Современный человек, вспоминая о прежних временах, частенько относится к ним с достаточной долей самодовольства, мол, «чего они там знали и могли уметь, — с ветки на ветку прыгали, вот и всё» :-).
Однако, изучая историю, мы каждый раз натыкаемся на удивительные примеры того, что в корне развеивает этот озвученный подход, ибо «древние таки кое‑что умели!».
И сегодня мы поговорим о паре таких примеров — как люди, ещё в древности, делали свои собственные холодильники.
Да простые, да «без нанотехнологий» — но, оно работало, и это главное!
Кстати сказать, этот подход не утратил свою актуальность и поныне, так как знать технологические приёмы создания низких температур, без какого‑либо электропитания и современных материалов — это, как минимум, интересно, а как максимум, может вполне и пригодиться в каких‑то неожиданных ситуациях…
Холодильник для продуктов
Сразу надо сказать, что принцип холодильника, о котором будет идти речь далее, свойственен многим культурам, с местными вариациями, из-за чего, такие устройства известны под рядом названий, но, тем не менее, их объединяет общий принцип испарительного охлаждения, поэтому, можно вполне корректно их называть испарительными холодильниками.
Если же говорить о наиболее раннем появлении подобных устройств в жизни человечества, то, археологические находки свидетельствуют, что самыми ранними были такие холодильники, применявшиеся ещё в Древнем Египте, около 2500 лет, до н. э.
Также, находятся упоминания подобных устройств и в текстах, дошедших до нас из Древней Индии и Месопотамии, датируемых периодом 3000 лет назад.
Но, не только культуры этих стран использовали их, есть упоминания и в древнекитайских трактатах, а также, например, в трудах древнеримского писателя Плиния.
Однако, что же представляет собой подобное устройство? Усреднённую конструкцию можно увидеть на рисунках ниже, где первый рисунок показывает принципиальную схему устройства, а второй, как это выглядит в жизни:
Итак, как можно видеть, конструкция представлена двумя глиняными горшками круглого сечения, вставленными один в другой, где их диаметры подобраны таким образом, чтобы между внутренним и внешним горшками, оставалось некоторое пространство (в 5-6 см), которое следует заполнить обычным песком.
После этого, песок обильно поливается водой, таким образом, чтобы он был полностью намочен сверху донизу.
Вот и всё: после этого, во внутренний горшок можно класть продукты, а верхняя часть этого горшка накрывается мокрой тканью. Природный холодильник готов к работе!
Теперь, как это работает: говоря современным языком, в устройстве используется принцип фазового перехода воды, из жидкого состояния, в газообразное (пар), что представляет собой довольно эндотермический процесс, то есть, поглощает энергию из окружающей среды, в результате чего, температура окружающей среды падает (собственно говоря, поэтому мы и потеем — работает «интегрированная система охлаждения» организма).
Скажем, для испарения 1 г воды, требуется около 2260 Дж энергии, и это довольно много — вода постепенно испаряется из промежутка с песком, что и приводит к охлаждению всей системы.
Наверняка, сразу, после просмотра картинок выше, некоторые сразу нетерпеливо сказали: «да, да, всё понятно, можно дальше не читать, ясно как работает». :-)))
Однако, разочарую: эта простота весьма обманчива и работает он вовсе не так, как кажется с первого взгляда: может показаться, что, раз пространство между двумя горшками сверху открыто, и в этом пространстве виден насыпанный песок — можно подумать, что основным испарителем воды является именно этот пояс песка, видимый сверху.
Но тут то и заключается основная ошибка: испарителем является не этот пояс песка, а…. стенки внешнего горшка!
Да‑да, именно так, — неглазурованная глина хорошо проводит воду, через множество сверхмелких капиллярных каналов — их сечение достаточно малое, поэтому вода не может через них течь в явном виде, но, тем не менее, их сечение всё же достаточно большое, чтобы через них, вода поступала к внешней площади стенок наружного горшка, удерживая их постоянно смоченными, и, испаряясь с них, соответственно, понижала их температуру!
Но тут, сразу возникает логичный вопрос: а зачем вообще тогда нужен песок, не проще ли залить пространство между двумя горшками, просто водой?
И тут заключается второй, весьма хитрый момент: попытка залить просто воду между горшками, приведёт к тому, что она будет весьма активно испаряться, особенно, в жарком климате, обеспечив весьма короткий срок работы устройства (считанные часы), от одной заправки водой.
В то же время, наличие песка позволяет продлить срок службы, от одной заправки водой, вплоть до примерно 48 часов!
Ещё один интересный момент заключается в том, что, попытка залить воду между стенками, не заполняя их песком, приведёт к началу конвекционных процессов в воде, в процессе её нагревания, а, соответственно, и переносу температуры от внешней стенки — к внутренней, соответственно, существенно смазывая финальный полезный результат!
А вот какую роль играет здесь песок, если его добавить в промежуток между горшками:
блокирует процессы конвекции (их в песке, попросту нет);
эффективно проводит влагу до внешних стенок, постоянно удерживая их смоченными изнутри;
является изолятором тепла: не пропускает тепло снаружи — к внутреннему горшку.
Таким образом, несмотря на первый порыв «надо водой всё залить и песок убрать» — это будет не лучшим вариантом. 😉
При благоприятных условиях, если влажность окружающего воздуха не превышает 60%, то, достигаемый с помощью устройства перепад температур является максимальным, и, может достичь 15°C (по сравнению с окружающей средой).
Тем не менее, если влажность воздуха достаточно высокая, и превышает приблизительно 60%, то эффект охлаждения может сойти практически к нулю.
Можно было бы подумать, что подобный «горшечный хай‑тек» — казался таковым только своим современникам, и остался в далёком прошлом, но нет: в наше время он снова поднял свою голову и увеличивает популярность, благодаря стараниям преподавателя из Нигерии, Мохаммеда Ба Аббы, который ещё в начале 2000-х годов явился идейным вдохновителем запуска серийного производства подобных холодильников, для самых малообеспеченных слоёв своей страны, которые не смогли бы позволить себе современный холодильник.
Благодаря его трудам, множество людей получили холодильники для сохранения скоропортящихся продуктов, где особенно благодарны ему были домохозяйки и фермеры, получившие возможность сохранять свои продукты неделями, с помощью такого, казалось бы, простого устройства из древности!
Эти старания не прошли даром, и, в 2001 году, он получил престижную международную премию от компании Rolex — Rolex Award for Enterprise, учреждённой как раз специально для таких случаев, — для награждения тех, кто своими инновационными проектами улучшил жизнь людей или посодействовал решению иных глобальных проблем в области медицины, технологий или окружающей среды.
После того, как знания об этом древнем способе охлаждения попали в зону внимания большого числа людей (в связи с популяризацией его в Нигерии, и распространении информации об этом), многие стали экспериментировать со своими версиями подобных устройств, черпая общедоступную информацию из интернета.
В результате чего, до нас дошла информация об одной из наиболее успешных версий, созданной американским самодельщиком из Калифорнии, который повторил это устройство со своими вариациями: использовал стеклянную крышку, наподобие тех, которыми накрывают сковородки или кастрюли, — и эта крышка была предназначена для закрывания серединной части, с продуктами.
Также, в качестве улучшений, был добавлен слой гальки, насыпанной поверх слоя песка — впрочем, это было сделано исключительно для красоты, так что к функционалу это отношения не имеет.
Тем не менее, функциональные улучшения также имелись:
вся конструкция была установлена на колёсики, таким образом, обдув горшка снизу ещё более усилился — так как воздух теперь смог свободно проходить и под горшком;
ещё одним улучшением явилось то, что под внутренним горшком были поставлены ножки, чтобы его приподнять от дна внешнего горшка — так как внешний горшок был поставлен на колёсики и, было необходимо теперь обеспечить передачу тепла дну внешнего горшка тоже (как мы видим, этим конструкция отличается от канонического варианта, так как канонический вариант не предполагал установку на колёса, и ставился прямо на землю); кроме того, такое решение облегчило и перемещение горшка с места на место;
для удобства помещения продуктов внутрь горшка и извлечения их наружу, была установлена решётка-корзина, с осью-рукояткой посередине, за которую и можно было извлекать корзину наружу:
Как заявляется, в жаркие дни температура внутреннего горшка опускалась примерно до 4,5°С, что уже сравнимо с показателями обычных холодильников.
Также, может быть полезной информация, подмеченная другими исследователями, что для выхода на максимальный режим охлаждения холодильнику требуется от 10 до 12 часов, от момента первого увлажнения песка, после чего увлажнение требуется только поддерживать.
Тем не менее, как отмечает сам автор, так как он живёт в жаркой Калифорнии, где проблема с водой* стоит более остро, чем проблема доступности электричества — для него это был в чистом виде научный эксперимент, и он не собирался делать этот холодильник для себя или тиражировать его на продажу; но, этот эксперимент дал ему понять, что сам принцип вполне себе работает и может быть применён на практике.
*Было выявлено, что в жаркие солнечные дни устройство испаряет несколько галлонов воды в сутки (1 галлон =~3,79 л).
Неглазурованные глиняные горшки, глиняные ножки для внешнего горшка, глиняный поддон для него же, небольшая деревянная платформа и вращающиеся на своей вертикальной оси колёсики для тележек были куплены в обычном цветочном магазине.
Кондиционирование воздуха
Описанный выше охладитель для продуктов является не единственным вариантом, дошедшим до нас из древности, так как тогда существовали и ещё более замысловатые конструкции, предназначенные для охлаждения воздуха в помещениях жарких стран.
Одним из таких примеров являются охладители воздуха, строившиеся массово в древнем Иране, ещё 2000 лет назади носившие название «яхчалы»:
Принцип их работы заключался в том, что они использовали перепад температур, образующийся в пустынных местностях: несмотря на то, что, в пустынной местности температура воздуха может быть днём достаточно высокой, то, с заходом солнца, температура очень сильно падает, что может даже приводить к замерзанию воды, особенно, если она находится в углублённых бассейнах, ниже поверхности земли — потому что в эти углубления ночью стекает холодный воздух с округи.
Таким образом, его работа построена на сочетании двух процессов: ночью, маленькое отверстие у основания конуса позволяет холодному воздуху свободно затекать внутрь и спускаться в подземные помещения под конусом, где хранятся продукты, в том числе, в процессе, замораживая имеющуюся там воду, — которая используется в качестве ледников, для поддержки температуры.
Днём же, неизбежно попадающий через это отверстие у основания горячий воздух — сразу устремляется вверх, за счёт отверстия в верхней части конуса, а вся система работает в качестве своего рода «печной трубы», обеспечивая тягу воздуха и постоянное удаление горячего воздуха из конуса.
Таким образом, даже днём, внутри конуса сохраняется существенно более низкая температура, чем снаружи, что, дополнительно, обеспечивается термоизолирующими материалами, из которых построен конус: глина, песок, яичный белок, козья шерсть и зола.
Это конусы могли быть дополнительно соедининены с системой «кяриз»‑ов («qanat» — англ.) — водопроводных каналов, обеспечивающих водоснабжение и дополнительно, работающих в качестве средства охлаждения, где нагретый воздух всасывался через шахту на поверхности земли, прогоняясь затем над каналом с водой, где он охлаждался, после чего и подавался в целевое помещение, и далее, отработанный воздух выбрасывался наружу.
Работу системы обеспечивала тяга, которую образовывали специальные башни-ветроуловители:
Таким образом, подытоживая, можно сказать, что, несмотря на древность этих решений, они вполне могут быть применены и в наши дни, с достаточно эффективными результатами, так как очевидным преимуществом их является использование только лишь природных сил, и отсутствие потребности в каком-либо электропитании…
Источник: habr.com
