Вентилятор для чердака на солнечной батарее. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Самый простой способ охладить дом - установить в нем кондиционер. Однако он дорог и неэффективен. Значительно дешевле использовать недорогую вентиляционную систему, которая в первую очередь предотвращает перегрев воздуха в помещении и увеличение влажности.

Вентиляционная система должна устанавливаться таким образом, чтобы удалить воздух с чердака. Почему именно с чердака? Потому что он источник всех проблем.

Все начинается рано утром, как только солнце начинает освещать крышу. Не знаю, известно вам или нет, но черепица на крыше довольно эффективно поглощает солнечное излучение. Покрытые битумом крыши особенно хорошо притягивают и сохраняют солнечное тепло.

Затем тепло от крыши передается воздуху, заполняющему чердак. В течение дня все больше и больше тепла поступает в воздушное пространство чердака. Теперь внутри чердака вступает в действие другой механизм, Хорошо известно, что теплый воздух под нимается вверх, а холодный опускается вниз. Так как воздух на чердаке не перемешивается, то в доме создается распределение температуры, показанное на рис. 1. Слоистое распределение температуры обусловливает накопление тепла. Мы имеем огромный резервуар тепла, которое необходимо использовать.

Во многих домах становится слишком жарко из-за проникновения тепла с чердака. При включении кондиционера вы пытаетесь удалить тепло из жилых помещений, чтобы сделать условия более комфортными. Однако в то же самое время чердак продолжает нагревать дом. Такое противоборство является дорогостоящим и не приводит к нужным результатам.

Единственный способ остановить этот приток тепла с чердака в жилое помещение - это теплоизолировать дом от чердака. Весьма эффективна теплоизоляция с помощью стекловаты. Слой стекловаты толщиной не более 15 см, устилающий потолок, заметно влияет на количество тепла, проникающего вниз.

Механизмы охлаждения

Однако никакая изоляция не сможет полностью отгородить нижние помещения от проникновения тепла с чердака. Тепло будет проникать в жилые помещения благодаря теплопередаче и излучению.

Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим такой пример. Предположим, что чердак вашего дома имеет размеры 9х12 м (площадь 108 м2). Если температура на чердаке составляет в среднем 55°C, а вы хотите, чтобы температура в жилом помещении не превышала 27°C, то лучшее, на что можно рассчитывать - это на достижение теплопередачи, не превышающей 2000 Дж/ч. И это в случае совершенной системы изоляции. Для обычного дома с однослойной изоляцией потолка стекловатой проникновение тепла составляет около 4500 Дж/ч.

Рис.1

Опытным путем установлено, что для нейтрализации 9000 Дж тепла кондиционер должен прокачать 1 т воздуха. Таким образом, для устранения влияния нагрева чердака нам потребуется прокачать кондиционером лишние 0,5 т воздуха!

Однако фактическое количество тепла, проникающего вниз, зависит от разницы температур на чердаке и в доме. Разница температур в 5°C соответствует тысячам джоулей. Следовательно, чем холоднее на чердаке, тем меньше работает кондиционер.

Вентиляция чердака

Как можно охладить чердак? Необходимо просто проветривать его! Весьма редки случаи, когда температура наружного воздуха больше температуры воздуха на чердаке, где обычно жарко, как в печке; можно охладить чердак, заменив горячий, застоявшийся воздух в нем более холодным извне.

Это относительно просто осуществить, прорубив вентиляционное отверстие в крыше около ее гребня и установив в нем вытяжной вентилятор. Вентилятор нагнетает холодный воздух через выступающий карниз крыши и вытягивает из чердака нагретый, застоявшийся воздух через вентиляционное отверстие.

Такая циркуляция воздуха внутри чердака обусловливает перемешивание горячего и холодного воздуха и устраняет перепады температур (рис. 2). Необходимо отметить, как она повлияла на температуру внутри чердака. Теперь температура распределяется более равномерно, а средняя температура понизилась.

Рис.2

Хочу заметить, что для проветривания чердака не потребуется очень большой вентилятор. Цель будет достигнута, если обмен воздуха на чердаке будет осуществляться примерно каждые 3 мин.

Размер вентилятора определяется размером чердака. Чердак стандартных размеров (9х12 м2) имеет объем приблизительно 135 м3. Для обмена такого объема воздуха каждые 4 мин требуется вентилятор, который будет откачивать 34 м3/мин.

Если размер чердака меньше, потребуется вентилятор меньшей мощности. Соотношение здесь простое: объем чердака в м3 делится на желаемое время смены воздуха (в мин) и получается производительность вентилятора. Например 135 м3 / 4 мин = 34 м3/мин.

Основные элементы вентилятора

Вентилятор приводится в движение небольшим электродвигателем постоянного тока, характеристика которого обычно линейна: чем больше подводимая к нему мощность, тем быстрее он вращается. Известно, что мощность зависит от двух величин: напряжения и тока. Изменение любой из этих величин вызовет изменение мощности.

Например, мотор напряжением 12 В при силе тока ЗА может вращаться со скоростью 6000 об/мин. Если мы уменьшим подводимую к мотору электрическую энергию снижением напряжения до 6 В, то скорость вращения уменьшится в 2 раза и станет равной 3000 об/мин.

С другой стороны, если в том же моторе на 12 В при 3 А, вращающемся с той же скоростью 6000 об/мин, уменьшить ток в 2 раза, сохраняя напряжение на прежнем уровне (12 В при 1,5 А), получится тот же результат: скорость вращения мотора составит 3000 об/мин. Учитывая принцип работы фотоэлектрических преобразователей, понимание причины изменения скорости вращения мотора с изменением потребляемого тока особенно важно.

Объем воздуха, который будут перегонять лопасти вентилятора, прямо пропорционален скорости вращения. Это указывает на возможность регулирования потока воздуха простым изменением скорости вращения мотора.

Солнечная батарея

Несомненно, что для электропитания вытяжного вентилятора можно использовать фотоэлектрические преобразователи. Такой выбор наиболее предпочтителен. Следует заметить при этом, что при подключении фотоэлектрического источника к электромотору вентилятора возникает интересная взаимосвязь.

Фотоэлектрические солнечные элементы обычно можно рассматривать как источники тока. При малой освещенности солнечная батарея генерирует небольшой ток, хотя напряжение остается нормальным. В результате вентилятор (если он вращается) вращается медленно и, следовательно, прокачивает лишь малый объем воздуха.

Это обстоятельство как раз и отвечает задаче проветривания чердака. Утром крыша практически не нагрета, и в это время дня в вентиляции нет необходимости или нужна лишь небольшая вентиляция.

Днем с увеличением солнечной радиации все большая мощность подается на мотор вентилятора от фотоэлектрических преобразователей, и скорость вращения вентилятора возрастает. С увеличением солнечной инсоляции в чердачное помещение поступает все большее количество тепла. Следует отметить, что увеличение скорости вращения вентилятора (обмена воздуха) наблюдается именно тогда, когда в этом есть необходимость.

Ближе к вечеру интенсивность солнечного излучения вновь уменьшается, крыша поглощает меньшее количество тепла и потребность в вентиляции уменьшается. Это согласуется с изменением выходной мощности фотоэлектрических преобразователей, которые вращают вентилятор с меньшей скоростью.

В результате нами разработана саморегулирующаяся система вентиляции чердака, которая поддерживает его температуру на относительно постоянном уровне. Обычно управление вентилятором в зависимости от нагрева чердака осуществляется механическим термовыключателем.

Конструкция солнечной батареи

Для упомянутых целей были отобраны два имеющихся в продаже серийных вентилятора, разработанные специально для подобных применений. Расположим наши фотоэлектрические источники вблизи вентиляторов. Помните тем не менее, что можно использовать любую подходящую для вас комбинацию мотора и вентилятора.

Первый вентилятор - вытяжной вентилятор фирмы Solarex Corp.

Упомянутый вентилятор вращается электродвигателем постоянного тока напряжением 12 В. Тем не менее для увеличения срока службы фирма Solarex рекомендует питать мотор напряжением 6 В. При подключении к фотоэлектрической батарее, развивающей 6 В при токе 1,2 А, вентилятор будет обеспечивать обмен воздуха со скоростью 10 м3/мин.

Не составит труда разработка батареи мощностью 7 Вт, удовлетворяющей упомянутым требованиям. Сначала необходимо представить себе требуемую максимальную силу тока. Как было упомянуто выше, она соответствует 1,2 А.

Общеизвестно, что круглый солнечный элемент диаметром 7,5 см выдает ток величиной 1,2 А. Фактически можно найти довольно дешевые некондиционные элементы 7,5 см, которые развивают "лишь" 1 А. Эти элементы подходят для упомянутых целей.

Для достижения мощности в 7 Вт при максимальной интенсивности солнечного излучения потребуется 12 элементов. Элементы можно спаять последовательно, расположив их в 3 ряда по 4 элемента в каждом. Если для использования в конструкции выбраны некондиционные элементы на 1 А, то для компенсации их дефектности необходимо увеличить количество элементов в батарее на 2 и довести их число до 14.

Второй вентилятор, который мы рассмотрим, поставляется фирмой Wm. Lamb. Его диаметр составляет 35 см; он снабжен линейным электромотором с шарикоподшипниками. Запрессованные шарикоподшипники продлевают срок службы мотора. Питается мотор любым напряжением: 6-48 В. Для наших целей фирма-изготовитель рекомендует использовать напряжение 12В.

Солнечный генератор мощностью 30 Вт будет вращать вентилятор со скоростью, достаточной для обмена воздуха,- около 30 м3/мин, в то время как батарея мощностью 7 Вт обеспечит его энергией, достаточной для обмена воздуха со скоростью 14 м3/мин. На рис. 3 представлена зависимость скорости обмена воздуха от мощности фотоэлектрического преобразователя.

Рис.3

Установка конструкции на крыше

В соответствии с одним из вариантов установки вентиляционного устройства потребуется проделать отверстия в крыше. Поскольку любые работы на крыше сопряжены с риском возможных протечек воды, аккуратность - залог успешного выполнения работы.

Сначала ножовкой пропиливается круглое отверстие в крыше. Оба вентилятора поставляются закрепленными в металлических кожухах, и отверстие в крыше должно точно соответствовать диаметру кожуха. Необходимо убедиться, что место для отверстия выбрано между стропилами крыши!

Затем в отверстие устанавливается вентилятор. Теперь металлический отражатель помещается вокруг устройства, и обильно заливаются гудроном все возможные щели во избежание протечек. Для предотвращения попадания дождя через сделанное отверстие вентилятор накрывается колпаком конусообразной или U-образной формы.

Если нет желания делать отверстие в крыше, имеется другой вариант. Вентилятор можно укрепить над одним из вентиляционных отверстий, расположенных под карнизом крыши. Наилучший способ для этого - укрепить вентилятор под углом 45° к настилу чердака. Рекомендуется изготовить каркас из пары рамок, имеющих соотношение сторон 2:1 (рис. 4), а затем прикрепить вентилятор к одной из них (рис. 5). После этого можно разместить каркас над вентиляционным отверстием. Убедитесь, что отверстие достаточно велико и весь обмениваемый воздух проходит через него, иначе вентилятор будет работать недостаточно эффективно.

Рис.4

Рис. 5

Панель солнечной батареи закрепляется на части крыши, обращенной на юг, и присоединяется к вентилятору. Лучше опустить провода до края крыши и провести их через вентиляционное отверстие в карнизе, чем сверлить для них в крыше специальное отверстие: меньше вероятности нарушить кровлю.

Рис.6

При подключении солнечной батареи к вентилятору обращается внимание на направление вращения электромотора. При одном направлении вращения воздух будет вытягиваться наружу, при другом - втягиваться в помещение. Если вентилятор не вращается в надлежащем направлении, необходимо поменять местами питающие провода.

Автор: Байерс Т.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Роботы заменят людей многих профессий 02.06.2017 Английские ученые полагают, что с вероятностью 50% искусственный интеллект заменит человека через 45 лет, а через 120 лет на всех возможных рабочих позициях будет задействован исключительно компьютер. Ученые из Института будущего человечества Оксфордского университета (Великобритания) и отделения политических наук Йельского университета (США) оценили сроки, когда искусственный интеллект превзойдет возможности человеческого разума. Специалисты полагают, что искусственный интеллект превзойдет возможности человека в переводе языков к 2024 году, написанию эссе по окончании средней школы - к 2026 г., полностью заменит водителей грузовиков - к 2027 г. Профессии продавцов розничных магазинов исчезнут в 2031 году, писатели, специализирующиеся на беллетристике, - к 2049 г. Хирурги станут ненужными к 2053 году. Авторы полагают, что с вероятностью 50 процентов искусственный интеллект заменит человека через 45 лет, а через 120 лет на всех возможных рабочих позициях будет задействован исключительно компьютер. Исследование ученых основано на глобальном опросе 352 мировых экспертов в области искусственного интеллекта. Авторы работы отмечают, что азиатские ученые дают более оптимистичные прогнозы по замене человека компьютером (в среднем - через 30 лет), чем североамериканские (через 74 года).

Другие интересные новости:

▪ Прибойная электростанция

▪ Получение электричества с помощью тени

▪ Кареглазым доверяют больше

▪ Оригинальное применение Луне

▪ Самонаводящиеся очки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Личный транспорт: наземный, водный, воздушный. Подборка статей

▪ статья Никто не даст нам избавленья, ни Бог, ни царь и не герой. Крылатое выражение

▪ статья Где существовал министр по делам Властелина колец? Подробный ответ

▪ статья Монтажник оконных и дверных блоков. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Цифровая система радиоуправления с частотным кодированием. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Задуманная зрителем карта кладется на стол до ее оглашения. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025