a Termoszifonozást, más néven termoszifonozást megfelelő technológiának tekintik. Ez a folyamat természetes, megújuló erőforrásokat és a termodinamika alapvető törvényeit használja fel a fűtött levegő – vagy vízellátás mozgásához. Ennek a folyamatnak az energiaforrása a napsugárzás (vagy bármely más hőforrás): a nap energiáját egy napgyűjtő eszköz rögzíti, és vezetés útján továbbítja a levegőbe vagy a vízbe. Az egész folyamat a termoszifonáló hatással magyarázható: amikor levegőt vagy vizet melegítenek, kinetikus energiát nyer a fűtőforrásból, és gerjesztetté válik. Ennek eredményeként a víz kevésbé sűrűvé válik, kitágul, így emelkedik. Ezzel szemben, amikor a víz vagy a levegő lehűl, az energiát kivonják a molekulákból, és a víz kevésbé aktív, sűrűbb lesz, és hajlamos “elsüllyedni.”A termoszifonozás kihasználja a hideg és forró folyadékok közötti Természetes sűrűségkülönbségeket, és egy olyan rendszerben szabályozza őket, amely természetes folyadékmozgást eredményez. Jelenleg számos, ezen a technológián alapuló rendszer áll rendelkezésre, amelyekről részletesebben az alábbi szövegben olvashat.
a thermosyphon rendszer elve az, hogy a hideg víz fajsúlya (sűrűsége) nagyobb, mint a meleg vízé, ezért nehezebb lesz. Ezért a kollektor mindig a víztároló tartály alá van szerelve, így a tartályból származó hideg víz leereszkedő vízvezetéken keresztül jut el a kollektorhoz. Ha a kollektor felmelegíti a vizet, a víz ismét felemelkedik, és a kollektor felső végén lévő emelkedő vízvezetéken keresztül éri el a tartályt. A tartály -> vízcső -> kollektor ciklusa biztosítja, hogy a víz felmelegedjen, amíg el nem éri az egyensúlyi hőmérsékletet. A fogyasztó ezután felhasználhatja a forró vizet a tartály tetejéről, a felhasznált vizet alul hideg víz váltja fel. A kollektor ezután ismét felmelegíti a hideg vizet. A magasabb hőmérsékleti különbségek miatt magasabb napsugárzásnál a meleg víz gyorsabban emelkedik, mint alacsonyabb besugárzásnál. Ezért a víz keringése szinte tökéletesen alkalmazkodik a napsugárzás szintjéhez. A thermosyphon rendszer tárolótartályát jóval a kollektor felett kell elhelyezni, különben a ciklus visszafelé haladhat az éjszaka folyamán, és az összes víz lehűl. Ezenkívül a ciklus nem működik megfelelően nagyon kis magasságkülönbségeknél. Azokban a régiókban, ahol magas a napsugárzás és a síktetőszerkezet, a tárolótartályokat általában a tetőre telepítik.
a termoszifon rendszerek nagyon gazdaságosan működnek, mint Háztartási vízmelegítő rendszerek, és az elv egyszerű, nem igényel sem szivattyút, sem vezérlést. A termoszifon rendszerek azonban általában nem alkalmasak nagy rendszerekhez, vagyis azokhoz, amelyek kollektorfelülete meghaladja a 10 m2-t. Ezenkívül lejtős tetős épületekben nehéz a tartályt a kollektor fölé helyezni, az egykörös thermosyphon rendszerek pedig csak fagymentes területekre alkalmasak.
Alapfizika
a termodinamika az energia tanulmányozása.
- a termodinamika első törvénye kimondja, hogy az energia megváltoztatható egyik formából a másikba, de nem hozható létre vagy semmisíthető meg. – Az energia mindig megmarad.
ez a törvény alkalmazható a víz mozgására a termoszifonáló rendszerben: a napból származó energiát (vezetéssel és konvekcióval) vagy vízbe, levegőbe vagy más választott közegbe irányítják és továbbítják. Ez a természetes fűtési folyamat kiküszöböli a külső energiaforrások, például a fosszilis tüzelőanyagok vagy a villamos energia szükségességét.
- a termodinamika második törvénye – kimondja, hogy minden energiacserében, ha egyetlen energia sem lép be vagy távozik a rendszerből, az állam potenciális energiája mindig kisebb lesz, mint a kezdeti állapoté. – A rendszer nettó hozama mindig kisebb, mint az eredetileg bevezetett.
az energia mindig konzerválódik, azonban az energia (vagy ebben az esetben a hő) gyakran elveszhet egy adott rendszerben (hőfonás) hő formájában. A megfelelő R értékekkel rendelkező szigetelés hozzáadása a rendszerhez és a vízvezetékhez nagymértékben csökkentheti a hőveszteséget, és ezáltal növelheti a hatékonyságot.
- Planck – törvény-a felületről kibocsátott sugárzás hullámhossza arányos a felület hőmérsékletével
a két tárgy közötti hőmérséklet-különbség eredményeként átadott energia-a sötét tárgyak elnyelik a hőt, míg a világos tárgyak visszaverik a napkollektoron belüli sötét színű gyűjtőlapokat, amelyek elősegítik a nap abszorpciójának növelését, ezáltal növelve a víz vagy a levegő melegítésére rendelkezésre álló hőmennyiséget termoszifonozás. Ezzel szemben fényvisszaverő vagy enyhén színezett csöveket és tárolótartályokat kell használni, mivel a világos színek segítenek csökkenteni a rendszerből származó hősugárzást.
vízmelegítés
passzív
a víz passzív termoszifonozása a víz fűtésének és mozgatásának folyamata egy rendszeren belül, elektromos áram nélkül. Ez a folyamat olyan természeti jelenségek felhasználásával működik, mint a napenergia, a gravitáció és a rendelkezésre álló vízforrás. A napkollektor, a csövek és a víztartály a fűtési folyamathoz szükséges anyagok. A víz áramlása eloszlik a napkollektorba, azon belül és kívül. A hűvös víz bejut a napkollektor aljába, ahol a napsugárzás konvekcióval melegíti. Amikor a vizet felmelegítik, kevésbé sűrűvé válik, mint a hűvösebb víz, kitágul, majd felemelkedik (áramlik) a csöveken keresztül. A felmelegített víz természetesen kilép a napkollektor tetejéről. A hűvösebb és sűrűbb víz elsüllyed, és a napkollektorban marad, amíg fel nem melegszik. Ahogy a hideg víz felmelegszik, kitágul, emelkedik, kiszorul a napkollektor tetejéről, lehetővé téve a hideg víz áramlását a napkollektorba. Ez a folyamat természetesen addig folytatódik, amíg a víz hőmérséklete el nem éri az egyensúlyt a napsugárzás bemenetével.
jelenleg kétféle termoszifon vízcserélő rendszer áll rendelkezésre: a közeli csatolású rendszer és a gravitációs betápláló rendszer.
szoros csatolású rendszer
a szorosan kapcsolt rendszerek a fent említett passzív termoszifonozás ugyanazon elvein működnek. Ezeknek a rendszereknek a tárolótartályát a napkollektor fölé kell helyezni a passzív termoszifonozási folyamat által vezérelt vízkeringés kihasználása érdekében.
anyagok
- napenergia
- napkollektor
- csővezeték
- szigetelés
- víz
- tároló tartály
- erős tető vagy más támogató rendszer
költség
- a jelenlegi kutatások (2007) azt sugallják, hogy a passzív termoszifon vízmelegítők 500 és 6500 dollár között mozoghatnak. Az árképzés a tartály méretétől, a napsugárzástól és a földrajzi elhelyezkedéstől függően változhat
- számos ország, állam és közüzemi szolgáltatás ösztönzi a megújuló energia részvételét
előnyök & hátrányok
Pro
- nem szennyező
- energiamegtakarítás-nincs szükség villamos energiára a passzív termoszifonozáshoz
- költséghatékony
- helytakarékos – (azaz. beltéri)
Con ‘ s
- a tartály külső környezeti állapotnak való kitettsége csökkentheti a hatékonyságot, a földrajzi elhelyezkedéstől függően
- esztétika – vizuálisan kellemetlennek tekinthető
- erős tartószerkezet szükséges (azaz tető)
- nem alkalmas rendkívül hideg éghajlatra
- hely – megfelelő napsugárzásnak kitett területen kell elhelyezni (azaz. a kívánt terület déli oldala)
Gravity-feed system
a Gravity-feed rendszerek ugyanazokat a passzív termoszifonozási elveket alkalmazzák, mint a szorosan összekapcsolt rendszer, azonban a tartály elhelyezése eltérő. A tartályokat vízszintesen egy tetőbe helyezik, amely gyakran közvetlenül a napkollektor felett helyezkedik el. Szükség esetén a tárolótartályban lévő melegített víz a legkisebb ellenállás útján halad, és gravitációval lefelé mozog a kívánt helyre. A gravitációs betápláló rendszerek több csővezetéket/vízvezetéket igényelnek a fűtött víz elosztásához, és ezt a tényezőt figyelembe kell venni a termoszifonozó rendszer telepítésekor vagy megvásárlásakor.
anyagok
- napenergia
- napkollektor
- csővezeték
- szigetelés
- víz
- tároló tartály
- erős tető vagy más támogató rendszer
költség
- gravitáció-a Takarmányrendszerek általában a legolcsóbb passzív Termoszifonozó vízmelegítők
- a jelenlegi kutatások (2007) azt sugallják, hogy a költségek 400 és 5500 dollár között mozoghatnak (a telepítés költségeit-ha alkalmazható – nem számítva). Az árképzés a tartály méretétől, a napsugárzástól és a földrajzi elhelyezkedéstől függően változhat
- számos ország, állam és közüzemi szolgáltatás ösztönzést nyújt a megújuló energia részvételére
Pros & cons
Pros
- nem szennyező
- energiamegtakarítás-nincs szükség villamos energiára a passzív termoszifonozáshoz
- költséghatékony
- helymegtakarítás – (azaz. beltérben)
- esztétika – (vízszintes tartály elhelyezése)
hátrányok
- a vízvezeték és a csövek további költségeket jelentenek a rendszerben
- esztétika – vizuálisan kellemetlennek tekinthető
- erős tartószerkezet szükséges (azaz tető)
- nem alkalmas rendkívül hideg éghajlatra
- hely – megfelelő napsugárzással rendelkező területen kell elhelyezni (azaz a kívánt terület déli oldalán)
aktív
más néven: szivattyúrendszerek vagy osztott rendszerek
az aktív napelemes fűtési rendszerek a termoszifonozó hatás alapján működnek, azonban az aktív rendszerek a napenergiától eltérő energiaforrást használnak a folyamat vezetéséhez. Ez a rendszer csak a napkollektort telepíti a tetőre, míg a tárolótartály a földre vagy bárhol máshol van felszerelve. Ezek az aktív vízmelegítő egységek valamilyen külső energiát igényelnek a víz szivattyúzásához az egész rendszerben. További energia felhasználásával ezek az aktív rendszerek kevésbé költséghatékonyak, mint a passzív rendszerek.
anyagok
- napenergia
- napkollektor
- elektromos energia
- elektromos szivattyú
- további csövek
- szigetelés
- víz
- tárolótartály
költség
- a jelenlegi kutatások azt sugallják (2007), hogy az aktív termoszifon vízmelegítők 1200 és 10 500 dollár között mozoghatnak. Az árak a tartály méretétől, a belső csővezetékektől, a napsugárzástól és a földrajzi elhelyezkedéstől függően változhatnak
- sok ország, állam és közüzemi szolgáltatás ösztönzi a megújuló energia részvételét
előnyök & hátrányok
Pro
- pénzmegtakarítás
- költséghatékony
- esztétika – a tárolótartály nincs a tetőn
- üvegházhatású gázok csökkentése – ha megfelelően szigetelt, akkor a passzív rendszerek szennyezésének lehetősége is fennáll.
Con ‘ s
- több energiát használ, mint egy passzív rendszer
- több karbantartást igényel, mint egy passzív rendszer
- hőveszteség – a napkollektorból a tárolótartályba történő átvitel során
- szennyez néhányat – az elektromos használatból
- hely – az elektromos használatból
- olyan helyen kell elhelyezni, ahol megfelelő napsugárzás van (pl. a kívánt terület déli oldala)
passzív légcsere
a passzív napenergiás fűtési rendszer módszerére példa a termoszifon hőcsere. A természetes konvekció elvén alapul, amelyben a levegőt vagy a vizet függőleges zárt hurkú áramkörben keringtetik szivattyú használata nélkül. A beltéri hűvös levegő egy szellőzőnyíláson halad át, és a napkollektor alján lévő nyílásba irányul. A napkollektorban lévő levegőt ezután a nap napsugárzás útján melegíti. A hideg levegő sűrű és süllyedni fog, míg a meleg levegő kevésbé sűrű és emelkedik. Ahogy a levegő felmelegszik a napkollektorban, kevésbé sűrűvé válik, mint a hűvösebb levegő, és emelkedik. A meleg levegő a napkollektor felső nyílásában lévő szellőzőnyílásból emelkedik ki, a kívánt területre (azaz beltérbe) mozog, és hűvösebb levegő váltja fel. Ez a légcsere-folyamat addig folytatódik, amíg a beltéri levegő hőmérséklete el nem éri az egyensúlyt a kültéri hőmérséklettel.
anyagok
ne feledje: minél nagyobb a napkollektor, annál jobb.
napkollektor
keret
- 6 függőleges 2×6 hüvelykes táblák-oldallapok
- 2×6, és a 2×8 táblák-felső párkány
- lag csavarok-ajánlott, de nem szükséges a rögzítéshez
máz
- hullámosított polikarbonát panelek
- 10 panelek-26 széles 8 láb magas
- pár panelek átfedésben több mint 1-by-1-in függőleges fa szalag-teszi 4 láb széles panelek minden öbölben
- ultraibolya – ellenálló bevonat – alkalmazza a nap felé néző oldalon, hogy meghosszabbítja a hosszú élettartam
solar abszorpciós lemez
- 2 rétegek fekete fém ablak képernyő – csatolt az egész felső és alsó öblök
szellőzőnyílások
- lyukak vágott át az épület iparvágány
Megjegyzés: – műanyag szárnyak megakadályozza vissza a levegő áramlását a felső szellőzőnyílások éjjel
költség
- aktuális a kutatás (2007) azt sugallja, hogy a passzív hőcserélők 55,00 és 400 dollár között mozoghatnak. Az árképzés a kollektor (ok) méretétől, a fűtendő terület szigetelésétől, a napsugárzástól és a földrajzi elhelyezkedéstől függően változhat.
- számos ország, állam és közüzemi szolgáltatás ösztönzést nyújt a megújuló energia részvételére
előnyök & hátrányok
Pro
- olcsó
- energiatakarékos
- szennyezés csökkentése
- használható az elektronika hűtésére
con
- fokozott karbantartás – (azaz. alacsony napsugárzás idején)
- a földrajzi elhelyezkedés megváltoztathatja a hatékonyságot
- a hátsó huzatcsillapítók kézi lezárását igényli éjszaka
- déli fekvésű részletek előnyben részesítve
- Nemzeti megújuló energia laboratórium (NREL) dinamikus térképek, térinformatikai adatok és elemző eszközök-Solar Maps (2007) elérhető: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. “Thermosyphons-jobb megközelítés CPU hűtés?”Overclockerek. 5 augusztus 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. “Építs egy egyszerű napenergiát” Föld Anya hírek. Január 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- “2. rész: a megújuló energia alkalmazások bemutatása.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. ” hő felszabadulás gőzkondenzáció során egy termoszifonban.”Mérnöki fizikai folyóirat 43(3), 970-974, 1982.
- kompakt termoszifon kialakítása és teljesítménye. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff Gépészmérnöki Iskola. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf