2011 年春季学期，我们构建了一个被动热虹吸太阳能淋浴系统，该系统利用自然温度分层来加热和储存水，无需天然气或电力。这是一个在马尼拉生态旅馆建造的教育作品，旨在激发该地区的旅行者在他们自己的社区中重建这样一个项目。
Contents
后台
继续萨摩亚旅馆 Thermosyphon 太阳能淋浴系统的设计，该系统由Cal Poly Humboldt的前 Engineering 215 学生设计，我们在马尼拉生态旅馆建造了一个太阳能淋浴。该淋浴间使用太阳能热水板为室外封闭式淋浴间加热水，为游客提供一种美观、实用的可持续淋浴方式。
机会定义
目的是向生态旅馆的访客展示、教育和启发另一种加热水的方法。
太阳能热水
太阳能热水是一个不断发展的创新领域，它利用太阳能来加热水。[1] [2]随着以色列、中国、澳大利亚和奥地利不断扩大该领域，太阳能热水器是一个不断增长的市场。
热水器
热水器
- 综合集体储存：这种简单且相对便宜的设计是一个储存罐，也可以收集来自太阳的热量。这个坦克的缺点是它需要在炎热的气候下才能发挥作用。[4]
- 对流储热单元：利用对流和热虹吸的特性，该系统使用太阳能热水器面板收集热量并将水抵抗重力移动到保温水箱中。[5] [6]
主动式太阳能热水器
主动式太阳能热水系统使用电力将流体从面板泵送到储罐。[7]主动式太阳能热水系统的优势在于它能够通过安装泵和控制器以更高的效率运行。[8]这些物品可以让水更快地循环，可以将水箱存放在低于面板的位置，还可以降低因循环增加而导致过热的风险。主动式太阳能热水系统分为三类：[9] [10]
直接系统
水是在太阳能收集器中加热的介质，然后被主动泵入绝缘储罐。在季节性寒冷气候的地方，应考虑结冰问题。
间接系统
防冻剂循环通过太阳能集热器，收集热量。然后防冻剂通过热交换装置循环，将热量传递给水而不混合。如果担心冻结，该系统是直接系统的一个很好的替代方案。
回流系统
类似于间接系统，除了回流系统允许在不使用时将流体从太阳能收集器中排出，这允许在设计上与间接系统有所不同。这也是寒冷天气气候的良好候选者。
实施成本
下面列出了此特定项目所需的材料。包括物品名称、所需数量、每件物品的成本、我们收到物品的成本（按所需数量），以及如果有人愿意构建一个以此页面为模型的系统，估计的零售成本。有几件物品已经捐赠，其他物品此前已由从事该项目的另一个小组获得。标记为 NA 的项目是我们结束的测试阶段不需要的项目，但需要持久的最终结果。最终成本的可变性是由于太阳能热水板的价格范围很大，应该注意的是我们的范围是适度的。
| 材料 | 数量 | 单位成本（$） | 实际成本（美元） | 零售成本（美元） |
|---|---|---|---|---|
| 2x4（8 英尺）压力处理 | 8个 | 3.79 美元 | 30.32 美元 | 30.32 美元 |
| 4x4（8 英尺）压力处理 | 5个 | 8.96 美元 | 44.80 美元 | 44.80 美元 |
| 红木护栏板 | 56 | 3.25 美元 | 捐赠的 | $182.00 |
| 具体的 | 立方码 | 1个 | $130.00 | $130.00 |
| 护栏混凝土 | 5个 | 3.99 美元 | 19.95 美元 | 19.95 美元 |
| 汤普森的水封口机 | 2个 | 15.99 美元 | 31.98 美元 | 31.98 美元 |
| 闩锁 | 1个 | 1.99 美元 | 1.99 美元 | 1.99 美元 |
| 铰链 | 2个 | 2.99 美元 | 5.98 美元 | 5.98 美元 |
| 花洒头 | 1个 | 12.99 美元 | 12.99 美元 | 12.99 美元 |
| 2.5" 螺丝 | 5磅 | 每磅 2.99 美元 | 14.95 美元 | 14.95 美元 |
| 淋浴盘排水 | 1个 | 9.99 美元 | 9.99 美元 | 9.99 美元 |
| 热水器 | 1个 | $80.00 | 捐赠的 | $80.00 |
| 铜管（英尺） | 30 | 3.00 美元 | 那 | 90.00 美元 |
| 太阳能热水板 | 1个 | 500-1,000 美元 | 捐赠的 | 1,000 美元 |
| 总成本 | 302.95 美元 | 1654.95 美元 | ||
Evaluation Criteria
本节包括小组成员为该项目以及马尼拉生态旅馆的合作伙伴考虑的所有可能方面。选择这些标准是为了根据易用性、教育能力和美学来评估项目。这些标准帮助我们根据系统对客户的重要性来确定应该在系统的各个方面投入多少时间、金钱和精力。
| 标准 | 约束条件 | 我们的体重（0-10） |
|---|---|---|
| 可维护性 | 必须能够在每周少于 5 小时的人工劳动下维持功能。 | 7 |
| 安全 | 必须能够在不伤害用户或观察者的情况下运行。 | 9 |
| 效力 | 必须能够在其预期功能的整个持续时间内为设备供电。 | 8个 |
| 使用方便 | 必须毫不费力地供成年人使用。 | 7 |
| 社会正义 | 50% 的材料必须捐赠或重复使用。 | 5个 |
| 教育价值 | 必须能够在两分钟的观看时间内了解设备的功能和用途。 | 9 |
| 美学 | 必须赏心悦目，看起来很专业。 | 6个 |
建议时间线
| 星期： | 任务： |
|---|---|
| 第 6 周（2011 年 3 月 7 日） | 收集材料： 与“真相之窗”团队举行击剑会议以确认测量结果 与“Water Boys”团队会面以确认测量结果 Confirm Measurements |
| 第 7 周（3/14/11） | 调查工作现场 数据收集：Solar Pathfinder |
| 第 8 周（3/21/11） | 固化设计：淋浴 确认测量 创建项目站点地图 |
| 第 9 周（2011 年 3 月 28 日） | 施工组装 为感谢捐赠者创建标牌 |
| 第 10 周 (4/4/11) | 施工组装 时间表 #5 于 4 月 8 日到期 |
| 第 11 周 (4/11/11) | 施工运输淋浴， 安装淋浴 启动最终项目报告草案 |
| 第 12 周 (4/18/11) | 施工运输灰水，安装灰水 处理 FDPR |
| 第 13 周 (4/25/11) | 系统测试、调整 在 FDPR 上工作 |
| 第 14 周（5/2/11） | 系统测试、调整 致力于 FDPR |
| 第 15 周（5/9/11） | 上交 FDPR |
Procedure
本节将讨论我们如何选择太阳阵雨的位置、我们构建的一般方法以及我们的采样技术。
Optimal Sun and Privacy
第一步是确定现场位置，该位置将提供最佳光线，同时还能提供公众视线的自然遮盖。使用太阳能探路者, 制作图表以确定全年每个月的可用阳光量。由于最重要的月份是在夏季，马尼拉生态旅馆将迎来最多的游客和最佳的阳光照射，因此我们确保那些月份的阳光不受周围结构的阻碍。还需要有足够的空间将太阳能电池板放置在靠近淋浴房的地方，同时仍朝南（因为它位于北半球）。下一个条件是相对于该区域的其余部分需要一定的高度，以便将来可以安装灰水处理系统并有足够的水头。
构造
第一步是放样标出淋浴房所在的区域并进行测量。第一次挖掘是针对 4x4"（8 英尺长）经过压力处理的栅栏柱。在两英尺的深度挖了五个孔（4 个角柱和一个门柱）。然后将柱子放入孔中并保留水平（水平）。然后添加 Fencecrete 并晾干过夜。当柱子设置时，可以挖掘混凝土淋浴垫的区域。在周边挖 8" 深，在中心挖 6" 深，混凝土将形成一个天然的锚点。同时，在废水将排出淋浴间的地方挖了一条沟渠。注意确保有足够的水头以充分排水（每 1 英尺长度大约有 1/4" 的落差） ). 因为我们预计会购买一立方码的混凝土，我们计算体积，以便数量足够。在铺设混凝土之前，我们首先沿着栅栏柱建造模板。然后我们在排水管就位的情况下浇筑混凝土，并用通向排水管的梯度将其平滑。最后一步是沿着连接到栅栏柱的平行 4x2" 压力处理梁处理和铺设红木栅栏板。
测试
使用温度计，可以测量进入系统的水温、离开面板的水温以及淋浴喷头产生的温度。
图库
设计项目布局
在 fencecrete 中设置帖子
带混凝土的帖子
Max 启动 fencing 进程
击剑完成
击剑用漂亮的红木染色
罗比在带门的栅栏旁边
组合板凳
罗比利用替补席
完成品
完成品
结果
在马尼拉阳光普照的温暖 21°C 的一天，我们设法将 15°C 的水加热到 47°C（根据面板的输出测量）。10 分钟后，淋浴喷头的水温为 20°C，但 50 分钟后并没有明显变热。理想情况下，该系统将有几个小时的时间来加热并允许热水器水箱中的温度分层，并且水箱的隔热效果会比我们测试期间更好。
后续步骤
2011 年夏天，将在棚屋屋顶北侧的顶部建造一个支架，用于容纳和隔热电热水器水箱。此外，太阳能热水器面板将固定在棚屋屋顶的南侧，并安装永久性管道。完成后，可以连接萨摩亚旅舍真相池进行天然灰水处理和灰水处理教育。
结论
该项目的最终产品最终与我们的原始设计略有不同。我们的团队和生态敌对者的其他代表之间的分歧最终以这个最终结果得到解决。主要的妥协是在使用爪足浴缸和铺设混凝土淋浴垫之间进行。最终，混凝土淋浴垫使淋浴更方便和安全，而爪脚浴缸可能会成为一种负担。如果我们有更多的时间来解决“适当性”和安全之间的利益冲突，也许我们还可以使用不同设计的爪足浴缸，但因为时间和金钱是一个限制因素，我认为我们做出的决定是最佳的。我希望我们能尽快处理的另一个差异是使用汽油和电罐之间的差异。如果我们有更多的时间，也许我们可以购买合适的水箱并安装它，这样项目就可以处于更完整的阶段。幸运的是，电动油箱很快就会到货，我们的项目将继续进行。通过这次经历，我们当然了解到，像这样的非营利项目的所有附属机构之间进行沟通的重要性。
相关项目
References
- ^ 帕特森，J.（2010 年）。“太阳能热水基础知识”。家电杂志。< http://web.archive.org/web/20120707212615/http://homepower.com:80/basics/hotwater/ >
- ↑ 热虹吸管流动的基础知识。
- ^ Ramlow, Bob (2006.)“太阳能热水器”。太阳能水和空间供暖系统综合指南，新社会出版社，加布里奥拉岛，加拿大。
- ^ 凯斯林，比尔。(1983)。“太阳能热水系统房主手册。” Rodale 出版社，宾夕法尼亚州以马忤斯。
- ^ J. Cadafalch (2009) 平板太阳能热装置的详细数值模型。太阳能，卷 83,157-2164
- ^ WM Rohsenow, JP Harnett, YI Cho (1998)。传热手册第 3 版。McGraw-Hill，芝加哥，美国。
- ↑ AEF太阳能热水器
- ↑ RCEA 太阳热能与热泵
- ^ Findley, David S. (2010)。“为您的家提供太阳能”。纽约：McGraw-Hill，印刷品。
- ^ Kang, J.，ITT 住宅和商业用水。“太阳能热水器简介”。http://www.Bellgossett，PDF。