Термосифонирането , известно още като термосифониране , се счита за подходяща технология . Този процес използва природни, възобновяеми ресурси и основните закони на термодинамиката, за да създаде движение на топъл източник на въздух или вода. Източникът на енергия за този процес е слънчевата радиация (или всеки друг източник на топлина). Енергията на слънцето се улавя в слънчево колекторно устройство и се прехвърля към въздух или вода чрез проводимост. Целият процес може да се обясни с ефекта на термосифониране : когато въздухът или водата се нагреят, те получават кинетична енергия от източника на топлина и се възбуждат. В резултат на това водата става по-малко плътна, разширява се и по този начин се издига. Обратно, когато водата или въздухът се охлаждат, енергията се извлича от молекулите и водата става по-малко активна, по-плътна и има тенденция да „потъва“. Термосифонирането използва естествените разлики в плътността между студени и горещи флуиди и ги контролира в система, която създава естествено движение на флуидите. Понастоящем са налични няколко системи, базирани на тази технология, за които може да се прочете по-подробно в следващия текст.
Принципът на термосифонната система е, че студената вода има по-висока специфична гравитация (плътност) от топлата вода и затова, ако е по-тежка, тя ще потъне надолу. Поради това колекторът винаги се монтира под резервоара за съхранение на вода, така че студената вода от резервоара да достига до колектора по спускаща се водопроводна тръба. Ако колекторът загрее водата, водата отново се издига и достига до резервоара чрез възходящ водопровод в горния край на колектора. Цикълът резервоар → водопровод → колектор гарантира, че водата се нагрява, докато достигне равновесна температура. След това потребителят може да използва горещата вода от горната част на резервоара, като всяка използвана вода се заменя със студена вода на дъното. След това колекторът отново загрява студената вода. Поради по-високите температурни разлики при по-високо слънчево излъчване, топлата вода се издига по-бързо, отколкото при по-ниско излъчване. Следователно циркулацията на водата се адаптира почти идеално към нивото на слънчева радиация. Резервоарът за съхранение на термосифонна система трябва да бъде позициониран доста над колектора, в противен случай цикълът може да работи обратно през нощта и цялата вода ще се охлади. Освен това цикълът не работи правилно при много малки разлики във височината. В райони с висока слънчева радиация и архитектура с плосък покрив, резервоарите за съхранение обикновено се монтират на покрива.
Термосифонните системи работят много икономично като системи за отопление на битова вода. Принципът е прост, не се нуждае нито от помпа, нито от контрол. Въпреки това, термосифонните системи обикновено не са подходящи за големи системи, т.е. такива с повече от 10 m² колекторна повърхност. Освен това е трудно да се постави резервоарът над колектора в сгради с наклонени покриви, а едноконтурните термосифонни системи са подходящи само за райони без замръзване.
Съдържание
Основната физика
Термодинамиката е наука за енергията .
- Първи закон на термодинамиката - гласи, че енергията може да се променя от една форма в друга, но не може да бъде създадена или унищожена. Енергията винаги се запазва.
Този закон може да се приложи към движението на водата в термосифонна система: Енергията от слънцето се насочва и прехвърля (чрез проводимост и конвекция) към вода, въздух или друга среда по избор. Този естествен процес на отопление елиминира необходимостта от външни източници на енергия като изкопаеми горива или електричество.
- Втори закон на термодинамиката - гласи, че при всички енергийни обмени, ако не влиза или излиза енергия от системата, потенциалната енергия на състоянието винаги ще бъде по-малка от тази на първоначалното състояние. Нетната възвращаемост на една система винаги е по-малка от тази, която първоначално е била вложена.
Енергията винаги се запазва, но енергията (или топлината в този случай) често може да се загуби в дадена система (термосифониране) като топлина. Добавянето на изолация с подходящи R стойности към системата и нейните водопроводни инсталации може значително да намали топлинните загуби и по този начин да увеличи ефективността.
- Закон на Планк - Дължината на вълната на излъчване от повърхността е пропорционална на температурата на повърхността. Енергия, пренесена в резултат на температурни разлики между два обекта. Тъмните обекти абсорбират топлината, докато светлите обекти отразяват.
Тъмно оцветените събирателни плочи в слънчевия колектор ще помогнат за увеличаване на слънчевата абсорбция, като по този начин ще увеличат количеството топлина, налично за загряване на вода или въздух при термосифониране. За разлика от тях трябва да се използват отразяващи или светло оцветени тръби и резервоари за съхранение, тъй като светлите цветове ще помогнат за намаляване на топлинното излъчване от системата.
Пасивно отопление на водата
Пасивното термосифониране на вода е процесът на нагряване и движение на вода в системата без необходимост или използване на електричество. Този процес функционира чрез използване на природни явления като слънчева енергия, гравитация и наличен воден източник. Слънчев колектор , тръби и резервоар за вода са необходими материали за процеса на отопление. Водният поток се разпределя в, вътре и извън слънчевия колектор. Студената вода навлиза в дъното на слънчевия колектор, където след това се нагрява чрез конвекция от слънчева радиация. Когато водата се нагрява, тя става по-малко плътна от по-хладната вода, разширява се и след това се издига ( тече ) през тръбопровода. Нагрятата вода излиза естествено от горната част на слънчевия колектор. По-хладната и плътна вода потъва и остава в слънчевия колектор, докато не се нагрее. Докато хладната вода се нагрява, тя се разширява, издига се, изтласква се от горната част на слънчевия колектор, позволявайки на хладната вода да потече в слънчевия колектор. Този процес продължава естествено, докато температурата на водата достигне равновесие с входящата слънчева радиация.
Понастоящем се предлагат два вида термосифонни водообменни системи: тясно свързана система и система за гравитационно подаване.
Близко свързана система
.jpg)
Близко свързаните системи функционират на същите принципи на пасивното термосифониране, споменати по-горе. Резервоарът за съхранение на тези системи трябва да бъде поставен над слънчевия колектор, за да се използва циркулацията на водата, задвижвана от процеса на пасивно термосифониране.
Материали
- Слънчева енергия
- Слънчев колектор
- Тръбопроводи
- Изолация
- вода
- Резервоар за съхранение
- Здрав покрив или друга поддържаща система
цена
- Изследванията от 2007 г. показват, че пасивните термосифонни бойлери може да варират от $500 до $6500. Цената може да варира в зависимост от размера на резервоара, излагането на слънце и географското местоположение
- Много държави, щати и комунални услуги предоставят стимули за участие в възобновяема енергия
Професионалисти
- Незамърсяващ
- Икономия на енергия - Не е необходимо електричество за пасивно термосифониране
- Рентабилен
- Спестяване на място - (т.е. на закрито)
минуси
- Излагането на резервоара на външни условия на околната среда може да намали ефективността в зависимост от географското местоположение
- Естетика - може да се счита за визуално неприятен
- Необходима е здрава опорна конструкция (напр. покрив)
- Не е подходящ за изключително студен климат
- Местоположение - трябва да бъде разположено в зона с подходящо слънчево изложение (т.е. южната страна на желаната зона)
Система за гравитационно подаване
.jpg)
Системите с гравитационно захранване използват същите принципи на пасивно термосифониране, както и тясно свързаната система, но разположението на резервоара се различава. Резервоарите се монтират хоризонтално в покрив, който често се намира точно над слънчевия колектор. След като е необходима, нагрятата вода в резервоара за съхранение поема по пътя на най-малкото съпротивление и се придвижва чрез гравитацията надолу към желаното място. Системите с гравитационно захранване изискват повече тръбопроводи/водопроводи за разпределяне на нагрятата вода и този фактор трябва да се вземе предвид при инсталиране или закупуване на термосифонна система.
Материали
- Слънчева енергия
- Слънчев колектор
- Тръбопроводи
- Изолация
- вода
- Резервоар за съхранение
- Здрав покрив или друга поддържаща система
цена
- Системите с гравитационно захранване обикновено са най-евтините пасивни термосифонни бойлери
- Изследванията от 2007 г. показват, че цената може да варира от $400 до $5500 (без да се включват разходите - ако е приложимо - за инсталиране). Цената може да варира в зависимост от размера на резервоара, излагането на слънце и географското местоположение
- Много държави, щати и комунални услуги предоставят стимули за участие в възобновяема енергия
Професионалисти
- Незамърсяващ
- Икономия на енергия - Не е необходимо електричество за пасивно термосифониране
- Рентабилен
- Спестяване на място - (т.е. на закрито)
- Естетика - (Хоризонтално разположение на резервоара)
минуси
- Водопроводът и тръбопроводите добавят допълнителни разходи към системата
- Естетика - може да се счита за визуално неприятен
- Необходима е здрава опорна конструкция (напр. покрив)
- Не е подходящ за изключително студен климат
- Местоположение - трябва да бъде разположено в зона с подходящо слънчево изложение (т.е. южната страна на желаната зона)
Активно отопление на водата
.jpg)
Активните слънчеви отоплителни системи, известни също като помпени системи или сплит системи , функционират на същата база на ефекта на термосифониране , но активните системи използват източник на енергия, различен от слънчевата енергия, за да подпомогнат задвижването на процеса. Тази система инсталира само слънчевия колектор на покрива, докато резервоарът за съхранение е монтиран на земята или някъде другаде отдолу. Тези активни модули за нагряване на вода изискват някаква външна форма на енергия за изпомпване на водата в цялата система. Използвайки допълнителна енергия, тези активни системи са по-малко ефективни от пасивните системи.
