Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 04

— Сережа… — Наташка натурально побледнела. Только не надо щекотаться, ладно? Ты же знаешь, маска сломается от таких эмоций. Она же перегорит!

— А я тебя предупреждал: выключи!

— Ее нельзя выключать! У меня собеседование!

— Тогда зови охрану! — Сергей выключил монитор и поудобнее перехватил Наташкину ногу. — Вместе посмеемся.

В этом выпуске Патентного бюро мы расскажем про «Солнечный» дом Максима Привалихина, безопасную бритву для… льда и снега Владимира Петрушкинаи про «циркуляторный» двигатель Заура Бераяиз грузинского города Поти.

Экспертный совет ПБ отметил Авторским свидетельством предложение Максима Привалихина из школы № 19 г. Красноярска и Почетным дипломом предложение Владимира Петрушкина из г. Лесосибирска Красноярского края.

«СОЛНЕЧНЫЙ» ДОМ

Отопление дома стоит немалых денег. Между тем необходимая для этого энергия буквально падает с неба. Дом, круглый год получающий тепло только от солнца, разработал Максим Привалихин из школы № 19 г. Красноярска. В начале своей работы Максим сообщает нам интересные факты. Несмотря на то, что продолжительность светового дня летом больше, чем зимой, длительность возможного освещения солнцем окна, выходящего на юг, зимой больше, чем летом. Более того, оказывается, например, в местности, лежащей на 35°северной широты, за час на один квадратный метр окна может поступать в полтора раза больше энергии, чем летом. Правда, на такой широте расположен Иран, Афганистан, юг Китая — то есть районы, где в отоплении практически нет нужды.

Но в средней полосе России за счет солнца можно сэкономить много энергии. Здесь все зависит от погоды. Не так уж много в России солнечных дней в году, и чередуются они в случайном порядке. Как показали исследования Института высоких температур РАН, в наших краях с марта по сентябрь, как минимум в половине всего этого времени, солнце может нагревать воздух в специальных панелях до 37 °C, а пятую часть этого времени составят дни, когда температура воды достигнет 55 °C.

Энергии солнечных лучей, падающих на крышу обычного дома, вполне достаточно, чтобы полностью обеспечить его теплом. Нужно лишь научиться ее в солнечные дни запасать и достаточно долго хранить, чтобы пользоваться ей в пасмурные дни и зимой.

Максим изучил многие из известных систем солнечного обогрева домов и пришел к выводу: они несовершенны. Вот, например, наиболее распространенная система Хотелла и Воертса. На крыше расположены солнечные коллекторы. Как правило, это застекленные плоские ящики с зачерненным дном. Внутри ящика проходят трубы, по которым протекает вода. Солнечный свет проникает через стекло, поглощается дном и превращается в инфракрасное излучение, энергия которого уже не может выйти через стекло наружу и нагревает трубы с водой. Горячая вода перекачивается насосами в расположенный в подвале бак. Из него затем берется вода для отопления дома ночью и в те дни, когда солнце скрыто облаками.

Солнечные коллекторы не так уж дороги, но бак тpeбуется очень большой. Его стенки приходится окружать хорошей тепловой изоляцией, иначе все тепло воды уйдет в землю. В результате система получается слишком дорогой.

Стремясь удешевить солнечное теплоснабжение, делают один большой водяной бак на несколько домов. Тогда в расчете на литр горячей воды стоимость материалов и работ снижается. Бывают в этом деле и инженерные находки. Так, в Швеции для хранения 100 тысяч тонн нагреваемой солнцем воды использовали скальные каверны. Этого оказалось достаточно, чтобы отапливать целый город и зимой, и летом. Отопление получилось очень дешевым, но скальные каверны имеются далеко не везде.

Максим Привалихин предлагает способ, позволяющий систему солнечного отопления домов упростить и удешевить. Для этого трубы с водой нужно заменить так называемыми тепловыми трубами, а передаваемое по ним солнечное тепло тратить не на нагревание воды, а на расплавление соли, которая при затвердевании будет отдавать его потребителю. Рассмотрим эти предложения по порядку.

Тепловая труба это труба, наполненная пористой массой, попросту говоря, фитилем. Она герметически закрыта с обоих концов, а фитиль пропитан какой-либо жидкостью. При нагревании одного из концов тепловой трубы жидкость закипает, пар ее через поры фитиля просачивается в холодный конец и там конденсируется, выделяя тепло.

Благодаря такому устройству тепловая труба длиной один метр с поперечным сечением 1 см 2имеет теплопроводность в тысячу раз больше, чем медный стержень таких же размеров.

Максим Привалихин предлагает один конец тепловой трубы вывести на крышу и соединить с солнечным коллектором, а другой провести в подвал для плавления соли в хранилище тепла. Тепловой трубе не нужны насосы и не требуется никакого обслуживания, и это делает предложение Максима очень привлекательным. Однако в качестве жидкости для тепловой трубы он предлагает аммиак, нагреваемый солнцем до 100 °C. К сожалению, при такой температуре аммиак вообще не может превратиться в жидкость, и тепловая труба работать не будет.

Если в тепловой трубе поднять давление до 20 атм, аммиак смог бы конденсироваться при температуре 50 °C, и устройство могло бы работать. Нужно помнить только, что аммиак горюч и ядовит. (Вспомните нашатырный спирт!) Жить в доме с тепловыми трубами, наполненными аммиаком, было бы опасно. Очевидно, следует подобрать другую жидкость нетоксичную, негорючую и кипящую при температурах 50 — 100 °C. На эту роль сегодня можно предложить лишь фреон, который, хотя и безвреден для человека, опасен для окружающей среды.

Теперь о второй части предложения Максима Привалихина — применении расплавленной соли. Бак для хранения одного и того же количества тепла в расплавленной соли будет гораздо меньше, нем водяной, и при этом резко уменьшатся потери тепла. Однако соль, способная плавиться при температуре 50 — 100 °C, пока не известна. Вполне возможно, что такие соли есть. Среди них придется выбрать химически наиболее стойкую и к тому же не разъедающую стенки бака. Одним словом, предложения Максима Привалихина заслуживают внимания, но для претворения их в жизнь нужны исследования.

БЕЗОПАСНАЯ БРИТВА ДЛЯ ЛЬДА И СНЕГА