Печь на солнечной энергии: эффективно и экологично

 Автор изобретения поделился с нами схемами и расчетами 

 Окружающий нас мир, мир зональных экосистем — замкнутая самовоспроизводящаяся система. Это действительно живой природный капитал, все элементы которого находятся в гармоничном круговороте. Непосредственно он не нуждается в технократическом человеческом вмешательстве. Напротив, технократ-человек вне этого природного капитала жить не может. Конечно, без потребления ресурсов окружающей среды невозможна никакая, в том числе хозяйственная, человеческая деятельность. В окружающей нас среде уже давно не существует отдельно взятой Биосферы и отдельно взятой Техносферы. Человек вторгся в жизненные циклы природных самоорганизующихся систем, что привело к созданию естественно-искусственных систем, с активным преобразующим человеческим участием.

Поскольку повышение качества жизни в подавляющем большинстве связано с использованием ресурсов окружающей среды, то на первое место выходит вопрос рационального комплексного использования потенциала Природы, на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем, с учетом продуктивности каждой зональной экосистемы.

Главенствующая роль в реализации комплексного использования потенциала Природы должна перейти к энергетике ВИЭ, которая, за счет развития инновационной базы, призвана выполнить общественное решение Всемирного конгресса по проблемам экологии в Рио-де-Жанейро в 1992 г., где было сказано, что основной целью является: «Создание условий для устойчивого развития человеческого общества, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей, без лишения такой возможности будущих поколений».

Во многих странах приготовление пищи на газе потребляет существенно меньше количества первичного топлива, и выбросы СО2 значительно ниже, чем при использовании электроэнергии. У эффективных газовых горелок 65 % энергии идет на приготовление пищи.

Расход тепла на приготовление пищи присутствует всегда, в не зависимости от климатических условий и финансовых возможностей населения (никто ни ест сырой картофель или крупу).

Процесс приготовления пищи и неразрывно связанное с ним горячее водоснабжение для коммунально-бытовых потребителей требует значительных объемов энергии (таблица 1).

Таблица 1 – Годовые нормативы потребности в тепловой энергии для коммунально-бытовых потребителей, тыс. ккал/чел∙год

Нагревание пищевых продуктов обеспечивает, в том числе и выполнение санитарно-гигиенических мероприятий — при нагревании выше 80 ⁰С происходит уничтожение микроорганизмов, содержащихся в них. Это обстоятельство очень важно, так как в подавляющем большинстве все пищевое сырье как растительного, так и животного происхождения обсеменено различными микроорганизмами, среди которых немало вредных и болезнетворных.

И второе. Широко известно, что для повышения качества кулинарной продукции большое значение имеет режим варки после закипания. Бурное кипение в большинстве случаев отрицательно сказывается на качестве пищи: бульоны делаются мутными, продукты деформируются, увеличиваются потери ароматических веществ и витаминов и т. д. Каши, макароны, соусы надо варить при температуре 85 – 90 ⁰С, рыбу, птицу, мясо — при 85 – 95 ⁰С.

При изменении традиционного способа приготовления пищи (если её готовить в печи по схеме рисунка 1) могут быть значительно снижены потери сырья. Так допустимый уровень потерь массы мяса при обычной варке составляет 35 – 40 %. Проводя варку при температурах ниже температуры кипения (85 – 90 ⁰С) и увеличив продолжительность процесса в 5 – 7 раз, эти потери можно уменьшить до 10 – 15 %., т. е. в 2,3 – 4 раза, обеспечивая значительное ресурсосбережение.

В большинстве случаев изделие достигает кулинарной готовности чаще всего, когда центральный слой прогревается до определенной температуры — температуры пастеризации, например, для мяса и рыбы 75 – 80 ⁰С, кондитерских изделий 98 ⁰С и так далее. Однако в отдельных случаях это условие является лишь необходимым, но недостаточным, так как полная кулинарная готовность возможна после необходимой выдержки во времени.

Общая продолжительность приготовления блюд зависит от многооперационности технологии приготовления и составляет различное время (таблица 2)

Таблица 2 – Время приготовления блюд

А вот обычная технология варки каш и жарки различных продуктов:

Каши варят, с перемешиванием пока крупа не поглотит всю влагу (при варке рассыпчатых и вязких каш) или не загустеет (при варке жидких каш). После этого поверхность разравнивают, уменьшают нагрев, закрывают котел крышкой и доводят кашу до готовности (упаривают) при температуре 90 – 95 ⁰С.

Продолжительность варки (упаривания) каши гречневой из ядрицы быстро разваривающейся — 1 час, из поджаренной крупы — 1,5 – 2, из не пропаренного зерна — 4,5 часа. Кашу рисовую упаривают около 1 ч, пшеничную 1,5, перловую —2 –3 ч.

Температура клейстеризации крахмальных зерен — разрушение нативной структуры крахмального зерна при варке сопровождается набуханием. Температура клейстеризации картофельного крахмала наступает при 55 – 65 ⁰С, пшеничного — при 60 – 80, кукурузного — при 60 – 71, рисового — при 70 – 80 ⁰С. При жарке на нагретых поверхностях температура на поверхности продукта в момент окончания процесса жарки составляет 135 ⁰С (образование обезвоженной корочки), а в центре изделия — 80 – 85 ⁰С. Этот способ тепловой обработки называют жаркой с малым количеством жира. При жарке в жире (во фритюре) продукт полностью погружают в жир, нагретый до 160 – 180 ⁰С. При этом температура на поверхности продукта в момент окончания процесса так же, как при жарке с малым количеством жира, составляет 135 ⁰С, в центре изделия — 80 –85 ⁰С.

Принимая во внимание сложность количественной оценки потребляемой энергии на приготовление пищи, её незначительную долю в общем расходе тепла на тепловые процессы, например, быта децентрализованного потребителя (около 6 – 8 %), можно и нужно эту область теплопотребления передать, на летний период, в сферу ответственности энергетики ВИЭ.

На рисунке 1 изображена схема экологически безопасной печи для лесостепной зоны (гелиопечи) для варки пищи, разработанная в Конструкторском Бюро Альтернативной энергетики «ВоДОмёт» (г. Омск).

1 – солнечное излучение; 2 – солнечный соляной пруд; 3 – корпус (обечайка) печи; 4 – отражающая поверхность здания; 5 – котел (ёмкость) для варки пищи

Аккумулированная солнечным соляным прудом 2 теплота прямого и отраженного от поверхности 4 солнечного излучения 1 обеспечивает поддержание в ней температуры близкой к температуре придонного слоя. Как видно из схемы, в печи 3 температура при высокой теплопроводности стенок может быть близкой к температуре соляного рассола солнечного соляного пруда 2 — 85 – 95 ⁰С. В печи 3 могут быть как по отдельности, так и все вместе размещены котлы 5 с различными продуктами, начиная с бульонов и заканчивая компотом (описание солнечного соляного пруда см. в монографии автора [1]).

Конечно, для такой печи должны быть разработаны свои технологии варки различных блюд исходя из того, что температура в печи в большинстве случаев не будет достигать 100 ⁰С, а значит увеличивается время варки. Например, для приготовления завтрака, котел с мясом необходимо будет ставить в печь поздним вечером, после чего варка будет происходить всю ночь без участия человека. В такой печи нет опасности что каша, макароны или рыба подгорит или не доварится.

Гелиопечь может быть частью теплового оборудования летнего кафе, столовой или ресторана, рисунок 2.