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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Solarbetriebener Dachbodenventilator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Der einfachste Weg, Ihr Zuhause zu kühlen, ist die Installation einer Klimaanlage. Allerdings ist es teuer und ineffektiv. Wesentlich günstiger ist der Einsatz einer kostengünstigen Lüftungsanlage, die in erster Linie eine Überhitzung der Raumluft und einen Anstieg der Luftfeuchtigkeit verhindert.
Um Luft aus dem Dachboden zu entfernen, muss ein Lüftungssystem installiert werden. Warum vom Dachboden? Weil er die Quelle aller Probleme ist. Alles beginnt früh am Morgen, sobald die Sonne beginnt, das Dach zu beleuchten. Ich weiß nicht, ob Sie es wissen oder nicht, aber Dachziegel absorbieren die Sonnenstrahlung sehr effektiv. Mit Bitumen beschichtete Dächer können die Sonnenwärme besonders gut anziehen und speichern. Die Wärme vom Dach wird dann an die Luft übertragen, die den Dachboden füllt. Im Laufe des Tages gelangt immer mehr Wärme in den Luftraum des Dachbodens. Nun kommt im Inneren des Dachbodens ein weiterer Mechanismus zum Tragen: Bekanntlich steigt warme Luft nach oben und kalte Luft nach unten. Da die Luft im Dachgeschoss nicht vermischt wird, entsteht im Haus die in Abb. 1 dargestellte Temperaturverteilung. XNUMX. Eine geschichtete Temperaturverteilung führt zu einem Wärmestau. Wir verfügen über ein riesiges Wärmereservoir, das genutzt werden muss. In vielen Häusern wird es zu heiß, weil Wärme aus dem Dachboden austritt. Wenn Sie Ihre Klimaanlage einschalten, versuchen Sie, Wärme aus Ihrem Wohnraum abzuführen, um die Bedingungen angenehmer zu gestalten. Gleichzeitig heizt der Dachboden jedoch weiterhin das Haus. Eine solche Konfrontation ist teuer und führt nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Die einzige Möglichkeit, diesen Wärmefluss vom Dachboden in den Wohnraum zu stoppen, besteht darin, das Haus vom Dachboden zu isolieren. Die Wärmedämmung mit Glaswolle ist sehr effektiv. Eine maximal 15 cm dicke Schicht Glaswolle, die die Decke bedeckt, hat einen erheblichen Einfluss auf die nach unten eindringende Wärmemenge. Kühlmechanismen Allerdings kann keine Dämmung die unteren Räume vollständig vor dem Eindringen von Wärme aus dem Dachgeschoss schützen. Durch Wärmeübertragung und Strahlung dringt Wärme in Wohnräume ein. Um dies zu veranschaulichen, betrachten Sie dieses Beispiel. Nehmen wir an, dass der Dachboden Ihres Hauses 9x12 m groß ist (Fläche 108 m2). Wenn die Dachbodentemperatur durchschnittlich 55 °C beträgt und Sie möchten, dass die Temperatur im Wohnraum unter 27 °C bleibt, können Sie höchstens auf eine Wärmeübertragung von maximal 2000 J/h hoffen. Und das bei einem perfekten Dämmsystem. Bei einem typischen Haus mit einlagiger Glaswolle-Deckendämmung beträgt die Wärmedurchdringung etwa 4500 J/h.
Es wurde experimentell festgestellt, dass die Klimaanlage 9000 Tonne Luft pumpen muss, um 1 J Wärme zu neutralisieren. Um also den Effekt der Dachbodenheizung zu beseitigen, müssen wir mit der Klimaanlage weitere 0,5 Tonnen Luft pumpen! Allerdings hängt die tatsächliche Wärmemenge, die nach unten dringt, vom Temperaturunterschied zwischen Dachboden und Haus ab. Ein Temperaturunterschied von 5°C entspricht Tausenden von Joule. Je kälter es auf dem Dachboden ist, desto weniger arbeitet die Klimaanlage. Dachbodenbelüftung Wie können Sie Ihren Dachboden kühlen? Sie müssen es nur lüften! In sehr seltenen Fällen ist die Außenlufttemperatur höher als die Lufttemperatur auf dem Dachboden, wo es normalerweise heiß ist, beispielsweise in einem Ofen. Sie können Ihren Dachboden kühlen, indem Sie die heiße, stehende Luft im Inneren durch kühlere Luft von außen ersetzen. Dies lässt sich relativ einfach bewerkstelligen, indem man in der Nähe des Firsts eine Entlüftungsöffnung in das Dach schneidet und darin einen Abluftventilator einbaut. Der Ventilator drückt kühle Luft durch die überhängenden Dachvorsprünge und zieht warme, verbrauchte Luft durch die Lüftungsöffnung aus dem Dachboden. Diese Luftzirkulation im Dachboden bewirkt eine Vermischung von heißer und kalter Luft und verhindert Temperaturschwankungen (Abb. 2). Es ist wichtig zu beachten, wie sich dies auf die Temperatur im Dachboden auswirkt. Die Temperatur ist jetzt gleichmäßiger verteilt und die Durchschnittstemperatur ist gesunken.
Ich möchte darauf hinweisen, dass Sie keinen sehr großen Ventilator benötigen, um Ihren Dachboden zu belüften. Das Ziel wird erreicht, wenn die Luft im Dachgeschoss etwa alle 3 Minuten ausgetauscht wird. Die Größe des Ventilators richtet sich nach der Größe des Dachbodens. Ein Dachboden in Standardgröße (9x12 m2) hat ein Volumen von ca. 135 m3. Um eine solche Luftmenge alle 4 Minuten auszutauschen, ist ein Ventilator erforderlich, der 34 m3/min abpumpt. Wenn der Dachboden kleiner ist, wird ein kleinerer Ventilator benötigt. Der Zusammenhang ist hier einfach: Das Volumen des Dachbodens in m3 wird durch die gewünschte Luftwechselzeit (in Minuten) dividiert und man erhält die Ventilatorleistung. Zum Beispiel 135 m3 / 4 Min. = 34 m3/Min. Die Hauptelemente des Lüfters Angetrieben wird der Lüfter von einem kleinen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Kennlinie meist linear ist: Je mehr Leistung ihm zugeführt wird, desto schneller dreht er. Es ist bekannt, dass die Leistung von zwei Größen abhängt: Spannung und Strom. Die Änderung eines dieser Werte führt zu einer Leistungsänderung. Beispielsweise kann ein 12-V-Motor mit einem Strom von 6000A mit einer Drehzahl von 6 U/min rotieren. Wenn wir die dem Motor zugeführte elektrische Energie reduzieren, indem wir die Spannung auf 2 V reduzieren, verringert sich die Drehzahl um das Zweifache und beträgt 3000 U/min. Wenn andererseits bei demselben 12-V-Motor mit 3 A und der gleichen Drehzahl von 6000 U/min der Strom um das Zweifache reduziert wird und die Spannung auf dem gleichen Niveau bleibt (2 V bei 12 A), erhalten Sie das gleiche Ergebnis: Die Motordrehzahl beträgt 1,5 U/min. Angesichts des Funktionsprinzips fotoelektrischer Wandler ist es besonders wichtig, den Grund für die Änderung der Motordrehzahl bei Änderung des Stromverbrauchs zu verstehen. Das Luftvolumen, das die Lüfterflügel bewegen, ist direkt proportional zur Rotationsgeschwindigkeit. Dies weist darauf hin, dass es möglich ist, den Luftstrom durch einfache Änderung der Motorgeschwindigkeit zu regulieren. Solarbatterie Es besteht kein Zweifel, dass fotoelektrische Wandler zur Stromversorgung des Abluftventilators verwendet werden können. Diese Wahl ist die am meisten bevorzugte. Es ist zu beachten, dass ein interessanter Zusammenhang entsteht, wenn eine fotoelektrische Quelle an einen Lüfterelektromotor angeschlossen wird. Photovoltaik-Solarzellen können allgemein als Stromquellen betrachtet werden. Bei schlechten Lichtverhältnissen erzeugt das Solarpanel wenig Strom, obwohl die Spannung normal bleibt. Dadurch dreht sich der Lüfter (sofern er sich dreht) langsam und pumpt daher nur eine geringe Luftmenge. Dieser Umstand erfüllt genau die Aufgabe, den Dachboden zu belüften. Morgens ist das Dach praktisch nicht beheizt und zu dieser Tageszeit ist keine oder nur eine geringe Belüftung erforderlich. Im Laufe des Tages, wenn die Sonneneinstrahlung zunimmt, wird dem Lüftermotor immer mehr Strom aus fotoelektrischen Wandlern zugeführt und die Drehzahl des Lüfters erhöht. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung gelangt immer mehr Wärme auf den Dachboden. Es ist zu beachten, dass eine Erhöhung der Lüfterdrehzahl (Luftaustausch) genau dann beobachtet wird, wenn ein Bedarf dafür besteht. Gegen Abend nimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung wieder ab, das Dach nimmt weniger Wärme auf und der Lüftungsbedarf nimmt ab. Dies steht im Einklang mit der veränderten Leistungsabgabe der Photovoltaik-Wandler, die den Lüfter mit geringerer Drehzahl drehen. Deshalb haben wir ein selbstregulierendes Dachbodenlüftungssystem entwickelt, das die Temperatur auf einem relativ konstanten Niveau hält. Typischerweise wird der Ventilator abhängig von der Dachbodenheizung über einen mechanischen Thermoschalter gesteuert. Solarbatterie-Design Für die oben genannten Zwecke wurden zwei handelsübliche kommerzielle Ventilatoren ausgewählt, die speziell für solche Anwendungen entwickelt wurden. Platzieren wir unsere Photovoltaikquellen in der Nähe der Ventilatoren. Denken Sie jedoch daran, dass Sie jede für Sie geeignete Kombination aus Motor und Lüfter verwenden können. Der erste Ventilator ist ein Abluftventilator von Solarex Corp. Der Lüfter wird von einem 12-V-Gleichstrommotor angetrieben. Um die Lebensdauer zu erhöhen, empfiehlt Solarex jedoch, den Motor mit 6 V zu betreiben. Bei Anschluss an eine Photovoltaikbatterie, die 6 V bei 1,2 A erzeugt, tauscht der Lüfter die Luft mit einer Geschwindigkeit von 10 V aus Rate von 3 mXNUMX/min. Es wird nicht schwierig sein, eine 7-W-Batterie zu entwickeln, die die genannten Anforderungen erfüllt. Zuerst müssen Sie sich den erforderlichen Maximalstrom vorstellen. Wie oben erwähnt entspricht es 1,2 A. Es ist allgemein bekannt, dass eine runde Solarzelle mit einem Durchmesser von 7,5 cm einen Strom von 1,2 A erzeugt. Tatsächlich gibt es recht günstige minderwertige 7,5 cm-Zellen, die „nur“ 1 A liefern. Diese Zellen sind für die genannten Zwecke geeignet . Um eine Leistung von 7 W bei maximaler Sonneneinstrahlungsintensität zu erreichen, sind 12 Elemente erforderlich. Die Elemente können nacheinander gelötet werden, indem man sie in 3 Reihen zu je 4 Elementen anordnet. Wenn minderwertige 1-A-Elemente für die Verwendung im Design ausgewählt werden, ist es zum Ausgleich ihrer Fehlerhaftigkeit erforderlich, die Anzahl der Elemente in der Batterie um 2 zu erhöhen und ihre Anzahl auf 14 zu erhöhen. Der zweite Lüfter, den wir uns ansehen werden, wird von Wm geliefert. Lamm. Sein Durchmesser beträgt 35 cm; Es ist mit einem linearen Elektromotor mit Kugellager ausgestattet. Eingepresste Kugellager verlängern die Lebensdauer des Motors. Der Motor wird mit einer beliebigen Spannung betrieben: 6-48 V. Für unsere Zwecke empfiehlt der Hersteller die Verwendung einer Spannung von 12 V. Ein 30-W-Solargenerator dreht den Ventilator mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um die Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 m3/min auszutauschen, während eine 7-W-Batterie ihn mit ausreichend Energie versorgt, um die Luft mit einer Geschwindigkeit von 14 m3/min auszutauschen. In Abb. Abbildung 3 zeigt die Abhängigkeit der Luftwechselrate von der Leistung des fotoelektrischen Wandlers.
Installation der Struktur auf dem Dach Entsprechend einer der Installationsmöglichkeiten des Lüftungsgeräts müssen Sie Löcher in das Dach bohren. Da bei allen Arbeiten auf dem Dach das Risiko möglicher Wasserlecks besteht, ist Genauigkeit der Schlüssel zum erfolgreichen Abschluss der Arbeiten. Zunächst wird mit einer Bügelsäge ein rundes Loch in das Dach geschnitten. Beide Ventilatoren werden in Metallgehäusen montiert geliefert und das Loch im Dach muss genau dem Durchmesser des Gehäuses entsprechen. Achten Sie darauf, dass die Stelle für das Loch zwischen den Dachsparren liegt! Anschließend wird ein Lüfter in das Loch eingebaut. Nun wird ein Metallreflektor um das Gerät gelegt und alle möglichen Ritzen großzügig mit Teer gefüllt, um Undichtigkeiten zu vermeiden. Um zu verhindern, dass Regen durch das Loch eindringt, wird der Ventilator mit einer kegelförmigen oder U-förmigen Kappe abgedeckt. Wenn Sie kein Loch in das Dach bohren möchten, gibt es eine andere Möglichkeit. Der Ventilator kann über einer der Lüftungsöffnungen unter der Dachtraufe montiert werden. Am besten gelingt dies, indem Sie den Ventilator im 45°-Winkel zum Dachbodenboden verankern. Es wird empfohlen, einen Rahmen aus einem Rahmenpaar mit einem Seitenverhältnis von 2:1 zu erstellen (Abb. 4) und dann den Lüfter an einem von ihnen anzubringen (Abb. 5). Anschließend können Sie den Rahmen über der Lüftungsöffnung platzieren. Stellen Sie sicher, dass das Loch groß genug ist, damit die gesamte ausgetauschte Luft hindurchströmen kann, andernfalls funktioniert der Ventilator nicht effizient.
Das Solarpanel wird auf dem nach Süden ausgerichteten Teil des Daches montiert und an den Ventilator angeschlossen. Es ist besser, die Drähte bis zum Dachrand abzusenken und durch das Lüftungsloch in der Traufe zu führen, als ein spezielles Loch für sie in das Dach zu bohren: Die Gefahr, dass das Dach beschädigt wird, ist geringer.
Achten Sie beim Anschluss des Solarpanels an den Ventilator auf die Drehrichtung des Elektromotors. Mit der einen Drehrichtung wird die Luft nach außen gesaugt, mit der anderen Drehrichtung in den Raum. Wenn sich der Lüfter nicht in die richtige Richtung dreht, müssen die Stromkabel vertauscht werden. Autor: Byers T.
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