थर्मोसाइफन प्रणाली का सिद्धांत कार्यरत है।थर्मोसाइफ़ोनिंग , जिसे थर्मोसाइफ़ोनिंग के नाम से भी जाना जाता है , को एक उपयुक्त तकनीक माना जाता है । यह प्रक्रिया हवा या पानी की गर्म आपूर्ति की गति बनाने के लिए प्राकृतिक, नवीकरणीय संसाधनों और ऊष्मागतिकी के बुनियादी नियमों का उपयोग करती है। इस प्रक्रिया के लिए ऊर्जा स्रोत सौर विकिरण (या गर्मी का कोई अन्य स्रोत) है। सूर्य की ऊर्जा को एक सौर संग्रह उपकरण में कैप्चर किया जाता है और चालन के माध्यम से हवा या पानी में स्थानांतरित किया जाता है। पूरी प्रक्रिया को थर्मोसाइफ़ोनिंग प्रभाव द्वारा समझाया जा सकता है : जब हवा या पानी गर्म होता है, तो यह हीटिंग स्रोत से गतिज ऊर्जा प्राप्त करता है और उत्तेजित हो जाता है। नतीजतन, पानी कम घना हो जाता है, फैलता है, और इस तरह ऊपर उठता है। इसके विपरीत, जब पानी या हवा को ठंडा किया जाता है, तो अणुओं से ऊर्जा निकाली जाती है और पानी कम सक्रिय, अधिक घना हो जाता है, और "डूबने" की प्रवृत्ति रखता है। थर्मोसाइफ़ोनिंग ठंडे और गर्म तरल पदार्थों के बीच प्राकृतिक घनत्व अंतर का उपयोग करता है, और उन्हें एक ऐसी प्रणाली में नियंत्रित करता है जो प्राकृतिक द्रव गति उत्पन्न करती है। इस तकनीक पर आधारित कई प्रणालियाँ वर्तमान में उपलब्ध हैं, और निम्नलिखित पाठ में उनके बारे में अधिक विस्तार से पढ़ा जा सकता है।
थर्मोसाइफन सिस्टम का सिद्धांत यह है कि ठंडे पानी में गर्म पानी की तुलना में अधिक विशिष्ट गुरुत्व (घनत्व) होता है, और इसलिए भारी होने के कारण यह नीचे डूब जाएगा। इसलिए, कलेक्टर को हमेशा पानी के भंडारण टैंक के नीचे लगाया जाता है, ताकि टैंक से ठंडा पानी एक अवरोही पानी के पाइप के माध्यम से कलेक्टर तक पहुँच सके। यदि कलेक्टर पानी को गर्म करता है, तो पानी फिर से ऊपर उठता है और कलेक्टर के ऊपरी छोर पर एक आरोही पानी के पाइप के माध्यम से टैंक तक पहुँचता है। टैंक → पानी का पाइप → कलेक्टर का चक्र सुनिश्चित करता है कि पानी तब तक गर्म हो जब तक कि यह एक संतुलन तापमान प्राप्त न कर ले। उपभोक्ता तब टैंक के ऊपर से गर्म पानी का उपयोग कर सकता है, उपयोग किए गए किसी भी पानी को नीचे ठंडे पानी से बदल दिया जाता है। कलेक्टर फिर ठंडे पानी को फिर से गर्म करता है। उच्च सौर विकिरण पर उच्च तापमान अंतर के कारण, गर्म पानी कम विकिरण पर जितना ऊपर उठता है, उससे अधिक तेजी से ऊपर उठता है। इसलिए, पानी का परिसंचरण खुद को लगभग पूरी तरह से सौर विकिरण के स्तर के अनुकूल बना लेता है। थर्मोसाइफन सिस्टम के स्टोरेज टैंक को कलेक्टर से काफी ऊपर रखा जाना चाहिए, अन्यथा रात के दौरान चक्र पीछे की ओर चल सकता है और सारा पानी ठंडा हो जाएगा। इसके अलावा, बहुत कम ऊंचाई के अंतर पर चक्र ठीक से काम नहीं करता है। उच्च सौर विकिरण और फ्लैटरूफ वास्तुकला वाले क्षेत्रों में, भंडारण टैंक आमतौर पर छत पर स्थापित किए जाते हैं।
थर्मोसाइफन सिस्टम घरेलू जल तापन प्रणाली के रूप में बहुत किफायती ढंग से काम करते हैं। सिद्धांत सरल है, न तो पंप की जरूरत है और न ही नियंत्रण की। हालांकि, थर्मोसाइफन सिस्टम आमतौर पर बड़े सिस्टम के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं, यानी, 10 m² से अधिक कलेक्टर सतह वाले सिस्टम के लिए। इसके अलावा, ढलान वाली छतों वाली इमारतों में कलेक्टर के ऊपर टैंक रखना मुश्किल होता है, और सिंगल-सर्किट थर्मोसाइफन सिस्टम केवल ठंढ-मुक्त क्षेत्रों के लिए उपयुक्त होते हैं।
अंतर्वस्तु
अंतर्निहित भौतिकी
ऊष्मागतिकी ऊर्जा का अध्ययन है ।
- ऊष्मागतिकी का पहला नियम - कहता है कि ऊर्जा को एक रूप से दूसरे रूप में बदला जा सकता है, लेकिन इसे बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता। ऊर्जा हमेशा संरक्षित रहती है।
यह नियम थर्मोसाइफ़ोनिंग सिस्टम में पानी की गति पर लागू किया जा सकता है: सूर्य से ऊर्जा को निर्देशित और स्थानांतरित किया जाता है (चालन और संवहन के माध्यम से) या तो पानी, हवा या पसंद के किसी अन्य माध्यम में। हीटिंग की यह प्राकृतिक प्रक्रिया जीवाश्म ईंधन या बिजली जैसे बाहरी ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता को समाप्त करती है।
- ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम - यह बताता है कि सभी ऊर्जा विनिमय में, यदि कोई ऊर्जा सिस्टम में प्रवेश नहीं करती है या सिस्टम से बाहर नहीं जाती है, तो राज्य की संभावित ऊर्जा हमेशा प्रारंभिक अवस्था की तुलना में कम होगी। सिस्टम का शुद्ध रिटर्न हमेशा उससे कम होता है जो शुरू में डाला गया था।
ऊर्जा हमेशा संरक्षित रहती है, हालाँकि ऊर्जा (या इस मामले में गर्मी) अक्सर किसी दिए गए सिस्टम (थर्मोसाइफ़ोनिंग) में गर्मी के रूप में खो सकती है। सिस्टम और इसकी पाइपलाइन में उचित R मानों के साथ इन्सुलेशन जोड़ने से गर्मी का नुकसान बहुत कम हो सकता है, और इस प्रकार दक्षता बढ़ सकती है।
- प्लैंक का नियम - किसी सतह से निकलने वाले विकिरण की तरंगदैर्घ्य सतह के तापमान के समानुपाती होती है। दो वस्तुओं के बीच तापमान के अंतर के परिणामस्वरूप स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा। काली वस्तुएँ ऊष्मा को अवशोषित करती हैं, जबकि हल्की वस्तुएँ परावर्तित करती हैं।
सौर संग्राहक के भीतर गहरे रंग की संग्रह प्लेटें सौर अवशोषण को बढ़ाने में सहायता करेंगी, जिससे थर्मोसाइफ़ोनिंग में पानी या हवा को गर्म करने के लिए उपलब्ध ऊष्मा की मात्रा में वृद्धि होगी। इसके विपरीत, परावर्तक या हल्के रंग की पाइपिंग और भंडारण टैंक का उपयोग किया जाना चाहिए क्योंकि हल्के रंग सिस्टम से गर्मी विकिरण को कम करने में मदद करेंगे।
निष्क्रिय जल तापन
पानी की निष्क्रिय थर्मोसाइफनिंग, बिजली की आवश्यकता या उपयोग के बिना सिस्टम के भीतर पानी को गर्म करने और स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। यह प्रक्रिया सौर ऊर्जा, गुरुत्वाकर्षण और उपलब्ध जल स्रोत जैसी प्राकृतिक घटनाओं का उपयोग करके कार्य करती है। एक सौर कलेक्टर , पाइपिंग और एक पानी की टंकी हीटिंग प्रक्रिया के लिए आवश्यक सामग्री हैं। पानी का प्रवाह सौर कलेक्टर के अंदर, अंदर और बाहर वितरित किया जाता है। ठंडा पानी सौर कलेक्टर के तल में प्रवेश करता है, जहाँ इसे फिर सौर विकिरण द्वारा संवहन के माध्यम से गर्म किया जाता है। जब पानी गर्म होता है तो यह ठंडे पानी की तुलना में कम घना हो जाता है, फैलता है और फिर पाइपिंग के माध्यम से ऊपर (बहता ) है। गर्म पानी स्वाभाविक रूप से सौर कलेक्टर के ऊपर से बाहर निकलता है। ठंडा और अधिक घना पानी डूब जाता है और गर्म होने तक सौर कलेक्टर के भीतर रहता है। जैसे ही ठंडा पानी गर्म होता है, यह फैलता है, ऊपर उठता है, सौर कलेक्टर के ऊपर से बाहर धकेला जाता है, जिससे ठंडा पानी सौर कलेक्टर में प्रवाहित होता है। यह प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से तब तक जारी रहती है जब तक कि पानी का तापमान सौर विकिरण इनपुट के साथ संतुलन तक नहीं पहुँच जाता।
वर्तमान में दो प्रकार की थर्मोसाइफन जल विनिमय प्रणालियां उपलब्ध हैं: क्लोज-कपल्ड प्रणाली, और गुरुत्वाकर्षण-फीड प्रणाली।
निकट-युग्मित प्रणाली
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schematicsक्लोज-कपल्ड सिस्टम ऊपर बताए गए पैसिव थर्मोसाइफ़ोनिंग के समान सिद्धांतों पर काम करते हैं । पैसिव थर्मोसाइफ़ोनिंग प्रक्रिया द्वारा संचालित जल परिसंचरण का उपयोग करने के लिएइन प्रणालियों के भंडारण टैंक को सौर कलेक्टर के ऊपर रखा जाना चाहिए ।
सामग्री
- सौर ऊर्जा
- सौर्य संग्राहक
- पाइपलाइन
- इन्सुलेशन
- पानी
- भंडारण टैंक
- मजबूत छत या अन्य समर्थन प्रणाली
लागत
- 2007 के शोध से पता चलता है कि निष्क्रिय थर्मोसाइफन वॉटर हीटर की कीमत $500 से $6,500 तक हो सकती है। टैंक के आकार, सौर जोखिम और भौगोलिक स्थिति के कारण कीमत अलग-अलग हो सकती है
- कई देश, राज्य और उपयोगिता सेवाएँ नवीकरणीय ऊर्जा भागीदारी के लिए प्रोत्साहन प्रदान करती हैं
पेशेवरों
- गैर - प्रदूषणकारी
- ऊर्जा बचत - निष्क्रिय थर्मोसाइफनिंग के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं
- प्रभावी लागत
- स्थान की बचत - (अर्थात घर के अन्दर)
दोष
- भौगोलिक स्थिति के आधार पर, बाहरी पर्यावरणीय परिस्थितियों के संपर्क में आने से टैंक की कार्यक्षमता कम हो सकती है
- सौंदर्यशास्त्र - दृष्टिगत रूप से अप्रिय माना जा सकता है
- मजबूत समर्थन संरचना की आवश्यकता (अर्थात छत)
- अत्यंत ठण्डे मौसम के लिए उपयुक्त नहीं
- स्थान - उपयुक्त सूर्य प्रकाश वाले क्षेत्र में स्थित होना चाहिए (अर्थात वांछित क्षेत्र के दक्षिण की ओर)
गुरुत्वाकर्षण-फ़ीड प्रणाली
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schematicsग्रेविटी-फीड सिस्टम निष्क्रिय थर्मोसाइफ़ोनिंग के उन्हीं सिद्धांतों का उपयोग करते हैं, जैसा कि क्लोज-कपल्ड सिस्टम करता है, हालाँकि टैंक की नियुक्ति अलग-अलग होती है। टैंकों को छत में क्षैतिज रूप से स्थापित किया जाता है, जो अक्सर सौर कलेक्टर के ठीक ऊपर स्थित होता है। ज़रूरत पड़ने पर, स्टोरेज टैंक के भीतर गर्म पानी कम से कम प्रतिरोध का रास्ता अपनाता है और गुरुत्वाकर्षण के ज़रिए वांछित स्थान पर नीचे चला जाता है। ग्रेविटी-फीड सिस्टम को गर्म पानी को वितरित करने के लिए अधिक पाइपिंग/प्लंबिंग की आवश्यकता होती है, और थर्मोसाइफ़ोनिंग सिस्टम को स्थापित या खरीदते समय इस कारक को ध्यान में रखा जाना चाहिए।
सामग्री
- सौर ऊर्जा
- सौर्य संग्राहक
- पाइपलाइन
- इन्सुलेशन
- पानी
- भंडारण टैंक
- मजबूत छत या अन्य समर्थन प्रणाली
लागत
- गुरुत्वाकर्षण-फीड प्रणालियाँ आमतौर पर सबसे कम खर्चीली निष्क्रिय थर्मोसाइफ़ोनिंग वॉटर हीटर हैं
- 2007 के शोध से पता चलता है कि लागत $400 से $5,500 तक हो सकती है (स्थापना की लागत -यदि लागू हो- शामिल नहीं है)। टैंक के आकार, सौर जोखिम और भौगोलिक स्थान के कारण मूल्य निर्धारण भिन्न हो सकता है
- कई देश, राज्य और उपयोगिता सेवाएँ नवीकरणीय ऊर्जा भागीदारी के लिए प्रोत्साहन प्रदान करती हैं
पेशेवरों
- गैर - प्रदूषणकारी
- ऊर्जा बचत - निष्क्रिय थर्मोसाइफनिंग के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं
- प्रभावी लागत
- स्थान की बचत - (अर्थात् घर के अन्दर)
- सौंदर्यशास्त्र - (क्षैतिज टैंक प्लेसमेंट)
दोष
- पाइपलाइन और पाइपिंग से सिस्टम पर अतिरिक्त लागत आती है
- सौंदर्यशास्त्र - दृष्टिगत रूप से अप्रिय माना जा सकता है
- मजबूत समर्थन संरचना की आवश्यकता (अर्थात छत)
- अत्यंत ठण्डे मौसम के लिए उपयुक्त नहीं
- स्थान - उपयुक्त सूर्य प्रकाश वाले क्षेत्र में स्थित होना चाहिए (अर्थात वांछित क्षेत्र के दक्षिण की ओर)
सक्रिय जल तापन
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schematicsसक्रिय सौर तापन प्रणालियाँ, जिन्हें पंप सिस्टम या स्प्लिट सिस्टम के रूप में भी जाना जाता है, थर्मोसाइफ़ोनिंग प्रभाव के समान आधार पर कार्य करती हैं , हालाँकि सक्रिय प्रणालियाँ प्रक्रिया को चलाने में मदद करने के लिए सौर ऊर्जा के अलावा किसी अन्य ऊर्जा स्रोत का उपयोग करती हैं। यह प्रणाली छत पर केवल सौर कलेक्टर स्थापित करती है, जबकि भंडारण टैंक जमीन पर या नीचे कहीं और स्थापित किया जाता है। इन सक्रिय जल तापन इकाइयों को पूरे सिस्टम में पानी पंप करने के लिए ऊर्जा के कुछ बाहरी रूप की आवश्यकता होती है। अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग करके, ये सक्रिय प्रणालियाँ निष्क्रिय प्रणालियों की तुलना में कम लागत कुशल हैं।
सामग्री
- सौर ऊर्जा
- सौर्य संग्राहक
- विद्युतीय ऊर्जा
- विद्युत पंप
- अतिरिक्त पाइपिंग
- इन्सुलेशन
- पानी
- भंडारण टैंक
लागत
- 2007 के शोध से पता चलता है कि सक्रिय थर्मोसाइफन वॉटर हीटर की कीमत $1,200 से $10,500 तक हो सकती है। टैंक के आकार, आंतरिक पाइपिंग आवश्यकताओं, सौर जोखिम और भौगोलिक स्थिति के कारण मूल्य भिन्न हो सकते हैं
- कई देश, राज्य और उपयोगिता सेवाएँ नवीकरणीय ऊर्जा भागीदारी के लिए प्रोत्साहन प्रदान करती हैं
पेशेवरों
- धन की बचत
- प्रभावी लागत
- सौंदर्यबोध - भंडारण टैंक छत पर नहीं रखा गया
- ग्रीनहाउस गैस में कमी - यदि इसे उचित रूप से पृथक किया जाए, तो इसमें निष्क्रिय प्रणालियों की तुलना में कम प्रदूषण फैलाने की क्षमता होती है।
दोष
- निष्क्रिय प्रणाली की तुलना में अधिक ऊर्जा का उपयोग करता है
- निष्क्रिय प्रणाली की तुलना में अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है
- ऊष्मा हानि - सौर संग्राहक से नीचे भंडारण टैंक में स्थानांतरण के दौरान
- कुछ प्रदूषण - बिजली के उपयोग से
- स्थान - उपयुक्त सूर्य प्रकाश वाले क्षेत्र में स्थित होना चाहिए (अर्थात वांछित क्षेत्र के दक्षिण की ओर)
निष्क्रिय वायु विनिमय
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schematicsनिष्क्रिय सौर तापीय हीटिंग सिस्टम विधि का एक उदाहरण थर्मोसाइफन हीट एक्सचेंज है। यह प्राकृतिक संवहन के सिद्धांत पर आधारित है , जिसमें एक पंप का उपयोग किए बिना हवा या पानी को एक ऊर्ध्वाधर बंद लूप वाले सर्किट में प्रसारित किया जाता है। घर के अंदर ठंडी हवा एक वेंट के माध्यम से यात्रा करती है और एक सौर कलेक्टर के तल में एक उद्घाटन में निर्देशित होती है। सौर कलेक्टर के भीतर मौजूद हवा को फिर सूर्य द्वारा सौर विकिरण के माध्यम से गर्म किया जाता है। ठंडी हवा सघन होती है और डूब जाएगी, जबकि गर्म हवा कम सघन होती है और ऊपर उठेगी। जैसे ही हवा सौर कलेक्टर के भीतर गर्म होती है, यह ठंडी हवा की तुलना में कम घनी हो जाती है और ऊपर उठती है। गर्म हवा सौर कलेक्टर के शीर्ष उद्घाटन में एक वेंट से बाहर निकलती है ,
सामग्री
- सौर संग्राहक - सौर संग्राहक जितना बड़ा होगा, उतना अच्छा होगा।
- चौखटा
- 6 ऊर्ध्वाधर 2-बाय-6-इंच बोर्ड - साइडबोर्ड
- 2-बाय-6, और 2-बाय-8 बोर्ड - शीर्ष सिल
- लैग स्क्रू - अनुशंसित, लेकिन संलग्नक के लिए आवश्यक नहीं
- शीशे का आवरण
- नालीदार पॉलीकार्बोनेट पैनल
- 10 पैनल - 26 इंच चौड़े और 8 फीट ऊंचे
- 1-बाई-1-इंच ऊर्ध्वाधर लकड़ी की पट्टी पर ओवरलैप किए गए पैनलों के जोड़े - प्रत्येक खाड़ी के लिए 4-फुट चौड़े पैनल बनाते हैं
- पराबैंगनी-प्रतिरोधी कोटिंग - दीर्घायु बढ़ाने के लिए सूर्य की ओर वाले भाग पर लगाएं
- सौर अवशोषण प्लेट
- 2 परतों वाली काली धातु की खिड़की की स्क्रीन - खाड़ियों के ऊपर और नीचे लगी हुई
- झरोखों
- इमारत की साइडिंग में काटे गए छेद - प्लास्टिक के फ्लैप रात में ऊपरी छिद्रों से हवा के वापस प्रवाह को रोकेंगे।
लागत
- 2007 के शोध से पता चलता है कि निष्क्रिय हीट एक्सचेंजर्स की कीमत $55.00 से $400 तक हो सकती है। कलेक्टर/कलेक्टरों के आकार, गर्म किए जाने वाले क्षेत्र के इन्सुलेशन, सौर जोखिम और भौगोलिक स्थिति के कारण मूल्य निर्धारण भिन्न हो सकता है।
- कई देश, राज्य और उपयोगिता सेवाएँ नवीकरणीय ऊर्जा भागीदारी के लिए प्रोत्साहन प्रदान करती हैं
पेशेवरों
- कम लागत
- ऊर्जा की बचत करने वाला
- प्रदूषण में कमी
- इलेक्ट्रॉनिक्स को ठंडा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है
दोष
- रखरखाव में वृद्धि - (अर्थात कम सौर विकिरण के समय में कवरिंग)
- भौगोलिक स्थिति प्रभावशीलता को बदल सकती है
- रात में बैक ड्राफ्ट डैम्पर्स को मैन्युअल रूप से बंद करना आवश्यक है
- दक्षिण मुखी किश्तों को प्राथमिकता दी जाएगी
संबंधित परियोजनाएं
संदर्भ
- राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) गतिशील मानचित्र, जीआईएस डेटा और विश्लेषण उपकरण - सौर मानचित्र (2007) उपलब्ध: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- सिटारेला, जो. "थर्मोसाइफन - सीपीयू कूलिंग के लिए बेहतर तरीका?" ओवरक्लॉकर्स. 5 अगस्त 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- रेयसा, गैरी. "एक सरल सौर हीटर बनाएँ" मदर अर्थ न्यूज़. जनवरी 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "भाग 2: नवीकरणीय ऊर्जा अनुप्रयोगों का भ्रमण।" http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- मिरमोव, एनआई, बेल्याकोवा, आईजी "थर्मोसाइफन में वाष्प संघनन के दौरान ऊष्मा मुक्ति।" जर्नल ऑफ इंजीनियरिंग फिजिक्स 43(3), पृ.970-974, 1982।
- कॉम्पैक्ट थर्मोसाइफन का डिज़ाइन और प्रदर्शन। अनिरुद्ध, पी., योगेंद्र, जे., बेइटेलमल, एम, पटेल, सी., वेंगर, टी. वुड्रफ़ स्कूल ऑफ़ मैकेनिकल इंजीनियरिंग। 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf
