Thermosiphoning, noto anche come thermosyphoning, è considerato una tecnologia appropriata. Questo processo utilizza risorse naturali e rinnovabili e le leggi fondamentali della termodinamica per creare il movimento di una fornitura riscaldata di aria o acqua. La fonte di energia per questo processo è la radiazione solare( o qualsiasi altra fonte di calore): l’energia del sole viene catturata in un dispositivo di raccolta solare e viene trasferita all’aria o all’acqua tramite conduzione. L’intero processo può essere spiegato dall’effetto termosifonante: quando l’aria o l’acqua vengono riscaldate, acquisisce energia cinetica dalla fonte di riscaldamento e si eccita. Di conseguenza, l’acqua diventa meno densa, si espande e quindi aumenta. Al contrario, quando l’acqua o l’aria viene raffreddata, l’energia viene estratta dalle molecole e l’acqua diventa meno attiva, più densa e tende a “affondare.”Il termosifonaggio sfrutta le differenze naturali di densità tra fluidi caldi e freddi e li controlla in un sistema che produce movimenti naturali di fluidi. Diversi sistemi basati su questa tecnologia sono attualmente disponibili, e possono essere letti in modo più dettagliato all’interno del testo seguente.
Il principio del sistema thermosyphon è che l’acqua fredda ha un peso specifico più elevato (densità) rispetto all’acqua calda, e quindi essere più pesante affonderà. Pertanto, il collettore è sempre montato sotto il serbatoio dell’acqua, in modo che l’acqua fredda dal serbatoio raggiunga il collettore tramite un tubo dell’acqua discendente. Se il collettore riscalda l’acqua, l’acqua sale di nuovo e raggiunge il serbatoio attraverso un tubo dell’acqua ascendente all’estremità superiore del collettore. Il ciclo di serbatoio -> tubo dell’acqua -> collettore assicura l’acqua viene riscaldata fino a raggiungere una temperatura di equilibrio. Il consumatore può quindi utilizzare l’acqua calda dalla parte superiore del serbatoio, con qualsiasi acqua utilizzata viene sostituita da acqua fredda sul fondo. Il collettore quindi riscalda nuovamente l’acqua fredda. A causa di differenze di temperatura più elevate a irradianze solari più elevate, l’acqua calda sale più velocemente di quanto non faccia a irradianze inferiori. Pertanto, la circolazione dell’acqua si adatta quasi perfettamente al livello di irraggiamento solare. Il serbatoio di accumulo di un sistema thermosyphon deve essere posizionato ben al di sopra del collettore, altrimenti il ciclo può scorrere all’indietro durante la notte e tutta l’acqua si raffredderà. Inoltre, il ciclo non funziona correttamente a differenze di altezza molto piccole. Nelle regioni con alta irradiazione solare e architettura flatroof, i serbatoi di stoccaggio sono solitamente installati sul tetto.
I sistemi termosifoni funzionano in modo molto economico come sistemi di riscaldamento dell’acqua domestica, e il principio è semplice, non necessitano né di una pompa né di un controllo. Tuttavia, i sistemi termosifoni di solito non sono adatti per sistemi di grandi dimensioni, cioè quelli con più di 10 m2 di superficie del collettore. Inoltre, è difficile posizionare il serbatoio sopra il collettore in edifici con tetti spioventi e i sistemi termosifoni a circuito singolo sono adatti solo per regioni prive di gelo.
Fisica sottostante
La termodinamica è lo studio dell’energia.
- Prima legge della termodinamica – Afferma che l’energia può essere cambiata da una forma all’altra, ma non può essere creata o distrutta. – L’energia è sempre conservata.
Questa legge può essere applicata al movimento dell’acqua nel sistema di termosifonaggio: l’energia dal sole viene diretta e trasferita (tramite conduzione e convezione) all’acqua, all’aria o ad un altro mezzo di scelta. Questo processo naturale di riscaldamento elimina la necessità di fonti energetiche esterne come combustibili fossili o elettricità.
- Seconda legge della termodinamica – Afferma che in tutti gli scambi di energia, se nessuna energia entra o esce dal sistema, l’energia potenziale dello stato sarà sempre inferiore a quella dello stato iniziale. – Il rendimento netto di un sistema è sempre inferiore a quello di cui è stato inizialmente inserito.
L’energia è sempre conservata, tuttavia l’energia (o il calore in questo caso) può spesso essere persa in un dato sistema (termosifonaggio) come calore. L’aggiunta di isolamento con valori R appropriati al sistema e al suo impianto idraulico può ridurre notevolmente la perdita di calore e quindi aumentare l’efficienza.
- Planck Legge – la lunghezza d’onda della radiazione emessa da una superficie è proporzionale alla temperatura della superficie
Energia trasferita come risultato di differenze di temperatura tra due oggetti -oggetti Scuri assorbono il calore, mentre la luce oggetti riflettono
colore scuro piastre di raccolta all’interno del collettore solare sarà di aiuto nella crescente assorbimento solare, aumentando così la quantità di calore per scaldare l’acqua o l’aria in thermosiphoning. Al contrario, tubazioni e serbatoi di stoccaggio riflettenti o leggermente colorati dovrebbero essere utilizzati in quanto i colori chiari contribuiranno a ridurre la radiazione di calore dal sistema.
Riscaldamento dell’acqua
Passivo
Il termosifonaggio passivo dell’acqua è il processo di riscaldamento e spostamento dell’acqua all’interno di un sistema senza la necessità o l’uso di elettricità. Questo processo funziona utilizzando fenomeni naturali come l’energia solare, la gravità e una fonte d’acqua disponibile. Un collettore solare, tubazioni, e un serbatoio di acqua sono materiali necessari per il processo di riscaldamento. Il flusso di acqua è distribuito dentro, dentro e fuori del collettore solare. L’acqua fredda entra nel fondo del collettore solare in cui poi è riscaldata via convezione dalla radiazione solare. Quando l’acqua viene riscaldata diventa meno densa dell’acqua più fredda, si espande e quindi sale (scorre) attraverso le tubazioni. L’acqua riscaldata esce naturalmente dalla parte superiore del collettore solare. L’acqua più fredda e più densa affonda e rimane all’interno del collettore solare fino a quando non viene riscaldata. Come l’acqua fredda viene riscaldata, si espande, si alza, viene spinto fuori dalla parte superiore del collettore solare, permettendo all’acqua fredda di fluire nel collettore solare. Questo processo continua naturalmente fino a quando la temperatura dell’acqua raggiunge un equilibrio con l’ingresso della radiazione solare.
Sono attualmente disponibili due tipi di sistemi di scambio dell’acqua termosifone: il sistema ad accoppiamento chiuso e il sistema di alimentazione a gravità.
Sistema ad accoppiamento chiuso
I sistemi close-coupled funzionano sugli stessi principi di termosifonaggio passivo sopra menzionati. Il serbatoio di accumulo di questi sistemi deve essere posizionato sopra il collettore solare per utilizzare la circolazione dell’acqua guidata dal processo di termosifonaggio passivo.
Materiali
- l’Energia Solare
- Collettore Solare
- Tubazioni
- Isolamento
- Acqua
- Serbatoio
- Forte del tetto o altro sistema di supporto
Costo
- Attuale della ricerca (2007) suggerisce che passivo thermosiphon riscaldatori di acqua può variare da $500 a $6,500. Prezzo può variare in base alle dimensioni del serbatoio, esposizione solare, posizione geografica
- Molti paesi, stati, e servizi di utilità di fornire incentivi per l’energia rinnovabile partecipazione
Pro & contro
Pro
- Non inquinanti
- Risparmio Energetico – No energia elettrica necessaria per il passivo thermosiphoning
- Costo Efficace
- risparmio di Spazio – (ie. all’interno)
Con
- Serbatoio esposizione esterna e le condizioni ambientali possono ridurre l’efficienza, a seconda della posizione geografica
- Estetica – Può essere considerato visivamente sgradevole
- Forte struttura di supporto necessari (per es. tetto)
- Non adatto per climi estremamente freddi,
- Posizione – deve essere posizionato in una zona con adeguata esposizione solare (es. lato sud della zona desiderata)
Gravity-feed system
Gravity-feed sistemi utilizzano gli stessi principi di termosifonaggio passivo come fa il sistema close-coupled, tuttavia posizionamento del serbatoio differisce. I serbatoi sono installati orizzontalmente in un tetto, che si trova spesso direttamente sopra il collettore solare. Una volta necessario, l’acqua riscaldata all’interno del serbatoio di stoccaggio prende il percorso di minor resistenza e si muove per gravità verso il basso nella posizione desiderata. I sistemi di alimentazione a gravità richiedono più tubazioni / impianti idraulici per distribuire l’acqua riscaldata, e questo fattore dovrebbe essere preso in considerazione quando si installa o si acquista un sistema di termosifonaggio.
Materiali
- Energia solare
- Collettore Solare
- Tubazioni
- Isolamento
- Acqua
- Serbatoio
- Forte del tetto o altro sistema di supporto
Costo
- Gravity-sistemi di alimentazione sono in genere meno costosi passivo thermosiphoning riscaldatori di acqua
- Attuale della ricerca (2007) suggerisce che il costo può variare da $400 a $5,500 (Non è incluso il costo-se del caso – per l’installazione). Prezzo può variare in base alle dimensioni del serbatoio, esposizione solare, posizione geografica
- Molti paesi, stati, e servizi di utilità di fornire incentivi per l’energia rinnovabile partecipazione
Pro & contro
Pro
- Non inquinanti
- Risparmio Energetico – No energia elettrica necessaria per il passivo thermosiphoning
- Costo Efficace
- risparmio di Spazio – (ie. all’interno)
- Estetica – (serbatoio Orizzontale posizionamento)
Contro
- Idraulica e tubazioni di aggiungere ulteriori costi per il sistema
- Estetica – Può essere considerato visivamente sgradevole
- Forte struttura di supporto necessari (es. tetti)
- Non adatto per climi estremamente freddi,
- Posizione – deve essere posizionato in una zona con adeguata esposizione solare (cioè il lato sud della zona desiderata)
Attivo
noto Anche come: sistemi a pompa o sistemi split
I sistemi di riscaldamento solare attivi funzionano sulla stessa base dell’effetto termosifonante, tuttavia i sistemi attivi utilizzano una fonte di energia diversa dall’energia solare per aiutare a guidare il processo. Questo sistema installa solo il collettore solare sul tetto, mentre il serbatoio di accumulo è installato a terra o in qualsiasi altro punto sottostante. Queste unità attive di riscaldamento dell’acqua richiedono qualche forma esterna di energia per pompare l’acqua in tutto il sistema. Utilizzando energia aggiuntiva, questi sistemi attivi sono meno efficienti rispetto ai sistemi passivi.
Materiali
- l’Energia Solare
- Collettore Solare
- energia Elettrica
- pompa Elettrica
- tubazioni Aggiuntive
- Isolamento
- Acqua
- Serbatoio
Costo
- la ricerca Attuale suggerisce (2007) che attiva thermosiphon riscaldatori di acqua può variare da $1.200 a $10,500. Prezzo può variare in base alle dimensioni del serbatoio, tubazioni interne requisiti, esposizione solare, posizione geografica
- Molti paesi, stati, e servizi di utilità di fornire incentivi per l’energia rinnovabile partecipazione
Pro & contro
Pro
- Risparmio
- Costo Efficace
- Estetica – serbatoio di Stoccaggio non posto sul tetto
- riduzione dei gas Serra – Se adeguatamente coibentate, ha il potenziale di inquinanti come po ‘ come i sistemi passivi.
Con
- Utilizza più energia di un sistema passivo
- Richiede più manutenzione di un sistema passivo
- perdita di Calore – durante il trasferimento dal collettore solare al serbatoio di stoccaggio al di sotto
- Inquina alcuni – da il consumo elettrico
- Posizione – deve essere posizionato in una zona con adeguata esposizione solare (ie. lato sud della zona desiderata)
Scambio d’aria passivo
Un esempio di un sistema di riscaldamento solare termico passivo è lo scambio di calore termosifone. Si basa sul principio della convezione naturale, in cui l’aria o l’acqua vengono fatti circolare in un circuito ad anello chiuso verticale senza utilizzare una pompa. L’aria fresca all’interno viaggia attraverso uno sfiato ed è diretta in un’apertura nella parte inferiore di un collettore solare. L’aria contenuta all’interno del collettore solare viene quindi riscaldata dal sole tramite radiazione solare. L’aria fredda è densa e affonderà, mentre l’aria calda è meno densa e salirà. Quando l’aria si riscalda all’interno del collettore solare, diventa meno densa dell’aria più fredda e sale. L’aria calda esce da uno sfiato nell’apertura superiore del collettore solare, si sposta nell’area desiderata (cioè all’interno) e viene sostituita da aria più fredda. Questo processo di scambio d’aria continuerà fino a quando la temperatura dell’aria interna raggiunge un equilibrio con la temperatura esterna.
Materiali
Tieni presente: più grande è il collettore solare, meglio è.
collettore Solare
Telaio
- 6 verticale 2-by-6-pollici tavole -tavole
- 2-by-6, e un 2-by-8 tavole – davanzale alto
- viti di ritardo – raccomandato, ma non è necessario per attachmant
Smalto
- ondulato pannelli in policarbonato
- 10 pannelli – 26 di larghezza e 8 metri di altezza
- Coppie di pannelli sovrapposti più di 1-by-1-in legno verticale striscia – rende 4-piede-pannelli larghi per ogni campata
- ultravioletti-resistente rivestimento applica alle sole fianco per estendere la longevità
assorbimento Solare piastra
- 2 strati di metallo nero, schermo di finestra – allegato tutta la parte superiore e inferiore della baie
Prese
- fori di taglio attraverso la costruzione del raccordo
Nota: – in plastica lembi impedirà il ritorno di flusso d’aria attraverso superiore aperture notte
Costo
- Attuale della ricerca (2007) suggerisce che passivo scambiatori di calore può variare da $55.00 $400. I prezzi possono variare a causa delle dimensioni del collettore/i, dell’isolamento dell’area da riscaldare, dell’esposizione solare e della posizione geografica.
- Molti paesi, stati, e servizi di utilità di fornire incentivi per l’energia rinnovabile partecipazione
Pro & contro
Pro
- Basso costo
- risparmio Energetico
- riduzione dell’Inquinamento
- Può essere utilizzata per raffreddare l’elettronica
Con
- Maggiore manutenzione – (ie. copertura durante i periodi di bassa radiazione solare)
- posizione Geografica può alterare efficacia
- Richiede la chiusura manuale di schiena progetto di ammortizzatori notte
- a Sud di fronte a rate preferito
- il National Renewable Energy Laboratory (NREL), Dinamica di Mappe, Dati GIS e Strumenti di Analisi – Solare Mappe (2007) Disponibile: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. “Thermosyphons-Migliore approccio al raffreddamento della CPU?” Overclocker. 5 Agosto 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. “Costruisci un semplice riscaldatore solare” Mother Earth News. Gennaio 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- “Parte 2: Un tour delle applicazioni di energia rinnovabile.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, NI, Belyakova, I. G. ” Liberazione del calore durante la condensazione del vapore in un termosifone.”Journal of Engineering Physics 43 (3), pp. 970-974, 1982.
- Progettazione e prestazioni di un termosifone compatto. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff Scuola di ingegneria meccanica. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf