Разбирая свой архив, в руки попала монография киевского физика Валентина Оньши, с которым мы познакомились у кого-то в гостях, с которым там состоялся интересный разговор, и который по возвращению домой написал этот труд и выслал мне. По прошествии стольких лет, актуальность его мыслей, прошедших апробацию временем, по-прежнему высока. Делаю исключение из подхода: выражать на сайте только свои мысли — ради той запомнившейся встречи. Сожалею, что контакт оказался утерянным.

Вячеслав Гузиков

СОЛНЕЧНЫЙ ГОРОД

Сегодня, 9 февраля (1985 год), смотрел телепередачу о градостроительстве в будущем. Осталось впечатление, что в градостроительстве появилась тенденция – это компактность построек, комплексы под одной крышей с садом и тому подобное, город – гигантский вокзал, город – дом. Похоже, что тенденция строительства домов отдельных друг от друга проходит. У наших советских архитекторов возникло серьёзное устремление к комплексным постройкам, и это не случайно, это в духе нашего времени, это соответствует целям коммунистического строительства.
Переход от отдельного к коллективному – это веление времени. Это переход общества к коммунизму диктует переход всей нашей жизни во всех её проявлениях на коллективное начало.

Это выгодно экономически, и политически, и социально.

Теперь можно описать идею солнечного города – дома под одной прозрачной крышей, в котором коллективно используется энергия падающих солнечных лучей.

Эта идея появилась у меня в связи с эволюционным учением П.К.Иванова.

I.Будущий образ жизни.

Прежде чем определить основные черты города будущего, надо определить основные черты будущего образа жизни всего человечества. Будущее человечества – коммунизм. При коммунизме развитие богатства человеческой природы станет самоцелью общественного процесса, а мерилом подлинной свободы общества станет положение при котором люди совершат свой обмен с природой «с наименьшей затратой сил, при условиях, наиболее достойных их человеческой природы и адекватной ей». [1]

Другими словами, в будущем условия жизни будут приведены в соответствие с природой человека.

Почему же условия жизни должны соответствовать природе человека?

Известно, что на протяжении всей истории, около 40 тысяч лет, человек как биологический вид не развивался, а бурно развивающаяся социальная сторона общественной жизни не соответствовала природной, что породило частную собственность, классовую борьбу. В результате таких конфликтов оказалось под угрозой существования само общество: угроза ядерной войны, глобальная проблема обеспечения энергией, сырьём, предметами питания, окружающей среды и тому подобное.

Что бы человек как биологический вид всегда существовал и развивался, должно быть возобновлено эволюционное развитие человека как биологического вида, это навсегда разрешит проблему природы человека. Это обеспечит соответствие между социальной и природной основами общественной жизни.

Поэтому будущий образ жизни людей должен быть устроен в соответствии с природой человека, то есть должна быть преемственность между прошлым и будущем образами жизни.

Долее попытаемся представить прошлый образ жизни наших человекоподобных предков, в процессе которого эволюционно сформировалась природа человека. К какой из природных форм жизни можно отнести коммунистическое общество, наиболее из всех устроенное на коллективных началах? Есть-ли в природе подобная форма биологической жизни? Да, есть! Эволюция форм живого шла двумя путями: первый – создание сообществ, в которых жизнь носит коллективный характер, целенаправленность поведения организмов задана генетически, полностью подчинена целям сообщества (пчёлы, муравьи); второй – развитие отдельных индивидов, которые объединились с целью продолжения рода или добычи пищи (млекопитающие, человек как общественное существо).

Есть объективные основания утверждать, что на этапе эволюционного формирования своей биологической природы наши человекоподобные предки жили в виде сообществ, подобно пчелиной семье, подобно рою.

Определяющую роль в эволюции человека сыграл ледниковый период, продолжающийся в настоящее время. Именно холод заставил наших человекоподобных предков жить в форме сообществ, подобно пчелиной семье. Только благодаря такому сообществу они могли приспособиться к жизни в холоде.

Наши человекоподобные предки сперва не умели защищать своё тело от холода с помощью одежды, жилища и тому подобное, все такие блага цивилизации им заменило бытие в сообществе. Человек в условиях сообщества жил без всяких потребностей, таких, как пища, одежда, жилище.

Эта форма жизни была доминирующей, так как в отношении энергообмена между сообществом и средой она была более выгодна, чем жизнь поодиночке. Становясь в огромный плотный круг, они все вместе накапливали и сохраняли в почве тепло падающих на их постоянное место солнечных лучей. Их место всегда было тёплым. Тепло тела у них было общее.

В процессе естественной жизни в сообществе, эволюционно сформировалась природа человека; анатомия, ум, мышление, общественность, коллективность, способ «производства» самого человека, или продолжение рода.

В отношении своей природы человек тождественен обществу естественного характера. Тождество здесь диалектическое, как между целым и частью. Пребывая в природе в форме сообщества, человек как система был открыт в окружающей среде, поэтому он эволюционно развивался. Ведь известно, что открытые в окружающей среде организмы эволюционируют, совершенствуются.

Сообщество было предпосылкой социального развития общества.

Постепенно человек сообщества развился физически и умственно до такого высокого уровня, что получил возможность отделиться от сообщества, стать самостоятельным относительно сообщества. Постепенно отделившиеся от сообщества люди стали жить в природе уже защищая себя от холода и других неблагоприятных природных условий с помощью одежды, жилища, искусственно сделанных своим трудом.

А трудиться вместе легче, люди объединяются. Так рождается общество. Человек общества не стал быть в природе открытым и в результате этого эволюционное развитие его как биологического вида прекратилось. Итак, человека создали открытость и в окружающей среде и труд.

Люди попробовали выйти из окружения природы, попробовали жить отдельно, самозащищаясь от неблагоприятных природных условий. Но такая жизнь, как показала вся история, оказалась неудовлетворительна, человек оказался неудволетворён.

У него нет защиты от болезней, а материальное производство всегда отстаёт от его растущих потребностей.

Человек опять стремиться к форме коллективного существования в природе, развиваясь при этом в социальном отношении.

Социалистическое общество всё более устраивается на коллективных началах, в этом отношении оно всё более приближается к прошлому сообществу.

Будущее общество должно иметь основные черты сообщества: коллективное жилище, коллективную энергию, коллективизм в производственных отношениях.

Природа человека такова, что ему свойственно жить непрерывно под открытым небом, на солнце, купаться в солнечных лучах.

Поэтому город будущего – это солнечный город, а не подземный или каменный.

Люди в будущем по К. Марксу, будут производить обмен с природой с наименьшей затратой сил, затратой своего труда.

Это положение осуществимо только при условии, если люди будут использовать только возобновляемую солнечную энергию. Природа дарит солнечную энергию людям солнечного города даром, без затрат своего труда. Люди не производят солнечную энергию, а только соответствующим образом устраивают своё жилище, то есть город-дом.
Тепло в доме общее, в как и в сообществе. Энергообмен с окружающей средой имеет коллективный характер, что соответствует природе человека. Таков энергообмен с окружающей средой наиболее выгоден экономически для всего народного хозяйства: он значительно сокращает потребление природного органического топлива (уголь, нефть, газ, ядерное топливо), а также продукцию отраслей, таких, как промышленность, транспорт, строительство и сельское хозяйство.

Энергия – источник жизни человека. В наше время около 30% добывающих природных энергоресурсов расходуется на отопление и технологические процессы, потребляющие тепло с низкими температурами. Но таково отношение к природоиспользованию не может оставаться безгранично долго. Запасы природного органического топлива близки к исчерпанию, их следовало бы сохранять на будущее в качестве сырья для химии. Производство искусственной энергии для наших нужд не может быть безграничным, оно ограничивается допустимой температурой атмосферы, климатическими условиями жизни на земле. Оценка допустимой температуры атмосферы показывает, что производство искусственной энергии не должно превышать десятикратного значения относительно современного уровня. Эти обстоятельства вынуждают общество переходить от органического топлива к возобновляемой солнечной энергии.

Жилище коммунистического будущего будет устроено на коллективных началах, а не на индивидуальных. Поэтому жилище должно быть организовано по типу городов, а не индивидуальных отдельных домов, как в селе. Солнечный город – это не совокупность отдельных солнечных домов, а система сооружений коллективного использования солнечной энергии – комплекс под одной прозрачной крышей. Отдалённость друг от друга строящихся в настоящее время индивидуальных солнечных домов очень снижает эффективность использования солнечной энергии, увеличивает себестоимость сооружений, требует больших капитальных затрат на строительство.

Всех этих недостатков можно избежать, если в строительстве идти по пути солнечных городов под одной крышей, прозрачной для солнечных лучей. Под такой общей крышей можно устраивать жилые квартиры для индивидуального пользования, цеха для промышленного производства, тепличные хозяйства для производства продуктов питания и тому подобное.

В.И.Ленин говорил, что для полной победы коммунизма необходимо, что бы были преодолены различия между городом и деревней, между умственным и физическим трудом. Характер труда, условия быта, единая общественная форма собственности в городе и деревне в будущем будут одинаковы. Это условие будет осуществлено, если население, производящее и продукты питания, и промышленную продукцию, и всякую другую продукцию, будет жить в городах одного типа – солнечных городах.

Итак, в будущем люди будут и жить в солнечных городах, и быть в соответствии с природой человека без всяких потребностей, что обеспечит эволюционное развитие человека.

II. Энергообмен между солнечным городом и окружающей средой.

Открытые в природе люди сообщества с помощью плотного круга своих тел сохраняли тепло падающих на их место солнечных лучей, регулировали тепловой режим. Если мы в нашей модели заменим этот плотный круг людей прозрачной стеклянной изоляцией, мы получим модель солнечного города.

Суть энергообмена между солнечным городом и окружающей средой заключается в том, что солнечная энергия, падающая на прозрачную изоляцию солнечного города, накапливается в почве в тёплое время года путём теплопроводности, а в холодное время рассеивается с определённой скоростью в окружающую среду, при этом естественно поддерживается необходимый для жизни города температурный режим. Теплопотери прозрачной изоляции выбираются такими, что бы тепловой поток на поверхности почвы изменялся в течении года по синусоиде.

В процессе теплообмена между почвой солнечного города и окружающей средой в почве возникает температурная волна с периодом один год, определённой длины волны, зависящей от физических свойств почвы. Если радиус теплоизолированного круга в десять раз больше длины температурной волны в почве, то полезно используется около половины всей падающей солнечной энергии. Этим определяется минимальная площадь солнечного города, обеспечивающая наиболее эффективное использование падающей солнечной энергии.

Годовые колебания воздуха внутри солнечного города с некоторым запозданием следуют за годовыми колебаниями температуры окружающей среды.

Например, если температура среды в течении года измеряется в среднем от -10о до +30o С, то внутри города оно изменяется от +10о до +50о С, то есть средняя температура поверхности почвы солнечного города на 20о выше, чем окружающей среды. Благодаря этому исключается применение дополнительного обогрева в холодное время года.

Рассмотрим температурный режим солнечного города, вызванный годовыми изменениями солнечной радиации. Задачу теплопереноса в почве будем решать в предположении, что основным механизмом переноса тепла в почве является теплопроводность; по своим теплофизическим свойствам почва является однородным твёрдым телом; стеклянная прозрачная изоляция солнечного города прозрачна для коротковолнового солнечного излучения; размеры тепловоспринимающей поверхности неограничены, поэтому неоднородность температурного поля на краю круга теплоизоляции не учитывается; почву представим как полуограниченные тело. Задача теплопереноса сводится к решению однородного дифференциального уравнения Фурье-Кургофа, граничное условие определяется из уравнения баланса энергии на тепловоспринимающей поверхности. Режим работы почвенного аккумулятора описывается уравнением баланса энергии на поверхности:
Sn = Qak + Qnom , (1)
где Sn – плотность энергии солнечного излучения, поглощаемого за сутки горизонтальной поверхностью почвы;
Qak – плотность энергии, аккумулированной в почве за сутки (полезное тепло);
Qnom – плотность энергии, теряемой за сутки поверхностью почвы путём излучения и конвекции (тепловые потери).

Величина солнечной радиации в течении года неравномерна, она зависит от широты местности[2]. В летнее время, в том, поток солнечной энергии максимален, в январе минимален (в расчётах им пренебрегаем).

В таблице показаны фактические данные среднемесячной суммарной радиации (40о С широты)[3].
месяцы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Радиация вт/кв.м 81 115 150 220 300 340 340 300 240 185 98 67

Временную зависимость солнечной радиации можно приблизительно представить:
Sn = g Cos wt + g, (2)
где w = 2п/р;
р – период колебания, равный одному году;
g – поток падающей солнечной энергии, равный половине максимального.

Оценим тепловые потери нагретой поверхности, теплоизолированной стеклянным покрытием, определяемые лучеиспусканием и конвекцией.

Используем приведённые коэффициенты потерь плоского коллектора [2] для двух стеклянных покрытий, расстояние между которыми 2,54 см, при температуре окружающей среды от – 20оС до + 40оС, скорости ветра над коллектором до 10 м/сек, значение степени черноты поверхности 0,95, в диапазоне изменения температуры пластины от 10 до 70оС. Коэффициент тепловых потерь слабо зависит от скорости ветра, температуры пластины и окружающей среды.

При изменении температуры пластины от 10o до 70o C коэффициент тепловых потерь изменяется от 2 ,7 до 3,7 вт/кв.м град.

Таким образом, при перепаде температуры 30оС тепловые потери будут около половины максимального падающего потока.

В первом приближении можно принять постоянным в течении года и коэффициент тепловых потерь, и разность температур почвы солнечного города и окружающей среды. Тогда уравнение баланса энергии (1) с учётом (2) будет:
Qak = g Cos wt, (3)
Уравнение баланса энергии (3) для лучевоспринимающей поверхности используем как граничное условие задачи теплопроводности Фурье – Кургофа [4].

Решение этой задачи для большого промежутка времени, когда начальное распределение температуры не оказывает влияния на температурное поле, будет:
Т(х,t) = g/k √(a/ω) l — x√(ω/2a) 〖 cos 〗⁡〖(ωt-x√(ω/2π) — π/4 )〗 , (4)
где a=k/cρ,
k-коэффициент теплопроводности,
c-удельная теплоемкость,
ρ-плотность вещества.

Из (4) получим амплитуду колебания температуры на поверхности почвы
T0 = g/√kcρω, (5)

Из (4) получим длину температурной волны в почве
l = 2√πaρ, (6)

Для примера рассмотрим распространение температурной волны в кристаллическом кварце при плотности потока (в таблице) при тепловых потерях рассмотренного выше двухслойного покрытия. В этом случае амплитуда температуры на поверхности будет около 30°С, длина температурной волны около 50 метров.

Температурное поле в почве однородно только на расстоянии от края теплоизоляции большой длины волны. Поэтому чтобы полезно использовать более 70% всей падающей солнечной энергии, радиус стеклянной изоляции должен быть в 7 раз больше длины температурной волны в почве. Если длина температурной волны около 50м, то минимальный радиус солнечного города должен быть около 350м.

По своим теплофизическим свойствам кристаллический кварц удовлетворяет требованиям, предъявляемым для почвы солнечного города. Но в действительности теплофизические свойства обычных почв: кварцевый песок, глина и другие – несколько хуже, чем свойства кристаллического кварца. Поэтому возникает проблема нахождения почв с необходимыми теплофизическими почвами.

Приведённые данные показывают, что идея солнечного города может быть осуществима.

Солнечные города будут иметь большое международное значение.

В солнечном городе людям легче жить чем в любом другом месте, здесь они получают средства к жизни с наименьшей затратой сил. Поэтому солнечные города будут экономически выгодны трудящимся, самым нуждающимся, не имеющим средств к жизни, частной собственности на средства производства. Солнечные города приемлемы и для трудящихся капиталистических стран, они обеспечат их бедственное положение.

Это в глобальных масштабах разрешит проблему обеспечения предметами питания, природным сырьём и энергией, охрану жизни людей и окружающей среды. Международный климат потеплеет. Постепенно искоренятся экономические причины войн. Угроза войн как борьбы классов навсегда отпадает. Постепенно люди будут переходить на единый для всех образ жизни – коммунизм. Люди будут ближе к природе, она нас полюбит и даст нам силы для неумираемой жизни.

Февраль 1985г.
Валентин Оньша

Литература.
К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч. т. 25, II, с.378.
Дж. А. Доффи и др. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. Москва «Мир» 1977.
Теплоэнергетика. Вып. 2. 1960. С. 34.
Люков А.В. и др. Конвенция и тепловые волны. Москва. «Энергия» 1974.