Солнечное отопление без солнца: удивительное изобретение ученых из России и Китая

Как сделать так, чтобы солнце отапливало наши дома не только днем, но и ночью? Ученые из Уральского федерального университета и Сычуаньского сельскохозяйственного университета (Китай) нашли решение этой задачи. Они разработали, изготовили и успешно испытали новый солнечный воздушный коллектор — устройство, которое превосходит мировые аналоги по эффективности накопления и отдачи тепла, теплопроводности и экономичности.


Солнечный воздушный коллектор — прибор, который использует воздух в качестве теплоносителя и солнечное излучение в качестве источника тепла. Такой коллектор состоит из полого короба, одна из стенок которого закрыта стеклом. Внутри короба установлены трубки, по которым циркулирует воздух. Солнечные лучи проникают через стекло и нагревают трубки и воздух внутри них. Затем горячий воздух поступает в помещение через специальные отверстия или вентиляционную систему. Таким образом, солнечный воздушный коллектор может отапливать дом или другое здание без использования дополнительных источников энергии.

Однако у таких коллекторов есть один существенный недостаток — они работают только при наличии солнечного света. Как же обеспечить отопление в ночное время или в пасмурную погоду? Для этого необходимо иметь способ накопления тепла в течение дня и его выделения в течение ночи. Именно такой способ предложили российские и китайские ученые, которые создали новый тип солнечного воздушного коллектора на основе композитного аккумулятора тепла.

Композитный аккумулятор тепла — материал, который состоит из двух компонентов: материала с фазовым переходом (МФП) и медной пены. МФП — вещество, которое при определенной температуре меняет свое агрегатное состояние (например, твердое на жидкое или наоборот). При этом происходит выделение или поглощение большого количества тепла. Медная пена — пористый материал, который обладает высокой теплопроводностью и большой площадью поверхности. Она служит для усиления теплообмена между МФП и окружающей средой.

Композитный аккумулятор тепла изготавливается путем сплавления МФП и медной пены. Полученный материал ученые поместили внутрь конструкции солнечного воздушного коллектора, где он плотно контактирует с трубками, по которым циркулирует воздух. Когда солнечные лучи нагревают коллектор, МФП переходит из твердого состояния в жидкое, поглощая тепло. Медная пена увеличивает скорость и объем этого процесса, так как она усиливает теплопроводность и теплоотдачу между МФП и воздухом. Таким образом, в течение дня композитный аккумулятор тепла накапливает в себе невероятно большое, в стравнении с традиционными конструкциями количество энергии.

Когда солнце заходит за горизонт, происходит обратный процесс. МФП постепенно переходит из жидкого состояния в твердое, выделяя тепло. Медная пена снова способствует усилению теплообмена между МФП и воздухом. Таким образом, в течение ночи композитный аккумулятор тепла отдает свою энергию в помещение, поддерживая комфортную температуру.

На территории Китая при температурах от минус 15 до плюс 5 градусов Цельсия российские и китайские ученые испытали новый солнечный воздушный коллектор. Они сделали сравнение с коллектором без медной пены и выявили ряд преимуществ нового устройства.

Например, новый коллектор имел более высокую теплопроводность — в два раза больше, чем у старого. Таким образом он эффективнее передавал тепло от солнца к воздуху. К тому же, новый коллектор быстрее входил в режим накопления тепла — на 30 минут раньше, чем старый. Это значит, что он оптимальнее использовал солнечную энергию. Еще одно достоинство нового коллектора — он накапливал больше тепла, чем старый. Наконец, новый коллектор нагревал воздух до более высокой температуры.

Все эти показатели свидетельствуют об улучшении теплоаккумулирующей и теплоотдающей способности нового коллектора. Это позволяет ему отапливать помещение не только днем, но и ночью, а также экономить энергию и деньги. Кроме того, прибор обеспечивает более равномерное распределение тепла в помещении и меньший диапазон колебаний температуры, что повышает комфорт проживания.