Termosifoning, také známý jako termosyfoning, je považován za vhodnou technologii. Tento proces využívá přírodní, obnovitelné zdroje a základní zákony termodynamiky k vytvoření pohybu vyhřívaného přívodu vzduchu nebo vody. Zdrojem energie pro tento proces je sluneční záření (nebo jakýkoli jiný zdroj tepla): energie Slunce je zachycena v solárním sběrném zařízení a je přenášena do vzduchu nebo vody vedením. Celý proces lze vysvětlit termosifonačním účinkem: když se ohřívá vzduch nebo voda, získává kinetickou energii ze zdroje vytápění a vzrušuje se. Výsledkem je, že voda se stává méně hustou, expanduje a tím stoupá. V porovnání, když se voda nebo vzduch ochladí, energie se extrahuje z molekul a voda se stává méně aktivní, hustší,a má tendenci “ klesat.“Termosifoning využívá přirozené rozdíly hustoty mezi studenými a horkými tekutinami a řídí je v systému, který produkuje přirozený pohyb tekutin. V současné době je k dispozici několik systémů založených na této technologii a lze je podrobněji přečíst v následujícím textu.
princip termosifonového systému je, že studená voda má vyšší měrnou hmotnost (hustotu) než teplé vody, a to tak, že těžší bude klesat dolů. Proto je kolektor vždy namontován pod zásobníkem vody, takže studená voda z nádrže dosáhne kolektoru sestupným vodovodním potrubím. Pokud je kolektor ohřívá vodu, voda opět stoupá a dosáhne nádrže přes stoupající vodní trubka na horním konci kolektoru. Cyklus nádrže – > vodní potrubí – > kolektor zajišťuje, že voda se zahřívá, dokud nedosáhne rovnovážné teploty. Spotřebitel pak může využít horkou vodu z horní části nádrže, přičemž jakákoli použitá voda je nahrazena studenou vodou na dně. Kolektor pak znovu ohřívá studenou vodu. V důsledku vyšších teplotních rozdílů při vyšších slunečních ozařováních stoupá teplá voda rychleji než při nižších ozařováních. Proto se cirkulace vody téměř dokonale přizpůsobuje úrovni slunečního záření. Zásobník termosyfonového systému musí být umístěn vysoko nad kolektorem, jinak může cyklus během noci běžet dozadu a veškerá voda se ochladí. Kromě toho cyklus nefunguje správně při velmi malých výškových rozdílech. V oblastech s vysokým slunečním zářením a plochou architekturou jsou na střeše obvykle instalovány skladovací nádrže.
Termosifonového systémy pracují velmi ekonomicky, protože domácí systémy na ohřev vody, a princip je jednoduchý, potřebovat ani čerpadlo, ani kontrolní. Termosyfonové systémy však obvykle nejsou vhodné pro velké systémy, tj. Kromě toho je obtížné umístit nádrž nad kolektor v budovách se šikmými střechami a jednookruhové termosyfonové systémy jsou vhodné pouze pro oblasti bez mrazu.
základní fyzika
Termodynamika je studium energie.
- první zákon termodynamiky-uvádí, že energie může být změněna z jedné formy do druhé, ale nemůže být vytvořena nebo zničena. – Energie je vždy zachována.
Tento zákon může být aplikován na pohyb vody v thermosiphoning systém: Energie ze slunce je zaměřena a převedeny (prostřednictvím kondukce a konvekce) buď voda, vzduch, nebo jiným médiem. Tento přirozený proces vytápění eliminuje potřebu externích zdrojů energie, jako jsou fosilní paliva nebo elektřina.
- Druhý zákon termodynamiky – Uvádí, že ve všech energetických burzách, pokud se žádná energie vstoupí nebo opustí systém, potenciální energie bude stát vždy být menší než počáteční stav. – Čistý výnos systému je vždy menší než ten, který byl původně vložen.
energie je vždy zachována, nicméně energie (nebo teplo v tomto případě) může být často ztracena v daném systému (termosifoning) jako teplo. Přidání izolace s odpovídajícími hodnotami R do systému a jeho instalace může výrazně snížit tepelné ztráty, a tím zvýšit účinnost.
- Planckův Zákon – vlnová délka emitovaného záření od povrchu je úměrná teplotě povrchu
Energie převedena v důsledku teplotních rozdílů mezi dvěma objekty -Tmavé objekty absorbují teplo, zatímco lehké objekty odrážejí
Temně barevné kolekce desky ve sluneční kolektor bude pomoc při zvyšování sluneční absorpce, čímž se zvýší množství tepla, které je k dispozici na ohřev vody nebo vzduchu v thermosiphoning. Naproti tomu by měly být použity reflexní nebo lehce zbarvené potrubí a skladovací nádrže, protože světlé barvy pomohou snížit tepelné záření ze systému.
ohřev Vody
Pasivně
pasivní thermosiphoning vody je proces vytápění a pohybu vody v systému, bez nutnosti, nebo použití elektrické energie. Tento proces funguje využitím přírodních jevů, jako je sluneční energie, gravitace a dostupný zdroj vody. Solární kolektor, potrubí a nádrž na vodu jsou materiály potřebné pro proces ohřevu. Tok vody je distribuován do, uvnitř, a ze solárního kolektoru. Studená voda vstupuje do dna solárního kolektoru, kde se pak ohřívá konvekcí slunečním zářením. Když se voda zahřívá, stává se méně hustou než chladnější voda, expanduje a poté stoupá (proudí) potrubím. Ohřátá voda přirozeně vystupuje z horní části solárního kolektoru. Chladnější a hustší voda klesá a zůstává uvnitř solárního kolektoru, dokud se nezahřívá. Jak se studená voda zahřívá, rozšiřuje se, stoupá, je vytlačena z horní části solárního kolektoru, což umožňuje proudění studené vody do solárního kolektoru. Tento proces pokračuje přirozeně, dokud teplota vody nedosáhne rovnováhy se vstupem slunečního záření.
v současné době jsou k dispozici dva typy termosifonových systémů výměny vody: systém úzce spojený a systém gravitačního posuvu.
Close-coupled systém
Close-coupled systémy fungují na stejných principech pasivní thermosiphoning je uvedeno výše. Zásobník těchto systémů musí být umístěn nad solárním kolektorem, aby se využila cirkulace vody poháněná pasivním termosifonovacím procesem.
Materiály
- Solární Energie
- Solární Kolektor
- Potrubí
- Izolace
- Voda
- zásobník
- Silný střechy nebo jiné systém podpory
Náklady
- Současný výzkum (2007) naznačuje, že pasivní thermosiphon ohřívače vody může být v rozmezí od $500 do $6,500. Ceny se mohou lišit vzhledem k velikosti nádrže, solární expozici, a zeměpisné poloze,
- Mnoho zemí, států, a utility služeb poskytovat pobídky pro obnovitelné zdroje energie účasti
Klady & zápory
Pro
- Non-znečišťující
- Úspory Energie, – Bez elektřiny potřebné pro pasivní thermosiphoning
- Nákladově Efektivní
- úspora Místa – (tj. v interiéru)
Con
- Tank expozice vnějším environmentálním stavu může snížit účinnost, v závislosti na zeměpisné poloze,
- Estetika – Mohou být považovány za vizuálně nepotěší
- Silná konstrukce podpora potřebných (tj. střechy)
- Není vhodné pro velmi chladné podnebí
- Umístění – musí být umístěna v oblasti s vhodnou sluneční expozice (tj. jižní strana z požadované oblasti)
Gravitace-feed systém
Gravitace-feed systémy využívají stejné principy pasivního thermosiphoning stejně jako close-spojený systém, nicméně umístění nádrže liší. Nádrže jsou instalovány vodorovně do střechy, která je často umístěna přímo nad solárním kolektorem. Jakmile je potřeba, ohřátá voda v zásobní nádrži má cestu nejmenšího odporu a pohybuje se gravitací dolů na požadované místo. Gravitace-feed systémy vyžadují více potrubí/potrubí distribuovat ohřáté vody, a tento faktor je třeba vzít v úvahu při instalaci nebo nákupu thermosiphoning systému.
Materiály
- Solární Energie
- Solární Kolektor
- Potrubí
- Izolace
- Voda
- zásobník
- Silný střechy nebo jiné systém podpory
Náklady
- Gravitace-feed systémy jsou obvykle nejméně nákladné pasivní thermosiphoning ohřívače vody
- Současný výzkum (2007) naznačuje, že náklady se mohou pohybovat v rozmezí od $400 do $5,500 (a to včetně nákladů-pokud se použijí – instalace). Ceny se mohou lišit vzhledem k velikosti nádrže, solární expozici, a zeměpisné poloze,
- Mnoho zemí, států, a utility služeb poskytovat pobídky pro obnovitelné zdroje energie účasti
Klady & zápory
Klady
- Non-znečišťující
- Úspory Energie, – Bez elektřiny potřebné pro pasivní thermosiphoning
- Nákladově Efektivní
- úspora Místa – (tj. interiéru)
- Estetika – (Horizontální nádrže)
Nevýhody
- Instalatérské a potrubí, přidat další náklady na systém
- Estetika – Mohou být považovány za vizuálně nepotěší
- Silná konstrukce podpora potřebných (tj. střecha)
- Není vhodné pro velmi chladné podnebí
- Umístění – musí být umístěna v oblasti s vhodnou expozicí slunečnímu záření (např. jižní straně požadované oblasti)
Aktivní
Také známý jako: čerpací systémy nebo split systémy
Aktivní solární systémy fungují na stejném základě thermosiphoning efekt, nicméně aktivní systémy využívají zdroje energie jiné než sluneční energii k pomoci řídit proces. Tento systém instaluje pouze solární kolektor na střechu, zatímco skladovací nádrž je instalována na zemi nebo kdekoli jinde níže. Tyto aktivní jednotky ohřevu vody vyžadují nějakou vnější formu energie k čerpání vody v celém systému. Využitím dodatečné energie jsou tyto aktivní systémy méně nákladově efektivní než pasivní systémy.
Materiály
- Solární Energie
- Solární Kolektor
- Elektrická energie
- Elektrické čerpadlo
- Další potrubí
- Izolace
- Voda
- zásobník
Náklady
- Současný výzkum naznačuje (2007) že aktivní thermosiphon ohřívače vody může být v rozmezí od 1200 dolarů na $10,500. Ceny se mohou lišit vzhledem k velikosti nádrže, vnitřní potrubí požadavky, sluneční expozice, geografické umístění
- Mnoho zemí, států, a utility služeb poskytovat pobídky pro obnovitelné zdroje energie účasti
Klady & zápory
Pro
- Peníze Úspory
- Nákladově Efektivní
- Estetika – Skladovací nádrže nejsou umístěny na střeše
- snížení emisí Skleníkových plynů – Pokud se izolované správně, to má potenciál znečišťujících tak málo, jak je pasivní systémy.
Con
- Používá více energie, než pasivní systém
- Vyžaduje více údržby než pasivní systém
- Tepelná ztráta – při převodu ze solárního kolektoru do zásobníku pod
- Znečišťuje některé – z elektrické využití
- Umístění – musí být umístěna v oblasti s vhodnou sluneční expozice (tj. jižní strana z požadované oblasti)
příklad pasivní solární vytápění systém, metoda je Thermosiphon Výměnu Tepla. Je založen na principu přirozené konvekce, při které cirkuluje vzduch nebo voda ve vertikálním uzavřeném okruhu bez použití čerpadla. Chladný vzduch uvnitř prochází větracím otvorem a je nasměrován do otvoru ve spodní části solárního kolektoru. Vzduch obsažený v solárním kolektoru je pak ohříván sluncem slunečním zářením. Chladný vzduch je hustý a bude klesat, zatímco teplý vzduch je méně hustý a stoupá. Jak se vzduch ohřívá uvnitř solárního kolektoru, stává se méně hustým než chladnější vzduch a stoupá. Teplý vzduch stoupá z větracího otvoru v horním otvoru solárního kolektoru, pohybuje se do požadované oblasti (tj. Tento proces výměny vzduchu bude pokračovat, dokud teplota vnitřního vzduchu nedosáhne rovnováhy s teplotou venku.
materiály
mějte na paměti: čím větší je solární kolektor, tím lépe.
Solární kolektor
Rám
- 6 vertikální 2-by-6-palcový desky-bočnice
- 2-by-6, a 2-by-8 desek – horní parapet
- lag šrouby – doporučeno, ale není nutné pro attachmant
Glaze
- vlnité polykarbonátové desky
- 10 panelů – 26 v široký 8 stop vysoké
- Dvojice panelů překrývají přes 1-by-1-v vertikální dřevěná lišta – umožňuje 4-noha-široký panely pro každou bay
- uv-odolný nátěr – platí pro slunce-čelí straně prodloužit životnost
Solární absorpce deska
- 2 vrstvy black metal, okno obrazovka – připojeny v horní a dolní části zátoky
větrací Otvory
- děr budovy vlečka
Poznámka: – plastové klapky zabrání zpětnému proudění vzduchu přes horní otvory na noc
Náklady
- Současný výzkum (2007) naznačuje, že pasivní výměníky tepla se může pohybovat v rozmezí od $55.00 na $400. Ceny se mohou lišit v závislosti na velikosti kolektoru / s, izolace oblasti, která má být vytápěna, sluneční expozice, a geografická poloha.
- Mnoho zemí, států, a utility služeb poskytovat pobídky pro obnovitelné zdroje energie účasti
Klady & zápory
Pro
- Nízké náklady
- Energy saver
- snížení Znečištění
- Může být použit pro chlazení elektroniky
Con
- Zvýšení nákladů na údržbu – (tj. pokrývající během období nízké sluneční záření)
- Geografické umístění se může změnit účinnost
- Vyžaduje manuální zavírání zpět návrh tlumiče v noci
- Jižní orientace splátky přednost
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) Dynamické Mapy, GIS Data a analytické Nástroje – Solární Mapy (2007) k Dispozici: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarelly, Joe. „Thermosyphons-lepší přístup k chlazení CPU?“Přetaktování. 5. srpna 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. „Postavte jednoduchý solární ohřívač“ novinky Matky Země. Leden 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- „Část 2: prohlídka aplikací obnovitelné energie.“http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. “ uvolňování tepla během kondenzace par v termosifonu.“Journal of Engineering Physics 43(3), pp.970-974, 1982.
- konstrukce a výkon kompaktního Termosyfonu. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M., Patel, C., Wenger, T. Woodruff Škola Strojní Inženýrství. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf