מקרר / עיצוב מגניב מאוד

נתוני הפרויקט

מחברים	לפי שאהד
מקום	בורקינה פאסו
סטָטוּס	נפרס
מניפסט OKH	הורד

סיר Zeer הוא מכשיר קירור שהומצא באפריקה הפועל על פי עקרון הקירור באידוי. לפי Science in Africa , כל מכשיר יכול לאחסן 12 ק"ג של ירקות, ולשמור אותם טריים עד 20 ימים תוך עלות ייצור של פחות מ-2 דולר. ^[1] מאמר זה יציג כיצד לבנות מקרר סיר בסיר, ידון בהיבטים שונים של הטכנולוגיה ויציג את התוצאות של ניתוח פרמטרי.

סקירה כללית של טכנולוגיה

באקלים יבש קשה, שימור מזון ממלא תפקיד חיוני במיקסום התשואה הכלכלית והתזונתית כאחד מההזדמנות הנדירה של יבול טוב. החום היבש מקצר משמעותית את חיי התוצרת וכתוצאה מכך יש רמה גבוהה של יבול מבוזבז. ^[2]

השוואת חיי המדף הבאה הותאמה ממחקר מקרה שבוצע על ידי ארגון הפעולה המעשית וניתן לגשת אליה ישירות כאן .

ההשפעה של המקרר בסיר מתממשת מיד שכן חיי המדף של רוב התוצרת מתארכים פי 5 עד 10. המשמעות היא שחקלאים לא רק יכולים למכור את התוצרת שלהם מעבר לימים הראשונים שלאחר הקטיף, אלא גם יוכלו לצרוך בבטחה את הסחורה שלא נמכרה בגלל חיי המדף הארוכים שלהן.

עקרון הפעולה

כאשר אידוי מתרחש ממשטח, יש אנרגיה הקשורה לשינוי הפאזה המכונה חום האידוי הסמוי. במערכת נתונה, כאשר סוג גז זורם על פני השטח הרטוב, אידוי ועיבוי מתרחשים ללא הרף כדי לשמור על תנאי מצב יציב.

על מנת לקיים את האידוי, חייבת להיות משיכה של אנרגיה פנימית בנוזל, שתגרום להפחתת הטמפרטורה . אפקט קירור זה ידוע כקירור באידוי והוא היעיל ביותר באקלים יבש בשל היעדר תכולת לחות (לחות יחסית) באוויר. ^[4]

במקרה של מקרר Zeer, מים מתאדים מהחול דרך פני השטח של סיר החימר החיצוני ומכל המשטח העליון של החול הלח החשוף לקרינת השמש , ומוציאים אנרגיה מהמערכת. איור 1 הוא ייצוג גרפי של זרימת המים והאנרגיה בתוך מקרר Zeer.

מידע נוסף על טכנולוגיות קירור אידוי ניתן לגשת כאן .

איך להכין מקרר סיר בסיר

המסמך Clay Based Technologies הפך לזמין על ידי ארגון הפעולות המעשיות. בתוך המסמך, עמודים 15 עד 19 מתארים בפירוט כיצד להכין מקרר בסיר. שאר המסמך דן בטכנולוגיות אחרות מבוססות חימר שעשויות לעניין. השלבים להכנת מקרר סיר בסיר מפורטים להלן למקרה שהקורא אינו מסוגל לפתוח קבצי PDF. ^[5] מדריכים אלטרנטיביים זמינים על סמך הניסיון של Movement eV בבורקינה פאסו, ^[6] ובמדריך השיטות הטובות ביותר המבוסס על מחקרים במאלי שנעשו על ידי MIT D-Lab, The World Vegetable Center ו-Movement eV. ^[7]

1

איור 2: אבן משמשת לעיצוב פנים התבנית לצורת קערה

איור 3: מידות עבור עובש

הכנת התבניות

• יוצרים חור קטן באדמה ומכסים במחצלת. השתמש בכמות קטנה של סתילי עץ על המחצלת כדי למנוע הידבקות
• מערבבים ולשים תערובת אחידה של בוץ, גללים ומים לכדור
• לחץ שוב ושוב אבן לתוך התערובת כדי ליצור בסופו של דבר צורת קערה. המשך לעשות זאת, להוסיף עוד חומר במידת הצורך, עד שהתבנית מגיעה למידות המפורטות באיור 2
• לאחר הכנת התבנית יש להשאיר אותה לייבוש בשמש כ-30 דקות

2

איור 4: בעזרת מים ואבן מחליקים את פני התערובת

איור 5: הופכים את התבנית ומצמידים עליה את החימר

הכנת סירי החימר

• יוצרים חור קטן באדמה ומכסים במחצלת. השתמש בכמות קטנה של סתילי עץ על המחצלת כדי למנוע הידבקות
• ללוש את החימר לתערובת כמו בצק
• מגלגלים את החימר שטוח ומניחים על גבי תבנית הפוכה
• מורחים את התערובת על התבנית תוך שמירה על עובי של כ-10 מ"מ
• השתמש באבן שטוחה וקצת מים כדי להחליק את פני השטח
• לאחר שנוצרה הצורה העגולה ניתן להסיר את התבנית
• ניתן להאריך את קירות העציצים לגובה הרצוי
• הוסף שכבה עבה במיוחד לשפה (בערך 20 מ"מ)
• זה משלים את הסיר הראשון
• יוצרים באותו אופן את הסיר השני הגדול יותר, בעזרת התבנית המתאימה
• הרחב את גובה הסיר הזה לפי הצורך
• יוצרים את השפה לסיר הגדול יותר, תוך שימוש בעובי של כ-30 מ"מ
• החלק האחרון בתהליך זה הוא להוסיף קישוט מסביב לחלק החיצוני של הסיר. זה נעשה על ידי גלגול התערובת לצורת נקניק ארוך והדבקה סביב החלק החיצוני של הסיר כשני שליש מהדרך למעלה. התבנית נעשית על ידי לחיצת אצבעות לתוכו. הסיר הגדול הושלם כעת.
• שני הסירים נותרים כעת בשמש לייבוש. זה בדרך כלל לוקח בין יומיים לארבעה, תלוי בטמפרטורת הסביבה ובאור השמש

3

איור 6: העציצים נשרפים מתחת לערימת סלעים וגללי פרות

הכנת סירי החימר

• זהה אזור שפונה וערוך מעגל עם סלעים
• כסה את הקרקע בתוך המעגל עם גללי פרות
• מניחים כמה שיותר סירי חרס בתוך העיגול
• מכסים את העציצים לגמרי במקלות עץ ועוד גללי פרות
• מדליקים את האש ונותנים לה לבעור במשך 24 שעות
• כדי להפוך את התהליך הזה ליעיל יותר עדיף לשרוף כמה שיותר סירים בבת אחת

4

איור 7: מקרר מורכב מסיר בסיר

הרכבה ותפעול

• יש להניח חול בתחתית הסיר הגדול וליצור שכבה של כ-5 ס"מ בעומק
• הניחו את הסיר הקטן יותר על החול ומרכזו אותו בסיר הגדול (העציצים צריכים להיות מפולסים)
• ממלאים את החלל הנותר בין הסירים בחול
• במידת האפשר הנח את המכשיר המורכב על מעמד כדי למקסם את זרימת האוויר
• יש לכסות את הסיר הקטן במכסה (חימר או בד) כדי למנוע כניסת אוויר חם לתא האחסון
• המקרר בסיר פועל באופן פסיבי כל עוד החול נשאר לח
• בדוק את החול פעמיים ביום והוסף מים לפי הצורך

ניתוח טכנולוגיה

הצלחתו של מקרר סיר בסיר תלויה במידה רבה בתנאי הסביבה. בשל הסתמכות המכשיר על קירור אידוי טבעי ניתן לראות בו רק טכנולוגיה מתאימה לאזורים המפגינים לחות יחסית נמוכה ורמת זרימת אוויר מספקת. על מנת למקסם את היעילות של מתקן הקירור בסיר בסיר יש להגביר את קצב האידוי. כדי לחקור כראוי את הטכנולוגיה חשוב לכמת את ההשפעות של:

• לחות יחסית
• חֲדִירוּת
• מאפייני זרימה
  • מהירות זרימה
  • למינר לעומת זרימה סוערת
  • שיקולי שכבת גבול
• אזור פנוי לאידוי

יש לציין כי הערכים המוצגים בסעיפים הבאים מציינים את אפקט הקירור המקסימלי עבור סט פרמטרים נתון. ככל הנראה הקירור בפועל יהיה נמוך יותר עקב אי סדרים בפרמטרים, כמו מהירות הרוח ולחות יחסית.

לחות יחסית

לחות יחסית היא מדד לתכולת המים שניתן להחזיק באוויר בטמפרטורה מסוימת. סביבה עם לחות יחסית נמוכה בהשוואה לסביבה עם לחות יחסית גבוהה תנדף לחות ביתר קלות ובמידה רבה יותר. מסיבה זו, מכשיר הקירור בסיר בסיר יעיל רק בסביבות עם לחות יחסית נמוכה (איור 8). האזורים המרכזיים הצפוניים של מקסיקו (כגון צ'יוואווה) ואפריקה (כגון סודן) הם המקומות המתאימים ביותר לשימוש בטכנולוגיה זו.

במקרים מסוימים, הטכנולוגיה עשויה להתגלות כמתאימה לתקופות ספציפיות בשנה שבהן רמת הלחות נמוכה. עבור קבוצה של תנאים נתונים, ניתן למדוד מידע לגבי לחות ישירות מתוך טבלה פסיכומטרית. בנוסף, מרכזי מזג אוויר מקומיים בדרך כלל מנהלים תיעוד של רמות הלחות.

לחות יחסית של 0.3 רצון שימשה עבור כל החישובים שבהם ערך זה נשמר קבוע. בלחות יחסית זו ומהירות רוח טיפוסית של 2.5 מטר לשנייה, נצפית אפקט קירור של 4.46 קילוואט בתנאי זרימה סוערים. הקשר שנקבע לעיל, שבו המכשיר צפוי לתפקד טוב יותר בסביבות לחות נמוכה, מצוין בבירור על ידי גרף זה.

חֲדִירוּת

אמנם האידוי מתרחש ללא ספק דרך עציץ החרס החיצוני, אך לחדירות שכבה זו יש תפקיד משמעותי בקביעת קצב אידוי המים בפועל. כלי חרס הוא סוג החימר המשמש לבניית מכשיר זה. סוג זה של חימר הוא נקבובי יחסית וחדיר ביחס לצורות אחרות של חימר, כמו חרסינה וכלי אבן. ^[8] בנוסף לחלחול דרך עציץ החרס החיצוני, המים חייבים לעבור דרך החול כדי להחליף ללא הרף את הלחות שעברה דרך החימר והתאדה. אפקט הקירור יוגבל הן על ידי קצב דיפוזיה זה והן על ידי חדירות החימר.

עם שיקולים אלה, מקדם תיקון חדירות של 0.3 משולב בחישובי הביצועים (כמפורט בנספח א' ). בנוסף, הופק גרף (איור 12) המשנה רק את גורם התיקון הזה על מנת לספק תובנה כללית לגבי האופן שבו מספר זה משפיע על הממצאים שהוצגו.

ידוע כי התוקף של הגדרת מקדם תיקון זה ל-0.3 עשוי שלא להיות מייצג את המגבלות בפועל שנוצרו על ידי המנגנונים המעורבים בפיזור הלחות ובחדירות החימר בתוך המכשיר. זה מספק פלטפורמה לפרויקט עתידי לחקור זאת בפירוט רב יותר, כולל זיהוי שיטות להגברת החדירות של החימר.

מאפייני זרימה

מהירות זרימה

ככל שהמים מתאדים לאוויר שמסביב, הלחות היחסית המקומית עולה ובכך מפחיתה את הסבירות להתאדות נוספת. יש צורך בזרימת אוויר כדי להחליף אוויר לח זה באוויר יבש. זה מסופק על ידי רוחות טבעיות באזור. מהירות זרימה גבוהה תגרום לכך שגוף האוויר המקיף את המכשיר יישאר ללא הרף במצב יבש, ולכן יגרום לקצב אידוי גבוה יותר.

מהירות רוח ממוצעת של 2.5 מטר לשנייה או 5.6 קמ"ש נבחרה על סמך סקירת נתוני מזג האוויר באזורים של צפון ומרכז אפריקה.

למינר לעומת זרימה סוערת

במערכת נתונה קיומה של מערבולות בתוך זרימת נוזלים מגביר את רמת הערבוב, העברת החום והעברת המסה. במקרה הספציפי הזה, עבור הגדרה טיפוסית ניתן להניח שהזרימה היא סוערת. אם ניקח בחשבון זרימת אוויר על צלחת שטוחה (כאשר זרימת האוויר היא רוח והצלחת השטוחה היא הקרקע), ניתן לחשב את המרחק שבו הזרימה עוברת מזרימה למינרית לסערה. מעבר זה מתרחש עבור מספר ריינולדס של כ-5 x105{\displaystyle 10^{5}}.

