Как без огня согреться в сибирскую стужу
За основу взяли так называемые тепловые насосы, которые широко используются в США, Японии, странах Скандинавии. Эти машины способны аккумулировать тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе. По принципу работы они аналогичны холодильникам, но с точностью до наоборот. Стоящий на кухне бытовой прибор создает разницу температур, затрачивая на это электроэнергию. А насос использует разность температур, чтобы выкачивать из более нагретой среды (воздуха, воды или земли) рассеянную в ней тепловую энергию. На потребленный киловатт-час электроэнергии они дают в 2-3 раза больше тепловой. Все, что нужно для их работы, - это разница температур.
- Используя зимой два природных термостата - окружающий воздух с температурой минус 20-40 градусов и незамерзающую воду из реки, моря или грунтовые воды, можно эффективно получать тепловую энергию для обогрева домов. И чем больше перепад температур, тем легче получать полезное тепло, - рассказал руководитель группы энергоаккумулирующих процессов и материалов ИК СО РАН Юрий Аристов.
Но проблема в том, что в Сибири слишком холодно, чтобы использовать традиционные тепловые насосы, работающие на фреоне. А если в качестве рабочего газа взять более холодостойкий аммиак, то это слишком опасно - вещество ядовито.
Решение проблемы сибиряки видят в создании тепловых насосов нового типа. Если в традиционных установках (как и в холодильниках) работают законы физики - тепло выделяется и поглощается при испарении и сжижении хладагента, то в новосибирской разработке все построено на химических процессах. Вместо знакомого многим еще со школы термодинамического цикла Карно новосибирские химики предложили использовать цикл адсорбция-десорбция (поглощение - выделение) газа пористым веществом.
Адсорбент помещали в теплообменник из алюминия с большой площадью поверхности. Такая установка позволяет производить тепло в прерывистом режиме: сначала оно выделяется при поглощении газа адсорбентом, а потом требуется время на регенерацию последнего. Для этого давление паров над адсорбентом резко уменьшают, здесь и используется разность температур, создаваемая сибирским морозом. Затем цикл повторяется.
- Идея была в том, чтобы сначала теоретически предсказать, каким должен быть оптимальный адсорбент, а потом синтезировать реальный материал со свойствами, близкими к идеалу. Рабочим веществом у нас являются пары метанола, и обычно для их поглощения используют активированный уголь, - рассказал доктор химических наук Юрий Аристов. - Но это оказалось не слишком эффективно, и мы синтезировали новый материал, специально приспособленный для цикла "Тепло из холода".
По оценкам ученых, для отопления частного дома достаточно 10 килограммов адсорбента, а прослужит он не менее пяти лет.