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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Ventilador solar de sótão. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A maneira mais fácil de resfriar sua casa é instalar um ar condicionado. No entanto, é caro e ineficiente. É muito mais barato usar um sistema de ventilação barato que evita principalmente o superaquecimento do ar na sala e o aumento da umidade.
O sistema de ventilação deve ser instalado de forma a remover o ar do sótão. Por que do sótão? Porque ele é a fonte de todos os problemas. Tudo começa logo pela manhã, assim que o sol começa a bater no telhado. Não sei se você sabe ou não, mas as telhas absorvem a radiação solar de forma bastante eficaz. Os telhados revestidos com betume atraem e retêm especialmente bem o calor do sol. O calor do telhado é então transferido para o ar que enche o sótão. À medida que o dia avança, mais e mais calor entra no espaço aéreo do sótão. Agora outro mecanismo entra em ação dentro do sótão: é sabido que o ar quente sobe e o ar frio desce. Como o ar no sótão não se mistura, é criada uma distribuição de temperatura na casa, mostrada na Fig. 1. A distribuição de temperatura em camadas causa acúmulo de calor. Temos um enorme reservatório de calor que precisa ser usado. Em muitas casas, fica muito quente devido à intrusão de calor do sótão. Quando você liga o ar condicionado, está tentando remover o calor dos ambientes para tornar as condições mais confortáveis. No entanto, ao mesmo tempo, o sótão continua a aquecer a casa. Tal confronto é caro e não leva aos resultados desejados. A única maneira de impedir esse fluxo de calor do sótão para a sala de estar é isolar a casa do sótão. O isolamento térmico com lã de vidro é muito eficaz. Uma camada de lã de vidro com espessura não superior a 15 cm, cobrindo o teto, afeta significativamente a quantidade de calor que penetra. Mecanismos de resfriamento No entanto, nenhuma quantidade de isolamento pode isolar completamente os cômodos inferiores da penetração do calor do sótão. O calor penetrará nos espaços por meio de transferência de calor e radiação. Para ilustrar isso, considere o seguinte exemplo. Suponha que o sótão da sua casa tenha dimensões de 9x12 m (área 108 m2). Se a temperatura média no sótão é de 55°C e você deseja que a temperatura na sala não exceda 27°C, o melhor que pode esperar é conseguir uma transferência de calor não superior a 2000 J/h. E isso no caso de um sistema de isolamento perfeito. Para uma casa típica com isolamento de teto de lã de vidro de camada única, a penetração de calor é de cerca de 4500 J/h.
Foi estabelecido experimentalmente que, para neutralizar 9000 J de calor, o ar condicionado deve bombear 1 tonelada de ar. Assim, para eliminar o efeito do aquecimento do sótão, precisamos bombear 0,5 tonelada extra de ar com um ar condicionado! No entanto, a quantidade real de calor que penetra depende da diferença de temperatura entre o sótão e a casa. Uma diferença de temperatura de 5°C corresponde a milhares de joules. Portanto, quanto mais frio no sótão, menos o ar condicionado funciona. Ventilação do sótão Como você pode resfriar seu sótão? Você só precisa ventilar! São raríssimos os casos em que a temperatura do ar exterior é superior à temperatura do ar no sótão, onde costuma fazer calor, como numa estufa; Você pode resfriar o sótão substituindo o ar quente e estagnado por ar externo mais frio. Isso é relativamente fácil de fazer cortando uma abertura no telhado perto de sua crista e instalando um exaustor nela. Um ventilador sopra ar frio através de um beiral de telhado saliente e extrai ar quente e viciado do sótão através de um respiradouro. Esta circulação de ar no interior do sótão provoca a mistura do ar quente e frio e elimina as diferenças de temperatura (Fig. 2). Deve-se notar como isso afetou a temperatura dentro do sótão. Agora a temperatura está distribuída de maneira mais uniforme e a temperatura média caiu.
Quero observar que não é necessário um ventilador muito grande para ventilar o sótão. O objetivo será alcançado se a troca de ar no sótão for realizada aproximadamente a cada 3 minutos. O tamanho do ventilador é determinado pelo tamanho do sótão. O sótão de dimensões padrão (9x12 m2) tem um volume de aproximadamente 135 m3. Para trocar esse volume de ar a cada 4 minutos, é necessário um ventilador que bombeará 34 m3/min. Se o sótão for menor, será necessário um ventilador menor. A relação aqui é simples: o volume do sótão em m3 é dividido pelo tempo de troca de ar desejado (em minutos) e o desempenho do ventilador é obtido. Por exemplo 135 m3 / 4 min = 34 m3/min. Os principais elementos do ventilador O ventilador é acionado por um pequeno motor DC, que geralmente é linear: quanto mais energia for fornecida a ele, mais rápido ele gira. Sabe-se que a potência depende de duas grandezas: tensão e corrente. Alterar qualquer um desses valores causará uma alteração no poder. Por exemplo, um motor com tensão de 12 V a uma corrente de 6000 A pode girar a uma velocidade de 6 rpm. Se reduzirmos a energia elétrica fornecida ao motor diminuindo a tensão para 2 V, a velocidade de rotação diminuirá 3000 vezes e será igual a XNUMX rpm. Por outro lado, se no mesmo motor de 12 V a 3 A, girando na mesma velocidade de 6000 rpm, reduzimos a corrente em 2 vezes, mantendo a tensão no mesmo nível (12 V a 1,5 A), obtenha o mesmo resultado: a velocidade do motor será de 3000 rpm. Dado o princípio de funcionamento dos conversores fotovoltaicos, é especialmente importante entender o motivo da alteração da velocidade de rotação do motor com a alteração da corrente consumida. O volume de ar que as pás do ventilador irão destilar é diretamente proporcional à velocidade de rotação. Isso indica que o fluxo de ar pode ser controlado simplesmente alterando a velocidade do motor. Bateria solar Sem dúvida, conversores fotoelétricos podem ser usados para alimentar o exaustor. Esta é a escolha preferida. Ao mesmo tempo, deve-se notar que quando uma fonte fotovoltaica é conectada a um motor elétrico de ventilador, surge uma relação interessante. Células solares fotovoltaicas geralmente podem ser consideradas como fontes de corrente. Com pouca luz, o painel solar gera uma pequena corrente, embora a tensão permaneça normal. Como resultado, o ventilador (se estiver girando) gira lentamente e, portanto, bombeia apenas uma pequena quantidade de ar. Esta circunstância apenas cumpre a tarefa de ventilar o sótão. De manhã, o telhado praticamente não é aquecido, e a essa hora do dia não há necessidade de ventilação ou é necessária apenas uma pequena ventilação. Durante o dia, com o aumento da radiação solar, cada vez mais energia é fornecida ao motor do ventilador por conversores fotovoltaicos e a velocidade do ventilador aumenta. Com o aumento da insolação solar, uma quantidade crescente de calor entra no sótão. Deve-se observar que o aumento da velocidade do ventilador (troca de ar) é observado exatamente quando necessário. Ao entardecer, a intensidade da radiação solar diminui novamente, o telhado absorve menos calor e a necessidade de ventilação diminui. Isso é consistente com a mudança na potência de saída dos conversores fotovoltaicos, que giram o ventilador em uma velocidade menor. Como resultado, desenvolvemos um sistema de ventilação de sótão autorregulado que mantém a temperatura do sótão em um nível relativamente constante. Normalmente, o controle do ventilador, dependendo do aquecimento do sótão, é feito por um interruptor térmico mecânico. Projeto de bateria solar Para os fins mencionados, foram selecionados dois ventiladores disponíveis comercialmente projetados especificamente para essas aplicações. Vamos colocar nossas fontes fotovoltaicas perto dos ventiladores. Lembre-se, no entanto, que você pode usar qualquer combinação de motor e ventilador que lhe convier. O primeiro ventilador é um exaustor da Solarex Corp. O referido ventilador é acionado por um motor DC de 12 V. No entanto, Solarex recomenda operar o motor em 6 V para longevidade. m6/min. Não será difícil desenvolver uma bateria de 7 W que satisfaça os requisitos mencionados. Primeiro você precisa imaginar a força de corrente máxima necessária. Como mencionado acima, corresponde a 1,2 A. É do conhecimento comum que uma célula solar redonda de 7,5 cm produz uma corrente de 1,2 A. Na verdade, você pode encontrar células de 7,5 cm abaixo do padrão bastante baratas que desenvolvem "apenas" 1 A. Essas células são adequadas para os fins mencionados. Para atingir uma potência de 7 W na intensidade máxima de radiação solar, são necessários 12 elementos. Os elementos podem ser soldados em série, colocando-os em 3 filas de 4 elementos cada. Se elementos abaixo do padrão de 1 A forem selecionados para uso no projeto, para compensar seu defeito, é necessário aumentar o número de elementos na bateria em 2 e aumentar seu número para 14. O segundo ventilador que veremos vem de Wm. Cordeiro. Seu diâmetro é de 35 cm; É equipado com um motor elétrico linear com rolamentos de esferas. Os rolamentos de esferas prensados prolongam a vida útil do motor. O motor é alimentado por qualquer tensão: 6-48 V. Para nossos propósitos, o fabricante recomenda o uso de uma tensão de 12V. Um gerador solar de 30 W girará o ventilador a uma velocidade suficiente para trocar o ar a cerca de 30 m3/min, enquanto uma bateria de 7 W fornecerá energia suficiente para trocar o ar a uma taxa de 14 m3/min. Na fig. 3 mostra a dependência da taxa de troca de ar da potência do conversor fotoelétrico.
Instalação da estrutura no telhado De acordo com uma das opções de instalação do dispositivo de ventilação, será necessário fazer furos no telhado. Como qualquer trabalho no telhado está associado ao risco de possíveis vazamentos de água, a precisão é a chave para um trabalho bem-sucedido. Primeiro, um buraco redondo no telhado é feito com uma serra. Ambos os ventiladores são fornecidos fixos em carcaças metálicas e a abertura no teto deve corresponder exatamente ao diâmetro da carcaça. Certifique-se de que o local do furo seja escolhido entre as vigas do telhado! Em seguida, um ventilador é instalado no orifício. Agora um refletor de metal é colocado ao redor do dispositivo e todas as lacunas possíveis são abundantemente preenchidas com alcatrão para evitar vazamentos. Para evitar que a chuva entre pelo orifício feito, o ventilador é coberto com uma tampa em forma de cone ou em forma de U. Se não houver vontade de fazer um buraco no telhado, existe outra opção. O ventilador pode ser montado acima de uma das aberturas localizadas sob o beiral do telhado. A melhor maneira de fazer isso é montar o ventilador em um ângulo de 45° em relação ao piso do sótão. Recomenda-se fazer uma moldura a partir de um par de molduras com proporção de 2:1 (Fig. 4) e, em seguida, prender o ventilador a uma delas (Fig. 5). Depois disso, você pode colocar a moldura sobre a ventilação. Certifique-se de que a abertura seja grande o suficiente para que todo o ar trocado passe por ela, caso contrário, o ventilador não funcionará com eficiência suficiente.
O painel solar é preso à seção voltada para o sul do telhado e ao ventilador. É melhor passar os fios até a borda do telhado e passá-los pela abertura no beiral do que fazer um furo especial para eles no telhado: há menos chance de quebrar o telhado.
Ao conectar uma bateria solar a um ventilador, preste atenção ao sentido de rotação do motor elétrico. Em uma direção de rotação, o ar será aspirado, na outra direção será aspirado para dentro da sala. Se o ventilador não girar na direção correta, os fios de alimentação devem ser invertidos. Autor: Byers T.
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