабилитом?
чтобы запасти порядка 10квт.час = 36Мдж
(десять часов работы обогревателя мощностью 1 квт)
нужно примерно 150кг мирабилита, а если запасти тонну(что стоит около 200уе)
то можно обеспечить себя буфером тепла и на несколько дней или прохладой в дневную жару
сам контейнер может обойтись дороже вещества, если только это не выкопанная яма под домом(или рядом) с многослойной и эффективной термоизоляцией например их пенопласта и фольги(например кухонной)
система получается недорогой(относительно) и по критерию удобство/цена
явно дешевле и лучше кондиционера и нагревателя-термоса для горячей воды
т.е. сможет составить конкуренцию в нижнем ценовом диапазоне,
куда сместится большинство покупателей из-за резкого падения доходов населения в стране.
более того система кондиционирования/отопления на мирабилитовом теплоаккумуляторе может достаточно просто и недорого
доработана до уровня полной автономии, что важно для загородных домов.
Физика - это вам не математика, тут думать надо.
Марк Биньяминович Бирк директор Еврейской Школы