Thermosiphoning, ook bekend als thermosyphoning, wordt beschouwd als een geschikte technologie. Dit proces maakt gebruik van natuurlijke, hernieuwbare hulpbronnen en de fundamentele wetten van de thermodynamica om de beweging van een verwarmde toevoer van lucht of water te creëren. De energiebron voor dit proces is zonnestraling(of een andere warmtebron): de energie van de zon wordt opgevangen in een zonne-opvangapparaat en wordt via geleiding overgebracht naar lucht of water. Het hele proces kan worden verklaard door het thermosifonerende effect: wanneer lucht of water wordt verwarmd, krijgt het kinetische energie uit de verwarmingsbron en wordt opgewonden. Hierdoor wordt het water minder dicht, zet uit en stijgt het. In tegenstelling, wanneer water of lucht wordt gekoeld, energie wordt gewonnen uit de moleculen en het water wordt minder actief, meer dicht, en de neiging om “zinken.”Thermosiphoning maakt gebruik van de natuurlijke dichtheidsverschillen tussen koude en warme vloeistoffen en regelt deze in een systeem dat natuurlijke vloeistofbewegingen produceert. Verschillende systemen die op deze technologie zijn gebaseerd, zijn momenteel beschikbaar, en kunnen in de volgende tekst in meer detail worden gelezen.
het principe van het thermosyfonsysteem is dat koud water een hogere soortelijk gewicht (dichtheid) heeft dan warm water, en dus zwaarder zal zinken. Daarom wordt de collector altijd onder de wateropslagtank gemonteerd, zodat koud water uit de tank via een aflopende waterleiding de collector bereikt. Als de collector het water opwarmt, stijgt het water weer op en bereikt het de tank via een oplopende waterleiding aan de bovenkant van de collector. De cyclus van de tank – > waterleiding – > collector zorgt ervoor dat het water wordt verwarmd tot het een evenwichtstemperatuur bereikt. De consument kan dan gebruik maken van het warme water van de bovenkant van de tank, waarbij het gebruikte water wordt vervangen door koud water aan de onderkant. De collector verwarmt dan weer het koude water. Door hogere temperatuurverschillen bij hogere zonnestraling stijgt warm water sneller dan bij lagere zonnestraling. Daarom past de circulatie van water zich vrijwel perfect aan het niveau van de zonnestraling aan. De opslagtank van een thermosyphon-systeem moet ruim boven de collector worden geplaatst, anders kan de cyclus ‘ s nachts achteruit lopen en zal al het water afkoelen. Bovendien werkt de cyclus niet goed bij zeer kleine hoogteverschillen. In regio ‘ s met een hoge zonnestraling en plat dakarchitectuur worden opslagtanks meestal op het dak geïnstalleerd.
Thermosyfonsystemen werken zeer economisch als verwarmingssystemen voor huishoudelijk water, en het principe is eenvoudig: er is geen pomp of bediening nodig. Echter, thermosyphon systemen zijn meestal niet geschikt voor grote systemen, dat wil zeggen, die met meer dan 10 m2 collector oppervlak. Bovendien is het moeilijk om de tank boven de collector te plaatsen in gebouwen met hellende daken, en thermosyfon systemen met één circuit zijn alleen geschikt voor vorstvrije gebieden.
onderliggende fysica
thermodynamica is de studie van energie.
- eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie kan worden veranderd van de ene vorm naar de andere, maar niet kan worden gecreëerd of vernietigd. – Energie wordt altijd behouden.
deze wet kan worden toegepast op de beweging van water in thermosiphoning: energie van de zon wordt gericht en overgebracht (via geleiding en convectie) naar water, lucht of een ander medium naar keuze. Dit natuurlijke proces van verwarming elimineert de behoefte aan externe energiebronnen zoals fossiele brandstoffen of elektriciteit.
- tweede wet van de thermodynamica-stelt dat in alle energie-uitwisselingen, als er geen energie het systeem binnenkomt of verlaat, de potentiële energie van de toestand altijd lager zal zijn dan die van de begintoestand. – Het netto rendement van een systeem is altijd lager dan het systeem dat aanvankelijk werd ingevoerd.
energie wordt altijd geconserveerd, maar energie (of warmte in dit geval) kan vaak verloren gaan in een bepaald systeem (thermosifoning) als warmte. Het toevoegen van isolatie met de juiste R-waarden aan het systeem en het sanitair kan sterk verminderen warmteverlies, en dus de efficiëntie te verhogen.
- Planck ‘ s Wet – de golflengte van de straling van een oppervlak dat evenredig is aan de temperatuur van het oppervlak
Energie overgedragen als gevolg van temperatuurverschillen tussen twee objecten Donkere objecten absorberen warmte, terwijl de lichte voorwerpen weerspiegelen
Donker gekleurde collectie platen binnen de zonne-collector zal helpen bij het verhogen van zonne-energie absorptie, waardoor het verhogen van de hoeveelheid warmte die beschikbaar is voor het verwarmen van water of lucht in thermosiphoning. In tegenstelling, reflecterende of licht gekleurde leidingen en opslagtanks moeten worden gebruikt als de lichte kleuren zal helpen om warmtestraling uit het systeem te verminderen.
waterverwarming
passief
het passieve thermosifoneren van water is het proces van verwarming en het verplaatsen van water binnen een systeem zonder de noodzaak of het gebruik van elektriciteit. Dit proces functioneert door gebruik te maken van natuurlijke verschijnselen zoals zonne-energie, zwaartekracht en een beschikbare waterbron. Een zonnecollector, leidingen en een watertank zijn materialen die nodig zijn voor het verwarmingsproces. De stroom van water wordt verdeeld in, binnen, en uit de zonnecollector. Koel water komt in de bodem van de zonnecollector waar het vervolgens wordt verwarmd via convectie door zonnestraling. Wanneer water wordt verwarmd wordt het minder dicht dan koeler water, zet uit, en dan stijgt (stroomt) door de leidingen. Het verwarmde water verlaat op natuurlijke wijze de top van de zonnecollector. Het koelere en dichte water zinkt en blijft in de zonnecollector totdat het wordt verwarmd. Als het koele water wordt verwarmd, zet het uit, stijgt, wordt geduwd uit de top van de zonnecollector, waardoor koel water te stromen in de zonnecollector. Dit proces gaat op natuurlijke wijze door totdat de temperatuur van het water een evenwicht bereikt met de input van zonnestraling.
er zijn momenteel twee soorten thermosifonwaterwisselsystemen beschikbaar: Het close-coupled-systeem en het zwaartekrachttoevoersysteem.
Nauwgekoppeld systeem
Close-coupled systemen werken volgens dezelfde principes van passieve thermosiphoning zoals hierboven vermeld. De opslagtank van deze systemen moet boven de zonnecollector worden geplaatst om gebruik te maken van de watercirculatie die wordt aangedreven door het passieve thermosiphoningproces.
materialen
- zonne-energie
- zonnecollector
- leidingen
- isolatie
- Water
- opslagtank
- sterk dak of ander ondersteuningssysteem
kosten
- lopend onderzoek (2007) suggereert dat passieve thermosiphon boilers kan variëren van $500 tot $6.500. Prijzen kunnen variëren als gevolg van tankgrootte, blootstelling aan zon en geografische locatie
- veel landen, staten en nutsdiensten stimuleren deelname aan hernieuwbare energie
Pro ’s & cons
Pro’ s
- niet-vervuilend
- energiebesparing – geen elektriciteit nodig voor passieve thermosiphoning
- kosteneffectief
- ruimtebesparing – (ie. binnenshuis)
Con ‘ s
- blootstelling van tanks aan externe omgevingsomstandigheden kan de efficiëntie verminderen, afhankelijk van de geografische locatie
- esthetiek-kan worden beschouwd als visueel onaangenaam
- sterke draagconstructie nodig (d.w.z. dak)
- niet geschikt voor extreem koude klimaten
- locatie – moet worden geplaatst in een gebied met geschikte blootstelling aan de zon (d.w.z. zuidzijde van het gewenste gebied)
zwaartekracht-voedingssysteem
zwaartekracht-voedingssystemen gebruiken dezelfde principes van passieve thermosiphoning als het close-coupled systeem, maar de plaatsing van de tank verschilt. Tanks worden horizontaal geïnstalleerd in een dak, dat zich vaak direct boven de zonnecollector bevindt. Eenmaal nodig neemt het verwarmde water in de opslagtank de weg van de minste weerstand en beweegt het via de zwaartekracht naar beneden naar de gewenste locatie. Zwaartekracht-feed systemen vereisen meer leidingen / sanitair om het verwarmde water te verdelen, en deze factor moet in aanmerking worden genomen bij het installeren of de aankoop van een thermosifoningsysteem.
Materialen
- Zonne-Energie
- Zonne-Collector
- Leidingen
- Isolatie
- Water
- opslagtank
- Sterk dak of andere support-systeem
Kosten
- bovenbeker systemen zijn meestal de minst dure passieve thermosiphoning boilers
- Huidige onderzoek (2007) dat suggereert dat de kosten kunnen variëren van $400 tot $5.500 (Niet met inbegrip van de kosten-indien van toepassing – van de installatie). Prijzen kunnen variëren als gevolg van tankgrootte, blootstelling aan zon en geografische locatie
- veel landen, staten en nutsdiensten stimuleren deelname aan hernieuwbare energie
Pros & cons
Pros
- niet-vervuilend
- energiebesparing – geen elektriciteit nodig voor passieve thermosiphoning
- kosteneffectief
- ruimtebesparing – (ie. binnen)
- esthetiek – (horizontale tankplaatsing))
Cons
- loodgieterswerk en pijpleidingen voegen extra kosten toe aan het systeem
- esthetiek – kan worden beschouwd als visueel onaangenaam
- sterke draagconstructie nodig (d.w.z. dak)
- niet geschikt voor extreem koude klimaten
- locatie – moet worden geplaatst in een gebied met geschikte blootstelling aan de zon (d.w.z. zuidzijde van het gewenste gebied))
actief
ook bekend als: pompsystemen of splitsystemen
actieve zonne-verwarmingssystemen functioneren op dezelfde basis van het thermosifonerende effect, maar actieve systemen gebruiken een andere energiebron dan zonne-energie om het proces te stimuleren. Dit systeem installeert alleen de zonnecollector op het dak, terwijl de opslagtank op de grond of ergens anders Onder wordt geïnstalleerd. Deze actieve waterverwarmingseenheden vereisen enige externe vorm van energie om het water door het hele systeem te pompen. Door extra energie te gebruiken, zijn deze actieve systemen minder kostenefficiënt dan passieve systemen.
Materialen
- Zonne-Energie
- Zonne-Collector
- Elektrische energie
- Elektrische pomp
- Extra leidingen
- Isolatie
- Water
- opslagtank
Kosten
- Huidige onderzoek suggereert (2007) die actieve thermosiphon boilers kan variëren van $1.200 tot $10,500. Prijzen kunnen variëren als gevolg van tankgrootte, interne leidingen, blootstelling aan zon en geografische locatie
- veel landen, staten en nutsdiensten stimuleren deelname aan hernieuwbare energie
Pros & cons
Pros
- geldbesparingen
- kosteneffectief
- esthetiek – opslagtank niet op het dak geplaatst
- vermindering van de uitstoot van broeikasgassen – als het goed geïsoleerd is, kan het net zo min vervuilend zijn als passieve systemen.
Con ‘ s
- gebruikt meer energie dan een passief systeem
- vereist meer onderhoud dan een passief systeem
- warmteverlies – tijdens de overdracht van de zonnecollector naar de opslagtank onder
- vervuilt een deel – door het elektrisch gebruik
- locatie – moet worden geplaatst in een gebied met geschikte blootstelling aan zon (dat wil zeggen: zuidzijde van het gewenste gebied)
passieve luchtuitwisseling
een voorbeeld van een passieve zonne-thermische verwarmingssysteem methode is Thermosiphon warmte-uitwisseling. Het is gebaseerd op het principe van natuurlijke convectie, waarbij lucht of water circuleert in een verticaal gesloten circuit zonder gebruik te maken van een pomp. Koele lucht binnenshuis reist door een ventilatieopening en wordt gericht in een opening in de bodem van een zonnecollector. De lucht in de zonnecollector wordt vervolgens door de zon via zonnestraling verwarmd. Koele lucht is dicht en zal zinken, terwijl warme lucht is minder dicht en zal stijgen. Als de lucht opwarmt in de zonnecollector, wordt het minder dicht dan de koelere lucht en stijgt. De warme lucht stijgt uit een opening in de bovenste opening van de zonnecollector, beweegt zich in het gewenste gebied (d.w.z. binnenshuis), en wordt vervangen door koelere lucht. Dit luchtuitwisselingsproces gaat door totdat de binnentemperatuur in evenwicht is met de buitentemperatuur.
materialen
houd in gedachten: hoe groter de zonnecollector, hoe beter.
Zonne-collector
Frame
- 6 verticaal 2-bij-6-inch-planken-dressoirs
- 2-6 en een 2-door-8 borden – top vensterbank
- lag schroeven aanbevolen, maar niet noodzakelijk voor attachmant
Glazuur
- golfplaten in polycarbonaat panelen
- 10 panelen 26 breed en 8 meter hoog
- Paren van de panelen overlappen elkaar meer dan 1-voor-1-in verticale houten strip – maakt de 4-meter-brede panelen voor elke baai
- uv-bestendige coating – van toepassing op de zon gerichte zijde te verlengen de levensduur
Zonne-absorptie plaat
- 2 lagen zwart metalen vensterscherm-bevestigd over de boven – en onderkant van traveeën
ventilatieopeningen
- gaten die door de gevelbekleding van het gebouw zijn gesneden
opmerking: – plastic flappen voorkomen dat ‘ s nachts lucht door de bovenste ventilatieopeningen stroomt
kosten
- lopend onderzoek (2007) suggereert dat passieve warmtewisselaars kunnen variëren van $55,00 tot $400. Prijzen kunnen variëren als gevolg van de grootte van de collector/s, isolatie van het te verwarmen gebied, blootstelling aan de zon, en geografische locatie.
- vele landen, staten en nutsbedrijven stimuleren deelname aan hernieuwbare energie
Pro ’s & con’ s
Pro ‘s
- lage kosten
- energiebesparing
- vermindering van verontreiniging
- kan worden gebruikt om elektronica te koelen
Con’ s
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) Dynamic Maps, GIS Data, and Analysis Tools-Solar Maps (2007) Available: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. “Thermosyphons-betere aanpak van CPU koeling?”Overklokkers. 5 augustus 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. “Bouw een eenvoudige zonneboiler” Moeder Aarde nieuws. Januari 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- “deel 2: een rondleiding door toepassingen van hernieuwbare energie.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. ” Heat liberation during damp condensation in a thermosiphon.”Journal of Engineering Physics 43 (3), pp.970-974, 1982.
- ontwerp en prestaties van een compacte Thermosyfon. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff School of Mechanical Engineering. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf