Termosifonarea, cunoscută și sub numele de termosifonare, este considerată a fi o tehnologie adecvată. Acest proces utilizează resursele naturale, regenerabile și legile de bază ale termodinamicii pentru a crea mișcarea unei surse încălzite de aer sau apă. Sursa de energie pentru acest proces este radiația solară (sau orice altă sursă de căldură): energia soarelui este captată într-un dispozitiv de colectare solară și este transferată fie în aer, fie în apă prin conducție. Întregul proces poate fi explicat prin efectul de termosifonare: atunci când aerul sau apa sunt încălzite, câștigă energie cinetică de la sursa de încălzire și devine excitat. Ca urmare, apa devine mai puțin densă, se extinde și astfel crește. În schimb, atunci când apa sau aerul sunt răcite, energia este extrasă din molecule și apa devine mai puțin activă, mai densă și tinde să se „scufunde.”Termosifonarea exploatează diferențele de densitate naturală dintre fluidele reci și cele calde și le controlează într-un sistem care produce mișcarea fluidelor naturale. Mai multe sisteme bazate pe această tehnologie sunt disponibile în prezent și pot fi citite mai detaliat în textul următor.
principiul sistemului termosifon este că apa rece are o greutate specifică mai mare (densitate) decât apa caldă și, prin urmare, fiind mai grea, se va scufunda. Prin urmare, colectorul este întotdeauna montat sub rezervorul de stocare a apei, astfel încât apa rece din rezervor să ajungă la colector printr-o conductă de apă descendentă. Dacă colectorul încălzește apa, apa se ridică din nou și ajunge în rezervor printr-o conductă de apă ascendentă la capătul superior al colectorului. Ciclul de rezervor – > conducta de apă – > colector asigură apa este încălzită până când se atinge o temperatură de echilibru. Consumatorul poate apoi face uz de apă caldă din partea de sus a rezervorului, cu orice apă utilizată este înlocuită cu apă rece în partea de jos. Colectorul încălzește din nou apa rece. Datorită diferențelor de temperatură mai mari la iradieri solare mai mari, apa caldă crește mai repede decât la iradieri mai mici. Prin urmare, circulația apei se adaptează aproape perfect la nivelul iradierii solare. Rezervorul de stocare al unui sistem termosifon trebuie poziționat mult deasupra colectorului, altfel ciclul poate rula înapoi în timpul nopții și toată apa se va răci. În plus, ciclul nu funcționează corect la diferențe de înălțime foarte mici. În regiunile cu iradiere solară ridicată și arhitectură plană, rezervoarele de stocare sunt de obicei instalate pe acoperiș.
sistemele termosifon funcționează foarte economic ca sisteme de încălzire a apei menajere, iar principiul este simplu, nu necesită nici o pompă, nici un control. Cu toate acestea, sistemele termosifon nu sunt de obicei potrivite pentru sistemele mari, adică cele cu mai mult de 10 m2 de suprafață colectoare. În plus, este dificil să amplasați rezervorul deasupra colectorului în clădiri cu acoperișuri înclinate, iar sistemele termosifon cu un singur circuit sunt potrivite numai pentru regiunile fără îngheț.
fizica subiacentă
Termodinamica este studiul energiei.
- prima lege a termodinamicii – afirmă că energia poate fi schimbată de la o formă la alta, dar nu poate fi creată sau distrusă. – Energia este întotdeauna conservată.
această lege poate fi aplicată mișcării apei în sistemul de termosifonare: energia de la soare este direcționată și transferată (prin conducție și convecție) către apă, aer sau alt mediu ales. Acest proces natural de încălzire elimină nevoia de surse externe de energie, cum ar fi combustibilii fosili sau electricitatea.
- a doua lege a termodinamicii – afirmă că în toate schimburile de energie, dacă nicio energie nu intră sau iese din sistem, energia potențială a statului va fi întotdeauna mai mică decât cea a stării inițiale. – Randamentul net al unui sistem este întotdeauna mai mic decât cel din care a fost introdus inițial.
energia este întotdeauna conservată, totuși energia (sau căldura în acest caz) poate fi adesea pierdută într-un sistem dat (termosifonare) ca căldură. Adăugarea izolației cu valori R adecvate la sistem și instalațiile sale sanitare poate reduce foarte mult pierderile de căldură și, astfel, crește eficiența.
- Legea lui Planck – lungimea de undă a radiației emise de o suprafață este proporțională cu temperatura suprafeței
energia transferată ca urmare a diferențelor de temperatură dintre două obiecte-obiectele întunecate absorb căldura, în timp ce obiectele luminoase reflectă
plăcile de colectare de culoare închisă din colectorul solar vor ajuta la creșterea absorbției solare, crescând astfel cantitatea de căldură disponibilă pentru încălzirea apei sau a aerului în termosifonare. În schimb, conductele reflectorizante sau ușor colorate și rezervoarele de stocare ar trebui utilizate, deoarece culorile deschise vor ajuta la reducerea radiațiilor de căldură din sistem.
încălzirea apei
pasiv
termosifonarea pasivă a apei este procesul de încălzire și mișcare a apei într-un sistem fără a fi nevoie sau utilizarea energiei electrice. Acest proces funcționează prin utilizarea fenomenelor naturale, cum ar fi energia solară, gravitația și o sursă de apă disponibilă. Un colector solar, conducte și un rezervor de apă sunt materiale necesare pentru procesul de încălzire. Fluxul de apă este distribuit în, în interiorul și în afara colectorului solar. Apa rece intră în fundul colectorului solar, unde este apoi încălzită prin convecție prin radiația solară. Când apa este încălzită, devine mai puțin densă decât apa mai rece, se extinde și apoi se ridică (curge) prin conducte. Apa încălzită iese din partea superioară a colectorului solar în mod natural. Apa mai rece și mai densă se scufundă și rămâne în colectorul solar până când este încălzită. Pe măsură ce apa rece este încălzită, se extinde, se ridică, este împinsă din partea superioară a colectorului solar, permițând apei reci să curgă în colectorul solar. Acest proces continuă în mod natural până când temperatura apei atinge un echilibru cu intrarea radiației solare.
în prezent sunt disponibile două tipuri de sisteme de schimb de apă termosifon: sistemul cuplat strâns și sistemul de alimentare cu gravitație.
sistem cuplat strâns
sistemele cuplate aproape funcționează pe aceleași principii ale termosifonării pasive menționate mai sus. Rezervorul de stocare al acestor sisteme trebuie plasat deasupra colectorului solar pentru a utiliza circulația apei condusă de procesul de termosifonare pasivă.
materiale
- energie solară
- colector Solar
- conducte
- izolație
- apă
- Rezervor de stocare
- acoperiș puternic sau alt sistem de sprijin
cost
- cercetările actuale (2007) sugerează că încălzitoarele de apă termosifon pasive pot varia de la 500 la 6.500 USD. Prețurile pot varia în funcție de dimensiunea rezervorului, expunerea solară și locația geografică
- multe țări, state și servicii de utilități oferă stimulente pentru participarea la energia regenerabilă
Pro & contra
Pro ‘ s
- nepoluante
- economii de energie-nu este necesară electricitate pentru termosifonarea pasivă
- cost eficient
- economie de spațiu – (ie. în interior)
Con ‘ s
- expunerea rezervorului la condițiile externe de mediu poate reduce eficiența, în funcție de locația geografică
- estetica – poate fi considerată neplăcută din punct de vedere vizual
- structura de sprijin puternică necesară (adică acoperișul)
- nu este adecvată pentru climă extrem de rece
- locație – trebuie poziționată într-o zonă cu expunere solară adecvată (adică. partea de sud a zonei dorite)
sistemul de alimentare gravitațională
sistemele de alimentare gravitațională utilizează aceleași principii de termosifonare pasivă ca și sistemul cuplat strâns, cu toate acestea amplasarea rezervorului diferă. Rezervoarele sunt instalate orizontal într-un acoperiș, care este adesea situat direct deasupra colectorului solar. Odată ce este necesar, apa încălzită din rezervorul de stocare ia calea cea mai mică rezistență și se deplasează prin gravitație în jos în locația dorită. Sistemele de alimentare gravitațională necesită mai multe conducte/instalații sanitare pentru a distribui apa încălzită, iar acest factor trebuie luat în considerare la instalarea sau achiziționarea unui sistem de termosifonare.
materiale
- energie solară
- colector Solar
- conducte
- izolație
- apă
- Rezervor de stocare
- acoperiș puternic sau alt sistem de sprijin
Cost
- gravitație-sistemele de alimentare sunt de obicei cele mai puțin costisitoare încălzitoare pasive de Termosifonare
- cercetările actuale (2007) sugerează că costul poate varia de la 400 USD la 5.500 USD (fără a include costul-dacă este cazul – al instalării). Prețurile pot varia în funcție de dimensiunea rezervorului, expunerea solară și locația geografică
- multe țări, state și servicii de utilități oferă stimulente pentru participarea la energia regenerabilă
Pro & contra
Pro
- Non-poluante
- economii de energie – nu este nevoie de energie electrică pentru termosifonarea pasivă
- cost eficient
- economii de spațiu – (ie. interior)
- estetica – (plasarea rezervorului orizontal)
contra
- instalatii sanitare si conducte adauga costuri suplimentare sistemului
- estetica-poate fi considerata neplacuta vizual
- structura de sprijin puternica necesara (adica acoperis)
- nu este potrivita pentru climatele extrem de reci
- locatie – trebuie pozitionata intr-o zona cu expunere solara adecvata (adica partea de sud a zonei dorite)
activ
cunoscut și ca: sisteme de pompare sau sisteme split
sistemele active de încălzire solară funcționează pe aceeași bază a efectului de termosifonare, cu toate acestea sistemele active utilizează o altă sursă de energie decât energia solară pentru a ajuta la conducerea procesului. Acest sistem instalează numai colectorul solar pe acoperiș, în timp ce rezervorul de stocare este instalat pe sol sau oriunde altundeva mai jos. Aceste unități active de încălzire a apei necesită o formă externă de energie pentru a pompa apa în întregul sistem. Prin utilizarea energiei suplimentare, aceste sisteme active sunt mai puțin eficiente din punct de vedere al costurilor decât sistemele pasive.
materiale
- energie solară
- colector Solar
- energie electrică
- pompă electrică
- conducte suplimentare
- izolație
- apă
- rezervor de stocare
cost
- cercetările actuale sugerează (2007) că încălzitoarele de apă termosifon active pot varia de la 1.200 USD la 10.500 USD. Prețurile pot varia în funcție de dimensiunea rezervorului, cerințele interne ale conductelor, expunerea solară și locația geografică
- multe țări, state și servicii de utilități oferă stimulente pentru participarea la energia regenerabilă
Pro & contra
Pro ‘ s
- economii de bani
- rentabil
- estetică – rezervor de stocare care nu este plasat pe acoperiș
- reducerea gazelor cu efect de seră – dacă este izolat corespunzător, are potențialul de a polua cât mai puțin sistemele pasive.
Con ‘ s
- utilizează mai multă energie decât un sistem pasiv
- necesită mai multă întreținere decât un sistem pasiv
- pierderea de căldură – în timpul transferului de la colectorul solar la rezervorul de stocare de mai jos
- poluează unele – de la utilizarea electrică
- locație – trebuie să să fie poziționat într-o zonă cu expunere solară adecvată (de exemplu. partea de sud a zonei dorite)
schimb pasiv de aer
un exemplu de metodă pasivă a sistemului de încălzire solară termică este schimbul de căldură termosifon. Se bazează pe principiul convecției naturale, în care aerul sau apa circulă într-un circuit vertical cu buclă închisă fără a utiliza o pompă. Aerul rece din interior se deplasează printr-o aerisire și este direcționat într-o deschidere din fundul unui colector solar. Aerul conținut în colectorul solar este apoi încălzit de soare prin radiații solare. Aerul rece este dens și se va scufunda, în timp ce aerul cald este mai puțin dens și va crește. Pe măsură ce aerul se încălzește în colectorul solar, acesta devine mai puțin dens decât aerul mai rece și crește. Aerul cald se ridică dintr-un orificiu din deschiderea superioară a colectorului solar, se deplasează în zona dorită (adică în interior) și este înlocuit cu aer mai rece. Acest proces de schimb de aer va continua până când temperatura aerului interior atinge un echilibru cu temperatura exterioară.
materiale
rețineți: cu cât colectorul solar este mai mare, cu atât mai bine.
colector Solar
Cadru
- 6 verticale 2-de-6-inch placi-servante
- 2-de-6, și un 2-de-8 placi – top prag
- șuruburi lag – recomandat, dar nu este necesar pentru attachmant
Glaze
- panouri din policarbonat ondulat
- 10 panouri – 26 în lățime de 8 ft mare
- perechi de panouri suprapuse peste 1-de-1-în benzi de lemn verticale – face 4-picior-wide panouri pentru fiecare Bay
- acoperire rezistente la ultraviolete-se aplică la partea cu care se confruntă soare pentru a extinde longevitatea
absorbția solară placă
- 2 straturi de metal negru fereastră ecran – atașat peste partea de sus și de jos a golfuri
guri de aerisire
- găuri tăiate prin siding clădirii
notă: – clapete din plastic va preveni fluxul de aer prin orificiile superioare pe timp de noapte
Cost
- cercetare curentă (2007) sugerează că schimbătoarele de căldură pasive pot varia de la 55,00 USD la 400 USD. Prețurile pot varia în funcție de dimensiunea colectorului/colectoarelor, izolarea zonei de încălzit, expunerea solară și locația geografică.
- multe țări, state și servicii de utilități oferă stimulente pentru participarea la energia regenerabilă
Pro & contra
Pro ‘s
- cost redus
- economizor de energie
- reducerea poluării
- poate fi utilizat pentru răcirea electronicelor
con’ s
- întreținere crescută – (ie. în perioadele de radiație solară scăzută)
- localizarea geografică poate modifica eficacitatea
- necesită închiderea manuală a amortizoarelor de tiraj înapoi noaptea
- rate orientate spre sud preferate
- Laboratorul Național de energie regenerabilă (NREL) hărți dinamice, date GIS și instrumente de analiză – hărți solare (2007) disponibil: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. „Termosifonii – o abordare mai bună a răcirii procesorului?”Overclockeri. 5 August 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. „Construiți un încălzitor Solar simplu” Mama Pământ știri. Ianuarie 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- „Partea 2: Un tur al aplicațiilor de energie regenerabilă.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. „eliberarea căldurii în timpul condensării vaporilor într-un termosifon.”Jurnalul de Fizică inginerească 43 (3), pp.970-974, 1982.
- proiectarea și performanța unui termosifon Compact. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff școala de Inginerie Mecanică. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf