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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Ventilatore solare da soffitta. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Il modo più semplice per rinfrescare la tua casa è installare un condizionatore d'aria. Tuttavia, è costoso e inefficiente. È molto più economico utilizzare un sistema di ventilazione economico che prevenga principalmente il surriscaldamento dell'aria nella stanza e un aumento dell'umidità.
Il sistema di ventilazione deve essere installato in modo tale da rimuovere l'aria dal sottotetto. Perché dalla soffitta? Perché lui è la fonte di tutti i problemi. Tutto inizia la mattina presto, non appena il sole comincia a splendere sul tetto. Non so se lo sai o no, ma le tegole assorbono la radiazione solare in modo abbastanza efficace. I tetti rivestiti di bitume attraggono e trattengono particolarmente bene il calore del sole. Il calore del tetto viene poi trasferito all'aria che riempie il sottotetto. Con l'avanzare della giornata, sempre più calore entra nello spazio aereo della soffitta. Ora all'interno del sottotetto entra in gioco un altro meccanismo: è noto che l'aria calda sale e l'aria fredda scende. Poiché l'aria in soffitta non si mescola, nella casa si crea una distribuzione della temperatura, mostrata in Fig. 1. La distribuzione stratificata della temperatura provoca l'accumulo di calore. Abbiamo un enorme serbatoio di calore che deve essere utilizzato. In molte case diventa troppo caldo a causa dell'intrusione di calore dalla soffitta. Quando accendi il condizionatore d'aria, stai cercando di rimuovere il calore dagli spazi abitativi per rendere le condizioni più confortevoli. Tuttavia, allo stesso tempo, l'attico continua a riscaldare la casa. Tale confronto è costoso e non porta ai risultati desiderati. L'unico modo per fermare questo afflusso di calore dalla soffitta nello spazio abitativo è isolare la casa dalla soffitta. L'isolamento termico con lana di vetro è molto efficace. Uno strato di lana di vetro con uno spessore non superiore a 15 cm, che ricopre il soffitto, influisce in modo significativo sulla quantità di calore che penetra verso il basso. Meccanismi di raffreddamento Tuttavia, nessuna quantità di isolamento può isolare completamente le stanze inferiori dalla penetrazione del calore dal sottotetto. Il calore penetrerà negli spazi abitativi attraverso il trasferimento di calore e l'irraggiamento. Per illustrare ciò, si consideri il seguente esempio. Supponiamo che la soffitta della tua casa abbia dimensioni di 9x12 m (area 108 m2). Se la temperatura in soffitta è in media di 55°C e si desidera che la temperatura nel soggiorno non superi i 27°C, allora il meglio che si può sperare è di ottenere un trasferimento di calore non superiore a 2000 J/h. E questo nel caso di un perfetto sistema di isolamento. Per una casa tipica con isolamento del soffitto in lana di vetro monostrato, la penetrazione del calore è di circa 4500 J/h.
È stato sperimentato sperimentalmente che per neutralizzare 9000 J di calore il condizionatore deve pompare 1 tonnellata di aria. Pertanto, per eliminare l'effetto del riscaldamento della soffitta, dobbiamo pompare 0,5 tonnellate di aria in più con un condizionatore d'aria! Tuttavia, la quantità effettiva di calore che penetra verso il basso dipende dalla differenza di temperatura tra la soffitta e la casa. Una differenza di temperatura di 5°C corrisponde a migliaia di joule. Pertanto, più fa freddo in soffitta, meno funziona il condizionatore. Ventilazione sottotetto Come rinfrescare la tua soffitta? Hai solo bisogno di ventilarlo! Sono rarissimi i casi in cui la temperatura dell'aria esterna è superiore alla temperatura dell'aria in soffitta, dove di solito fa caldo, come in una stufa; Puoi rinfrescare la soffitta sostituendo l'aria calda e stagnante con aria esterna più fredda. Questo è relativamente facile da fare tagliando uno sfiato nel tetto vicino alla sua cresta e installandovi una ventola di scarico. Un ventilatore soffia aria fredda attraverso una gronda sporgente e aspira aria calda e viziata dalla soffitta attraverso uno sfiato. Questa circolazione d'aria all'interno del sottotetto provoca la miscelazione di aria calda e fredda ed elimina le differenze di temperatura (Fig. 2). Va notato come ha influenzato la temperatura all'interno della soffitta. Ora la temperatura è distribuita in modo più uniforme e la temperatura media è scesa.
Voglio sottolineare che non è necessario un ventilatore molto grande per ventilare la soffitta. L'obiettivo sarà raggiunto se il ricambio d'aria in soffitta viene effettuato circa ogni 3 minuti. La dimensione del ventilatore è determinata dalla dimensione della soffitta. Il sottotetto di dimensioni standard (9x12 m2) ha una volumetria di circa 135 m3. Per scambiare questo volume d'aria ogni 4 minuti, è necessario un ventilatore che pomperà 34 m3 / min. Se la soffitta è più piccola, sarà necessario un ventilatore più piccolo. Il rapporto qui è semplice: il volume del sottotetto in m3 è diviso per il tempo di ricambio d'aria desiderato (in minuti) e si ottiene la potenza del ventilatore. Ad esempio 135 m3 / 4 min = 34 m3/min. Gli elementi principali del ventilatore La ventola è azionata da un piccolo motore a corrente continua, che di solito è lineare: maggiore è la potenza fornita, più velocemente ruota. È noto che la potenza dipende da due grandezze: tensione e corrente. La modifica di uno qualsiasi di questi valori causerà un cambiamento di potenza. Ad esempio, un motore con una tensione di 12 V a una corrente di 6000 A può ruotare a una velocità di 6 giri/min. Se riduciamo l'energia elettrica fornita al motore abbassando la tensione a 2 V, la velocità di rotazione diminuirà di 3000 volte e diventerà pari a XNUMX giri / min. Se invece nello stesso motore a 12 V a 3 A, ruotando alla stessa velocità di 6000 rpm, riduciamo la corrente di 2 volte, mantenendo la tensione allo stesso livello (12 V a 1,5 A), otteniamo ottenere lo stesso risultato: la velocità del motore sarà di 3000 giri/min. Dato il principio di funzionamento dei convertitori fotovoltaici, è particolarmente importante comprendere il motivo della modifica della velocità di rotazione del motore al variare della corrente consumata. Il volume d'aria che le pale del ventilatore distilleranno è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione. Ciò indica che il flusso d'aria può essere controllato semplicemente cambiando la velocità del motore. Batteria solare Indubbiamente, i convertitori fotoelettrici possono essere utilizzati per alimentare l'aspiratore. Questa è la scelta preferita. Allo stesso tempo, va notato che quando una fonte fotovoltaica è collegata a un motore elettrico del ventilatore, si crea un'interessante relazione. Le celle solari fotovoltaiche possono generalmente essere considerate come fonti di corrente. In condizioni di scarsa luminosità, il pannello solare genera una piccola corrente, anche se la tensione rimane normale. Di conseguenza, la ventola (se è in rotazione) ruota lentamente e quindi pompa solo una piccola quantità d'aria. Questa circostanza soddisfa solo il compito di ventilare la soffitta. Al mattino il tetto non è praticamente riscaldato e in questo momento della giornata non è necessaria la ventilazione o è necessaria solo una piccola ventilazione. Durante il giorno, con l'aumentare della radiazione solare, viene fornita sempre più potenza al motore del ventilatore dai convertitori fotovoltaici e la velocità del ventilatore aumenta. Con l'aumentare dell'insolazione solare, una quantità crescente di calore entra nel sottotetto. Va notato che un aumento della velocità della ventola (ricambio d'aria) si osserva esattamente quando è necessario. Verso sera l'intensità dell'irraggiamento solare diminuisce nuovamente, il tetto assorbe meno calore e diminuisce la necessità di ventilazione. Ciò è coerente con la variazione della potenza di uscita dei convertitori fotovoltaici, che fanno ruotare il ventilatore a una velocità inferiore. Di conseguenza, abbiamo sviluppato un sistema di ventilazione del sottotetto autoregolante che mantiene la temperatura del sottotetto a un livello relativamente costante. Solitamente il controllo del ventilatore, in funzione del riscaldamento del sottotetto, viene effettuato da un interruttore termico meccanico. Design della batteria solare Per gli scopi menzionati, sono stati selezionati due ventilatori disponibili in commercio progettati specificamente per queste applicazioni. Posizioniamo le nostre fonti fotovoltaiche vicino