История возникновения энергосбережения



Все об электростанциях


 


Зарождение энергосбережения


Энергосбережение - это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на рациональное использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Энергосберегающие меры оказывают положительный эффект в экономических и экологических аспектах развития. Энергосбережение - важная задача по сохранению природных ресурсов. В настоящее время, понятие "энергосбережение" имеет научный статус, в этой области проводится множество исследований.



Использование энергии ветра и воды вместо физического труда


Первобытная эпоха и Древний мир характеризовались преобладанием физического труда. Но уже в эпоху Античности произведено крупное открытие в области энергосбережения, которое можно отнести к использованию альтернативных источников энергии - использование энергии воды и ветра.

Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чем свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750г. до н.э.). Описание органа, приводившегося в действие ветряной мельницей, - первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н.э.

Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связан с осью, мельница не будет вращаться.

Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.

Водяные мельницы известны в Римской империи со II века до н.э., описаны Витрувием, но широкое применение получат в Средневековье.



Получение воды и холода из вихревых потоков на Великом шёлковом пути


Впервые о вихревых потоках упоминается в Коране [3: 113 (117)], в переводе И.Ю. Крачковского (1963): "То, что они тратят… подобно вихрю, в котором холод: он поразил посев людей…". Т.е. древний литературный памятник бесстрастно зафиксировал то, что за полторы тысячи лет до открытия французского инженера Ж. Ранке люди знали, что в центре вихревого потока температура газа может упасть до степени замораживания.

Наглядным примером способности инженеров древности использовать обнаруженные и наблюдаемые природные эффекты является Великий шёлковый путь. Одним из его главных достоинств были колодцы. В целях увеличения, провозной способности караванов, инженеры сделали всё, чтобы вьючные животные не тащили на себе огромные запасы питьевой воды необходимые каравану, кроме определённого потребного минимума на один переход. Вдоль пути на расстоянии в 12-15 км друг от друга были созданы колодцы, в каждом из которых имелась вода, в достаточных количествах, чтобы напоить караван в 150-200 верблюдов.

В таком колодце чистая вода добывалась непосредственно из атмосферного воздуха. Разумеется, процентное содержание водяных паров в пустынном воздухе крайне незначительно (меньше 0,01% удельного объёма). Но благодаря конструкции колодца через его объём "прокачивался" пустынный воздух тысячами кубометров в сутки и у каждого такого кубометра отнималась практически вся масса воды, содержащаяся в нём. Древние инженеры использовали вихревой эффект. Сам колодец был наполовину своей высоты вкопан в грунт (см. рис.1).


Реконструкция колодцев Великого шёлкового пути

Рис.1. Реконструкция колодцев Великого шёлкового пути


Путешественники спускались за водой по лестницам на отмостки, и черпали воду. В центре углубления для скопившейся воды возвышалась аккуратно выложенная высоким конусом груда камней, выполнявших функцию конденсатора. Арабы свидетельствуют, что скопившаяся вода и воздух на уровне отмостков, были на удивление холодными, хотя снаружи колодца стояла убийственная жара. Нижняя тыльная часть камней в груде была влажной, а на ощупь камни были холодными.

К сожалению, скупость в описании конусного и шатрового свода колодца не дает чёткого представления о конструктивных особенностях. Недостаточность информации приходится возмещать умозрительными построениями. Стоит только обратить внимание на лёгкое удивление арабов: керамическая облицовка и в те времена была недешёвым материалом, но строители колодцев не считались с затратами и каждый колодец имел такое перекрытие. А ведь это делалось не просто так, поскольку материалам из глины можно было придать любую необходимую форму, затем отжечь и получить готовую деталь, способную работать в самых тяжёлых климатических условиях долгие годы.

В конусном или шатровом своде колодца были выполнены радиальные каналы, прикрытые керамической облицовкой, или сама керамическая облицовка представляла собой набор деталей с уже готовыми сечениями радиальных каналов. Нагреваясь под лучами солнца, облицовка передавала часть тепла воздуху в канале. Возникало конвективное течение нагретого воздуха по каналу. В центральную часть свода вбрасывались струи нагретого воздуха. Возникает вопрос, каким образом появлялось вихревое движение внутри здания колодца. Самое первое предположение, что ось каналов не совпадала с радиальным направлением. Имелся небольшой угол между осью канала и радиусом свода, то есть, струи были тангенциальными (рис.2).


Накопление воды в колодце

Рис.2. Накопление воды в колодце


Строители использовали очень малые углы тангенциальности - не более 5º. Угловая величина в 5º довольно незначительна, невооружённым глазом её порой и не разглядеть. Вероятно, поэтому технологический секрет инженеров древности остаётся неразгаданным и по сей день.