Материали
- Слънчева енергия
- Слънчев колектор
- Електрическа енергия
- Електрическа помпа
- Допълнителни тръбопроводи
- Изолация
- вода
- Резервоар за съхранение
цена
- Изследванията от 2007 г. показват, че активните термосифонни бойлери могат да варират от $1200 до $10 500. Ценообразуването може да варира в зависимост от размера на резервоара, изискванията за вътрешни тръбопроводи, излагането на слънце и географското местоположение
- Много държави, щати и комунални услуги предоставят стимули за участие в възобновяема енергия
Професионалисти
- Парични спестявания
- Рентабилен
- Естетика - Резервоарът не е поставен на покрива
- Намаляване на парниковите газове - Ако е изолиран правилно, има потенциал да замърсява толкова малко, колкото и пасивните системи.
минуси
- Използва повече енергия от пасивна система
- Изисква повече поддръжка от пасивна система
- Топлинни загуби - при преноса от слънчевия колектор към резервоара за съхранение отдолу
- Замърсява отчасти - от употребата на електричество
- Местоположение - трябва да бъде разположено в зона с подходящо слънчево изложение (т.е. южната страна на желаната зона)
Пасивен обмен на въздух
_(3).jpg)
Пример за метод на пасивна слънчева топлинна отоплителна система е термосифонният топлообмен . Базира се на принципа на естествената конвекция , при която въздухът или водата циркулират във вертикална верига със затворен контур без използване на помпа. Хладният въздух на закрито преминава през вентилационен отвор и се насочва към отвор в долната част на слънчев колектор. След това въздухът, съдържащ се в слънчевия колектор, се нагрява от слънцето чрез слънчева радиация . Хладният въздух е плътен и ще потъне, докато топлият въздух е по-малко плътен и ще се издигне. Тъй като въздухът се нагрява в слънчевия колектор, той става по-малко плътен от по-хладния въздух и се издига. Топлият въздух излиза от вентилационния отвор в горния отвор на слънчевия колектор, насочва се към желаната зона (т.е. на закрито) и се заменя с по-хладен въздух. Този процес на обмен на въздух ще продължи, докато температурата на въздуха в помещението достигне равновесие с температурата на открито.
Материали
- Слънчев колектор – Колкото по-голям е слънчевият колектор, толкова по-добре.
- Кадър
- 6 вертикални дъски 2 на 6 инча - Бюфети
- Дъски 2 на 6 и 2 на 8 - Горен перваз
- Задържащи винтове - препоръчват се, но не са необходими за закрепване
- глазура
- Вълнообразни поликарбонатни плоскости
- 10 панела - 26 инча широки и 8 фута високи
- Двойки панели, припокриващи се върху вертикална дървена лента 1 на 1 инч - Прави панели с ширина 4 фута за всеки отсек
- Покритие, устойчиво на ултравиолетови лъчи - Нанесете върху обърнатата към слънцето страна, за да удължите дълготрайността
- Слънчева абсорбираща плоча
- 2 слоя черен метален екран за прозорци - Прикрепен в горната и долната част на отделенията
- Вентилационни отвори
- Дупки, прорязани през сайдинга на сградата - Пластмасовите клапи ще предотвратят обратния поток на въздуха през горните вентилационни отвори през нощта.
цена
- Изследванията от 2007 г. показват, че пасивните топлообменници могат да варират от $55,00 до $400. Цената може да варира в зависимост от размера на колектора/ите, изолацията на зоната, която ще се отоплява, излагането на слънце и географското местоположение.
- Много държави, щати и комунални услуги предоставят стимули за участие в възобновяема енергия
Професионалисти
- Ниска цена
- Енергоспестяващ
- Намаляване на замърсяването
- Може да се използва за охлаждане на електроника
минуси
- Повишена поддръжка - (т.е. покриване по време на ниска слънчева радиация)
- Географското местоположение може да промени ефективността
- Изисква ръчно затваряне на задните амортисьори през нощта
- Предпочитани вноски с южно изложение
Свързани проекти
Препратки
- Национална лаборатория за възобновяема енергия (NREL) Динамични карти, ГИС данни и инструменти за анализ – Слънчеви карти (2007) Налични: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Цитарела, Джо. „Термосифони – по-добър подход към охлаждането на процесора?“ Овърклокъри. 5 август 2005 г. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Рейза, Гари. „Изградете прост слънчев нагревател“ Майката Земя Новини. януари 2006 г. http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- „Част 2: Обиколка на приложенията за възобновяема енергия.“ http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Мирмов, Н. И., Белякова, И. Г. "Топлоотделяне при кондензация на пара в термосифон." Journal of Engineering Physics 43(3), pp.970-974, 1982.
- Дизайн и производителност на компактен термосифон. 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
Данни за страницата