ai ventilatori. Ricorda, tuttavia, che puoi utilizzare qualsiasi combinazione di motore e ventola che ti si addice. La prima ventola è una ventola di scarico di Solarex Corp. Detta ventola è azionata da un motore CC da 12 V. Tuttavia, Solarex consiglia di far funzionare il motore a 6 V per una maggiore longevità m6/min. Non sarà difficile sviluppare una batteria da 7 W che soddisfi i requisiti menzionati. Per prima cosa devi immaginare la forza di corrente massima richiesta. Come accennato in precedenza, corrisponde a 1,2 A. È risaputo che una cella solare rotonda da 7,5 cm eroga una corrente di 1,2 A. Infatti, si possono trovare celle da 7,5 cm scadenti abbastanza economiche che sviluppano "solo" 1 A. Queste celle sono adatte agli scopi menzionati. Per raggiungere una potenza di 7 W alla massima intensità di radiazione solare sono necessari 12 elementi. Gli elementi possono essere saldati in serie, disponendoli in 3 file di 4 elementi ciascuna. Se vengono selezionati elementi scadenti di 1 A per l'uso nel progetto, quindi per compensare la loro difettosità, è necessario aumentare di 2 il numero di elementi nella batteria e portarne il numero a 14. Il secondo ventilatore che vedremo viene da Wm. Agnello. Il suo diametro è di 35 cm; È dotato di un motore elettrico lineare con cuscinetti a sfera. I cuscinetti a sfera pressati prolungano la durata del motore. Il motore è alimentato da qualsiasi tensione: 6-48 V. Per i nostri scopi, il produttore consiglia di utilizzare una tensione di 12V. Un generatore solare da 30 W farà girare la ventola a una velocità sufficiente per il ricambio d'aria a circa 30 m3/min, mentre una batteria da 7 W fornirà energia sufficiente per il ricambio d'aria a una velocità di 14 m3/min. Sulla fig. 3 mostra la dipendenza del tasso di ricambio dell'aria dalla potenza del convertitore fotoelettrico.
Installazione della struttura sul tetto In conformità con una delle opzioni per l'installazione di un dispositivo di ventilazione, sarà necessario praticare dei fori nel tetto. Poiché qualsiasi lavoro sul tetto è associato al rischio di possibili perdite d'acqua, la precisione è la chiave per un lavoro di successo. Innanzitutto, un foro rotondo nel tetto viene segato con un seghetto. Entrambi i ventilatori vengono forniti fissati in un involucro metallico e l'apertura nel tetto deve corrispondere esattamente al diametro dell'involucro. Assicurati che la posizione per il foro sia scelta tra le travi del tetto! Quindi una ventola è installata nel foro. Ora un riflettore metallico è posizionato attorno al dispositivo e tutti gli spazi possibili sono abbondantemente riempiti di catrame per evitare perdite. Per impedire alla pioggia di entrare attraverso il foro praticato, il ventilatore è coperto da una calotta conica oa forma di U. Se non si desidera fare un buco nel tetto, c'è un'altra opzione. Il ventilatore può essere montato sopra una delle bocchette poste sotto la gronda del tetto. Il modo migliore per farlo è montare il ventilatore con un angolo di 45° rispetto al solaio. Si consiglia di realizzare un telaio da una coppia di telai con un rapporto di aspetto di 2:1 (Fig. 4), quindi collegare la ventola a uno di essi (Fig. 5). Successivamente, puoi posizionare il telaio sopra lo sfiato. Assicurarsi che l'apertura sia sufficientemente ampia da consentire il passaggio di tutta l'aria di ricambio, altrimenti la ventola non funzionerà in modo sufficientemente efficiente.
Il pannello solare è fissato alla sezione esposta a sud del tetto e fissato al ventilatore. È meglio far scorrere i fili fino al bordo del tetto e farli passare attraverso lo sfiato nella grondaia piuttosto che praticare un foro speciale per loro nel tetto: c'è meno possibilità di rompere il tetto.
Quando si collega una batteria solare a un ventilatore, si richiama l'attenzione sul senso di rotazione del motore elettrico. In un senso di rotazione l'aria verrà aspirata, nell'altro verrà aspirata nella stanza. Se il ventilatore non ruota nel senso corretto, i cavi di alimentazione devono essere invertiti. Autore: Byers T.
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