— Нормально.
— Тогда идём дальше. Петр Алексеевич Спинцев возглавляет группу теплотехников. Давайте его послушаем.
— Добрый день, коллеги! Или ночь, мы же на орбите, — пошутил он. — Один из ключевых контуров жизнеобеспечения нашего подземного царства система теплообмена. В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло, которое должно отводиться в окружающую среду, иначе организм перегреется и погибнет. Светодиоды, топливные элементы, живые организмы и промышленные установки выделяют тераватты энергии, с утилизацией которой массив кварцита не справится. Если не предусмотреть дополнительных мер, то температура в тоннелях быстро выйдет за оптимальный температурный коридор. Теплообмен на планете обеспечивает смена дня и ночи, ветра, перенос тепла между массами воды и грунта. По своим свойствам массив кварцитов напоминает вакуум.
Малая теплоёмкость кварца создает проблемы, решать которые будут три изолированные друг от друга контура теплообмена с промежуточными теплоносителями. Каждый контур включает автономные кластеры. Кластеры «тёплого» яруса имеют воздушные и водяные каналы для теплоносителей и служат для перераспределения тепла между фитотронами, зоотронами и бассейнами проекта «Биосфера» и промзонами в пределах восемнадцати, двадцати семи градусов. В контуре установлена гигро-регулируемая система пассивной вентиляции, вихревые кондиционеры, цеолитовые и водяные аккумуляторы тепла или холода, создающие области естественной циркуляции.
Второй контур водяной. Он отвечает за обмен между тёплым и холодным ярусом. Холодную воду прокачивают через радиаторы воздух-вода, вода-вода, пассивные аккумуляторы или трубы в стенах. Далее по трубам тёплая вода перекачивается на промежуточный уровень, примерно семьсот метров, а оттуда ещё выше, на холодный ярус «Ковчега», где проходит через чугунные радиаторы в гипсовой толще и остывает. Внедрение тепловых насосов и малых турбин, вырабатывающих энергию при сливе, экономит до семидесяти процентов энергии на циркуляцию. Семьсот метров — семьдесят атмосфер. Очень высокое давление означает высокую скорость теплообмена и кратное сокращение насосов.
Теплоносителем третьего контура будет пропан, циркулирующий под давлением в сто атмосфер. Газ будет переносить низкие температуры к складам, в жилые и производственные зоны. При нормальном давлении теплоёмкость пропана в пять раз превосходит воздух, а в сжатом виде он всего в восемь раз уступает воде сохраняя все достоинства газа.
Радиаторы из криогенного чугуна будут уложены на глубине одного метра от поверхности, а трубы, в верхней части контура, изготовлены из криогенной стали. Система полноценно заработает в режиме обратного теплового насоса при падении температуры до минус сорока двух градусов, тогда газ будет конденсироваться, сжижаться и в таком состоянии стекать по трубам в теплообменники нижних ярусов. Для охлаждения криогенных цистерн с продуктами будет построен контур с азотным теплоносителем.
По предварительным расчётам система теплообмена обойдётся дороже, чем транспортная система и проходка тоннелей вместе взятые!
— Ого!
— Клапаны, насосы, кварцевые лампы для обеззараживания, температурные демпферы, датчики газов, температур и давления, вентиляторы, рекуператоры, фильтры, радиаторы, тысячи и тысячи километров труб — дорогое удовольствие!
Глава 9. Да будет Свет!
— Рад снова видеть вас, друзья! Продолжаем знакомство с миром «Свартальвхейма». На этот раз мы выслушаем доклад доктора химических и физико-математических наук Перова Сергея Сергеевича, который доступно нам объяснит, зачем нам нужна столь основательная система теплообмена. Сергей Сергеевич, прошу.
— Здравствуйте, коллеги! Признаться, не верю я в катастрофу, но привык доверять профессионалу и не буду лезть в тему, где понимаю не более, чем свинья в апельсинах. Тем более Андрея я знаю уже давно. Мой бывший студент всё-таки, и не самый худший. До последнего момента я работал начальником отдела роста института кристаллографии имени Шубникова и светодиоды дело всей моей жизни.
Фотосинтез — ключевой процесс, который происходит в каждом растении и обеспечивает весь цикл оборота питательных веществ. Спектр, воспринимаемый растениями, наглядно показан на рисунке, — Сергей Сергеевич указал на экран. — Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой McCree 1972. Хлорофилл поглощает максимум солнечного света в синей и красной части спектра. В свою очередь, зелёная составляющая практически полностью отражается растениями, что и неудивительно.
Цвет любого предмета, воспринимаемого человеческим глазом, не что иное, как отражённая часть солнечного света. Растения отличаются составом хлорофилла, а значит, максимум поглощения в красной зоне спектра тоже может быть разным. Одним видам растений достаточно облучения в шесть сот шестьдесят нанометров, а другие прекрасно растут под воздействием лучей инфракрасного диапазона. Изобретение фитосветодиодов, работающих в фитоактивном спектре частот, значительно увеличивает эффективность фотосинтеза.
В нашей лаборатории разработан белый фитосветодиод, обеспечивающий оптимальное освещение для наилучшего роста растений со световым потоком триста люменов на ватт, что в тридцать раз эффективней лампы накаливания. Такие лампы потребляют в шесть раз меньше электричества, чем натриевые, а срок службы некоторых лабораторных образцов достигает ста двадцати тысяч часов — тринадцать с половиной лет непрерывной работы! Светодиоды практически не излучают тепла, что позволяет размещать их в непосредственной близости от листьев, всхожесть семян увеличивается на двадцать процентов, рассада на девяносто процентов быстрее набирает биомассу, на такую же величину замедляется скорость роста в высоту, но в то же время увеличивается масса, прирост корневой системы, количество хлорофилла возрастает вдвое, а цветение начинается раньше на неделю. Помимо спектра, на урожайность влияет тепловой режим и продолжительность светового дня.
При безоблачной погоде поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности в полдень, находится в интервале от 700 до 1300 Вт/м2 в зависимости от широты, долготы, высоты над уровнем моря и от времени года. Чем южней находится растение, тем больше света ему требуется. Большинству культур хватает тринадцатичасового светового дня, но у некоторых потребность в свете может быть больше, поэтому в теплицах для каждого вида растений индивидуально подбирается количество и тип ламп, определяется их высота.
Сама по себе мощность, измеряемая в ваттах, — общая характеристика. Вот возьмём лампу накаливания мощностью сто ватт. Из них, семьдесят тратятся на нагревание окружающего пространства, большая часть энергии излучается в невидимом для глаза диапазоне, оставшиеся тридцать ватт, тот свет, который мы видим.
Обычная освещённость летом в средних широтах в полдень семнадцать тысяч люменов, в море на глубине пятидесяти метров двадцать, а в безлунную ночь всего две тысячных люмена. Растениям для развития требуется световой поток от тысячи до двенадцати тысяч люменов. Соответственно, чем больше люменов на ватт, тем меньше мы тратим энергии на освещение. Чем выше уровень освящения, тем активней рост растений. Уровень мощности для питания диодов в современных теплицах составляет от 20 до 100 Вт/м2. Однако нам не нужна досветка, нам потребуется полностью искусственное освещение и здесь у нас начинаются совсем нехорошие цифры в триста и четыреста ватт на метр квадратный. Если взять наши лучшие светодиоды и среднюю температуру в плане облучения светом разных растений, то на квадратный метр потребуется 220 Ватт. Ирина любезно рассказала нам про полезный объём фитотрона, но не про площадь освещения.
