Прежде чем приступить к рассмотрению конкретного проекта теплового аккумулятора, хотелось бы обсудить вариант теплового аккумулятора на парафине и сравнить его с водяным аккумулятором. Провоцирует к этому чрезвычайно высокая теплоемкость парафина, особенно в стадии перехода его в жидкое состояние (плавление). Порядка 150 КДж/кг*град . Обычная теплоемкость твердого или жидкого парафина – ок. 2,2 КДж/кг*град. (Для сравнения у воды теплоемкость 4,2 КДж/кг*град).

В обычном состоянии парафин , как видим, проигрывает воде по теплоемкости (способности запасать тепло) почти вдвое. Но если использовать именно фазовый переход парафина из твердого в жидкое состояние, то можно получить весьма ощутимый выигрыш . Заманчиво это потому, что тепловой аккумулятор используемый именно для отопления вообще –то работает в незначительном диапазоне температур. Вряд ли его удастся нагреть выше 50 градусов, а использовать его после остывания ниже +15 уже бессмысленно. (Вернее имеет смысл только для поддержания положительной температуры, например, в доме с непостоянным проживанием.) Итого, получается всего 30-35 градусов разницы. Парафины (например те, что используют для производства свечей) имеют температуру плавления ок 60-70 градусов и для теплового аккумулятора в прямом виде слабо пригодны. Но наверняка можно составить некую эмульсию или смесь, которая будет переходить в жидкое состояние при температуре 20-30 градусов. Однажды я купил жидкость для разжигания костров и угля для гриля. А осенью, еще при положительной, но невысокой температуре, она превратилась в твердый брикетик.

Итак, сравним, суммарную теплоемкость килограмма парафина ( с температурой плавления 30 градусов) и теплоемкость килограмма воды в рабочем диапазоне температур теплового аккумулятора.

Вода: 4,2 КДж * 30 = 126 КДж тепла.

Парафин: 2,2 КДж * 30 + 150 КДж (теплоемкость плавления) = 216 Кдж тепла.

Как видим, использование парафина с Т плавления 20-30 градусов обещает нам почти двойной выигрыш по запасаемому теплу. Однако если расширить температурный диапазон использования аккумулятора, то этот выигрыш начинает стремительно сокращаться. Другим существенным моментом является разница в цене, между водой и парафином. Если вода является фактически бесплатным материалом, то стоимость килограмма парафина уже несколько рублей как минимум. При необходимости использовать в теплоаккумуляторе нескольких тонн парафина, такое тепло становится просто нерентабельным по цене. Тем более, что запасти такое же количество тепла можно простым удвоением объема дешевого водяного теплового аккумулятора.

Проект водяного теплового аккумулятора.

Как я уже писал, тепловой аккумулятор должен иметь конструкцию длинного тоннеля («трубы») давать возможность отбора теплого воздуха из нескольких мест. ( смотри здесь… ). Однако реализация именно в виде «трубы» и достаточно трудна и бессмысленна с точки зрения теплоизоляции самого аккумулятора. Теплоаккумулятор не только накапливает тепло, но и должен его сохранять как можно дольше и без больших потерь. А значит – иметь максимальный внутренний объем при минимальной площади своей поверхности, что бы ее можно было теплоизолировать недорого. В идеале — иметь форму шара.

Но мы живем в «прямоугольном» мире и делать шарообразное и даже цилиндрическое помещение довольно затруднительно. Поэтому придется организовывать «длинный тоннель» в почти квадратном подвале, отведенном под теплоаккумулятор. Размер «комнаты» подвала — примерно 5,5 х 6,5 метра ( ~ 35 кв.м) , высота потолков после отливки пола и гидроизолирующей стяжки – 2 метра. Итого объем составит около 65-70 кубометров.

Для сбора и удаления конденсирующейся на холодном тепловом аккумуляторе влаги (росы, конденсата) пол подвала с помощью лазерного уровня спланирован с уклоном 2-3% в сторону дренажного колодца. По полу теплоаккумулятора сделана гидроизолирующая стяжка из специальной смеси.

«Длинный тоннель» в квадратном помещении придется организовать с помощью теплоизоляционных перегородок (примерно 10 см пенопласта по каркасу) . Вариантов его организации может быть множество, Но важно соблюдать условие, что бы потоки воздуха в входе тоннеля и в его выходе должны быть разнесены как можно дальше друг от друга и не соприкасаться друг с другом даже через теплоизолированную стенку. Иначе из-за высокой разницы температуры между уже нагретой частью аккумулятора и еще холодной начнется активный теплоперенос и выравнивание температуры. В результате, мы вместо того, что бы получить хотя бы небольшой теплоаккумулятор с высокой температурой и уже пригодный для обогрева (хотя бы в качестве суточного) , получим большой теплоаккумулятор с незначительной температурой.

Поэтому на мой взгляд, наиболее рабочими являются 2 схемы построения тоннеля. При устройстве тоннеля принимаем условную ширину ок. 1 метра. Кроме того, при любом разбиении площади по горизонтали, используем так же и разбиение по вертикали, с помощью перегородок на метр-полтора выступающих из пола или свисающих с потолка. Таким образом, на каждом квадратном метре площади мы организуем 2 погонных метра тоннеля. Значит тоннель будет иметь длину порядка 70 метров. Сечение тоннеля ни в каком месте не будет более 1 кв.метра.

Первый вариант – «лесенка» — классическое разбиение пространства на извилистый коридор. Общая длина перегородок — ок. 20 метров (площадь 40 кв. м) . Входящий и выходящий потоки воздуха разведены достаточно далеко. При такой схеме легко организовать множественные дополнительные воздуховоды в различные места теплоаккумулятора (до 6-ти), что позволит использовать теплоаккумулятор очень эффективно.

Единственный недостаток — самая «горячая» часть теплового аккумулятора находится на его периферии, а следовательно будет иметь достаточно большие теплопотери. И хотя я не слишком этим огорчен (об этом ниже), но все же…

Поэтому так же рассматривается другая рабочая схема с условным названием «лабиринт – улитка». В ней самая горячая часть теплоаккумулятора находится в его центре. Сделано это для того, что бы любые теплопотери «в бок» не терялись, а подогревали теплоаккумулятор же.

К тому же у «улитки» длина перегородок 16 метров (против 20 у «лесенки». Горячая и холодная часть разнесены между собой так же достаточно далеко. Длина тоннеля точно такая же. Схема «улитка» возможно позволит реализовать даже форму концентрической спирали без углов, что значительно снизит эффект «мертвых зон» в объеме теплового аккумулятора. Сделать многочисленные дополнительные воздуховоды так же не представляет большого труда.

Теперь немного о теплопотерях. Поскольку теплоаккумулятор планировался в доме изначально, на стадии замысла, то и место для него выбрано практически в центре подвала дома. Таким образом, условно безвозвратными могут считаться потери тепла через пол, в землю. Для их уменьшения отсыпана толстая щебневая подушка, а сами элементы будут устанавливаться не непосредственно на пол, а на деревянные поддоны, а пол будет выстелен пеноплексом (вспененным полиэтиленом, одним из самых эффективных утеплителей).

Потери тепла через стены идут на подогрев остального подвала, что служит своеобразным подогревом пола на первом этаже. Особенно это будет проявляться в гостиной, так как она расположена именно над тепловым аккумулятором. И пол в ней будет подогреваться через потолок аккумулятора.

Единственная внешняя стена теплового аккумулятора примыкает к зимнему саду (теплице), и потери тепла здесь служат для подогрева грунта в зимнем саду. Поэтому их нельзя считать потерями. А поскольку в зимнем саду почва будет так же достаточно прогреваться в солнечные дни, градиент теплопереноса будет весьма незначительным.

Константин Тимошенко