Charcoal Cooler/sk

Chladič na drevené uhlie využíva princíp odparovacieho chladenia na udržanie chladnej vnútornej teploty na chladenie a konzerváciu potravín. Zariadenie je vyrobené z otvoreného dreveného rámu s bočnými stranami vyplnenými aktívnym uhlím, ktorý je neustále udržiavaný vlhký. Keď teplý a suchý vzduch prúdi cez vlhké drevené uhlie, voda sa odparuje do vzduchu a to sa ochladzuje. Základné princípy prenosu tepla a hmoty sú základom funkcie chladiča na drevené uhlie. Zjednodušený analytický model bol vyvinutý v nástroji Engineering Equation Solver (EES) na určenie funkčnosti chladiča na drevené uhlie pre rôzne vonkajšie podmienky a konštrukčné premenné. Zistilo sa, že rozmery chladiča majú minimálny vplyv na udržiavanú vnútornú teplotu, avšak okolité podmienky významne ovplyvňujú funkčnosť zariadenia. Bol vyrobený prototyp chladiča na vypracovanie podrobných konštrukčných pokynov. Budúca práca na tomto projekte bude zahŕňať testovanie prototypu na overenie modelu. Model EES, súbor CAD a tlačiteľné dokumenty PDF sú k dispozícii v časti Ďalšie dokumenty .

vývojovú potrebu

Odparovacie chladenie sa dá použiť na riešenie dvoch hlavných rozvojových potrieb: chladenie priestorov ( klimatizácia ) a chladenie. Chladič na drevené uhlie rieši potrebu chladenia v oblastiach, kde nie je k dispozícii elektrina.

Chladenie potravín je metóda na spomalenie rastu baktérií a predĺženie ich trvanlivosti. Typické chladničky sa udržiavajú na teplote okolo 2 – 3 stupňov Celzia a môžu predĺžiť trvanlivosť produktov o niekoľko týždňov. ^{[ 1 ]}

V horúcom podnebí, kde nie je k dispozícii elektrina, je chladenie potravín nevyhnutnou potrebou. Napríklad v Sudáne vydržia paradajky na horúcom slnku iba 2 dni. ^{[ 2 ]} Konzervovanie plodín chladením môže pomôcť pri hladovaní v rozvojových krajinách tým, že udrží potraviny dlhšie čerstvé. V oblastiach bez elektriny je chladenie obzvlášť náročné a viedlo k návrhu rôznych chladiacich zariadení poháňaných teplom, vrátane odparovacích chladičov. Hoci tieto zariadenia zvyčajne nie sú schopné udržiavať teploty 2 – 3 stupne Celzia, môžu byť výrazne chladnejšie ako okolitá teplota a aj mierne poklesy môžu výrazne predĺžiť trvanlivosť produktov. Napríklad, ak sú paradajky uskladnené v podobnom odparovacom chladiacom zariadení, je možné ich trvanlivosť predĺžiť z 2 na 20 dní. ^{[ 2 ]} Odparovacie chladenie má ďalšiu výhodu v tom, že zvyšuje obsah vlhkosti vo vzduchu, zabraňuje vysychaniu potravín a ďalej predlžuje trvanlivosť. ^{[ 3 ]}

Chladenie je dôležité aj na skladovanie vakcín a liekov , avšak požadovaný pokles teploty a regulácia teploty robia odparovacie chladenie pre túto aplikáciu nevhodným.

Klimatické obmedzenia

Ako je ďalej uvedené v technických princípoch, potenciál odparovacieho chladenia závisí od rozdielu medzi teplotami vzduchu nameranými na mokrom a suchom teplomere. Vlhký vzduch má vysokú relatívnu vlhkosť a nie je schopný odparovať vlhkosť. So zvyšujúcou sa relatívnou vlhkosťou vzduchu sa znižuje výkon systému, čo obmedzuje jeho použitie vo vlhkom podnebí. Odparovacie chladenie je najúčinnejšie v podnebí s relatívnou vlhkosťou menšou ako 30 %. ^{[ 4 ]} So zvyšujúcou sa vlhkosťou klesá chladiaca schopnosť a znižuje sa teplotný rozdiel medzi vonkajšou a vnútornou stranou komory. Na overenie účinnosti odparovacieho chladenia je možné zmerať teplotu mokrého teplomeru umiestnením vlhkej handričky na koniec teplomeru a jej mávaním vzduchom. ^{[ 3 ]} Teplota nameraná teplomerom je teoretická minimálna teplota, ktorú je možné dosiahnuť odparovacím chladením.

