Est-il possible de modifier une gouttière domestique pour absorber suffisamment d'énergie solaire pour faire fondre la glace?

Ceci est lié à la question Les gouttières sombres resteront-elles mieux libres de glace que les gouttières de couleur pâle? Le consensus actuel semble être que la masse des gouttières et la lumière limitée peuvent rendre la peinture noire insuffisante.

Dans mon application particulière, les deux couloirs de gouttière majeurs font face à l'est et à l'ouest, il faut donc bénéficier d'une quantité décente de lumière solaire. L'emplacement physique est Pittsburgh PA.

Du point de vue de l’ingénierie, voici quelques-unes des questions à résoudre:

De combien aurais-je besoin pour élever la température des gouttières afin d'empêcher l'accumulation de glace?
Comment puis-je calculer l'énergie nécessaire pour élever la température des gouttières?
Quelle quantité d’énergie puis-je théoriquement tirer de la lumière du soleil toute la journée pour une région donnée en hiver à ma latitude?
Comment l'analyse changerait-elle si je voulais aussi faire fondre la glace accumulée pendant la nuit?
Quels autres facteurs faut-il prendre en compte lors de la conception d'un tel système?

solar-energy

— James Jenkins
source

J'aime l'idée de la question, mais c'est un peu ambigu tel quel. La quantité d’énergie nécessaire dépendra de la température de la glace (c’est-à-dire de la température extérieure).

— Chris Mueller

En fait, @ChrisMueller, cela n’a que très peu à voir avec cela. La glace se forme sur les gouttières et les gouttières lorsque la neige fond sur le toit (à la fois par la chaleur solaire et la chaleur qui s'échappe de l'intérieur du bâtiment) et que l'eau coule dans les gouttières, qui sont plus fraîches. Pour empêcher la formation de glace dans les gouttières, il est essentiel de les maintenir légèrement au-dessus de 0 ° C chaque fois que de l’eau coule du toit.

— Dave Tweed

@DaveTweed Bien que cela puisse être vrai, la quantité d'énergie nécessaire pour maintenir les gouttières au-dessus de zéro dépendra toujours de la température ambiante.

— Chris Mueller

@ChrisMueller: Pas vraiment. Lorsque l'eau coule, elle est pratiquement à la température de congélation. Ainsi, la quantité d'énergie requise est principalement liée à la quantité (masse) d'eau qui coule à un moment donné. Certes, une partie de la chaleur sera perdue dans l'air et cette perte est liée à la température de l'air (et à la vitesse du vent, etc.), mais la chaleur perdue dans l'eau en sera la quantité la plus importante.

— Dave Tweed

"Autres facteurs": Comment empêcher la neige de recouvrir complètement les capteurs solaires.

— SF.

Et donc, comme promis, je le ferai.

Première hypothèse: Travaillons avec des bandes de gouttière de 1 m de long. Ce sera plus facile de tout calculer à partir d’ici.

Disons que la gouttière est déjà pleine de glace. (Nous allons travailler sur le problème de remplissage de glace plus tard)

La taille de gouttière standard (selon ce site ) correspond à un style K de 5 pouces ou à un demi-tour de 6 pouces. Si nous utilisons la version demi-ronde, nous pouvons apprendre il contient environ 9L de glace. le chaleur latente de fusion de 9L de glace est 3000kJ, ou 833Wh. Cela signifie que si vous voulez faire fondre cette glace en une heure, vous aurez besoin de 833 watts de puissance. Pour chaque mètre de gouttière.

Mais quelle est l'énergie solaire disponible?

Deuxième hypothèse: supposons que le soleil brille toute la journée, avec une orientation parfaite en ce qui concerne la gouttière, et que la gouttière absorbe toute l'énergie qu'il reçoit du soleil. Supposons que c'est le jour le plus court de l'année, à la latitude moyenne des États-Unis (environ 38 ° N).

Selon la troisième carte , le jour le plus court de l’année est d’environ 9h30. Arrondissons cela jusqu’à 10h (j’aime les chiffres ronds et faciles pour mes calculs approximatifs).

La section de notre gouttière est d'environ 0,15m². Le rayonnement solaire atteignant le sol est d'environ 1000W / m². Cela signifie environ 150W atteint notre gouttière. Sur un cours de 10h, ce serait 1500Wh. Hé, ça suffirait! Eh bien, oui, si vous prenez votre gouttière et que vous vous orientez parfaitement vers le soleil. Ce qui n'est pas vrai.

Dans ce cas, l'énergie reçue sera inférieure. De plus, il faut également prendre en compte l'efficacité de la conversion d'énergie. Les capteurs solaires thermiques de haute qualité (qui captent le rayonnement solaire et le convertissent en chaleur) ont généralement un rendement d'environ 60%. Cela signifie, dans notre cas (où l'efficacité sera moindre, nous recevrons au mieux 900Wh.

Si nous prenons en compte le fait que notre gouttière a une orientation fixe, l’énergie reçue sera encore plus basse que cela. Ainsi, nous n’aurons pas assez d’énergie pour faire fondre la glace.

Compte tenu de ces données, je dirais que ce n'est pas possible.

Quant à la glace qui remplit la gouttière. Le problème est toujours le même. S'assurer que l'eau qui coule du toit reste suffisamment chaude signifie tout de même fournir suffisamment d'énergie pour la maintenir au-dessus du point de gel. De plus, en général, l’eau fond sur le toit, mais ne coule pas seule, c’est-à-dire qu’elle fait tomber de la neige et de la glace dans le caniveau, que vous devrez faire fondre pour éviter la formation de glace dans le caniveau.

— gromain
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Et par temps nuageux? Ou s'il fait -20 degrés Celsius à l'extérieur?

— Trilarion

Tous mes calculs ont été faits par une journée ensoleillée. Si c'est nuageux, il recevra moins d'énergie que cela. Si le waaaaaaaay est en dessous de zéro (c'est-à-dire -20 degrés Celsius), il aura besoin de plus d'énergie que cela.

— gromain