Termosyfonowanie, znane również jako termosyfonowanie, jest uważane za odpowiednią technologię. Proces ten wykorzystuje naturalne, odnawialne zasoby i podstawowe prawa termodynamiki do tworzenia ruchu ogrzanego dopływu powietrza lub wody. Źródłem energii dla tego procesu jest promieniowanie słoneczne( lub jakiekolwiek inne źródło ciepła): energia słońca jest wychwytywana w urządzeniu do zbierania energii słonecznej i przekazywana do powietrza lub wody poprzez przewodzenie. Cały proces można wyjaśnić efektem termosyfonowania: gdy powietrze lub woda są podgrzewane, zyskują energię kinetyczną ze źródła ciepła i stają się wzbudzone. W rezultacie woda staje się mniej gęsta, rozszerza się, a tym samym wzrasta. W przeciwieństwie do tego, gdy woda lub powietrze jest chłodzone, energia jest pobierana z cząsteczek, a woda staje się mniej aktywna, bardziej gęsta i ma tendencję do „opadania”.”Termosyfonowanie wykorzystuje naturalne różnice gęstości między zimnymi i gorącymi płynami i kontroluje je w systemie, który wytwarza naturalny ruch płynu. Obecnie dostępnych jest kilka systemów opartych na tej technologii, o których można przeczytać bardziej szczegółowo w poniższym tekście.
zasada systemu thermosyphon polega na tym, że zimna woda ma większy ciężar właściwy (gęstość) niż ciepła woda, a więc będąc cięższą, zatonie. Dlatego kolektor jest zawsze montowany pod zbiornikiem wody, dzięki czemu zimna woda ze zbiornika dociera do kolektora przez opadającą rurę wodną. Jeśli kolektor ogrzewa wodę, woda ponownie podnosi się i dociera do zbiornika przez wznoszącą się rurę wodną na górnym końcu kolektora. Cykl zbiornika – > rura wodna – > kolektor zapewnia podgrzewanie wody do momentu osiągnięcia temperatury równowagi. Konsument może następnie skorzystać z gorącej wody z górnej części zbiornika, z jakąkolwiek używaną wodą zastępuje się zimną wodą na dole. Kolektor ponownie podgrzewa zimną wodę. Ze względu na wyższe różnice temperatur przy wyższych natężeniach promieniowania słonecznego ciepła woda wzrasta szybciej niż przy niższych natężeniach promieniowania. Dlatego cyrkulacja wody dostosowuje się niemal idealnie do poziomu promieniowania słonecznego. Zbiornik systemu termosyfonowego musi być umieszczony znacznie powyżej kolektora, w przeciwnym razie cykl może przebiegać do tyłu w nocy i cała woda ostygnie. Ponadto cykl nie działa prawidłowo przy bardzo małych różnicach wysokości. W regionach o wysokim napromieniowaniu słonecznym i architekturze płaskiej, zbiorniki magazynowe są zwykle instalowane na dachu.
systemy Termosyfonowe działają bardzo ekonomicznie jako domowe systemy ogrzewania wody, a zasada jest prosta, nie wymaga pompy ani sterowania. Jednak systemy termosyfonowe zwykle nie nadają się do dużych systemów, tj. tych o powierzchni kolektora większej niż 10 m2. Ponadto trudno jest umieścić zbiornik nad kolektorem w budynkach o spadzistych dachach, a jednokierunkowe systemy termoizolacyjne nadają się tylko do rejonów pozbawionych mrozu.
Fizyka Podstawowa
Termodynamika to nauka o energii.
- pierwsze prawo termodynamiki-stwierdza, że energia może być zmieniana z jednej formy w drugą, ale nie może być wytworzona ani zniszczona. – Energia jest zawsze zachowana.
to prawo może być stosowane do ruchu wody w systemie termosyfonowania: energia ze słońca jest kierowana i przenoszona (poprzez przewodnictwo i konwekcję) do wody, powietrza lub innego wybranego medium. Ten naturalny proces ogrzewania eliminuje zapotrzebowanie na zewnętrzne źródła energii, takie jak paliwa kopalne lub elektryczność.
