Thermosiphoning, også kjent som thermosyphoning, anses å være en passende teknologi. Denne prosessen benytter naturlige, fornybare ressurser og de grunnleggende lovene i termodynamikk for å skape bevegelse av en oppvarmet tilførsel av luft eller vann. Energikilden for denne prosessen er solstråling( eller annen varmekilde): solens energi fanges i en solinnsamlingsenhet og overføres til enten luft eller vann via ledning. Hele prosessen kan forklares av termosifoneringseffekten: når luft eller vann oppvarmes, får den kinetisk energi fra varmekilden og blir begeistret. Som et resultat blir vannet mindre tett, ekspanderer og stiger dermed. I kontrast, når vann eller luft avkjøles, blir energi ekstrahert fra molekylene og vannet blir mindre aktivt, tettere og har en tendens til å «synke.»Thermosiphoning utnytter de naturlige tetthetsforskjellene mellom kalde og varme væsker, og styrer dem i et system som produserer naturlig væskebevegelse. Flere systemer basert på denne teknologien er for tiden tilgjengelig,og kan leses om i større detalj i følgende tekst.
prinsippet med thermosyphon-systemet er at kaldt vann har en høyere spesifikk tyngdekraft (tetthet) enn varmt vann, og så blir tyngre vil synke ned. Derfor er oppsamleren alltid montert under vannlagertanken, slik at kaldt vann fra tanken når oppsamleren via et synkende vannrør. Hvis oppsamleren oppvarmer vannet, stiger vannet igjen og når tanken gjennom et stigende vannrør i øvre ende av oppsamleren. Tankens syklus – > vannrør- > samler sikrer at vannet blir oppvarmet til det oppnår en likevektstemperatur. Forbrukeren kan da gjøre bruk av varmt vann fra toppen av tanken, med noe vann som brukes er erstattet av kaldt vann på bunnen. Samleren oppvarmer deretter kaldt vann igjen. På grunn av høyere temperaturforskjeller ved høyere solstrålinger, stiger varmt vann raskere enn det gjør ved lavere bestrålinger. Derfor tilpasser sirkulasjonen av vann seg nesten perfekt til nivået av solstråling. En thermosyphon systemets lagertank må plasseres godt over oppsamleren, ellers syklusen kan kjøre bakover i løpet av natten og alt vannet vil kjøle seg ned. Videre fungerer syklusen ikke riktig ved svært små høydeforskjeller. I områder med høy solstråling og flattakarkitektur, er lagertanker vanligvis installert på taket.
Thermosyphon systemer opererer svært økonomisk som husholdningsvann varmesystemer, og prinsippet er enkelt, trenger verken en pumpe eller en kontroll. Imidlertid er termosyphonsystemer vanligvis ikke egnet for store systemer, det vil si de med mer enn 10 m2 kollektoroverflate. Videre er det vanskelig å plassere tanken over oppsamleren i bygninger med skrånende tak, og enkeltkrets termosyphonsystemer er bare egnet for frostfrie områder.
Underliggende fysikk
Termodynamikk er studiet av energi.
- Termodynamikkens første lov-Sier at energi kan endres fra en form til en annen, men kan ikke skapes eller ødelegges. – Energi er alltid bevart.
denne loven kan anvendes på bevegelse av vann i thermosiphoning system: Energi Fra solen er rettet og overført (via ledning og konveksjon) til enten vann, luft, eller et annet medium av valget. Denne naturlige oppvarmingsprosessen eliminerer behovet for eksterne energikilder som fossilt brensel eller elektrisitet.
- Termodynamikkens Andre lov-Sier at i alle energiutvekslinger, hvis ingen energi kommer inn eller forlater systemet, vil statens potensielle energi alltid være mindre enn den opprinnelige tilstanden. – Netto retur av et system er alltid mindre enn det som først ble satt inn.
Energi er alltid bevart, men energi (eller varme i dette tilfellet) kan ofte gå tapt i et gitt system (termosifonering) som varme. Å legge til isolasjon med passende r-verdier til systemet og dets rørleggerarbeid kan i stor grad redusere varmetapet, og dermed øke effektiviteten.
- Plancks Lov-bølgelengden til stråling som sendes ut fra en overflate er proporsjonal med overflatens temperatur
Energi overført som følge av temperaturforskjeller mellom to objekter-Mørke gjenstander absorberer varme, mens lyse gjenstander reflekterer
Mørkfargede oppsamlingsplater i solfangeren vil bidra til å øke solabsorpsjonen, og dermed øke mengden varme som er tilgjengelig for å varme vann eller luft i termosifonering. I kontrast, reflekterende eller lett farget rør og lagertanker bør benyttes som de lyse fargene vil bidra til å redusere varmestråling ut av systemet.
vannoppvarming
Passiv
den passive termosifonering av vann er prosessen med oppvarming og flytting av vann i et system uten behov eller bruk av elektrisitet. Denne prosessen fungerer ved å utnytte natual fenomener som solenergi, tyngdekraften, og en tilgjengelig vannkilde. En solfanger, rør og en vanntank er materialer som kreves for oppvarmingsprosessen. Strømmen av vann fordeles inn i, innenfor og ut av solfangeren. Kaldt vann kommer inn i bunnen av solfangeren hvor det deretter oppvarmes via konveksjon ved solstråling. Når vannet blir oppvarmet, blir det mindre tett enn kjøligere vann, ekspanderer og stiger deretter (strømmer) gjennom rørene. Det oppvarmede vannet kommer naturlig ut av solfangeren. Det kjøligere og mer tette vannet synker og forblir i solfangeren til det blir oppvarmet. Når det kjølige vannet blir oppvarmet, ekspanderer det, stiger, skyves ut av toppen av solfangeren, slik at kaldt vann kan strømme inn i solfangeren. Denne prosessen fortsetter naturlig til temperaturen på vannet når en likevekt med solstrålingsinngang.
to typer thermosiphon vannutvekslingssystemer er for tiden tilgjengelige: det nærkoblede systemet og tyngdekraftsystemet.
Nærkoblet system
Nærkoblede systemer fungerer på de samme prinsippene for passiv termosifoni som nevnt ovenfor. Lagringstanken til disse systemene må plasseres over solfangeren for å utnytte vannsirkulasjonen drevet av den passive termosifoneringsprosessen.
Materialer
- Solenergi
- Solfanger
- Rør
- Isolasjon
- Vann
- Lagertank
- Sterkt tak eller annet støttesystem
kostnad
- Nåværende Forskning (2007) Antyder At Passive Thermosiphon Vannvarmere Kan Variere Fra $500 Til $6500. Prisene kan variere på grunn av tankstørrelse, soleksponering og geografisk plassering
- Mange land, stater og forsyningstjenester gir insentiver for deltakelse i fornybar energi
Pros & ulemper
Pros
- Ikke-forurensende
- Energibesparelser – ingen strøm er nødvendig for passiv termosifonering
- kostnadseffektiv
- Plassbesparende – (ie. innendørs)
Con ‘ s
- Tankeksponering for ekstern miljøtilstand kan redusere effektiviteten, avhengig av geografisk plassering
- Estetikk – kan betraktes som visuelt ubehagelig
- Sterk støttestruktur som trengs (dvs. tak)
- Ikke egnet for ekstremt kaldt klima
- Plassering – må plasseres i et område med egnet soleksponering (dvs . sørsiden av ønsket område)
Gravity-feed system
Gravity-feed systemer benytter de samme prinsippene for passiv termosifonering som det tettkoblede systemet, men plasseringen av tanken er forskjellig. Tanker installeres horisontalt inn i et tak, som ofte ligger rett over solfangeren. Når det er nødvendig, tar det oppvarmede vannet i lagertanken veien med minst motstand og beveger seg via tyngdekraften ned til ønsket sted. Gravity-feed systemer krever mer rør / avløp for å distribuere oppvarmet vann,og denne faktoren bør tas i betraktning når du installerer eller kjøper et termosifoneringssystem.
Materialer
- Solenergi
- Solfanger
- Rør
- Isolasjon
- Vann
- Lagertank
- Sterkt tak eller annet støttesystem
Kostnad
- Gravity-Feed Systemer Er Vanligvis De Minst Kostbare Passive Thermosiphoning Vannvarmere
- Nåværende Forskning (2007) Antyder At Kostnadene Kan Variere Fra $400 Til $5500 (Ikke Inkludert Kostnadene-Hvis Aktuelt – For Installasjon). Prisene kan variere på grunn av tankstørrelse, soleksponering og geografisk plassering
- Mange land, stater og forsyningstjenester gir incentiver for deltakelse i fornybar energi
Pros & ulemper
Pros
- Ikke-forurensende
- Energibesparelser – ingen strøm er nødvendig for passiv termosifonering
- kostnadseffektiv
- plassbesparelser – (ie. innendørs)
- Estetikk – (Horisontal tank plassering)
Ulemper
- Vvs og rør legger til ekstra kostnader til systemet
- Estetikk – kan betraktes som visuelt ubehagelig
- Sterk støttestruktur som trengs (dvs. tak)
- Ikke egnet for ekstremt kaldt klima
- Plassering – må plasseres i et område med egnet soleksponering (dvs. sørsiden av ønsket område)
Aktiv
Også kjent som: pumpesystemer eller split-systemer
Aktive solvarmesystemer fungerer på samme grunnlag av termosifoneringseffekten, men aktive systemer bruker en annen energikilde enn solenergi for å bidra til å drive prosessen. Dette systemet installerer bare solfangeren på taket, mens lagertanken er installert på bakken eller andre steder under. Disse aktive vann oppvarming enheter krever noen ekstern form for energi å pumpe vannet i hele systemet. Ved å utnytte ekstra energi er disse aktive systemene mindre kostnadseffektive enn passive systemer.
Materialer
- Solenergi
- Solfanger
- Elektrisk energi
- Elektrisk pumpe
- ekstra rør
- Isolasjon
- Vann
- lagertank
Kostnad
- Nåværende Forskning Tyder (2007) At Aktive Thermosiphon Vannvarmere Kan Variere fra $1200 til $10.500. Prisene kan variere på grunn av tankstørrelse, interne rørkrav, soleksponering og geografisk plassering
- Mange land, stater og forsyningstjenester gir incentiver for deltakelse i fornybar energi
Pros & ulemper
Pros
- Pengebesparelser
- Kostnadseffektiv
- estetikk – lagertank ikke plassert på taket
- reduksjon av drivhusgasser – hvis den er riktig isolert, har den potensial til å forurense så lite som passive systemer.
Con ‘ s
- Bruker mer energi enn et passivt system
- Krever mer vedlikehold enn et passivt system
- varmetap – under overføringen fra solfangeren til lagertanken under
- Forurenser noen – fra elektrisk bruk
- Plassering – må plasseres i et område med egnet soleksponering (dvs. sørsiden av ønsket område)
Passiv luftutveksling
et eksempel på en passiv solvarme varmesystem metode Er Thermosiphon Varmeveksling. Den er basert på prinsippet om naturlig konveksjon, hvor luft eller vann sirkuleres i en vertikal lukket sløyfe uten å bruke en pumpe. Kjølig luft innendørs reiser gjennom en ventil og er rettet inn i en åpning i bunnen av en solfanger. Luften inne i solfangeren blir deretter oppvarmet av solen via solstråling. Kald luft er tett og vil synke, mens varm luft er mindre tett og vil stige. Når luften varmes opp i solfangeren, blir den mindre tett enn den kjøligere luften og stiger. Den varme luften stiger ut av en ventil i solfangerens toppåpning, beveger seg inn i ønsket område (dvs. innendørs), og erstattes av kjøligere luft. Denne luftutvekslingsprosessen vil fortsette til innetemperaturen når en likevekt med temperaturen utendørs.
Materialer
Husk: jo større solfangeren er, desto bedre.
Solfanger
Ramme
- 6 vertikale 2-by-6-tommers boards-skjenker
- 2-by-6, og en 2-by-8 boards – top terskel
- lag skruer – anbefales, men ikke nødvendig for attachmant
Glasur
- korrugerte polykarbonatpaneler
- 10 paneler – 26 i bred av 8 ft høy
- par paneler overlappet over 1-by-1-i vertikal tre stripe – gjør 4 fot brede paneler for hver bukt
- ultrafiolett-resistent belegg-gjelder for solvendt side for å forlenge levetiden
solar absorpsjon plate
- 2 lag svart metall vindu skjerm – festet over toppen og bunnen av bukter
Ventiler
- hull skjære gjennom bygningens ytterkledning
Merk: – plast flaps vil hindre tilbake flyt av luft gjennom øvre ventiler om natten
Kostnad
- Aktuell forskning (2007) antyder at passive varmevekslere kan variere fra $55,00 til $400. Priser kan variere på grunn av størrelsen på solfangeren / s, isolasjon av området som skal varmes opp, soleksponering og geografisk plassering.
- Mange land, stater og nytte tjenester gir insentiver for fornybar energi deltakelse
Pros & ulemper
Pro ‘s
- Lavpris
- Energisparing
- Forurensningsreduksjon
- kan brukes til å kjøle elektronikk
con’ s
- Økt vedlikehold – (dvs. lav solstråling)
- Geografisk plassering kan endre effektiviteten
- Krever manuell lukking av trekkspjeldspjeld om natten
- Sørvendte avdrag foretrekkes
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) Dynamiske Kart, GIS-Data Og Analyseverktøy-Solar Maps (2007) Tilgjengelig: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. «Thermosyphons-Bedre Tilnærming TIL CPU Kjøling ?»Overklokkere. 5. August 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. «Bygg En Enkel Solvarmer» Moder Jord Nyheter. Januar 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- «Del 2: En Gjennomgang Av Fornybar Energi Applikasjoner.»http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. » Varmefrigjøring under dampkondensasjon i en termosifon .»Journal Of Engineering Physics 43 (3), s. 970-974, 1982.
- Design Og Ytelse Av En Kompakt Termosyphon. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff Skole For Maskinteknikk. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf