Гравий в качестве аккумулятора тепла

Обычно в качестве аккумулятора солнечного тепла используют воду. Однако теплоаккумулирующими веществами могут служить галька, гравий, а также кирпич, цемент и другие строительные материалы. Удельная теплоемкость воды (количество теплоты, аккумулируемой в 1 м³ воды на 1°) составляет 1000 ккал/(м³∙°С), удельная теплоемкость гравия равняется 0,22 ккал/(кг∙°С), и при плотности 1850 кг/м³ удельная теплоемкость составит 400 ккал/(м³∙°С), т.е., чтобы аккумулировать одинаковое количество тепла, для гравия потребуется пространства в 2,5 раза больше, чем для воды. Обычно гравий в качестве аккумулятора тепла используют в отопительных системах с воздушными коллекторами. Такие аккумуляторы из твердого гранулированного материала типа гравия широко применяются в США в системах, в которых комбинируют несколько методов аккумулирования тепла.

Аккумулятор тепла из гравия (фирма "Солалон")

1 - подача теплого воздуха из коллектора в отопительную систему; 2 - подача воздуха в коллектор;
3 - галька (или гравий); 4 - теплоизоляционный материал; 5 - блок

Недостатком аккумулятора тепла из гравия являются его большие размеры, а положительным является возможность размещения под полом дома, поскольку у японских домов по традиции пол приподнят над фундаментом более чем на 45 см. Если рационально использовать это пространство, то можно найти достаточно места для размещения теплоаккумулятора из гравия и обеспечить эффективный обогрев помещения через пол. В этом случае возникает большое сопротивление воздушному потоку, поэтому необходимо в каждом конкретном доме использовать какое-либо устройство, обеспечивающее его равномерную циркуляцию.

Аккумулятор тепла из гравия, размещенный пол полом и предназначенный для обогрева дома через пол

1 - вход воздуха (отверстие 200x400 с автоматической крышкой); 2 - выход воздуха (отверстие 200x400 с ручной крышкой);
3 и 4 - слой гравия; 5 - цементный блок с трубопроводом; 6 - отопление через пол

Обычно сопротивление воздушному потоку в теплоаккумуляторе, наполненном гравием, определяется расчетным путем. Как правило, скорость циркуляции воздуха мала, поэтому не должно вызывать беспокойство давление воздуха в диапазоне 3-5 мм вод.ст., характерное для такой конструкции. Чтобы в солнечном доме, имеющем под полом слой гравия толщиной 30 см, аккумулировать 50000 ккал тепла и удерживать это тепло при температуре 20°С, необходима площадь пола приблизительно 20 м². Этого тепла будет достаточно для отопления помещений 1-го этажа - гостиной, столовой и спальни.

Диаметр используемых частиц гравия обычно 4-8 см. Если бы Удалось подобрать частицы гравия одного диаметра, то независимо от их размера получаемый тепловой эффект был бы на 50% больше и не было бы помех при циркуляции воздуха. Нежелательно смешивать мелкий и крупный гравий. Кроме гравия применяют и щебень. Однако если его не готовить специально, то возможно попадание ломких и грязных кусков; при употреблении он может ломаться, а нагреваясь, трескаться.

Аккумуляторы из гравия могут использоваться и летом для накопления холода. Такие аккумуляторы встречаются в домах, построенных в США в г. Томсоне. Однако при этом существует опасность заиндевения гравия в процессе поступления в аккумулятор холода. Некоторые считают, что при употреблении гравия в качестве аккумулятора тепла возможно появление плесени, неприятных запахов и болезнетворных грибков. Если теплоаккумуляторы из гравия установить вне помещения, то тепло можно использовать и для горячего водоснабжения не только зимой. Когда теплоаккумулятор из гравия размещают под полом, им можно пользоваться только для отопления дома в зимний период. Если к расположенному под полом теплоаккумулятору подсоединить систему труб с циркулирующей водой и устроить простейший бак-накопитель нагретой воды, то зимой, когда наблюдается максимальное потребление горячей воды, эта система может служить для предварительного подогрева воды в системе горячего водоснабжения.

Монтаж таких устройств, также работающих от Солнца, позволяет повысить суммарный коэффициент использования солнечного излучения в системах горячего водоснабжения и сократить размеры теплоаккумуляторных баков.

С другой стороны, с целью экономии дорогостоящих антифризных растворов можно добавлять гравий в те теплоаккумулирующие баки, которые сейчас заполняют жидкими теплоносителями. Гравий в свою очередь может служить аккумулятором для воды или антифризных растворов, циркулирующих по трубам.