- drugie prawo termodynamiki-stwierdza, że we wszystkich wymianach energii, jeśli żadna energia nie wejdzie lub nie opuści układu, energia potencjalna stanu będzie zawsze mniejsza niż energia stanu początkowego. – Zwrot netto systemu jest zawsze mniejszy niż ten, który został pierwotnie wprowadzony.
energia jest zawsze zachowana, jednak energia (lub w tym przypadku ciepło) może być często tracona w danym układzie (termosyfonowaniu) jako ciepło. Dodanie izolacji o odpowiednich wartościach R do systemu i jego instalacji wodno-kanalizacyjnej może znacznie zmniejszyć straty ciepła, a tym samym zwiększyć wydajność.
- prawo Plancka – długość fali promieniowania emitowanego z powierzchni jest proporcjonalna do temperatury powierzchni
energia przekazywana w wyniku różnic temperatur między dwoma obiektami-ciemne obiekty absorbują ciepło, natomiast jasne obiekty odbijają
ciemne kolorowe płytki zbierające wewnątrz kolektora słonecznego pomogą w zwiększeniu absorpcji energii słonecznej, zwiększając tym samym ilość ciepła dostępnego do podgrzania wody lub powietrza w termosyfonie. W przeciwieństwie do tego, refleksyjne lub lekko kolorowe rurociągi i zbiorniki magazynowe powinny być wykorzystywane, ponieważ jasne kolory pomogą zmniejszyć promieniowanie cieplne z systemu.
ogrzewanie wody
pasywne
pasywne termosyfonowanie wody to proces ogrzewania i przemieszczania wody w systemie bez potrzeby i użycia energii elektrycznej. Proces ten działa poprzez wykorzystanie naturalnych zjawisk, takich jak energia słoneczna, grawitacja i dostępne źródło wody. Kolektor słoneczny, rurociągi i zbiornik na wodę są materiałami niezbędnymi do procesu ogrzewania. Przepływ wody jest rozprowadzany do, wewnątrz i na zewnątrz kolektora słonecznego. Chłodna woda dostaje się do dna kolektora słonecznego, gdzie jest następnie ogrzewana przez konwekcję za pomocą promieniowania słonecznego. Gdy woda jest podgrzewana, staje się mniej gęsta niż chłodniejsza woda, rozszerza się, a następnie unosi (przepływa) przez rurociągi. Podgrzewana woda w naturalny sposób wychodzi z górnej części kolektora słonecznego. Chłodniejsza i bardziej gęsta woda tonie i pozostaje w kolektorze słonecznym, dopóki nie zostanie ogrzany. Gdy chłodna woda jest podgrzewana, rozszerza się, podnosi, jest wypychana z górnej części kolektora słonecznego, umożliwiając przepływ chłodnej wody do kolektora słonecznego. Proces ten trwa naturalnie, aż temperatura wody osiągnie równowagę z wprowadzanym promieniowaniem słonecznym.
obecnie dostępne są dwa rodzaje systemów wymiany wody termosyfonowej: system blisko sprzężony i system podawania grawitacyjnego.
układ Close-coupled
Układy blisko sprzężone działają na tych samych zasadach pasywnego termosyfonowania, o których mowa powyżej. Zbiornik magazynowy tych systemów musi być umieszczony nad kolektorem słonecznym, aby wykorzystać obieg wody napędzany przez pasywny proces termosyfonowania.
