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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Ventilador de ático solar. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía La forma más fácil de enfriar su hogar es instalar un acondicionador de aire. Sin embargo, es caro e ineficiente. Es mucho más barato usar un sistema de ventilación económico que evite principalmente el sobrecalentamiento del aire en la habitación y el aumento de la humedad.
El sistema de ventilación debe instalarse de tal manera que elimine el aire del ático. ¿Por qué desde el ático? Porque él es la fuente de todos los problemas. Todo comienza temprano en la mañana, tan pronto como el sol comienza a brillar en el techo. No sé si lo sabes o no, pero las tejas absorben la radiación solar con bastante eficacia. Los tejados bituminosos atraen y retienen especialmente bien el calor del sol. El calor del techo luego se transfiere al aire que llena el ático. A medida que avanza el día, más y más calor ingresa al espacio de aire del ático. Ahora entra en juego otro mecanismo dentro del ático, es bien sabido que el aire caliente sube y el aire frío baja. Dado que el aire en el ático no se mezcla, se crea una distribución de temperatura en la casa, como se muestra en la Fig. 1. La distribución de temperatura en capas provoca la acumulación de calor. Tenemos una gran reserva de calor que necesita ser utilizada. En muchos hogares, hace demasiado calor debido a la intrusión de calor del ático. Cuando enciende el aire acondicionado, está tratando de eliminar el calor de los espacios habitables para que las condiciones sean más cómodas. Sin embargo, al mismo tiempo, el ático continúa calentando la casa. Tal confrontación es costosa y no conduce a los resultados deseados. La única forma de detener esta afluencia de calor desde el ático hacia el espacio habitable es aislar la casa del ático. El aislamiento térmico con lana de vidrio es muy efectivo. Una capa de lana de vidrio con un espesor de no más de 15 cm, que cubre el techo, afecta significativamente la cantidad de calor que penetra. Mecanismos de enfriamiento Sin embargo, ninguna cantidad de aislamiento puede aislar completamente las habitaciones inferiores de la penetración del calor del ático. El calor penetrará en los espacios habitables a través de la transferencia de calor y la radiación. Para ilustrar esto, considere el siguiente ejemplo. Suponga que el ático de su casa tiene unas dimensiones de 9x12 m (área 108 m2). Si la temperatura en el ático tiene un promedio de 55 °C y desea que la temperatura en la sala de estar no exceda los 27 °C, lo mejor que puede esperar es lograr una transferencia de calor de no más de 2000 J/h. Y esto es en el caso de un sistema de aislamiento perfecto. Para una casa típica con aislamiento de techo de lana de vidrio de una sola capa, la penetración de calor es de aproximadamente 4500 J/h.
Se ha establecido experimentalmente que para neutralizar 9000 J de calor, el acondicionador de aire debe bombear 1 tonelada de aire. Por lo tanto, para eliminar el efecto de la calefacción del ático, ¡necesitamos bombear 0,5 toneladas adicionales de aire con un acondicionador de aire! Sin embargo, la cantidad real de calor que penetra depende de la diferencia de temperatura entre el ático y la casa. Una diferencia de temperatura de 5°C corresponde a miles de julios. Por lo tanto, cuanto más frío hace en el ático, menos funciona el aire acondicionado. Ventilación del ático ¿Cómo puedes enfriar tu ático? ¡Solo necesitas ventilarlo! Hay casos muy raros en los que la temperatura del aire exterior es más alta que la temperatura del aire en el ático, donde suele estar caliente, como en una estufa; Puede enfriar el ático reemplazando el aire caliente y estancado con aire exterior más frío. Esto es relativamente fácil de hacer cortando un respiradero en el techo cerca de su cresta e instalando un extractor de aire en él. Un ventilador sopla aire frío a través de un alero saliente del techo y extrae el aire viciado y caliente del ático a través de un conducto de ventilación. Esta circulación de aire en el interior del ático provoca la mezcla de aire frío y caliente y elimina las diferencias de temperatura (Fig. 2). Cabe señalar cómo afectó la temperatura dentro del ático. Ahora la temperatura está distribuida más uniformemente y la temperatura promedio ha bajado.
Quiero señalar que no se requiere un ventilador muy grande para ventilar el ático. El objetivo se logrará si el intercambio de aire en el ático se realiza aproximadamente cada 3 minutos. El tamaño del ventilador está determinado por el tamaño del ático. El ático de dimensiones estándar (9x12 m2) tiene un volumen de aproximadamente 135 m3. Para intercambiar este volumen de aire cada 4 minutos, se requiere un ventilador que bombee 34 m3/min. Si el ático es más pequeño, se requerirá un ventilador más pequeño. La relación aquí es simple: el volumen del ático en m3 se divide por el tiempo de cambio de aire deseado (en minutos) y se obtiene el rendimiento del ventilador. Por ejemplo 135 m3 / 4 min = 34 m3/min. Los elementos principales del ventilador. El ventilador es accionado por un pequeño motor de CC, que suele ser lineal: cuanta más potencia se le suministra, más rápido gira. Se sabe que la potencia depende de dos cantidades: voltaje y corriente. Cambiar cualquiera de estos valores provocará un cambio en la potencia. Por ejemplo, un motor con un voltaje de 12 V a una corriente de 6000A puede girar a una velocidad de 6 rpm. Si reducimos la energía eléctrica suministrada al motor bajando el voltaje a 2 V, entonces la velocidad de rotación disminuirá 3000 veces y será igual a XNUMX rpm. Por otro lado, si en un mismo motor a 12 V a 3 A, girando a la misma velocidad de 6000 rpm, reducimos 2 veces la corriente, manteniendo el voltaje al mismo nivel (12 V a 1,5 A), obtenemos obtenga el mismo resultado: la velocidad del motor será de 3000 rpm. Dado el principio de funcionamiento de los convertidores fotovoltaicos, es especialmente importante comprender el motivo por el que se cambia la velocidad de rotación del motor con un cambio en la corriente consumida. El volumen de aire que destilarán las aspas del ventilador es directamente proporcional a la velocidad de rotación. Esto indica que el flujo de aire se puede controlar simplemente cambiando la velocidad del motor. Bateria solar Sin duda, se pueden utilizar convertidores fotoeléctricos para alimentar el extractor de aire. Esta es la opción preferida. Al mismo tiempo, cabe señalar que cuando se conecta una fuente fotovoltaica al motor eléctrico de un ventilador, surge una relación interesante. Las células solares fotovoltaicas generalmente se pueden considerar como fuentes de corriente. En condiciones de poca luz, el panel solar genera una pequeña corriente, aunque el voltaje se mantiene normal. Como resultado, el ventilador (si está girando) gira lentamente y, por lo tanto, solo bombea una pequeña cantidad de aire. Esta circunstancia solo cumple con la tarea de ventilar el ático. Por la mañana, el techo prácticamente no se calienta, y en este momento del día no hay necesidad de ventilación o solo se necesita un poco de ventilación. Durante el día, con el aumento de la radiación solar, se suministra cada vez más energía al motor del ventilador desde los convertidores fotovoltaicos y la velocidad del ventilador aumenta. Con el aumento de la insolación solar, una mayor cantidad de calor ingresa al ático. Cabe señalar que se observa un aumento en la velocidad del ventilador (recambio de aire) exactamente cuando se necesita. Hacia la tarde, la intensidad de la radiación solar vuelve a disminuir, el techo absorbe menos calor y disminuye la necesidad de ventilación. Esto es consistente con el cambio en la potencia de salida de los convertidores fotovoltaicos, que giran el ventilador a menor velocidad. Como resultado, hemos desarrollado un sistema de ventilación de ático autorregulable que mantiene la temperatura del ático a un nivel relativamente constante. Por lo general, el control del ventilador, según el calentamiento del ático, se realiza mediante un interruptor térmico mecánico. diseño de baterías solares Para los fines mencionados, se han seleccionado dos ventiladores disponibles comercialmente disponibles comercialmente diseñados específicamente para estas aplicaciones. Coloquemos nuestras fuentes fotovoltaicas cerca de los ventiladores. Recuerde, sin embargo, que puede utilizar cualquier combinación de motor y ventilador que más le convenga. El primer ventilador es un ventilador extractor de Solarex Corp. Dicho ventilador es accionado por un motor de CC de 12 V. Sin embargo, Solarex recomienda hacer funcionar el motor a 6 V para una mayor duración, m6/min. No será difícil desarrollar una batería de 7 W que cumpla con los requisitos mencionados. Primero debe imaginar la intensidad de corriente máxima requerida. Como se mencionó anteriormente, corresponde a 1,2 A. Es de conocimiento común que una celda solar redonda de 7,5 cm produce una corriente de 1,2 A. De hecho, puede encontrar celdas de 7,5 cm de calidad inferior bastante baratas que desarrollan "solo" 1 A. Estas celdas son adecuadas para los fines mencionados. Para conseguir una potencia de 7 W a máxima intensidad de radiación solar se necesitan 12 elementos. Los elementos se pueden soldar en serie, colocándolos en 3 filas de 4 elementos cada una. Si se seleccionan elementos de calidad inferior a 1 A para su uso en el diseño, entonces, para compensar su defecto, es necesario aumentar la cantidad de elementos en la batería en 2 y llevar su número a 14. El segundo ventilador que veremos proviene de Wm. Cordero. Su diámetro es de 35 cm; Está equipado con un motor eléctrico lineal con rodamientos de bolas. Los cojinetes de bolas prensados prolongan la vida útil del motor. El motor funciona con cualquier voltaje: 6-48 V. Para nuestros propósitos, el fabricante recomienda usar un voltaje de 12V. Un generador solar de 30 W hará girar el ventilador a una velocidad suficiente para intercambiar aire a unos 30 m3/min, mientras que una batería de 7 W proporcionará suficiente energía para intercambiar aire a una velocidad de 14 m3/min. En la fig. 3 muestra la dependencia de la tasa de intercambio de aire de la potencia del convertidor fotoeléctrico.
Instalación de la estructura en el techo. De acuerdo con una de las opciones para instalar un dispositivo de ventilación, será necesario hacer agujeros en el techo. Dado que cualquier trabajo en el techo está asociado con el riesgo de posibles fugas de agua, la precisión es la clave para un trabajo exitoso. Primero, se corta un agujero redondo en el techo con una sierra para metales. Ambos ventiladores se suministran fijos en carcasas metálicas y la abertura en el techo debe coincidir exactamente con el diámetro de la carcasa. ¡Asegúrese de que la ubicación del orificio se elija entre las vigas del techo! Luego se instala un ventilador en el agujero. Ahora se coloca un reflector de metal alrededor del dispositivo, y todos los espacios posibles se llenan abundantemente con alquitrán para evitar fugas. Para evitar que la lluvia entre por el orificio realizado, el ventilador se cubre con una tapa en forma de cono o en forma de U. Si no hay ganas de hacer un agujero en el techo, hay otra opción. El ventilador se puede montar sobre uno de los respiraderos ubicados debajo de los aleros del techo. La mejor manera de hacer esto es montar el ventilador en un ángulo de 45° con respecto al piso del ático. Se recomienda hacer un marco a partir de un par de marcos con una relación de aspecto de 2:1 (Fig. 4) y luego colocar el ventilador en uno de ellos (Fig. 5). Después de eso, puede colocar el marco sobre el respiradero. Asegúrese de que la abertura sea lo suficientemente grande para que todo el aire intercambiado pase a través de ella; de lo contrario, el ventilador no funcionará con la eficiencia suficiente.
El panel solar está unido a la sección orientada al sur del techo y unido al ventilador. Es mejor pasar los cables hasta el borde del techo y pasarlos por la ventilación en los aleros que taladrar un agujero especial para ellos en el techo: hay menos posibilidades de romper el techo.
Al conectar una batería solar a un ventilador, se llama la atención sobre la dirección de rotación del motor eléctrico. En una dirección de rotación, el aire saldrá, en la otra dirección entrará en la habitación. Si el ventilador no gira en la dirección correcta, se deben invertir los cables de alimentación. Autor: Byers T.
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