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無線電子工学および電気工学の百科事典 太陽光発電の屋根裏扇風機。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
家を涼しくする最も簡単な方法は、エアコンを設置することです。 ただし、高価で効果がありません。 主に室内の空気の過熱と湿度の上昇を防ぐ安価な換気システムを使用する方がはるかに安価です。
屋根裏部屋から空気を取り除くために換気システムを設置する必要があります。 なぜ屋根裏部屋から？ なぜなら彼はすべての問題の根源だからです。 すべては早朝、太陽が屋根を照らし始めるとすぐに始まります。 ご存知かどうかわかりませんが、屋根瓦は日射を吸収する効果が非常に高いのです。 アスファルトで覆われた屋根は、太陽熱を引きつけて保持するのに特に優れています。 屋根からの熱は屋根裏を満たす空気に伝わります。 日が経つにつれて、屋根裏の空間に熱がどんどん入ってきます。 さて、屋根裏部屋では別のメカニズムが働いており、暖かい空気は上昇し、冷たい空気は下に落ちることがよく知られています。 屋根裏の空気が混合しないため、家の中には図1のような温度分布が生じます。 XNUMX. 層状の温度分布により熱が蓄積します。 私たちには、利用する必要がある膨大な熱が蓄えられています。 屋根裏からの熱漏れが原因で暑くなりすぎる家も少なくありません。 エアコンのスイッチを入れると、生活空間から熱を取り除き、より快適な状態にしようとします。 しかし、同時に屋根裏部屋は家を暖房し続けます。 このような対立は高価であり、望ましい結果にはつながりません。 屋根裏部屋から生活空間へのこの熱の流れを止める唯一の方法は、屋根裏部屋から家を断熱することです。 グラスウールを使用した断熱効果は非常に高いです。 天井を覆う厚さ 15 cm 以下のグラスウールの層は、下に浸透する熱の量に大きな影響を与えます。 冷却メカニズム しかし、いくら断熱しても、屋根裏部屋からの熱の侵入を完全に遮断することはできません。 熱は熱伝達と輻射によって生活空間に浸透します。 これを説明するために、次の例を考えてみましょう。 あなたの家の屋根裏部屋の面積が 9x12 m (面積 108 m2) であると仮定します。 屋根裏部屋の温度が平均 55°C で、居住空間を 27°C 以下に保ちたい場合、期待できる最善の熱伝達は 2000 J/h 以下です。 これは完全な断熱システムの場合です。 単層グラスウール天井断熱材を備えた一般的な住宅の場合、熱侵入は約 4500 J/h です。
9000 J の熱を中和するには、エアコンが 1 トンの空気を送り込む必要があることが実験的に確立されています。 したがって、屋根裏部屋の暖房の影響を排除するには、エアコンで追加の 0,5 トンの空気を送り込む必要があります。 ただし、実際に下方に浸透する熱量は、屋根裏と家の温度差によって異なります。 5℃の温度差は数千ジュールに相当します。 そのため、屋根裏が寒ければ寒いほど、エアコンの効きが悪くなります。 屋根裏換気 どうすれば屋根裏部屋を涼しくできるでしょうか？ 換気すればいいだけですよ！ 非常にまれに、外気温が屋根裏部屋の気温よりも高くなる場合があります。屋根裏部屋はストーブの中のように通常は高温になります。 屋根裏部屋の暑くてよどんだ空気を屋外の冷たい空気と入れ替えることで、屋根裏部屋を涼しくすることができます。 これは、尾根近くの屋根に通気口を切り取り、そこに排気ファンを取り付けることで比較的簡単に行うことができます。 ファンは、屋根の張り出した軒から冷たい空気を強制的に送り込み、換気口を通して屋根裏部屋から暖かく古くなった空気を排出します。 この屋根裏の空気循環により、温風と冷気が混合され、温度変化が解消されます（図2）。 それが屋根裏部屋の温度にどのような影響を与えたかに注目することが重要です。 温度はより均一に分布し、平均気温は低下しました。
屋根裏部屋の換気に非常に大きなファンは必要ないことを指摘しておきます。 屋根裏部屋の空気が約3分ごとに入れ替われば目標は達成されます。 ファンのサイズは屋根裏部屋のサイズによって決まります。 標準サイズの屋根裏部屋 (9x12 m2) の容積は約 135 m3 です。 このような量の空気を 4 分ごとに交換するには、34 m3/min を排出するファンが必要です。 屋根裏部屋が小さい場合は、小型のファンが必要になります。 ここでの関係は単純です。屋根裏部屋の容積 (m3) を希望の空気交換時間 (分単位) で割ると、ファンの性能が得られます。 たとえば、135 m3 / 4 分 = 34 m3/分です。 ファンの主な要素 ファンは小型の DC 電気モーターによって駆動され、その特性は通常は線形であり、供給される電力が増えるほど回転が速くなります。 電力は電圧と電流という XNUMX つの量に依存することが知られています。 これらの値のいずれかを変更すると、パワーが変化します。 たとえば、12A の電流を持つ 6000 V モーターは 6 rpm の速度で回転できます。 電圧を2Vに下げてモーターに供給される電気エネルギーを減らすと、回転速度は3000倍に低下し、XNUMXrpmになります。 一方、同じ 12 V モーターで 3 A、同じ速度 6000 rpm で回転すると、電圧を同じレベル (2 A で 12 V) に保ちながら、電流を 1,5 倍に減らすと、次のようになります。結果は同じで、モーターの回転速度は 3000 rpm になります。 光電変換装置の動作原理を考えると、消費電流の変化に伴ってモーターの回転速度が変化する理由を理解することが特に重要です。 ファンブレードが移動する空気の量は回転速度に正比例します。 これは、モーターの速度を変えるだけで空気の流れを調整できることを示しています。 太陽電池 光電変換器を排気ファンの動力として使用できることは間違いありません。 この選択が最も望ましいです。 光電源をファン電動モーターに接続すると、興味深い関係が生じることに注意してください。 太陽光発電太陽電池は一般に電流源と考えることができます。 暗い状況では、電圧は正常のままですが、ソーラーパネルはほとんど電流を生成しません。 その結果、ファン (回転している場合) の回転が遅くなり、少量の空気しか送り込まれなくなります。 この状況は、屋根裏部屋を換気するというタスクを正確に満たします。 午前中は屋根はほとんど暖房されておらず、この時間帯は換気の必要がないか、少量の換気のみが必要です。 日中、日射量が増加すると、光電変換装置からファンモーターに供給される電力が増加し、ファンの回転数が増加します。 日射量が増えると、屋根裏部屋に侵入する熱も増えます。 ファン回転速度の増加 (空気交換) は、必要なときに正確に観察されることに注意してください。 夕方に向けて、日射量は再び減少し、屋根が吸収する熱が減少し、換気の必要性が減少します。 これは、ファンを低速で回転させる太陽光発電コンバータの電力出力の変化と一致しています。 その結果、温度を比較的一定のレベルに維持する自動調整屋根裏換気システムを開発しました。 通常、ファンは機械式熱スイッチによる屋根裏部屋の暖房に応じて制御されます。 太陽電池の設計 上記の目的のために、このような用途向けに特別に設計された XNUMX つの市販の業務用ファンが選択されました。 太陽光発電源をファンの近くに配置しましょう。 ただし、必要に応じてモーターとファンを組み合わせて使用できることに注意してください。 最初のファンは、Solarex Corp. の排気ファンです。 問題のファンは 12 V DC モーターで駆動されますが、耐用年数を延ばすために、ソラレックスではモーターに 6 V で電力を供給することを推奨しています。 6 m1,2/分の速度。 前述の要件を満たす 7W バッテリーを開発するのは難しくありません。 まず、必要な最大電流を想像する必要があります。 前述の通り、1,2Aに対応します。 直径 7,5 cm の円形太陽電池が 1,2 A の電流を生成することは周知の事実です。実際、「わずか」 7,5 A を供給する、かなり安価な標準以下の 1 cm 電池も見つかります。これらの電池は、前述の目的に適しています。 。 最大日射強度で 7 W の電力を達成するには、12 個の要素が必要になります。 要素は、それぞれ 3 つの要素を 4 列に配置して、順番にはんだ付けできます。 設計で使用するために標準以下の 1 A 素子が選択された場合、その欠陥を補うために、バッテリー内の素子の数を 2 つ増やして、その数を 14 にする必要があります。 35 番目のファンは Wm によって供給されます。 子羊。 直径は6cmです。 ボールベアリングを備えたリニア電気モーターが装備されています。 圧入ボールベアリングによりモーターの寿命が延びます。 モーターは、48 ～ 12 V の任意の電圧で駆動されます。この目的のために、メーカーは XNUMX V の電圧を使用することを推奨しています。 30W の太陽光発電機は約 30m3/min で空気を交換するのに十分な速度でファンを回転させ、7W バッテリーは 14m3/min の速度で空気を交換するのに十分なエネルギーを供給します。 図では、 図 3 は、光電変換器の電力に対する空気交換率の依存性を示しています。
屋根への構造物の設置 換気装置の設置オプションのXNUMXつに従って、屋根に穴を開ける必要があります。 屋根上での作業には水漏れの危険が伴うため、正確さが重要です。 まず、屋根に金ノコで丸い穴を開けます。 どちらのファンも金属製のケーシングに取り付けられた状態で提供され、屋根の穴はケーシングの直径と正確に一致する必要があります。 穴の位置が屋根の垂木の間にあることを確認してください。 次に、穴にファンを取り付けます。 現在、金属製の反射板がデバイスの周囲に配置されており、漏れを防ぐためにすべての亀裂がタールでたっぷりと埋められています。 穴からの雨の侵入を防ぐために、ファンは円錐形またはU字形のキャップで覆われています。 屋根に穴を開けたくない場合は、別の選択肢があります。 ファンは、屋根の軒の下にある通気口の 45 つの上に取り付けることができます。 これを行う最良の方法は、屋根裏部屋の床に対して 2° の角度でファンを固定することです。 アスペクト比 1:4 の 5 つのフレームからフレームを作成し (図 XNUMX)、そのうちの XNUMX つにファンを取り付けることをお勧めします (図 XNUMX)。 次に、フレームを通気口の上に置きます。 交換された空気がすべて通過できるように穴が十分に大きいことを確認してください。そうしないと、ファンが効率的に動作しません。
ソーラーパネルは屋根の南向きの部分に取り付けられ、ファンに接続されています。 屋根にワイヤー用の特別な穴を開けるよりも、ワイヤーを屋根の端まで下げて軒の換気穴に通す方が、屋根を傷つける可能性が少なくなります。
ソーラーパネルをファンに接続するときは、電動モーターの回転方向に注意してください。 一方の回転方向では空気が排出され、もう一方の方向では空気が室内に引き込まれます。 ファンが正しい方向に回転しない場合は、電源線を交換する必要があります。 著者：バイヤーズT。
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