materiały
- energia słoneczna
- kolektor słoneczny
- Rurociągi
- Izolacja
- woda
- zbiornik magazynowy
- mocny dach lub inny system wsparcia
koszt
- obecne badania (2007) sugerują, że pasywne Termosyfonowe podgrzewacze wody mogą wynosić od 500 do 6500 USD. Ceny mogą się różnić w zależności od wielkości zbiornika, ekspozycji słonecznej i lokalizacji geograficznej
- wiele krajów, stanów i usług użyteczności publicznej zapewnia zachęty do udziału w energii odnawialnej
plusy & minusy
Pro
- brak zanieczyszczeń
- oszczędność energii-nie potrzeba energii elektrycznej do pasywnego termosyfonowania
- opłacalne
- oszczędność miejsca – (tj. indoors)
Con ’ s
- narażenie zbiornika na zewnętrzne warunki środowiskowe może zmniejszyć wydajność, w zależności od położenia geograficznego
- estetyka-może być uważana za nieprzyjemną wizualnie
- potrzebna mocna konstrukcja nośna (np. dach)
- Nie nadaje się do ekstremalnie zimnego klimatu
- lokalizacja – musi być umieszczona w obszarze o odpowiedniej ekspozycji słonecznej (tj. południowa strona pożądanego obszaru)
System grawitacyjnego podawania
Systemy grawitacyjnego podawania wykorzystują te same zasady pasywnego termosyfonowania, co system blisko sprzężony, jednak rozmieszczenie zbiornika różni się. Zbiorniki są instalowane poziomo w dachu, który często znajduje się bezpośrednio nad kolektorem słonecznym. W razie potrzeby podgrzana woda w zbiorniku przyjmuje ścieżkę najmniejszego oporu i porusza się grawitacyjnie w żądane miejsce. Systemy zasilania grawitacyjnego wymagają większej ilości rurociągów/kanalizacji do rozprowadzania podgrzewanej wody, a ten czynnik należy wziąć pod uwagę podczas instalowania lub zakupu systemu termosyfonowania.
materiały
- energia słoneczna
- kolektor słoneczny
- Rurociągi
- Izolacja
- woda
- zbiornik magazynowy
- mocny dach lub inny system wsparcia
koszt
- grawitacja-Systemy zasilające są zazwyczaj najtańszymi pasywnymi termoizolacyjnymi podgrzewaczami wody
- obecne badania (2007) sugerują, że koszt może wynosić od 400 do 5500 USD (Nie wliczając kosztów-jeśli dotyczy – instalacji). Ceny mogą się różnić w zależności od wielkości zbiornika, ekspozycji słonecznej i lokalizacji geograficznej
- wiele krajów, stanów i usług użyteczności publicznej zapewnia zachęty do udziału w energii odnawialnej
plusy & minusy
plusy
- brak zanieczyszczeń
- oszczędność energii-nie potrzeba energii elektrycznej do pasywnego termosyfonowania
- opłacalne
- oszczędność miejsca – (tj. wewnątrz)
- estetyka – (poziome umieszczenie zbiornika)
wady
- HYDRAULIKA i rurociągi zwiększają dodatkowe koszty systemu
- estetyka – może być uznana za nieprzejrzystą wizualnie
- potrzebna mocna konstrukcja nośna (np. dach)
- Nie nadaje się do ekstremalnie zimnego klimatu
- lokalizacja – musi być umieszczony w obszarze o odpowiedniej ekspozycji słonecznej (tj. obszar)
aktywny
: systemy pomp lub systemy dzielone
aktywne słoneczne systemy grzewcze działają na tej samej podstawie efektu termosyfonowania, jednak aktywne systemy wykorzystują źródło energii inne niż energia słoneczna, aby wspomóc proces. System ten instaluje tylko kolektor słoneczny na dachu, podczas gdy zbiornik jest zainstalowany na ziemi lub gdziekolwiek indziej poniżej. Te aktywne jednostki grzewcze wody wymagają pewnej zewnętrznej formy energii do pompowania wody w całym systemie. Dzięki wykorzystaniu dodatkowej energii, te aktywne systemy są mniej opłacalne niż systemy pasywne.
materiały
- energia słoneczna
- kolektor słoneczny
- energia elektryczna
- pompa elektryczna
- dodatkowe rurociągi
- Izolacja
- woda
- zbiornik
koszt
- obecne badania sugerują (2007), że aktywne termosyfonowe podgrzewacze wody mogą wynosić od $1,200 do $10,500. Ceny mogą się różnić w zależności od wielkości zbiornika, wewnętrznych wymagań dotyczących rurociągów, ekspozycji słonecznej i lokalizacji geograficznej
- wiele krajów, stanów i usług użyteczności publicznej zapewnia zachęty do udziału w energii odnawialnej
plusy & minusy
Pro
- oszczędność pieniędzy
- opłacalne
- estetyka – zbiornik magazynowy nie umieszczony na dachu
- redukcja gazów cieplarnianych – jeśli jest odpowiednio izolowany, ma potencjał zanieczyszczenia tak mało, jak systemy pasywne.
Con ’ s
- zużywa więcej energii niż system pasywny
- wymaga więcej konserwacji niż system pasywny
- straty ciepła – podczas transferu z kolektora słonecznego do zbiornika poniżej
- zanieczyszcza niektóre – z użytkowania elektrycznego
- lokalizacja – musi być być umieszczone w obszarze o odpowiedniej ekspozycji słonecznej (tj. południowa strona pożądanego obszaru)
pasywna wymiana powietrza
przykładem metody pasywnego słonecznego systemu ogrzewania cieplnego jest Termosifonowa wymiana ciepła. Opiera się na zasadzie naturalnej konwekcji, w której powietrze lub woda krąży w pionowym obiegu zamkniętym bez użycia pompy. Chłodne powietrze w pomieszczeniach przechodzi przez otwór wentylacyjny i jest kierowane do otworu w dolnej części kolektora słonecznego. Powietrze zawarte w kolektorze słonecznym jest następnie ogrzewane przez słońce za pomocą promieniowania słonecznego. Chłodne powietrze jest gęste i zatonie, podczas gdy ciepłe powietrze jest mniej gęste i wzrośnie. Gdy powietrze nagrzewa się w kolektorze słonecznym, staje się mniej gęste niż chłodniejsze powietrze i unosi się. Ciepłe powietrze unosi się z otworu wentylacyjnego w górnym otworze kolektora słonecznego, przesuwa się w żądany obszar (tj. w pomieszczeniu) i jest zastępowane przez chłodniejsze powietrze. Ten proces wymiany powietrza będzie trwał aż Temperatura powietrza w pomieszczeniu osiągnie równowagę z temperaturą na zewnątrz.
materiały
pamiętaj: im większy kolektor słoneczny, tym lepiej.
kolektor słoneczny
rama
- 6 Płyty pionowe 2 na 6 cali-boards
- 2 na 6 i płyty 2 na 8-górny parapet
- śruby lagujące-zalecane, ale nie konieczne do mocowania
glazura
- płyty poliwęglanowe faliste
- 10 paneli-26 W szerokości o 8 stóp wysokości
- pary paneli pokrywających się 1-na-1-w pionowej listwie drewnianej – tworzy panele o szerokości 4 stóp dla każdej zatoki
- powłoka odporna na promieniowanie ultrafioletowe – nakładaj na stronę zwróconą w stronę słońca, aby przedłużyć żywotność
absorpcja słoneczna plate
- 2 warstwy czarny metalowy ekran okienny – przymocowany w górnej i dolnej części wnęk
otwory wentylacyjne
- otwory przecięte przez bocznicę budynku
Uwaga: – plastikowe klapy zapobiegają powrotnemu przepływowi powietrza przez górne otwory wentylacyjne w nocy
koszt
- prąd badania (2007) sugerują, że pasywne wymienniki ciepła mogą wynosić od $55.00 do $400. Ceny mogą się różnić w zależności od wielkości kolektora / kolektorów, izolacji obszaru, który ma być ogrzewany, ekspozycji słonecznej i położenia geograficznego.
- wiele krajów, stanów i usług użyteczności publicznej zapewnia zachęty do udziału w energii odnawialnej
plusy & minusy
Pro
- niski koszt
- oszczędzanie energii
- redukcja zanieczyszczeń
- może być używany do chłodzenia elektroniki
con ’ s
- zwiększona konserwacja – (tj. pokrycie w czasach niskiego promieniowania słonecznego)
- położenie geograficzne może zmienić skuteczność
- wymaga ręcznego zamykania tylnych amortyzatorów w nocy
- preferowane Raty od strony południowej
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) dostępne mapy dynamiczne, dane GIS i narzędzia analityczne – Solar Maps (2007) : http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. „Termosyfony-lepsze podejście do chłodzenia procesora?”Overclockers. 5 sierpnia 2005 r. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. „Zbuduj prosty grzejnik słoneczny” Mother Earth News. Styczeń 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- „część 2: Zwiedzanie zastosowań energii odnawialnej.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. ” wyzwolenie ciepła podczas kondensacji pary w termosyfonie.”Journal of Engineering Physics 43 (3), PP.970-974, 1982.
- konstrukcja i wykonanie kompaktowego Termosyfonu. 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