Roof-reflector for the solar and wind energy usage
припущення:
звичайна двосхилий покрівля з оцинкованого заліза може стати основою для отримання екологічно-чистої енергії в зимові месяци - в період піку споживання енергії.
Сонячний нагрівач-колектор з рефлектором, схема якого використовує відбиття від даху
плюс
найпростіша вітряна машина, схема якої використовує аеродинамічні властивості даху і рефлектора сонячного колектора.
Архітектурний проект індивідуального будинку та вибір типу покрівлі
Проектований одноповерховий будинок (розширення-реконструкція існуючого старого одноповерхового будинку) має розміри 15 х 10,5 метрів (15 метрів по лінії північ-південь, орієнтація будинку майже точно по лінії північ-південь - азимут 4 градуси). На малюнку показаний вигляд будинку зі східного напрямку. Будинок знаходиться у верхній частині північного схилу, перепад висоти на довжині фундаменту - 1,5 метра.
Двосхилий металевий дах з мінімальним ухилом 11,5 градусів обрана з метою економії і мінімального затінення саду. Більш крута черепичний дах над будинком 15 х 10,5 метра мала б висоту як мінімум 4 метри, тобто обсяг простору під дахом - понад 300 кубічних метрів. Житловий обсяг будинку - близько 450 кубічних метрів.
(Чому обрано проект одноповерхового будинку без мансарди - поверху під дахом?)
Енергетика індивідуального будинку та сонячні нагрівачі (сонячні колектори)
Чому б не знизити вартість домашньої опалювальної системи, що живиться з альтернативних джерел енергії, скориставшись конкретними природними умовами і особливостями проектованого будинку? Планована схема енергопостачання будинку з альтернативних джерел енергії є додатковою потужністю для пікового енергоспоживання взимку, особливо в холодні дні з північним вітром.
Дах як прискорювач вітру і концентратор сонячної енергії
З практики відомо, що:
а) на блискучій металевій даху - жарко
б) на плоскому даху майже завжди дме вітер.
У наших умовах - 275 метрів над рівнем моря, чисте повітря - в ясний день потік сонячної енергії, що припадає на 1 квадратний метр поверхні перпендикулярної до сонячних променів, складає близько 1,2 кіловата. На об'єкт, що знаходиться над великим розсіює відбивачем, падають не тільки прямі сонячні промені або розсіяні хмарами, але і відбиті від відбивача - з нижньої півсфери.
Як ілюстрацію можу навести факт, що в зимових умовах (був сонячний день, вітер ок. 2 метрів в секунду, температура в тіні -3 градуси Цельсія) я встановлював термометр-коробку під прямими сонячними променями:
а) +10 - над поглинає світло поверхнею - над темною бетонною поверхнею
б) +50 - над відбиває світло поверхнею - на свіжому снігу
в) +40 - над відбиває світло поверхнею - на оцинкованому залозі (кут відбиття - ок. 20 градусів).
Досвід "в" - це металевий дах.
Важко сказати, на скільки швидкість вітру над пологим дахом більше, ніж на тій же висоті на відкритому місці. Обтікання вітром даху - процес дуже складний, вимірювання швидкості вітру не проводилися. Інтуїція і суб'єктивні спостереження підказують, що якийсь позитивний ефект буде.
Схема використання плоского даху як елемента установки для добування енергії з навколишнього середовища
Повітряний потік з півночі, огинаючи будинок, прилягає до даху і потрапляє в довгу щілину між дахом і сонячним рефлектором. Під сонячним рефлектором встановлена додаткова похила площина, ще більш звужує щілину. Похилий дах, зворотна сторона сонячного рефлектора і додаткова похила площина утворюють без додаткових витрат конфузор - звужується отвір, через який проходить потік газу. При цьому швидкість руху повітря збільшується. Прискорений потік повітря потрапляє на лопаті витягнутої по всій довжині сонячного рефлектора крильчатки типу Савоніуса, розташованої горизонтально. Діаметр крильчатки - близько 40 сантиметрів. Лопаті крильчатки в фазі руху проти вітру прикриті від набігаючого потоку повітря додаткової похилою площиною.
Кінетична енергія вітру, перетворена в механічну енергію обертового вала, може бути використана для приведення в дію теплового насоса, що підвищує температуру теплоносія одержуваного від сонячного колектора, або від нагрівання про грунт на глибині кілька метрів (теплова енергія грунту, геотермальна енергія) - в залежності від часу доби і погодної ситуації.
Схема 1.
Використання плоскої металевої даху - профнастил, профілювання оцинкований лист - для добування енергії вітру і сонця.