V oblastiach, kde je k dispozícii voda, sa musí použiť aj odparovacie chladenie. V závislosti od podmienok a rozmerov chladiča môže zariadenie pri efektívnej prevádzke spotrebovať 20 – 70 litrov vody za deň.

Vedecké princípy

Odparovacie chladenie je založené na princípe, že voda potrebuje na odparovanie tepelnú energiu. V horúcom, relatívne suchom podnebí môže odparovanie vody do horúceho, suchého vzduchu vytvoriť chladiaci efekt, vhodný na klimatizáciu alebo chladenie priestorov. Teplo odvádzané z priestoru v dôsledku odparovania vody je dané rovnicou 1.

Otázka˙=me˙hod.e(1)

Q je odvedené teplo v kW,me˙je rýchlosť odparovania vody v kg/s a h _e je skupenské teplo odparovania vody (~2270 kJ/kg). ^{[ 5 ]} Chladiaca kapacita je preto približne úmerná rýchlosti odparovania vody, ktorá závisí od:

• Teplota okolia
• Vlhkosť okolia
• Plocha povrchu
• Odparovacie médiá
• Pohyb vzduchu (prirodzený alebo umelý)

Pre maximalizáciu chladiacich účinkov musia byť tieto premenné optimalizované pre danú aplikáciu.

Psychrometria

Odparovanie, proces premeny vody z kvapaliny na plyn, vyžaduje teplo z okolitého prostredia. Psychrometrické vlastnosti vlhkého vzduchu, ako aj princípy prenosu tepla a hmoty, sa vzťahujú na odparovanie vody na chladenie. Pochopenie vlastností vlhkého vzduchu je kľúčové pre pochopenie toho, ako funguje odparovacie chladenie.

Vlhký vzduch je vzduch pozostávajúci z vodnej pary a suchého vzduchu. Celkový tlak vzduchu je súčtom parciálnych tlakov vodnej pary a suchého vzduchu, ako je znázornené v rovnici 2.

P=Pa+Pv(2)

Nasýtený vzduch je zmesou suchého vzduchu a nasýtenej vodnej pary. Keď je vzduch nasýtený, tlak pary Pv _sa rovná tlaku nasýtenia Pv _,max vody pri teplote vzduchu. Keďže tlak nasýtenia sa zvyšuje s teplotou, vzduch s vyššou teplotou má schopnosť zadržať viac vlhkosti.

Vlhkosť sa vzťahuje na množstvo vlhkosti vo vzduchu a možno ju vyjadriť dvoma spôsobmi. Relatívna vlhkosť, rovnica 3, je pomer vlhkosti vo vzduchu k vlhkosti v nasýtenom vzduchu pri rovnakej teplote.

RH=PvPv,max(3)

Relatívna vlhkosť je teda funkciou teploty aj obsahu vlhkosti.

Absolútna vlhkosť je pomer hmotnosti vody k hmotnosti suchého vzduchu a je daná rovnicou 4.

ω=mvma=0.622PvP−Pv(4)

Absolútna vlhkosť je teda iba funkciou obsahu vlhkosti.

Hnacou silou odparovania vzduchu je rozdiel v tlaku pár medzi vzduchom a vodou. Vzduch s vyššou teplotou a nižšou relatívnou vlhkosťou dokáže odpariť viac vlhkosti ako chladný alebo vlhký vzduch. Potenciál odparovania je úmerný rozdielu medzi teplotami suchého a mokrého teplomeru. Teplota suchého teplomeru meria teplotu prúdu vzduchu, zatiaľ čo teplota mokrého teplomeru reprezentuje teplotu aj vlhkosť. Teplotu mokrého teplomeru možno merať umiestnením vlhkej handričky na koniec teplomeru a nechaním vzduchu prúdiť cez ňu počas odčítavania teploty. Relatívnu vlhkosť a absolútnu vlhkosť možno potom určiť z psychometrického grafu .

Vyparovanie

Vyparovanie je zmena skupenstva medzi kvapalinou a plynom. V prípade vody a vzduchu vyparovanie zahŕňa premenu kvapalnej vody na vlhký prúd vzduchu. Pre účely modelu Charcol Cooler boli uvažované dva zjednodušené prípady prenosu hmoty: vyparovanie z povrchu a vyparovanie cez prenosové médium.

Vyparovanie z povrchu

Na odhad rýchlosti odparovania vody z povrchu možno použiť jednoduchú empirickú koreláciu. Obrázok 1 znázorňuje schematické znázornenie.

Rovnica 5 udáva empirickú koreláciu pre rýchlosť odparovania m _e v kg/h. ^{[ 6 ]}

me˙=A(25+19V.wjandeň)(ωsat−ω)(5)

ωsatje absolútna vlhkosť nasýtenia pri okolitej teplote aωje skutočná absolútna vlhkosť. A je plocha vodnej hladiny.

Odparovanie cez prenosové médium

Mnohé odparovacie chladiace jednotky prepúšťajú vzduch cez pórovitú nasiaknutú podložku, ktorá sa neustále dopĺňa vodou. Obrázok 2 znázorňuje schému.

Účinnosť odparovania média je daná rovnicou 6. ^{[ 7 ]}

eff=T1−T2T1−Twetbtylb,1(6)

Malo by byť možné dosiahnuť účinnosť 60 – 90 %; hodnoty účinnosti pre konkrétne médiá však možno určiť experimentálne. ^{[ 3 ]} Energetická bilancia prúdu vzduchu udáva rýchlosť odparovania, vyjadrenú v rovnici 7.

(hod.a2+ω2hod.w2)=(ω2−ω1)hod.f+(hod.a1+ω1hod.w1)(7)

h _a je entalpia suchého vzduchu, h _w je entalpia vodnej pary a h _f je entalpia nasýtenej kvapaliny pri teplote vody v podložke. Rýchlosť odparovania možno potom určiť z rovnice 8.

me˙=majar˙(ω2−ω1)(8)

majar˙je hmotnostný prietok vzduchu prechádzajúceho cez nasiaknutú podložku.

Základy prenosu tepla

Teplo sa prenáša vedením, konvekciou a žiarením. Účinky žiarenia možno často ignorovať, pretože sú malé v porovnaní s inými formami prenosu tepla. K vedeniu tepla dochádza cez pevný povrch a je dané rovnicou 9.

Otázka˙=kAt(ΔT)(9)

Otázka˙je prenesené teplo vo wattoch (W), k je koeficient vodivosti vo W/mK, t je hrúbka pevnej látky v metroch a delta T je teplotný rozdiel naprieč pevnou látkou. Koeficient vodivosti je vlastnosť materiálu a možno ho nájsť v literatúre alebo experimentálne.

Konvekcia nastáva pri prechode tekutiny cez pevný predmet a je daná rovnicou 10.

Otázka˙=hod.A(T−T∞)(10)

h je koeficient konvekcie, A je plocha, T je teplota pevného telesa aT∞je teplota tekutiny. Koeficient konvekcie je funkciou rýchlosti tekutiny, vlastností tekutiny a rozmerov objektu. Dá sa určiť experimentálne alebo z odvodených korelácií.

konštrukciu zariadenia

Bol vyrobený prototyp chladiča na drevené uhlie. Použité materiály a podrobné pokyny na výrobu sú uvedené nižšie. Prototyp chladiča na drevené uhlie mal rozmery 30 cm x 30 cm x 30 cm, ale pokyny by mali platiť bez ohľadu na veľkosť zariadenia. Jednou z výhod tohto zariadenia je, že je všestranné a možno ho vyrobiť z mnohých dostupných materiálov, preto sa navrhujú náhrady.

Tlačiteľný súbor PDF s materiálmi, konštrukčnými podrobnosťami a návodom na obsluhu chladiča je súčasťou dokumentu Ďalšie zdroje .

Požadované materiály

Materiál	Obrázok	Alternatívny	Približné náklady (v Kalifornii)
Drevo 3,6 m dreva s rozmermi 1 cm x 2 cm		Použiteľné je drevo inej veľkosti. Poslúži aj bambus alebo akýkoľvek iný konštrukčný materiál.	2 doláre/3 stopy (spolu 8 dolárov)
Pletivo na kuracie pletivo s rozlohou približne 9 štvorcových stôp			8 dolárov/rolka
Látka Jutová látka alebo plátno: je potrebných približne 12 štvorcových stôp		Môže sa použiť aj iný savý látkový materiál.	1 dolár/12 štvorcových stôp
Klince na dokončovacie a tesárske klince		Namiesto tesárskych klincov je možné použiť skrutky. Ak je k dispozícii sponkovačka a sponky namiesto dokončovacích klincov, stavbu by výrazne uľahčili. V prípade potreby je možné na zviazanie rámu použiť špagát alebo lano.	2 doláre/balíček
Drevené uhlie približne 4 kg		Postačí iný absorpčný materiál, pokiaľ umožňuje cirkuláciu vzduchu, dokáže zadržať značné množstvo vlhkosti a zmestí sa do rámu chladiaceho boxu. [ 3 ]	10 dolárov/balíček
2 pánty			3 doláre/balíček
Masívna doska 1 kus, približne 30 cm x 30 cm (rozmery základne chladiča)		Ako náhradu dosky možno použiť tkaný bambus alebo trstinu.	1 dolár
Plastová hadica s priemerom približne 3 metre a 1,2 až 2,5 cm		Prípadne je možné plechovky umiestniť na vrch chladiča, ak nie je k dispozícii hadica. Táto úprava bude ďalej popísaná v návode na montáž.	7,60 USD/10 stôp (5/8" priemer)
Pásky Približne 8 plastových viazacích zariadení		Motúz alebo šnúrka sú dobrou alternatívou k úväzkom.	2 doláre/balíček
Jedno vedro ľubovoľnej veľkosti		Môže sa použiť akékoľvek zariadenie, ktoré dokáže zadržať vodu. Ak sa namiesto hadice používajú plechovky, vedro nie je potrebné.	5 dolárov
Náradie Vyžaduje sa kladivo, píla a nožnice alebo kliešte na drôt		Ak sa namiesto klincov používajú skrutky, môžete použiť skrutkovač. S montážou by pomohla sponkovačka. Ak sa na spojenie rámu použije špagát, kladivo nie je potrebné.

Celkové náklady na materiál sú teda 48,00 USD . Náklady je možné znížiť použitím alternatívnych alebo recyklovaných materiálov.

1

Vyberte rozmery (dĺžku, šírku a výšku) a narežte drevo. Zariadenie vyžaduje 2 kusy z každej dĺžky a šírky a 8 kusov z každej výšky.

2

Vytvorte 2 rámy v tvare U (U-1), pričom hrubá časť dreva bude tvoriť hrúbku rámu. Pribite základňu k ďalším dvom kusom, ako je znázornené na obrázku šípkami.

3

Vytvorte ďalšie 2 rámy v tvare U (U-2). Hrubá časť dreva by mala mať stále rovnakú hrúbku, ale tentoraz ich spojte tak, ako je znázornené šípkami na obrázku.

4

Jutovú látku a drôtené pletivo nastrihajte tak, aby sa zmestili do štyroch vytvorených rámov. Malo by to zodpovedať kusom s rozmermi približne 30 cm x 30 cm. Potrebujete 8 kusov jutovej látky a 9 kusov drôteného pletiva.

5

Jutovú látku pripevnite na jednu stranu každého rámu pomocou dokončovacích klincov. Do každého rohu umiestnite jeden klinec a podľa potreby ďalšie klince. Na upevnenie môžete použiť aj sponkovačku a sponky.

6

Pripevnite pletivový drôt na vrch jutovej látky každého rámu. Môžu sa použiť upevňovacie klince, ale musia byť ohnuté cez drôtené pletivo, aby ho udržali na mieste. Pri manipulácii s pletivom buďte opatrní, pretože hrany sú ostré.

7

Na každom z rámov U-1 pripevnite jutu aj dokončovací drôt na druhú stranu.

Teraz by malo byť:

• 
• 

8

Pribite rám U-2 k rámu U-1 tak, aby vytvoril trojrozmerný tvar L. Umiestnenie klincov je označené šípkami.

9

Pribite druhý rám U-2 k rámu U-1, aby ste vytvorili trojrozmerný tvar U.

10

Zmerajte dosku tak, aby sa hodila na spodok chladiča. Odrežte dosku na požadovanú dĺžku. Pribite dosku na spodok.

11

Jutovú látku a drôtené pletivo pripevnite na zostávajúce dve strany na vonkajšej strane chladiča.

12

Na každý okraj rámu pripevnite tri klince smerom diagonálne do stredu chladiča.

13

Pomocou kusu drôteného pletiva vytvorte v strede krabice poličku. To sa robí tak, že sa sieťovina napichne na vyčnievajúce klince. Otestujte poličku tak, že na ňu trochu zatlačíte, aby ste zistili, či udrží potraviny. Namiesto toho môžete na vytvorenie police použiť dosku alebo tkaný tŕstie/bambus, účinnejší však bude nepevný materiál.

14

Pripevnite pánty k otvorenej strane chladiča.

15

Pripevnite zvyšný rám U-1 k pántom a vytvorte tak dvierka chladiča. Ak sa dvierka nezatvoria, môžete nainštalovať západku, ktorá ich podľa potreby udrží zatvorené.

16

Dutiny vytvorené jutovou látkou a pletivom na kuracie pletivo vyplňte dreveným uhlím. Drevené uhlie by malo byť rovnomerne rozptýlené v dutine. Drevené uhlie by malo byť v kúskoch s priemerom približne 0,5 cm. ^{[ 3 ]} Drôtené pletivo by malo byť dostatočne pevné, aby udržalo drevené uhlie na mieste a zabránilo vydutiu dutín.

17

Zaviažte koniec hadice. Nalejte do hadice trochu vody, aby ste sa uistili, že viazacia páska dostatočne zablokuje koniec hadice. Ak viazacia páska nestačí, musíte použiť zátku, aby ste zabránili pretekaniu vody cez hadicu. Ak hadica nie je k dispozícii a používajú sa plechovky, plechovky sa môžu pripevniť k hornej časti rámu s otvormi prepichnutými klincami do dutín na drevené uhlie. Ak sa použije táto metóda, odporúča sa, aby plechovky mali viečka, aby sa zabránilo odparovaniu vody z povrchu plechoviek.

18 rokov

Začnite pri otvore dvierok a položte hadicu cez otvorené strany krabice. Hadicu upevnite na mieste pomocou úchytiek na pripevnenie hadice k drôtenému pletiu. Uistite sa, že otvory smerujú nadol do dutín naplnených dreveným uhlím.

19

Vyvŕtajte otvory pozdĺž približne 1,2 metra hadice. Otvory by mali byť od seba vzdialené približne 0,5 – 1 cm a dajú sa vytvoriť pomocou klinca. Veľkosť a rozostup otvorov si vyžaduje trochu experimentovania a závisí od rýchlosti odparovania v danom podnebí. Uhlie by malo byť neustále vlhké, ale nemalo by byť také mokré, aby kvapkalo zo dna chladiča. Prietok vody cez otvory by sa preto mal rovnať rýchlosti odparovania. Ak sú vytvorené otvory príliš veľké, môžete ich vyplniť voskom zo sviečok a nové otvory môžete vytvoriť cez vosk pomocou špendlíka. ^{[ 3 ]}

20

Na vrch krabice položte látku alebo tkané tŕstie a pripevnite ju na miesto.

21

Voľný koniec hadice pripevnite k spodnej časti vyvýšeného vedra. Keď sa vedro naplní vodou, voda bude stekať do dutín a zvlhčovať drevené uhlie a látku.

prevádzku zariadenia

Produkty je možné umiestniť na policu alebo na spodok chladničky. Zariadenie by malo byť umiestnené v tieni jednou stranou otočenou proti vetru. Môže sa použiť aj umelá cirkulácia vzduchu pomocou ventilátora. Údržba je veľmi malá, avšak pri prvej montáži by sa mal chladnička monitorovať, aby sa zabezpečilo účinné zvlhčenie dreveného uhlia.

vývoj modelu

Na určenie vplyvu rôznych konštrukčných premenných, ako aj okolitých podmienok, bol vyvinutý model EES chladiča na drevené uhlie. Chladič na drevené uhlie bol modelovaný ako kontrolný objem s jednou plochou kolmou na okolitý vietor. Súbor EES je k dispozícii na stiahnutie v časti Ďalšie dokumenty . Obrázok 3 znázorňuje schému modelovaného systému.

Obrázok 3: Schéma modelu chladiča Charcol

Pre analýzu boli použité nasledujúce predpoklady:

• Podmienky sú v ustálenom stave
• Chladič bude umiestnený v tienistej oblasti a radiačné účinky budú zanedbateľné.
• Horná a spodná časť chladiča sú izolované (bez prenosu tepla)
• Výparné teplo vody je konštantné a má hodnotu 2270 kJ/kg.
• Vo vnútri chladiča sa nevytvára žiadne teplo
• Celý systém pracuje pri atmosférickom tlaku (101,325 kPa)
• Drevené uhlie sa udržiava neustále vlhké (prietok vody = rýchlosť odparovania)

Prenos tepla cez každú stranu chladiča bol posudzovaný individuálne a je vysvetlený nižšie.

Model je k dispozícii na stiahnutie v časti Ďalšie dokumenty . Diagram modelu umožňuje používateľovi zadať okolité podmienky (T, RH, rýchlosť vetra), účinnosť odparovania a rozmery chladiča a zobraziť vnútorné podmienky a rýchlosti prenosu tepla.

strany 1

Prednú stranu chladiča možno modelovať ako prúdenie vzduchu cez vlhkú podložku. Obrázok 2 vyššie je preto schematické znázornenie prúdenia vzduchu cez prednú časť chladiča. Platia rovnice uvedené v časti Odparovanie cez prenosové médium . Prenos teplaOtázka1˙sa rovná rýchlosti odparovania vynásobenej entalpiou odparovania. Teplota vo vnútri chladiča T _int sa vypočíta na základe účinnosti odparovania a okolitých podmienok, ako je uvedené v rovnici 6. Predpokladá sa, že táto teplota je konštantná po celej šírke (b) chladiča. Vnútorná teplota preto závisí od okolitých podmienok a účinnosti odparovania.

2. a 3. strany

Strany 2 a 3 chladiča majú rovnakú rýchlosť prenosu tepla, avšak na rozdiel od strany 1 je rýchlosť prenosu tepla závislá od viac než len od rýchlosti odparovania. Obrázok 4 znázorňuje schému bočnej steny pri pohľade zhora.

Ako je znázornené na obrázku, dochádza ku konvekcii nad povrchom, ako aj k tepelným stratám odparovaním zvnútra steny. Predpokladalo sa, že k odparovaniu dochádza iba na vnútornom a vonkajšom povrchu steny a že ho možno modelovať pomocou rovnice 5, korelácie pre odparovanie z voľného povrchu.

Koeficienty konvekcie boli vypočítané pomocou empirickej korelácie pre vynútenú konvekciu nad plochou doskou s konštantným tepelným tokom, ako je dané rovnicou 11. ^{[ 8 ]}

hod.bk=Nty=0.0308Re4/5Pr1/3(11)

Nu je Nusseltovo číslo ^W , Re je Reynoldsovo číslo ^W a Prje Prandtlovo číslo ^W.

Na základe uvedených predpokladov bola stena modelovaná pomocou siete tepelného odporu, ako je znázornené nižšie na obrázku 5.

Ako je zrejmé z obrázku, aby sa teplo odvádzalo z vnútra zariadenia, musí byť súčet odparovaného tepla väčší ako teplo pridané konvekciou. Predpokladal sa, že koeficient vodivosti pre drevené uhlie je rovnaký ako pre drevo, približne 0,16 W/mK. ^{[ 9 ]}

strany 4

Zadná strana chladiča umožňuje konštantný prietok vzduchu cez zariadenie a môže ďalej ochladzovať prúd vzduchu, ak vzduch nie je nasýtený. Odparovanie by spôsobilo únik chladnejšieho vzduchu zo zariadenia, ale malo by malý alebo žiadny vplyv na teplotu vo vnútri chladiča. Prenos tepla cez zadnú stranu chladiča s aktívnym uhlím sa považoval za zanedbateľný a v modeli sa nezohľadnil. Konštrukcia tejto zadnej strany je ďalej rozobratá v odporúčaniach pre návrh.

analýzu modelu

Pomocou analytického modelu opísaného v časti Vývoj modelu boli analyzované konštrukčné parametre s cieľom určiť výkon zariadenia za rôznych podmienok.

Rýchlosť prenosu tepla (Otázka˙) pre strany 1, 2 a 3 bola vypočítaná a je znázornená na obrázku 6 ako funkcia teploty okolia (T1).

Na tomto obrázku sú zobrazené dve zaujímavé pozorovania. Po prvé, teplo odvádzané stranou 1 (smerujúcou do vetra) je výrazne väčšie ako teplo odvádzané zo strán zariadenia. Preto sa pri analýze predpokladalo, že teplota vo vnútri chladiča je konštantná a je funkciou odparovania cez prednú časť chladiča. Odparovanie na stranách chladiča v podstate „ruší“ teplo, ktoré by sa inak pridalo dovnútra konvekciou. Týmto efektom bočné steny v podstate slúžia na izoláciu zariadenia. Zariadenie by fungovalo porovnateľne s izolovanými bočnými stenami (s použitím peny alebo ekvivalentného izolačného materiálu). Izolácia stien výrazne zníži spotrebu vody, avšak orientácia zariadenia by sa stala prvoradým faktorom. Táto myšlienka je ďalej rozobratá v odporúčaniach pre návrh.

Obrázok 6 tiež ukazuje, že teplo odvádzané z prednej plochy sa zvyšuje s teplotou, čo sa vysvetľuje zvýšenou rýchlosťou odparovania s teplotou.

Teplota vo vnútri komory bola skúmaná ako funkcia okolitých podmienok (teplota a vlhkosť). Obrázok 7 znázorňuje graf.

Vnútorná, chladená teplota je preto v podmienkach s nízkou relatívnou vlhkosťou oveľa nižšia. Zatiaľ čo rýchlosť prenosu tepla sa zvyšuje s teplotou (ako je znázornené na obrázku 6), vnútorná teplota je nižšia s nižšími okolitými teplotami, pretože požadovaný pokles teploty nie je taký veľký. Pri vysokej vlhkosti zariadenie neposkytuje dostatočné chladenie na úspešné chladenie produktov. Aby bola vnútorná teplota pod 20 stupňov Celzia, musí byť vlhkosť nižšia ako 0,5.

V predchádzajúcich obrázkoch sa predpokladala účinnosť odparovania 0,75. S aktívnym uhlím by malo byť možné dosiahnuť hodnotu 0,6 – 0,9. ^{[ 3 ]} Obrázok 8 znázorňuje vplyv účinnosti odparovania na vnútornú teplotu.

Vyššia účinnosť odparovania môže výrazne zvýšiť chladiacu kapacitu chladiča. V budúcnosti by sa malo hľadať riešenie, ktoré by určilo faktory, ktoré ovplyvňujú tento parameter, a ako čo najlepšie optimalizovať účinnosť dreveného uhlia.

Nakoniec sa skúmala rýchlosť odparovania cez každú stranu nádoby v závislosti od okolitých podmienok. Obrázok 9 znázorňuje rýchlosť odparovania cez prednú stranu (strana 1) a obrázok 10 znázorňuje rýchlosť odparovania cez boky (2 a 3).

Z obrázkov je zrejmé, že odparovanie cez prednú stranu škatule je výrazne vyššie ako cez ostatné strany. Toto pozorovanie sa týka konštrukcie zariadenia, pretože voda by mala prúdiť do strán s aktívnym uhlím rovnako rýchlo, ako sa odparuje. Preto by prietok vody do prednej strany zariadenia mal byť výrazne vyšší ako cez ostatné strany. Táto koncepcia je ďalej rozobratá v odporúčaniach pre dizajn.

odporúčania pre dizajn

Na základe konštrukcie prototypu a analýzy modelu sa pre návrh chladiča formulujú nasledujúce odporúčania:

1. Prietok vody do chladiča je dôležitý parameter, ktorý závisí od okolitých podmienok a použitých hadíc alebo plechoviek. Prietok by sa mal rovnať rýchlosti odparovania, aby sa zabezpečilo, že voda z chladiča neuniká a drevené uhlie nevyschne. Odporúča sa, aby otvory v hadičkách na prednej strane zariadenia boli väčšie a bližšie k sebe ako na ostatných dvoch stranách.
2. V závislosti od dostupnosti dreveného uhlia nie je na zadnej strane chladiča potrebné drevené uhlie, pretože odparovanie z tejto strany neprispieva k chladiacemu účinku. Môže však byť užitočné umiestniť drevené uhlie na všetky strany, aby orientácia a smer vetra nehrali rolu.
3. Bočné steny zariadenia by mohli byť izolované, aby sa znížila požadovaná spotreba vody. Použitie dostupného izolačného materiálu vo vnútri dreveného rámu by zabránilo prenosu tepla konvekciou, ale nevyžadovalo by si odparovanie. Ak by boli bočné steny izolované, orientácia zariadenia je veľmi dôležitá, pretože zariadenie NEBUDE fungovať, ak vietor nefúka na prednú stranu. Ak je k dispozícii elektrický ventilátor na generovanie núteného prúdenia vzduchu v riadenom smere, odporúča sa bočné steny izolovať. Ak má zariadenie využívať prirodzené prúdenie vzduchu z vetra, používateľ môže bočné steny izolovať, ale musí zariadenie udržiavať v správnej orientácii aj napriek meniacim sa vzorcom vetra.
4. Plechovky alebo vedro s vodou by mali byť prikryté, aby sa zabránilo odparovaniu do okolitého prostredia.
5. Prostredníctvom modelu sa zistilo, že rozmery chladiča nemajú veľký vplyv na výkon. Niektoré predpoklady modelu však neplatia pri veľkých rozmeroch. Čisto z konštrukčných dôvodov je najjednoduchšie zostrojiť chladič v tvare kocky, pretože všetky kusy dreva sa dajú narezať na rovnakú veľkosť.

analýzu nákladov

Na určenie nákladov na zariadenie počas jeho životnosti bola vykonaná jednoduchá ekonomická analýza (s použitím kanadských údajov). Náklady na materiál sú uvedené vyššie v časti Požadované materiály .

Upozorňujeme, že počiatočné náklady, práca a sadzby výrazne závisia od lokality.

Prvé náklady:

Prevádzkové náklady:

• *Toto je konzervatívny odhad, pretože spotreba vody vo veľkej miere závisí od klímy. Budúca práca sa môže zaoberať modelovaním tejto spotreby vody ako funkcie klímy a geografie.

Cena výrazne závisí od ceny vody a práce v danom regióne. Alternatívne materiály a nižšie náklady na prácu môžu výrazne znížiť počiatočné náklady na zariadenie. Okrem toho cena vody závisí od regiónu a mala by sa vypočítať pre konkrétny región, v ktorom sa zariadenie bude používať. Vyššie uvedené „prevádzkové náklady“ sú len príkladom. Uvedené prevádzkové náklady nezahŕňajú náklady na prácu spojenú s cestovaním za vodou, ktoré môžu byť v niektorých regiónoch nezanedbateľné.

Ďalšie dokumenty

• Médiá:CC ConstructionInstructions.pdf - Tlačiteľná verzia podrobných pokynov na výrobu zariadenia
• Médiá:CC Science Model.pdf - Tlačiteľná verzia vedeckých princípov, vývoja modelu a analýzy modelu
• http://sketchup.google.com - Softvér je k dispozícii na stiahnutie

referencie