מספר ריינולדס הוא פרמטר חסר ממד המוגדר כמדד ליחס בין כוחות האינרציה לכוחות צמיגים וניתן לחשב אותו באופן הבא:

        רזה=רINאיקסM{\displaystyle {Re}={\frac {{\rho }{V}{x}}{\mu }}}   ^[9]

עבור טמפרטורת אוויר סביבה של 35 מעלות צלזיוס ומהירות רוח של 2.5m/s, נמצא כי עבור הזרימה מעברים למערבולת במרחק של כ 2.6m.

כאן טמונה ההצדקה להנחה הסוערת שלנו. אם נסתמך על רוח טבעית, אין זה סביר מאוד שהמקרר בסיר ימוקם בטווח של 2.6 מ' מהמקום שבו זרימת האוויר מקיימת אינטראקציה תחילה עם פני הקרקע. למען השלמות, גרף הופק כדי להדגיש כיצד הביצועים משתנים בין זרימה למינרית לזרימה סוערת (איור 9).

שיקולי שכבת גבול

בהמשך לניתוח הפלטה השטוחה, יש להכיר בקיומה של שכבת גבול. בתוך שכבת גבול זו קיים שיפוע מהירות בו יש עלייה במהירות ככל שאנו מתרחקים מהקרקע. מהירות הרוח בפועל (מהירות זרם חופשי) קיימת רק מעבר לשכבת גבול זו. ^[10] בשל שיפוע מהירות זה, גובה שכבת הגבול הופך לגורם חשוב המשפיע על ביצועי המקרר בסיר בסיר. ניתן לחשב גובה זה באופן הבא:

        ∂לאM=5MאיקסרIN{\displaystyle \partial _{lam}={5}{\sqrt {\frac {\mu x}{\rho V}}}}   ^[11]

        ∂טברב=0.37איקסרזהאיקס-15{\displaystyle \partial _{turb}={0.37}{x}{Re_{x}}^{\frac {-1}{5}}}   ^[12]

איור 8 מספק ייצוג גרפי של האופן שבו ערך זה גדל בכיוון הזרימה. מתברר שבאמצעות הגדלת גובה המקרר בסיר, המכשיר יכול להיחשף למהירות רוח גדולה יותר. למהירות הרוח יש השפעה משמעותית על ביצועי המכשיר. התבוננות בגרפים השונים המוצגים במאמר זה מצביעה על עלייה באפקט הקירור ככל שמהירות הרוח עולה.

קיומו של שיפוע מהירות בתוך שכבת הגבול, ושיפורי הביצועים הצפויים עקב מהירויות גבוהות יותר מצביעים על כך שיש למקם את המכשיר גבוה ככל האפשר וללא חסימה של זרימת האוויר. זה יכול להתבצע על ידי שימוש במבנה מסגרת כדי שהמכשיר יושב עליו. במידת האפשר, יש למקם את המסגרת עצמה על קרקע גבוהה או על גבי מבנים מוצקים קיימים.

אזור פנוי לאידוי

ניתן להעריך את שטח הפנים הזמין עבור האידוי שיתרחש על/דרך עבור מערכת הסיר בסיר כ:

  שטח כולל = שטח פנים של החלק הכדורי של הסיר החיצוני

                 + שטח פני השטח של החלק הגלילי של הסיר החיצוני

                 + שטח פנים של חול חשוף בין סירים

לדוגמה, אם אנו משתמשים במידות המומלצות שניתנו על ידי ארגון הפעולה המעשית (איור 11), השטח נמצא כ:

        ארזהאטOטאל=124פאיOר¯2+2פאיOר¯(ח¯-Oר¯)+פאי((Oר¯-טח¯)2-אניר¯2)=0.773M2{\displaystyle {Area_{total}}={\frac {1}{2}}4\pi {\bar {OR}}^{2}+2\pi {\bar {OR}}\left({\ bar {H}}-{\bar {OR}}\right)+\pi \left(\left({\bar {OR}}-{\bar {TH}}\right)^{2}-{\ bar {IR}}^{2}\right)=0.773m^{2}}

ערך זה שימש עבור כל החישובים שבהם השטח מוחזק קבוע.

איור 12 מדגיש כיצד ביצועי המכשיר משתנים בהתאם לאזור. סקירה כללית של הסעיף המפרט כיצד להכין מקרר סיר בסיר , תראה שהרדיוס הוא הממד הפשוט ביותר לשינוי בתהליך. ככזה, הרדיוס של הסיר החיצוני נבחר כדי לשנות את השטח הזמין לאידוי.

כצפוי, ישנה עלייה ניכרת באפקט הקירור ככל ששטח הפנים גדל. עבור מהירות הרוח הנבחרת של 2.5 מ' לשנייה, יש אפקט קירור של 4.46kW, 6.58kW ו-8.85kW עבור רדיוסים של 0.25 מ', 0.35 מ' ו-0.45 מ' בהתאמה.

עלייה בשטח, לעומת זאת, מרמזת על הצורך להשתמש ביותר חימר ועובש עבור כל מכשיר, מה שיעלה את המחיר הממוצע של 2 דולר. בנוסף, המכשיר ידרוש יותר חול ויותר מים כדי לפעול. את האפשרות להגדיל את השטח הזמין לאידוי יש ליישם רק לאחר התחשבות בגורמים אלו. זו עשויה להתגלות כגישה מעשית עבור משפחות המעוניינות לאגור משאבים על מנת ליצור מכשיר גדול ויעיל יותר בסיר בסיר. במקרה זה, יש להגדיל את הסיר הפנימי גם כדי להגדיל את קיבולת הסחורה שיש לאחסן בתוך המכשיר.

דִיוּן

פרשנות של ערכים מדווחים

הערכים של אפקט הקירור דווחו בקילו-וואט (kW) ולא בצורת אנרגיה. האנרגיה המוסרת בפועל מהמערכת תלויה בקיומם של תנאים אלו ובמשך הזמן שהם קיימים.

בנוסף, אנרגיה הנגזרת ממספר זה היא אינדיקציה לסך האנרגיה שניתן להסיר מכל התקן הסיר בסיר. זה כולל הן עציצי חרס, נפח החול, תכולת המים בתוך החול, האוויר בתוך תא האגירה ותכולת תא האגירה. לכן, אין לפרש את הערך כאנרגיה הנמשכת אך ורק מתא האחסון. יידרש מודל הולכה ודיפוזי מסה מורכב כדי לספק ניתוח מלא של מנגנוני העברת החום בתוך מבנה הסיר בסיר, אשר נופל מחוץ לתחום מאמר זה.

הולכת חום

המקרר בסיר בסיר יחווה את שתי צורות ההסעה. כאשר האוויר במצב סרק המכשיר יחווה הסעה טבעית ובהמשך, כאשר האוויר נע במהירות נתונה, המכשיר יעבור השפעות של הסעה מאולצת.

בשני המקרים סביר שתהליך ההסעה יעביר אנרגיה למערכת בשל טמפרטורת הסביבה הגבוהה וטמפרטורת פני השטח הקרירה יותר של המכשיר. אנרגיה זו שתועבר למערכת תפחית את אפקט הקירור הכולל. לעומת זאת, בהשוואה לאנרגיה הקשורה לתגובת שינוי פאזה (אידוי), ההפסדים/רווחי ההסעה קטנים יחסית.

קְרִינָה

מקרר סיר Zeer צפוי לפעול בתנאים פתוחים עם חשיפה לאור שמש ישיר במהלך היום. פעולה זו תעביר כמות משמעותית של אנרגיה למערכת, הנשענת על רמת קרינת השמש, טמפרטורת פני השטח של הסיר החיצוני ותכונות החומר של החימר.

קירוב גס למאזן אנרגיה נטו

סעיף זה ינסה לכמת את כמות האנרגיה הנמשכת מתא האחסון על ידי יישום מאזן אנרגיה כולל קירור אידוי וקרינה.

התנאים הבאים מתארים את תרחיש המקרה הבסיסי המשמש לאורך המאמר:

        אMבאניזהנט טזהMעזהראטברזה:טאMב=308ק{\displaystyle Ambient\ Temperature:T_{amb}=308K}

        רזהלאטאניבזה חבMאנידאניטו:רח=0.3{\displaystyle Relative\ לחות:{RH}=0.3}

        INאנינד סעזהזהד:IN=2.5M/ס{\displaystyle רוח\ מהירות:W=2.5m/s}

        פזהרMזהאבאנילאניטו גOררזהגטאניOנ ואגטOר:פגו=0.3{\displaystyle permeability\ Correction\ Factor:{PCF}=0.3}

        סברואגזה ארזהא וOר ובאעOראטאניOנ:א=0.733M/ס{\displaystyle Surface\ Area\ for\ אידוי:A=0.733m/s}

כדי לכלול את ההשפעות של קרינה, הבה ניקח בחשבון רק את שעות האור, מניחות שהן בין 8 בבוקר ל-6 בערב (10 שעות).

אפקט הקירור המרבי עבור הפרמטרים המפורטים לעיל דווח על 4.46kW. במהלך 10 שעות, הקירור הכולל (בהתחשב בתקופות של קיפאון זרימה, אי סדרים סביבתיים ותקופות של ירידה בתכולת הלחות בחול) נאמד להיות שווה לשלוש שעות בערך מרבי זה עבור התנאים שנקבעו. זה נותן לנו אובדן אנרגיה יעיל מהמערכת של 13.4kWh.

החישוב הבא קובע את האנרגיה נטו המועברת למערכת על ידי קרינה עבור התרחיש המתואר. בנוסף אפשר:

        וווזהגטאניבזה סקו טזהMעזהראטברזה:טסקו=263ק{\displaystyle Effective\ Sky\ טמפרטורה:T_{sky}=263K}

        דזהבאניגזה סברואגזה טזהMעזהראטברזה:טס=293ק{\displaystyle Device\ Surface\ Temperature:T_{s}=293K}

        סOלאר אנירראדאניאטאניOנ:Gס=1000IN/M2{\displaystyle Solar\ הקרנה:G_{s}=1000W/m^{2}}

        דזהבאניגזה סברואגזה אבסOרעטאניבאניטו:אס=0.5{\displaystyle Device\ Surface\ ספיגה:\alpha _{s}=0.5}

        דזהבאניגזה סברואגזה וMאניססאניבאניטו:ϵ=0.8{\displaystyle Device\ Surface\ Emissivity:\epsilon =0.8}

ביצוע איזון אנרגיה במכשיר (רק לקרינה):

        שראד″=אGס-ϵע(טס4-טסקו4){\displaystyle q''_{rad}=\alpha G_{S}-\epsilon \sigma \left({T_{s}}^{4}-{T_{sky}}^{4}\right)}

        שראד″=(500-117)IN/M2{\displaystyle q''_{rad}=\left({500}-{117}\right)W/m^{2}}

        שראד″ {\displaystyle q''_{rad}\ }=383 IN/M2{\displaystyle 383\W/m^{2}}

אנו יכולים להעריך את השטח שנחשף לקרינה בהעברת חום שווה ל:

         (12×סברואגזה ארזהא אבאאנילאבלזה וOר ובאעOראטאניOנ)+טOע סברואגזה ארזהא Oו סMאלל פOט{\displaystyle \left({\frac {1}{2}}\times Surface\ Area\ Available\ for\ Evaporation\right)+Top\ Surface\ Area\ of\ Small\ Pot}

         =(12×0.773)+0.11M2{\displaystyle =\left({\frac {1}{2}}\times {0.773}\right)+{0.11}m^{2}}

         =0.50 M2{\displaystyle ={0.50}\ m^{2}}

במהלך תקופת חשיפה של 10 שעות סך האנרגיה הקרינה המועברת למערכת היא 1.92kWh.

לכן, האנרגיה הזורמת מהמכשיר על פני תקופה של 10 שעות נמצאה (13.4 - 1.92) = 11.48kWh

כפי שהוזכר לעיל, ערך זה מייצג את אובדן האנרגיה עבור כל מכשיר הסיר בסיר. בשל אופי ההולכה, שיפוע טמפרטורה בתוך המכשיר חייב להיות קיים כדי ליצור זרימת אנרגיה החוצה. לכן יש לקרר כל שכבה של המכשיר: הסיר החיצוני; נפח חול; תכולת מים בתוך החול; סיר פנימי; אוויר בתוך תא האחסון; ואת תכולת תא האחסון. בהתחשב בכך, סביר להעריך ש-5% בלבד מכלל שטף האנרגיה משפיע ישירות על תא האחסון.

לכן, הקירור בפועל בתוך תא האחסון עבור התנאים שנקבעו נמצא בערך 0.57kWh.

מגבלות של מכשיר

מעבר למגבלות של תנאי האקלים הנדרשים להצלחת המקרר בסיר, יש צורך גם באספקה ​​רציפה של מים. עבור אזורים רבים, מים עשויים להיות מועדפים למטרות אחרות מה שמקשה על קהילות לאמץ את הטכנולוגיה. למכשיר אין גם אטימה מתאימה לתא האחסון, מה שמפחית את האפקטיביות הכוללת שלו מכיוון שאוויר סביבה חם יכול לחלחל לתוך תא זה ולהגביר את הטמפרטורה של האזור הצונן. (עם זאת האוויר החם יעלה והאוויר הצונן כבד יותר ויורד, כך שהטמפרטורה תמיד תהיה הקרה ביותר בתחתית)

סיכום

בוצע ניתוח פרמטרי הנוגע לביצועים של מכשיר קירור Zeer סיר בסיר. כצפוי, המכשיר מתפקד היטב רק באקלים עם לחות יחסית נמוכה. מהירות הרוח והאזור הזמין לאידוי להתרחש על/דרכו הם שני גורמים עיקריים שניתן לטפל בהם כדי לשפר את הביצועים של המקרר בסיר בסיר.

הוכח כי הגדלת רדיוס הסיר החיצוני מ-0.25 מ' ל-0.45 מ', כמעט מכפילה את אפקט הקירור הכולל. עם זאת, ההתאמה של זה מוגבלת על ידי הגידול בעלויות הקשורות לשימוש בחומרים נוספים. מוצע שהאסטרטגיה לייצור מקררים גדולים יותר בסיר תופעל רק אם חברי הקהילה מוכנים ומסוגלים לאחד את המשאבים שלהם כדי לשתף מכשיר עם ביצועים מעולים.

זה לא מציאותי להניח שחשמל זמין כדי להבטיח שהם מקור קבוע והולם לזרימת אוויר. המכשיר תלוי אך ורק ברוחות המתרחשות באופן טבעי. כדי למקסם את זרימת האוויר, מומלץ להציב את מקרר Zeer כמה שיותר גבוה מעל הקרקע. ניתן להשיג זאת על ידי בניית מסגרת פשוטה לתמיכה במכשיר, והצבתם על קרקע גבוהה או על גבי מבנים.

נותר פוטנציאל לניתוח עתידי של מכשיר זה. פיתוח מודל הולכה מפורט לניתוח מנגנוני העברת חום ודיפוזיה מסה בתוך השכבות השונות יסייע בזיהוי גורמים המגבילים את הביצועים וכיצד ניתן לטפל בהם. בנוסף, על ידי ניסוי, ניתן לבצע מחקר כדי להחליף את גורם תיקון החדירות המשמש בניתוח זה בשיעורי דיפוזיה אמיתיים של לחות דרך חימר.

הפניות

נספח א': מתודולוגיית חישוב

כל המשוואות נפתרו באמצעות חבילת התוכנה EES (Engineering Equation Solver). המשוואות בהן נעשה שימוש מתוארות להלן.

נָתוּן,

רדיוס_חמר_חימר_חיצוני(Oר¯){\displaystyle \left({\bar {OR}}\right)}= 0.25 מ'

רדיוס_סיר_חמר_פנימי(אניר¯){\displaystyle \left({\bar {IR}}\right)}= 0.185 מ'

עוֹבִי(טח¯){\displaystyle \left({\bar {TH}}\right)}= 0.015 מ'

גוֹבַה(ח){\displaystyle \left({H}\right)}= 0.45 מ'

טמפרטורת סביבה(ט){\displaystyle \left({T}\right)}= 308 K

לחץ סביבתי(פ){\displaystyle \left({P}\right)}= 101.3 kPa

מהירות הרוח(IN){\displaystyle \left({W}\right)}= 2.5 מ' לשנייה

לחות יחסית(איקס){\displaystyle \left({x}\right)}= 0.3

פקטור תיקון חדירות(פגו){\displaystyle \left({PCF}\right)}= 0.3

מאפייני נוזל,

צפיפות אוויר(ראאניר){\displaystyle \left({\rho _{air}}\right)}נרכש כפונקציה של T ו-P

צמיגות אוויר(Mאאניר){\displaystyle \left({\mu _{air}}\right)}נרכש כפונקציה של T

צפיפות מים(רבאטזהר){\displaystyle \left({\rho _{מים}}\right)}נרכש כפונקציה של T ו-P

צפיפות אדי מים(רבאע){\displaystyle \left({\rho _{vap}}\right)}נרכש כפונקציה של T, P ו-RH

חום אידוי סמוי למים(חוז){\displaystyle \left({h_{fg}}\right)}= 2270 קילו-ג'יי/ק"ג

מקדם דיפוזיה של מים לאוויר (D) =

-2.775×10-6+4.479×10-8ט+1.656×10-10ט2{\displaystyle -2.775\times 10^{-6}+4.479\times 10^{-8}{T}+1.656\times 10^{-10}{T}^{2}}   M2/ס{\displaystyle m^{2}/s}                 (Curve Fit מאת Boltz and Tuve 1976)

מניפולציות,

אֵזוֹר:א=124פאיOר¯2+2פאיOר¯(ח¯-Oר¯)+פאי((Oר¯-טח¯)2-אניר¯2){\displaystyle A={\frac {1}{2}}4\pi {\bar {OR}}^{2}+2\pi {\bar {OR}}\left({\bar {H}} -{\bar {OR}}\right)+\pi \left(\left({\bar {OR}}-{\bar {TH}}\right)^{2}-{\bar {IR}} ^{2}\right)}   M2{\displaystyle m^{2}}

Reynolds_Number:רזה¯=ראאנירINלגחאר¯Mאאניר{\displaystyle {\bar {Re}}={\frac {\rho _{air}W{\bar {Lchar}}}{\mu _{air}}}}

איפה,לגחאר¯=2((Oר¯-טח¯)-ראני¯)+2פאיOר¯{\displaystyle {\bar {Lchar}}=2\left(\left({\bar {OR}}-{\bar {TH}}\right)-{\bar {RI}}\right)+2\ pi {\bar {OR}}}   M{\displaystyle m}

(Lchar לחול חשוף + Lchar לעציץ חימר חיצוני)

(אורך החול החשוף לאורך קוטר המכשיר + היקף מרבי של המכשיר)

Schimdt_Number:סג=Mאאנירראאנירד{\displaystyle {Sc}={\frac {\mu _{air}}{\rho _{air}D}}}

Avg_Sherwood_Number(למינרי):סחלאM¯=0.664רזה¯0.5סג0.3{\displaystyle {\bar {Sh_{lam}}}=0.664{\bar {Re}}^{0.5}{Sc}^{0.3}}

Avg_Sherwood_Number (סוער):סחטברב¯=0.037רזה¯0.8סג0.3{\displaystyle {\bar {Sh_{turb}}}=0.037{\bar {Re}}^{0.8}{Sc}^{0.3}}

Coeff_MassTransfer:חM=סח¯דלגחאר¯{\displaystyle {h_{m}}={\frac {{\bar {Sh}}{D}}{\bar {Lchar}}}}   M/ס{\displaystyle m/s}                          (שימוש באנלוגיה של העברת חום ומסה)

Evap_Rate:ובאעראטזה=פגו(אחMרבאע(1-איקס)){\displaystyle {Evap_{rate}}={PCF}\left({A}{h_{m}}{\rho _{vap}}\left(1-x\right)\right)}   קז/ס{\displaystyle kg/s}

Evap_Cooling:ובאעגOOל=(ובאעראטזהחוז){\displaystyle {Evap_{cool}}=\left({Evap_{rate}}{h_{f}g}\right)}   קIN{\displaystyle kW}

נתוני עמוד

חלק מ	Mech425
מילות מפתח	הנדסה , חימום וקירור , פיתוח בינלאומי , טכנולוגיה מתאימה , קירור
מחברים	לפי שאהד
רישיון	CC-BY-SA-3.0
ארגונים	אוניברסיטת קווינס
שפה	אנגלית (he)
קָשׁוּר	0 דפי משנה , 3 דפים מקשרים כאן
כינויים	קירור מאוד בסיר (עיצוב) , קירור מאוד בסיר/עיצוב
פְּגִיעָה	16,282 צפיות בעמודים
נוצר	3 באפריל 2010 מאת איון שהד
שונה	28 בפברואר 2024 מאת פליפה שנונה
ציטוט בתור	איון שהד (2010–2024). "מקרר סיר Zeer/עיצוב" . אפרופדיה . אוחזר ב-23 במרץ 2024 .
שאילתות API	בסיסי , סמנטי , HTML , קבצים ועוד​