на схемі:
E sunlight - промениста енергія - прямі сонячні промені і розсіяне відбиття від оцинкованого покрівельного заліза (профнастилу, металочерепиці;)
E wind - кінетична енергія вітру, оточуючого аеродинамічний профіль даху - схематично показано уплотнененія енергії вітру (збільшення швидкості потоку газу) при обтіканні даху
E ground - теплова енергія грунту, яку видобувають трубами-теплообмінниками
ANGLE roof1 - кут нахилу південного схилу даху, 13,75 градуса
ANGLE roof2 - кут нахилу північного схилу даху, 11,5 градуса
ANGLE sun - висота (кут підйому над горизонтом) сонця взимку в 10-14 годин астрономічного часу, 25 градусів
Схема 2.
Сонячний колектор (solar collector, сонячний нагрівач), відбивач якого разом з дахом для північного вітру виконує роль конфузора (прискорює газ звуження каналу, анти-дюза).
на схемі:
E light - сонячні промені і розсіяне світло хмарного дня відбиваються від металевого даху
V air - потік повітря (північний вітер) проходить через щілину між дахом і сонячним рефлектором
1 - сонячний рефлектор (відбивач)
2 - труба з теплоносієм - перетворювач сонячної електромагнітної радіації в теплову енергію
3 - вітряної двигун типу "Савоніуса", вісь якого розташована горизонтально - обертається проти годинникової стрілки
4 - похила площина, що закриває нижню частину вітряного двигуна
Схема 3.
Вид згори на дах з сонячним водонагрівачем, під яким розташований вітродвигун.
на схемі:
roof width - ширина оцинкованої залізного даху в напрямку схід-захід, 11,5 метра
E light - прямі сонячні промені і розсіяне світло хмарного дня відбиваються від металевого даху
V air - потік повітря, північний вітер
1 - сонячний рефлектор (відбивач) з трубою-приймачем сонячної енергії
При площі рефлектора 4,2 квадратних метра і з урахуванням відбиття сонячної енергії від даху (ще приблизно стільки ж), в сонячний день опівдні можна очікувати потужність близько 10 кіловат, тобто в добу - 20. 30 кіловат-годин. У похмурий день, ймовірно, можна буде отримати в добу до 5 кіловат-годин теплової енергії. При половині похмурих днів напротязі найхолодніших місяців, середньомісячно сонячний колектор, який використовує в якості відбивача дах, може дати близько 450 кіловат-годин теплової енергії.
Один квадратний метр перетину потоку повітря швидкістю 8 метрів має потужність (кінетичну енергію за секунду) 0,31 кіловата. Ймовірно, за допомогою крильчатки можна буде відібрати близько 15-20 відсотків потужності вітру з площі 7 квадратних метрів, тобто близько 380 ват. В місяць це складе близько 57 кіловат-годин механічної енергії для приводу теплової помпи, що бере теплову енергію або від сонячного нагрівача (підвищуючи його ефективність), або від грунту - висмоктуючи накопичене за літо тепло.
Таким чином, в найхолодніші зимові дні - в період пікового енергоспоживання - прості сонячний колектор-нагрівач і вітряна крильчатка-привід теплового насоса можуть дати за місяць близько 500 КВт * год. теплової енергії.
Пробігли роки. Дах-рефлектор побудована
За роки спорудження пристосованого до енергетичного ринку будинку ізменілілась частина зовнішніх умов. Путін напав на Грузію і Україну (я з цим нічого не можу вдіяти, ВОНИ так переконливо ВВАЖАЮТЬ), ТОМУ я розширюю проект "самодії" до притулку. до супер-притулку, в якому можна ЖИТИ ДОВГО і досить творчо.
Ні, я не маніяк-сурвіваліст. очікує що Путін потрапить мегатоннами в його будинок, а людина-ясновидець (тобто, ясно бачить, я б сказав - раціонально бачить), що безграмотні люди - це безсовісні люди, вони наближають катастрофу біосфери Землі (невірна назва, наївне - екологічна катастрофа, вона давно настала, якщо вдуматися), до ступеня що. обов'язково потрібно бути готовим, якщо не повний ідіот.
Чому? Два рази пронесло (Чорнобиль і Фукусіма - АЕС та інша хімія)? Третій раз - біологічно (вірус? Бактерія?), Атомно - в десятку.
Я ясно бачу ймовірність руйнування біосфери військовим шляхом - тими самими "сміливими" ідіотами; і протиставляю себе знищення себе. СамоБункер - це не стільки "біологічне і технічний пристрій" для фізичного виживання, скільки для духовного виживання. Ні, для духовного розвитку! Час укриттів ВЖЕ настало, іншого шляху разаітія я не бачу, та й ніхто не бачить. Остання надія - сталий розвиток з нульовим зростанням - лопнуло. Овочеве існування БЛИЗЬКО букера залишимо "сміливими" ідіотам.