Zeer pot refrigerator/Design/ثلاجة / تصميم وعاء الزير

إن وعاء الزير هو جهاز تبريد ابتكره الأفارقة ويعمل بمبدأ التبريد التبخيري. ووفقًا لموقع "ساينس إن أفريكا" ، يستطيع كل جهاز تخزين 12 كيلوغرامًا من الخضراوات، محافظًا عليها طازجة لمدة تصل إلى 20 يومًا، بتكلفة إنتاج تقل عن دولارين أمريكيين. ^{[ 1 ]} ستوضح هذه المقالة كيفية بناء ثلاجة وعاء داخل وعاء، وتناقش جوانب مختلفة من هذه التقنية، وتعرض نتائج تحليل بارامتري.

في المناخات الجافة القاسية، يلعب حفظ الطعام دورًا حيويًا في تعظيم العائد الاقتصادي والغذائي من فرصة الحصاد الجيد النادرة. فالحرارة الجافة تقلل بشكل كبير من عمر المحاصيل، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة الهدر. ^{[ 2 ]}

تم اقتباس مقارنة مدة الصلاحية التالية من دراسة حالة أجرتها منظمة العمل العملي ويمكن الوصول إليها مباشرة هنا .

يظهر أثر الثلاجة ذات الوعاءين فورًا، إذ يمتد العمر الافتراضي لمعظم المنتجات الزراعية من 5 إلى 10 أضعاف. وهذا يعني أن المزارعين لا يستطيعون فقط بيع منتجاتهم بعد الأيام الأولى من الحصاد، بل سيتمكنون أيضًا من استهلاك المنتجات غير المباعة بأمان بفضل مدة صلاحيتها الممتدة.

عندما يحدث التبخر من سطح ما، تترافق مع تغير الحالة طاقة تُعرف باسم الحرارة الكامنة للتبخر. في نظام معين، عندما يتدفق نوع غازي فوق السطح الرطب، يحدث التبخر والتكثيف باستمرار للحفاظ على حالة الاستقرار.

للحفاظ على عملية التبخر، لا بد من سحب الطاقة الداخلية من السائل، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارته . يُعرف هذا التأثير التبريدي بالتبريد التبخيري، وهو أكثر فعالية في المناخات الجافة نظرًا لانخفاض نسبة الرطوبة (الرطوبة النسبية) في الهواء. ^{[ 4 ]}

في حالة ثلاجة الزير، يتبخر الماء من الرمل عبر سطح الإناء الطيني الخارجي ومن كامل السطح العلوي للرمل الرطب المعرض للإشعاع الشمسي ، مما يؤدي إلى سحب الطاقة من النظام. يوضح الشكل 1 تمثيلًا بيانيًا لتدفق الماء والطاقة داخل ثلاجة الزير.

يمكن الوصول إلى معلومات إضافية حول تقنيات التبريد التبخيري هنا.

أصدرت منظمة العمل العملي وثيقة بعنوان " التقنيات القائمة على الطين" . وتشرح الصفحات من 15 إلى 19 من هذه الوثيقة بالتفصيل كيفية صنع ثلاجة داخل وعاء. ويتناول الجزء المتبقي من الوثيقة تقنيات أخرى قائمة على الطين قد تكون ذات أهمية. وفيما يلي خطوات صنع ثلاجة داخل وعاء، في حال تعذر على القارئ فتح ملفات PDF. ^{[ 5 ]} تتوفر أدلة بديلة تستند إلى تجربة منظمة Movement eV في بوركينا فاسو، ^{[ 6 ]} ودليل أفضل الممارسات المستند إلى دراسات أجريت في مالي من قبل مختبر MIT D-Lab، والمركز العالمي للخضراوات، ومنظمة Movement eV. ^{[ 7 ]}

1

صنع القوالب

• اصنع حفرة صغيرة في الأرض وغطّها بسجادة. استخدم كمية قليلة من نشارة الخشب على السجادة لمنع الالتصاق.
• امزج واعجن مزيجًا متجانسًا من الطين والروث والماء حتى يصبح كرة
• اضغط الحجر مرارًا وتكرارًا في الخليط لتشكيل شكل وعاء. استمر في ذلك، مع إضافة المزيد من المادة إذا لزم الأمر، حتى يصل القالب إلى الأبعاد الموضحة في الشكل 2.
• بعد صنع القالب، يجب تركه ليجف في الشمس لمدة 30 دقيقة تقريبًا

2

صنع الأواني الفخارية

• اصنع حفرة صغيرة في الأرض وغطّها بحصيرة. استخدم كمية قليلة من نشارة الخشب على الحصيرة لمنع الالتصاق.
• اعجني الطين حتى يصبح عجينة متماسكة
• افرد الطين بشكل مسطح وضعه فوق قالب مقلوب
• وزّع الخليط على القالب، مع الحفاظ على سمك يبلغ حوالي 10 مم
• استخدم حجراً مسطحاً وبعض الماء لتنعيم السطح
• بمجرد تشكيل الشكل الدائري، يمكن إزالة القالب
• يمكن تمديد جدران الأصيص إلى الارتفاع المطلوب
• أضف طبقة سميكة إضافية إلى الحافة (حوالي 20 مم)
• وبهذا يكتمل الوعاء الأول
• شكّل الوعاء الثاني الأكبر بنفس الطريقة، باستخدام القالب المناسب.
• قم بزيادة ارتفاع هذا الوعاء حسب الحاجة
• قم بتشكيل حافة الإناء الأكبر، باستخدام سمك يبلغ حوالي 30 مم
• المرحلة الأخيرة من هذه العملية هي إضافة الزخارف حول الجزء الخارجي من الإناء. يتم ذلك بلفّ العجين على شكل أسطوانة طويلة ولصقها حول الجزء الخارجي من الإناء حتى ثلثيه تقريبًا. يُرسم الشكل المطلوب بالضغط عليه بالأصابع. وهكذا يكون الإناء الكبير قد اكتمل.
• تُركت الأصيصان الآن في الشمس لتجف. يستغرق هذا عادةً ما بين يومين إلى أربعة أيام حسب درجة الحرارة المحيطة وشدة أشعة الشمس.

3

تحضير الأواني الفخارية

• حدد منطقة تم تنظيفها وارسم دائرة من الصخور
• قم بتغطية الأرض داخل الدائرة بروث البقر
• ضع أكبر عدد ممكن من الأواني الفخارية داخل الدائرة
• غطّي الأواني بالكامل بعصي خشبية والمزيد من روث البقر
• أشعل النار واتركها مشتعلة لمدة 24 ساعة
• ولجعل هذه العملية أكثر كفاءة، من الأفضل حرق أكبر عدد ممكن من الأواني في وقت واحد.

4

التجميع والتشغيل

• يجب وضع الرمل في قاع الوعاء الكبير لتشكيل طبقة بعمق 5 سم تقريبًا
• ضع الوعاء الأصغر فوق الرمل وقم بتوسيطه داخل الوعاء الكبير (يجب أن يكون الوعاءان الآن مستويين).
• املأ الفراغ المتبقي بين الأواني بالرمل
• إذا أمكن، ضع الجهاز المُجمّع على حامل لزيادة تدفق الهواء إلى أقصى حد.
• يجب تغطية الإناء الصغير بغطاء (من الطين أو القماش) لمنع دخول الهواء الساخن إلى حجرة التخزين
• تعمل الثلاجة ذات الوعاء داخل الوعاء بشكل سلبي طالما بقي الرمل رطباً.
• افحص الرمل مرتين يومياً وأضف الماء حسب الحاجة

يعتمد نجاح ثلاجة الوعاء المزدوج بشكل كبير على الظروف المحيطة. ونظرًا لاعتمادها على التبريد التبخيري الطبيعي، لا تُعدّ تقنية مناسبة إلا للمناطق التي تتميز بانخفاض الرطوبة النسبية وتدفق هواء كافٍ. ولتحقيق أقصى قدر من فعالية هذه الثلاجة، يجب زيادة معدل التبخر. وللتحقق من هذه التقنية بشكل صحيح، من المهم تحديد تأثيرات العوامل التالية:

• الرطوبة النسبية
• النفاذية
• خصائص التدفق
  • سرعة التدفق
  • التدفق الصفائحي مقابل التدفق المضطرب
  • اعتبارات طبقة الحدود
• مساحة متاحة للتبخر

تجدر الإشارة إلى أن القيم المعروضة في الأقسام التالية تشير إلى أقصى تأثير تبريد لمجموعة معينة من المعايير. ومن المرجح أن يكون التبريد الفعلي أقل بسبب عدم انتظام بعض المعايير، مثل سرعة الرياح والرطوبة النسبية.

الرطوبة النسبية هي مقياس لكمية الماء التي يمكن أن يحتفظ بها الهواء عند درجة حرارة معينة. في البيئات ذات الرطوبة النسبية المنخفضة، يتبخر الماء بسهولة أكبر وبكميات أكبر مقارنةً بالبيئات ذات الرطوبة النسبية العالية. لهذا السبب، لا يكون جهاز التبريد ذو الوعاءين فعالاً إلا في البيئات ذات الرطوبة النسبية المنخفضة (الشكل 8). وتُعدّ المناطق الشمالية الوسطى من المكسيك (مثل تشيهواهوا) وأفريقيا (مثل السودان) أنسب المواقع لاستخدام هذه التقنية.

في بعض الحالات، قد تكون هذه التقنية مناسبة لأوقات محددة من السنة عندما يكون مستوى الرطوبة منخفضًا. في ظل ظروف معينة، يمكن قياس معلومات الرطوبة مباشرةً من مخطط قياس الرطوبة. بالإضافة إلى ذلك، تحتفظ مراكز الأرصاد الجوية المحلية عادةً بسجلات لمستويات الرطوبة.

تم استخدام رطوبة نسبية قدرها 0.3 في جميع الحسابات التي تم فيها تثبيت هذه القيمة. عند هذه الرطوبة النسبية وسرعة رياح نموذجية تبلغ 2.5 متر/ثانية، لوحظ تأثير تبريد قدره 4.46 كيلوواط في ظل ظروف التدفق المضطرب. يوضح هذا الرسم البياني بوضوح العلاقة المذكورة أعلاه، والتي من المتوقع أن يكون أداء الجهاز فيها أفضل في بيئات منخفضة الرطوبة.

على الرغم من أن التبخر يحدث بلا شك عبر الإناء الطيني الخارجي، إلا أن نفاذية هذه الطبقة تلعب دورًا هامًا في تحديد معدل تبخر الماء الفعلي. يُستخدم الفخار في صناعة هذا الإناء، وهو نوع من الطين يتميز بمساميته ونفاذيته العالية نسبيًا مقارنةً بأنواع الطين الأخرى، مثل الخزف الصيني والخزف الحجري. ^{[ 8 ]} إضافةً إلى نفاذ الماء عبر الإناء الطيني الخارجي، يجب أن يمر عبر الرمل ليعوض باستمرار الرطوبة التي تبخرت من خلال الطين. وبالتالي، فإن تأثير التبريد سيكون محدودًا بمعدل انتشار الماء ونفاذية الطين.

مع الأخذ بهذه الاعتبارات، تم إدخال معامل تصحيح النفاذية بقيمة 0.3 في حسابات الأداء (كما هو موضح بالتفصيل في الملحق أ ). بالإضافة إلى ذلك، تم إعداد رسم بياني (الشكل 12) بتغيير معامل التصحيح هذا فقط، وذلك لتقديم نظرة عامة حول كيفية تأثير هذه القيمة على النتائج المعروضة.

من المسلّم به أن صحة تحديد معامل التصحيح هذا عند 0.3 قد لا تعكس القيود الفعلية الناجمة عن آليات انتشار الرطوبة ونفاذية الطين داخل الجهاز. وهذا يُمثّل أساسًا لمشروع مستقبلي لدراسة هذا الأمر بمزيد من التفصيل، بما في ذلك تحديد طرق لزيادة نفاذية الطين.

مع تبخر الماء في الهواء المحيط، ترتفع الرطوبة النسبية المحلية، مما يقلل من احتمالية التبخر. لذا، يُعدّ تدفق الهواء ضروريًا لاستبدال هذا الهواء الرطب بهواء جاف، وهو ما توفره الرياح الطبيعية في المنطقة. يؤدي تدفق الهواء بسرعة عالية إلى بقاء كتلة الهواء المحيطة بالجهاز جافة باستمرار، وبالتالي زيادة معدل التبخر.

تم اختيار متوسط ​​سرعة الرياح 2.5 م/ث أو 5.6 ميل/ساعة بناءً على مراجعة بيانات الطقس لمناطق شمال ووسط أفريقيا.

في أي نظام، يؤدي وجود الاضطراب في تدفق المائع إلى زيادة مستوى الخلط وانتقال الحرارة والكتلة. في هذه الحالة تحديدًا، يمكن افتراض أن التدفق مضطرب في الظروف العادية. إذا نظرنا إلى تدفق الهواء فوق صفيحة مستوية (حيث يمثل تدفق الهواء الرياح والصفيحة المستوية الأرض)، يمكن حساب المسافة التي يتحول عندها التدفق من انسيابي إلى مضطرب. يحدث هذا التحول عند عدد رينولدز يقارب 5 أضعاف105.

رقم رينولدز هو معامل لا بعدي يُعرَّف بأنه مقياس لنسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى اللزوجة، ويمكن حسابه على النحو التالي:

        Rهـ=ρVxμ   ^{[ 9 ]}

بالنسبة لدرجة حرارة الهواء المحيط عند 35 درجة مئوية وسرعة الرياح 2.5 م/ث، وجد أن التدفق يتحول إلى اضطراب على مسافة تقارب 2.6 م.

هنا يكمن مبرر افتراضنا بشأن التدفق المضطرب. فإذا اعتمدنا على الرياح الطبيعية، فمن المستبعد جدًا أن يكون موقع الثلاجة ذات الوعاءين ضمن مسافة 2.6 متر من نقطة التقاء تدفق الهواء بسطح الأرض. ولإتمام الصورة، تم إعداد رسم بياني لتوضيح كيفية اختلاف الأداء بين التدفق الصفائحي والتدفق المضطرب (الشكل 9).

استكمالاً لتحليل الصفيحة المسطحة، لا بد من الإقرار بوجود طبقة حدية. ضمن هذه الطبقة، يوجد تدرج في السرعة، حيث تزداد السرعة كلما ابتعدنا عن سطح الأرض. ولا توجد سرعة الرياح الفعلية (سرعة التيار الحر) إلا خارج هذه الطبقة الحدية. ^{[ 10 ]} وبسبب هذا التدرج في السرعة، يصبح ارتفاع الطبقة الحدية عاملاً مهماً يؤثر على أداء الثلاجة ذات الوعاءين. ويمكن حساب هذا الارتفاع كما يلي:

        ∂لأم=5μxρV   ^{[ 11 ]}

        ∂تurب=0.37xRهـx−15   ^{[ 12 ]}

يوضح الشكل 8 تمثيلاً بيانياً لكيفية ازدياد هذه القيمة في اتجاه تدفق الهواء. ويتضح أنه بزيادة ارتفاع الثلاجة ذات الوعاءين، يمكن تعريض الجهاز لسرعة رياح أكبر. ولسرعة الرياح تأثير كبير على أداء الجهاز. وتشير الملاحظة في الرسوم البيانية المختلفة المعروضة في هذه المقالة إلى ازدياد تأثير التبريد مع ازدياد سرعة الرياح.

يشير وجود تدرج في السرعة ضمن الطبقة الحدية، والتحسينات المتوقعة في الأداء نتيجةً لزيادة السرعة، إلى ضرورة وضع الجهاز في أعلى مكان ممكن دون إعاقة تدفق الهواء. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام هيكل إطاري يوضع عليه الجهاز. وإذا أمكن، يُفضل وضع الهيكل نفسه على أرض مرتفعة أو فوق هياكل صلبة قائمة.

يمكن تقريب مساحة السطح المتاحة لحدوث التبخر عليها/من خلالها لنظام الوعاء داخل الوعاء على النحو التالي:

  المساحة الكلية = مساحة سطح الجزء الكروي من الوعاء الخارجي

                 + مساحة سطح الجزء الأسطواني من الوعاء الخارجي

                 + مساحة سطح الرمل المكشوف بين الأواني

على سبيل المثال، إذا استخدمنا الأبعاد الموصى بها من قبل منظمة العمل العملي (الشكل 11)، فإن المساحة ستكون كالتالي:

        أrهـأتoتأل=124πOR¯2+2πOR¯(H¯−OR¯)+π((OR¯−TH¯)2−أناR¯2)=0.773م2

تم استخدام هذه القيمة في جميع الحسابات التي يتم فيها تثبيت المساحة.

يوضح الشكل 12 كيف يتغير أداء الجهاز بتغير المساحة. وبمراجعة قسم " كيفية صنع ثلاجة وعاء داخل وعاء" ، يتضح أن نصف القطر هو أبسط بُعد يمكن تغييره في هذه العملية. لذا، تم اختيار نصف قطر الوعاء الخارجي لتغيير المساحة المتاحة للتبخر.

كما هو متوقع، لوحظ ازدياد ملحوظ في تأثير التبريد مع زيادة مساحة السطح. عند سرعة رياح مختارة تبلغ 2.5 متر/ثانية، بلغ تأثير التبريد 4.46 كيلوواط، و6.58 كيلوواط، و8.85 كيلوواط لأقطار 0.25 متر، و0.35 متر، و0.45 متر على التوالي.

مع ذلك، فإن زيادة مساحة التبخير تستلزم استخدام كميات أكبر من الطين ومواد القوالب لكل جهاز، مما سيرفع متوسط ​​السعر بمقدار دولارين أمريكيين. إضافةً إلى ذلك، سيتطلب الجهاز كميات أكبر من الرمل والماء للتشغيل. لذا، ينبغي النظر في خيار زيادة مساحة التبخير بعد دراسة هذه العوامل. وقد يكون هذا الخيار مناسبًا للعائلات الراغبة في تجميع مواردها لإنشاء جهاز أكبر وأكثر فعالية. في هذه الحالة، ينبغي أيضًا تكبير حجم الوعاء الداخلي لزيادة سعة تخزين المواد الغذائية داخل الجهاز.

تم الإبلاغ عن قيم تأثير التبريد بالكيلوواط (kW) وليس بصيغة الطاقة. وتعتمد الطاقة الفعلية المُزالة من النظام على وجود هذه الظروف ومدة استمرارها.

بالإضافة إلى ذلك، تُشير الطاقة المُستمدة من هذا الرقم إلى إجمالي الطاقة التي يُمكن استخلاصها من جهاز الوعاء المزدوج بأكمله. ويشمل ذلك كلا الوعاءين الفخاريين، وحجم الرمل، ومحتوى الماء فيه، والهواء الموجود داخل حجرة التخزين، ومحتويات هذه الحجرة. لذا، لا ينبغي تفسير هذه القيمة على أنها الطاقة المُستخلصة من حجرة التخزين فقط. يتطلب التحليل الكامل لآليات انتقال الحرارة داخل هيكل الوعاء المزدوج نموذجًا مُعقدًا للتوصيل الحراري وانتشار الكتلة، وهو ما يقع خارج نطاق هذه المقالة.

سيخضع الثلاجة ذات الوعاءين لنوعين من الحمل الحراري. فعندما يكون الهواء ساكناً، سيخضع الجهاز للحمل الحراري الطبيعي، وعندما يتحرك الهواء بسرعة معينة، سيخضع الجهاز لتأثيرات الحمل الحراري القسري.

في كلتا الحالتين، من المرجح أن تنقل عملية الحمل الحراري الطاقة إلى النظام نظرًا لارتفاع درجة الحرارة المحيطة وانخفاض درجة حرارة سطح الجهاز. هذه الطاقة المنقولة إلى النظام ستُقلل من تأثير التبريد الكلي. ومع ذلك، بالمقارنة مع الطاقة المرتبطة بتفاعل تغير الطور (التبخر)، فإن خسائر/مكاسب الحمل الحراري صغيرة نسبيًا.

من المتوقع أن تعمل ثلاجة زير في ظروف مفتوحة مع تعرضها لأشعة الشمس المباشرة خلال النهار. سيؤدي ذلك إلى نقل كمية كبيرة من الطاقة إلى النظام، اعتمادًا على مستوى الإشعاع الشمسي، ودرجة حرارة سطح الإناء الخارجي، وخصائص مادة الطين.

سيحاول هذا القسم تحديد كمية الطاقة المسحوبة من حجرة التخزين من خلال تطبيق موازنة الطاقة التي تشمل التبريد التبخيري والإشعاع.

تصف الشروط التالية سيناريو الحالة الأساسية المستخدم في جميع أنحاء المقال:

        أمبأناهـنت Tهـمصهـrأتurهـ:Tأمب=308ك

        Rهـلأتأناvهـ Huمأنادأناتy:RH=0.3

        Wأناند Sصهـهـد:W=2.5م/s

        Pهـrمهـأبأنالأناتy جorrهـجتأناoن Fأجتor:PجF=0.3

        Surfأجهـ أrهـأ for هـvأصorأتأناoن:أ=0.733م/s

ولإدراج تأثيرات الإشعاع، دعونا نأخذ في الاعتبار ساعات النهار فقط، والتي يفترض أنها بين الساعة 8 صباحًا و 6 مساءً (10 ساعات).

أُفيد بأن أقصى تأثير تبريد للمعايير المذكورة أعلاه بلغ 4.46 كيلوواط. وعلى مدار 10 ساعات، قُدِّر إجمالي التبريد (مع الأخذ في الاعتبار فترات ركود التدفق، والاضطرابات البيئية، وفترات انخفاض نسبة الرطوبة في الرمل) بما يعادل ثلاث ساعات عند هذه القيمة القصوى في ظل الظروف المحددة. وهذا يُعطينا فقدًا فعليًا للطاقة من النظام قدره 13.4 كيلوواط ساعة.

تحدد الحسابات التالية صافي الطاقة المنقولة إلى النظام عن طريق الإشعاع في السيناريو الموصوف. بالإضافة إلى ذلك، افترض ما يلي:

        هـffهـجتأناvهـ Sكy Tهـمصهـrأتurهـ:Tsكy=263ك

        دهـvأناجهـ Surfأجهـ Tهـمصهـrأتurهـ:Ts=293ك

        Soلأr أناrrأدأناأتأناoن:Gs=1000W/م2

        دهـvأناجهـ Surfأجهـ أبsorصتأناvأناتy:αs=0.5

        دهـvأناجهـ Surfأجهـ هـمأناssأناvأناتy:ϵ=0.8

إجراء موازنة الطاقة على الجهاز (للإشعاع فقط):

        q′'rأد=αGS−ϵσ(Ts4−Tsكy4)

        q′'rأد=(500−117)W/م2

        q′'rأد =383 W/م2

يمكننا تقريب المساحة المعرضة لانتقال الحرارة بالإشعاع بما يلي:

         (12×Surfأجهـ أrهـأ أvأأنالأبلهـ for هـvأصorأتأناoن)+Toص Surfأجهـ أrهـأ of Sمألل Poت

         =(12×0.773)+0.11م2

         =0.50 م2

خلال فترة تعرض مدتها 10 ساعات، بلغ إجمالي صافي الطاقة الإشعاعية المنقولة إلى النظام 1.92 كيلوواط ساعة.

وبالتالي، فإن الطاقة المتدفقة من الجهاز على مدار 10 ساعات تساوي (13.4 - 1.92) = 11.48 كيلوواط ساعة

كما ذُكر سابقًا، تمثل هذه القيمة فقد الطاقة للجهاز بأكمله. ونظرًا لطبيعة التوصيل الحراري، لا بد من وجود تدرج حراري داخل الجهاز لتوليد تدفق الطاقة إلى الخارج. لذا، يجب تبريد كل طبقة من طبقات الجهاز: الوعاء الخارجي، وحجم الرمل، ومحتوى الماء في الرمل، والوعاء الداخلي، والهواء داخل حجرة التخزين، ومحتويات حجرة التخزين. وبناءً على ذلك، من المعقول تقدير أن 5% فقط من إجمالي تدفق الطاقة إلى الخارج يؤثر بشكل مباشر على حجرة التخزين.

لذلك، وُجد أن التبريد الفعلي داخل حجرة التخزين في ظل الظروف المحددة يبلغ حوالي 0.57 كيلوواط ساعة.

إلى جانب القيود المتعلقة بالظروف المناخية اللازمة لنجاح ثلاجة الوعاء المزدوج، ثمة حاجة ماسة إلى إمداد مستمر بالمياه. في العديد من المناطق، قد تُعطى الأولوية للمياه لأغراض أخرى، مما يُصعّب على المجتمعات تبني هذه التقنية. كما أن الجهاز يفتقر إلى إحكام إغلاق مناسب لحجرة التخزين، مما يُقلل من فعاليته الإجمالية، إذ يُمكن للهواء الدافئ المحيط أن يتسرب إلى هذه الحجرة ويرفع درجة حرارة منطقة التبريد. (مع ذلك، فإن الهواء الدافئ يصعد للأعلى، بينما الهواء البارد أثقل ويهبط للأسفل، لذا ستكون درجة الحرارة دائمًا في أدنى مستوياتها في الأسفل).

أُجري تحليلٌ بارامتريٌّ لأداء جهاز تبريد "زير" ذي الوعاء المزدوج. وكما هو متوقع، يعمل الجهاز بكفاءةٍ عاليةٍ فقط في المناخات ذات الرطوبة النسبية المنخفضة. وتُعدّ سرعة الرياح والمساحة المتاحة للتبخر عاملين أساسيين يُمكن مراعاتهما لتحسين أداء هذا الجهاز.

لقد ثبت أن زيادة نصف قطر الوعاء الخارجي من 0.25 متر إلى 0.45 متر تُضاعف تقريبًا تأثير التبريد الكلي. إلا أن تطبيق هذه الطريقة محدود بسبب ارتفاع التكلفة المرتبطة باستخدام المزيد من المواد. لذا، يُقترح استخدام استراتيجية تصنيع ثلاجات أكبر حجمًا ذات وعاءين متداخلين فقط إذا كان أفراد المجتمع راغبين وقادرين على تجميع مواردهم لتقاسم جهاز ذي أداء فائق.

من غير الواقعي افتراض توفر الكهرباء لضمان وجود مصدر ثابت وكافٍ لتدفق الهواء. يعتمد الجهاز كلياً على الرياح الطبيعية. ولتحقيق أقصى تدفق للهواء، يُنصح بوضع ثلاجة زير في أعلى مكان ممكن عن سطح الأرض. ويمكن تحقيق ذلك ببناء هيكل بسيط لدعم الجهاز، ووضعه في مكان مرتفع أو على أسطح المباني.

لا يزال هناك مجال لتحليل هذا الجهاز في المستقبل. من شأن تطوير نموذج توصيل حراري مفصل لتحليل آليات انتقال الحرارة وانتشار الكتلة داخل الطبقات المختلفة أن يساعد في تحديد العوامل التي تحد من الأداء وكيفية معالجتها. إضافةً إلى ذلك، يمكن إجراء دراسة تجريبية لاستبدال معامل تصحيح النفاذية المستخدم في هذا التحليل بمعدلات الانتشار الحقيقية للرطوبة عبر الطين.

تم حل جميع المعادلات باستخدام برنامج EES (برنامج حل المعادلات الهندسية). المعادلات المستخدمة موضحة أدناه.

معطى،

نصف قطر وعاء الطين الخارجي(OR¯)= 0.25 م

نصف قطر الإناء الطيني الداخلي(أناR¯)= 0.185 م

السُمك(TH¯)= 0.015 م

الارتفاع(H)= 0.45 م

درجة الحرارة المحيطة(T)= 308 كيلوبايت

الضغط المحيط(P)= 101.3 كيلو باسكال

سرعة الرياح(W)= 2.5 م/ث

الرطوبة النسبية(x)= 0.3

عامل تصحيح النفاذية(PجF)= 0.3

خصائص السوائل،

كثافة الهواء(ρأأناr)يتم الحصول عليها كدالة لدرجة الحرارة والضغط

لزوجة الهواء(μأأناr)يتم الحصول عليها كدالة لـ T

كثافة الماء(ρwأتهـr)يتم الحصول عليها كدالة لدرجة الحرارة والضغط

كثافة بخار الماء(ρvأص)تم الحصول عليها كدالة لدرجة الحرارة والضغط والرطوبة النسبية

الحرارة الكامنة لتبخر الماء(حfg)= 2270 كيلوجول/كيلوجرام

معامل انتشار الماء في الهواء (D) ​​=

−2.775×10−6+4.479×10−8T+1.656×10−10T2   م2/s                 (Curve Fit من تصميم بولتز وتوف 1976)

عمليات التلاعب،

المنطقة:أ=124πOR¯2+2πOR¯(H¯−OR¯)+π((OR¯−TH¯)2−أناR¯2)   م2

رقم رينولدز:Rهـ¯=ρأأناrWLجحأr¯μأأناr

حيث،Lجحأr¯=2((OR¯−TH¯)−Rأنا¯)+2πOR¯   م

(Lchar للرمل المكشوف + Lchar لوعاء الطين الخارجي)

(طول الرمل المكشوف على طول قطر الجهاز + أقصى محيط للجهاز)

رقم شميدت:Sج=μأأناrρأأناrد

متوسط ​​رقم شيروود (الطبقي):Sحلأم¯=0.664Rهـ¯0.5Sج0.3

متوسط ​​رقم شيروود (مضطرب):Sحتurب¯=0.037Rهـ¯0.8Sج0.3

Coeff_MassTransfer:حم=Sح¯دLجحأr¯   م/s                          (باستخدام تشبيه انتقال الحرارة والكتلة)

معدل التبخر:هـvأصrأتهـ=PجF(أحمρvأص(1−x))   كg/s

تبريد التبخير:هـvأصجooل=(هـvأصrأتهـحfg)   كW