Termosifoning, även känd som termosyfoning, anses vara en lämplig teknik. Denna process utnyttjar naturliga, förnybara resurser och termodynamikens grundläggande lagar för att skapa rörelse av en uppvärmd tillförsel av luft eller vatten. Energikällan för denna process är solstrålning (eller någon annan värmekälla): solens energi fångas i en soluppsamlingsanordning och överförs till antingen luft eller vatten via ledning. Hela processen kan förklaras av termosifoniseringseffekten: när luft eller vatten värms upp får den kinetisk energi från värmekällan och blir upphetsad. Som ett resultat blir vattnet mindre tätt, expanderar och stiger därmed. I kontrast, när vatten eller luft kyls, energi extraheras från molekylerna och vattnet blir mindre aktiv, tätare, och tenderar att ”sjunka.”Termosifoning utnyttjar de naturliga täthetsskillnaderna mellan kalla och heta vätskor och styr dem i ett system som producerar naturlig vätskerörelse. Flera system baserade på denna teknik finns för närvarande tillgängliga och kan läsas mer detaljerat i följande text.
principen för termosyfonsystemet är att kallt vatten har en högre specifik vikt (densitet) än varmt vatten, och att det blir tyngre sjunker ner. Därför är uppsamlaren alltid monterad under vattenlagringstanken, så att kallt vatten från tanken når uppsamlaren via ett fallande vattenrör. Om uppsamlaren värmer upp vattnet stiger vattnet igen och når tanken genom ett stigande vattenrör i uppsamlarens övre ände. Tankens cykel- > vattenrör- > samlare säkerställer att vattnet värms upp tills det uppnår en jämviktstemperatur. Konsumenten kan sedan använda det varma vattnet från toppen av tanken, med allt vatten som används ersätts av kallt vatten i botten. Samlaren värmer sedan upp det kalla vattnet igen. På grund av högre temperaturskillnader vid högre solstrålning stiger varmt vatten snabbare än vid lägre bestrålning. Därför anpassar cirkulationen av vatten sig nästan perfekt till solstrålningsnivån. Ett termosyfonsystems lagertank måste placeras långt ovanför uppsamlaren, annars kan cykeln gå bakåt under natten och allt vatten kommer att svalna. Dessutom fungerar cykeln inte korrekt vid mycket små höjdskillnader. I regioner med hög solstrålning och platttakarkitektur installeras lagertankar vanligtvis på taket.
Termosyfonsystem fungerar mycket ekonomiskt som hushållsuppvärmningssystem, och principen är enkel och behöver varken en pump eller en kontroll. Termosyfonsystem är emellertid vanligtvis inte lämpliga för stora system, det vill säga de med mer än 10 m2 kollektoryta. Dessutom är det svårt att placera tanken ovanför uppsamlaren i byggnader med sluttande tak, och termosyfonsystem med en krets är endast lämpliga för frostfria områden.
underliggande fysik
termodynamik är studiet av energi.
- termodynamikens första lag – säger att energi kan ändras från en form till en annan, men kan inte skapas eller förstöras. – Energi är alltid bevarad.
denna lag kan tillämpas på rörelsen av vatten i termosifoniseringssystem: energi från solen riktas och överförs (via ledning och konvektion) till antingen vatten, luft eller ett annat medium av val. Denna naturliga uppvärmningsprocess eliminerar behovet av externa energikällor som fossila bränslen eller el.
- termodynamikens andra lag – säger att i alla energiutbyten, om ingen energi kommer in eller lämnar systemet, kommer Statens potentiella energi alltid att vara mindre än det ursprungliga tillståndet. – Nettoavkastningen för ett system är alltid mindre än den som ursprungligen sattes in.
energi är alltid bevarad, men energi (eller värme i detta fall) kan ofta gå förlorad i ett givet system (termosifoning) som värme. Lägga isolering med lämpliga R-värden till systemet och dess VVS kan kraftigt minska värmeförluster, och därmed öka effektiviteten.
- Plancks lag – våglängden för strålning som emitteras från en yta är proportionell mot temperaturen på ytan
energi som överförs till följd av temperaturskillnader mellan två objekt-mörka föremål absorberar värme, medan lätta föremål reflekterar
mörkfärgade uppsamlingsplattor i solfångaren kommer att hjälpa till att öka solabsorptionen, vilket ökar mängden värme som är tillgänglig för att värma vatten eller luft vid termosifoning. Däremot bör reflekterande eller lättfärgade rör-och lagertankar användas eftersom de ljusa färgerna hjälper till att minska värmestrålningen ur systemet.
vattenuppvärmning
passiv
den passiva termosifonen av vatten är processen för uppvärmning och rörligt vatten i ett system utan behov eller användning av el. Denna process fungerar genom att använda naturliga fenomen som solenergi, gravitation och en tillgänglig vattenkälla. En solfångare, rörledningar och en vattentank är material som krävs för uppvärmningen. Flödet av vatten fördelas in i, inom och ut ur solfångaren. Kallt vatten kommer in i botten av solfångaren där det sedan värms upp via konvektion genom solstrålning. När vatten värms upp blir det mindre tätt än kallare vatten, expanderar och stiger sedan (strömmar) genom rören. Det uppvärmda vattnet lämnar toppen av solfångaren naturligt. Det kallare och tätare vattnet sjunker och förblir i solfångaren tills det värms upp. När det kalla vattnet värms upp expanderar det, stiger, skjuts ut ur toppen av solfångaren, vilket gör att kallt vatten kan strömma in i solfångaren. Denna process fortsätter naturligt tills vattnets temperatur når en jämvikt med solstrålningsingång.
två typer av termosifonvattenutbytessystem finns för närvarande tillgängliga: det nära kopplade systemet och gravitationsmatningssystemet.
nära kopplat system
nära kopplade system fungerar på samma principer för passiv termosifoning som nämns ovan. Lagringstanken i dessa system måste placeras ovanför solfångaren för att utnyttja vattencirkulationen som drivs av den passiva termosifoniseringsprocessen.
Material
- solenergi
- solfångare
- rörledningar
- isolering
- vatten
- lagringstank
- starkt tak eller annat stödsystem
kostnad
- aktuell forskning (2007) tyder på att passiva termosifon varmvattenberedare kan variera från $500 till $6,500. Prissättningen kan variera beroende på tankstorlek, solexponering och geografiskt läge
- många länder, stater och allmännyttiga tjänster ger incitament för deltagande i förnybar energi
fördelar & nackdelar
Pros
- icke-förorenande
- energibesparingar – ingen el behövs för passiv termosifoning
- kostnadseffektiv
- platsbesparande – (dvs. inomhus)
Con ’ s
- Tankexponering för yttre miljöförhållanden kan minska effektiviteten, beroende på geografiskt läge
- estetik – kan anses vara visuellt obehagligt
- stark stödstruktur behövs (dvs. tak)
- Ej lämplig för extremt kalla klimat
- plats – måste placeras i ett område med lämplig solexponering (dvs. södra sidan av önskat område)
Gravity-feed system
Gravity-feed system använder samma principer för passiv termosifoning som det nära kopplade systemet, men placeringen av tanken skiljer sig åt. Tankar installeras horisontellt i ett tak, som ofta ligger direkt ovanför solfångaren. När det behövs tar det uppvärmda vattnet i lagringstanken vägen med minst motstånd och rör sig via tyngdkraften ner till önskad plats. Gravity-matningssystem kräver mer rör / VVS för att distribuera det uppvärmda vattnet, och denna faktor bör beaktas vid installation eller inköp av ett termosifoniseringssystem.
Material
- solenergi
- solfångare
- rörledningar
- isolering
- vatten
- lagringstank
- starkt tak eller annat stödsystem
kostnad
- gravitation-matningssystem är vanligtvis de billigaste passiva Termosiphoning vattenvärmare
- aktuell forskning (2007) tyder på att kostnaden kan sträcka sig från $400 till $5,500 (exklusive kostnaden-om tillämpligt – för installation). Prissättningen kan variera beroende på tankstorlek, solexponering och geografiskt läge
- många länder, stater och allmännyttiga tjänster ger incitament för deltagande i förnybar energi
fördelar & nackdelar
fördelar
- icke-förorenande
- energibesparingar – ingen el behövs för passiv termosifoning
- kostnadseffektiv
- utrymmesbesparingar – (dvs. inomhus)
- estetik – (horisontell tankplacering)
nackdelar
- VVS och rörledningar lägger till extra kostnader för systemet
- estetik-kan anses vara visuellt obehagligt
- stark stödstruktur behövs (dvs. tak)
- Ej lämplig för extremt kalla klimat
- plats-måste placeras i ett område med lämplig solexponering (dvs. södra sidan av önskat område)
aktiv
även känd som: pumpsystem eller delade system
aktiva solvärmesystem fungerar på samma grund av termosifoniseringseffekten, men aktiva system använder en annan energikälla än solenergi för att driva processen. Detta system installerar endast solfångaren på taket, medan lagringstanken är installerad på marken eller någon annanstans nedanför. Dessa aktiva vattenuppvärmningsenheter kräver någon extern form av energi för att pumpa vattnet i hela systemet. Genom att använda ytterligare energi är dessa aktiva system mindre kostnadseffektiva än passiva system.
Material
- solenergi
- solfångare
- elektrisk energi
- elektrisk pump
- ytterligare rörledningar
- isolering
- vatten
- lagringstank
kostnad
- aktuell forskning tyder på (2007) att aktiva termosifon varmvattenberedare kan variera från $1,200 till $10,500. Prissättningen kan variera beroende på tankstorlek, interna rörledningskrav, sol exponering och geografiskt läge
- många länder, stater och allmännyttiga tjänster ger incitament för deltagande i förnybar energi
fördelar & nackdelar
Pros
- pengar besparingar
- kostnadseffektiv
- estetik – lagringstank som inte placeras på taket
- minskning av växthusgaser – om den isoleras ordentligt har den potential att förorena så lite som passiva system.
Con ’ s
- använder mer energi än ett passivt system
- kräver mer underhåll än ett passivt system
- värmeförlust – under överföringen från solfångaren till lagringstanken nedan
- förorenar vissa – från den elektriska användningen
- plats – måste placeras i ett område med lämplig solexponering (dvs. södra sidan av önskat område)
passiv luftväxling
ett exempel på en passiv solvärmesystemmetod är termosifon värmeväxling. Den är baserad på principen om naturlig konvektion, där luft eller vatten cirkuleras i en vertikal sluten krets utan att använda en pump. Kall luft inomhus färdas genom en ventil och riktas in i en öppning i botten av en solfångare. Luften som finns i solfångaren värms sedan upp av solen via solstrålning. Kall luft är tät och sjunker, medan varm luft är mindre tät och kommer att stiga. När luften värms upp i solfångaren blir den mindre tät än den kallare luften och stiger. Den varma luften stiger ut ur en ventil i solfångarens övre öppning, rör sig in i önskat område (dvs. inomhus) och ersätts av svalare luft. Denna luftutbytesprocess fortsätter tills inomhusluftens temperatur når en jämvikt med temperaturen utomhus.
Material
Tänk på: ju större solfångare, desto bättre.
solfångare
Ram
- 6 vertikala 2-by-6-tums styrelser-sideboards
- 2-by-6, och en 2-by-8 styrelser – top sill
- lag skruvar – rekommenderas, men inte nödvändigt för attachmant
Glaze
- korrugerade polykarbonatpaneler
- 10 paneler – 26 i bred av 8 ft hög
- par av paneler överlappade över 1-by-1-i vertikal Trä remsa – gör 4-fot breda paneler för varje Bay
- ultraviolett-resistent beläggning-applicera på solsidan för att förlänga livslängden
solabsorption platta
- 2 lager svart metall fönsterskärm – fäst över toppen och botten av vikar
ventiler
- hål skär genom byggnadens sidospår
Obs: – plastflikar förhindrar luftflöde tillbaka genom övre ventiler på natten
kostnad
- aktuell forskning (2007) föreslår att passiva värmeväxlare kan sträcka sig från $55,00 till $400. Prissättningen kan variera beroende på storlek på samlare/s, isolering av området som ska värmas, solexponering och geografiskt läge.
- många länder, stater och allmännyttiga tjänster ger incitament för förnybar energi deltagande
fördelar & nackdelar
Pro ’s
- låg kostnad
- energisparare
- minskning av föroreningar
- kan användas för att kyla elektronik
con’ s
- ökad underhåll – (dvs. täckning under tider med låg solstrålning)
- geografiskt läge kan ändra effektiviteten
- kräver manuell stängning av bakre dragdämpare på natten
- söderläge avbetalningar föredras
- National Renewable Energy Laboratory (NREL) dynamiska kartor, GIS-Data och analysverktyg-Solkartor (2007) tillgängliga: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. ”Thermosyphons-bättre inställning till CPU-kylning?”Överklockare. 5 augusti 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. ”Bygg en enkel solvärmare” Moder Jord nyheter. Januari 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- ”del 2: en rundtur i applikationer för förnybar energi.”http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.uneptie.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, N. I., Belyakova, I. G. ”värmefrisättning under ångkondensation i en termosifon.”Journal of Engineering Physics 43 (3), S.970-974, 1982.
- Design och prestanda för en kompakt Termosyfon. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal,M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff Skolan för Maskinteknik. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf