Thermosiphon/id
Thermosiphoning , juga dikenal sebagai thermosyphoning , dianggap sebagai teknologi yang tepat guna . Proses ini memanfaatkan sumber daya alam yang dapat diperbarui dan hukum dasar termodinamika untuk menciptakan pergerakan pasokan udara atau air yang dipanaskan. Sumber energi untuk proses ini adalah radiasi matahari (atau sumber panas lainnya). Energi matahari ditangkap dalam perangkat pengumpul surya dan ditransfer ke udara atau air melalui konduksi. Seluruh proses dapat dijelaskan oleh efek thermosiphoning : ketika udara atau air dipanaskan, ia memperoleh energi kinetik dari sumber pemanas dan menjadi bersemangat. Akibatnya, air menjadi kurang padat, mengembang, dan dengan demikian naik. Sebaliknya, ketika air atau udara didinginkan, energi diekstraksi dari molekul dan air menjadi kurang aktif, lebih padat, dan cenderung "tenggelam." Thermosiphoning memanfaatkan perbedaan kepadatan alami antara cairan dingin dan panas, dan mengendalikannya dalam sistem yang menghasilkan pergerakan cairan alami. Beberapa sistem berdasarkan teknologi ini saat ini tersedia, dan dapat dibaca lebih rinci dalam teks berikut.
Prinsip sistem termosifon adalah bahwa air dingin memiliki berat jenis (densitas) yang lebih tinggi daripada air hangat, sehingga akan tenggelam jika air tersebut lebih berat. Oleh karena itu, kolektor selalu dipasang di bawah tangki penyimpanan air, sehingga air dingin dari tangki mencapai kolektor melalui pipa air yang turun. Jika kolektor memanaskan air, air akan naik lagi dan mencapai tangki melalui pipa air yang naik di ujung atas kolektor. Siklus tangki → pipa air → kolektor memastikan air dipanaskan hingga mencapai suhu keseimbangan. Konsumen kemudian dapat memanfaatkan air panas dari atas tangki, dengan air yang digunakan diganti dengan air dingin di bagian bawah. Kolektor kemudian memanaskan air dingin lagi. Karena perbedaan suhu yang lebih tinggi pada iradiasi matahari yang lebih tinggi, air hangat naik lebih cepat daripada pada iradiasi yang lebih rendah. Oleh karena itu, sirkulasi air beradaptasi hampir sempurna dengan tingkat iradiasi matahari. Tangki penyimpanan sistem termosifon harus diposisikan jauh di atas kolektor, jika tidak siklus dapat berjalan mundur pada malam hari dan semua air akan mendingin. Lebih jauh lagi, siklus tidak bekerja dengan baik pada perbedaan ketinggian yang sangat kecil. Di wilayah dengan iradiasi matahari tinggi dan arsitektur atap datar, tangki penyimpanan biasanya dipasang di atap.
Sistem termosifon beroperasi sangat ekonomis sebagai sistem pemanas air rumah tangga. Prinsipnya sederhana, tidak memerlukan pompa maupun kontrol. Akan tetapi, sistem termosifon biasanya tidak cocok untuk sistem besar, yaitu sistem dengan luas permukaan kolektor lebih dari 10 m². Selain itu, sulit untuk menempatkan tangki di atas kolektor pada bangunan dengan atap miring, dan sistem termosifon sirkuit tunggal hanya cocok untuk daerah bebas embun beku.
Fisika yang mendasari
Termodinamika adalah studi tentang energi .
- Hukum pertama termodinamika - Menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Energi selalu kekal.
Hukum ini dapat diterapkan pada pergerakan air dalam sistem termosifon: Energi dari matahari diarahkan dan ditransfer (melalui konduksi dan konveksi) ke air, udara, atau media pilihan lainnya. Proses pemanasan alami ini menghilangkan kebutuhan akan sumber energi eksternal seperti bahan bakar fosil atau listrik.
- Hukum kedua termodinamika - Menyatakan bahwa dalam semua pertukaran energi, jika tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, energi potensial keadaan akan selalu lebih kecil daripada keadaan awal. Hasil bersih suatu sistem selalu lebih kecil daripada yang awalnya dimasukkan.
Energi selalu kekal, namun energi (atau panas dalam kasus ini) sering kali hilang dalam sistem tertentu (thermosiphoning) sebagai panas. Menambahkan insulasi dengan nilai R yang sesuai ke sistem dan perpipaannya dapat mengurangi kehilangan panas secara signifikan, dan dengan demikian meningkatkan efisiensi.
- Hukum Planck - Panjang gelombang radiasi yang dipancarkan dari suatu permukaan sebanding dengan suhu permukaan tersebut. Energi ditransfer sebagai akibat dari perbedaan suhu antara dua objek. Objek yang gelap menyerap panas, sedangkan objek yang terang memantulkannya.
Pelat pengumpul berwarna gelap di dalam kolektor surya akan membantu meningkatkan penyerapan surya, sehingga meningkatkan jumlah panas yang tersedia untuk memanaskan air atau udara dalam termosifon. Sebaliknya, pipa dan tangki penyimpanan yang memantulkan cahaya atau berwarna terang harus digunakan karena warna terang akan membantu mengurangi radiasi panas keluar dari sistem.
Pemanasan air pasif
Termosifonasi pasif air adalah proses memanaskan dan memindahkan air dalam suatu sistem tanpa perlu atau menggunakan listrik. Proses ini berfungsi dengan memanfaatkan fenomena alam seperti energi matahari, gravitasi, dan sumber air yang tersedia. Kolektor surya, pipa, dan tangki air adalah material yang dibutuhkan untuk proses pemanasan. Aliran air didistribusikan ke dalam, di dalam, dan keluar dari kolektor surya. Air dingin masuk ke bagian bawah kolektor surya, lalu dipanaskan melalui konveksi oleh radiasi matahari. Saat air dipanaskan, kepadatannya menjadi kurang dari air yang lebih dingin, mengembang, lalu naik ( mengalir ) melalui pipa. Air yang dipanaskan keluar dari bagian atas kolektor surya secara alami. Air yang lebih dingin dan lebih padat tenggelam dan tetap berada di dalam kolektor surya hingga dipanaskan. Saat air dingin dipanaskan, air tersebut mengembang, naik, dan didorong keluar dari bagian atas kolektor surya, sehingga air dingin dapat mengalir ke dalam kolektor surya. Proses ini berlanjut secara alami hingga suhu air mencapai keseimbangan dengan masukan radiasi matahari.
Dua jenis sistem pertukaran air termosifon tersedia saat ini: sistem kopling tertutup, dan sistem umpan gravitasi.
Sistem kopling tertutup
.jpg)
Sistem yang terhubung rapat berfungsi berdasarkan prinsip yang sama dengan termosifon pasif yang disebutkan di atas. Tangki penyimpanan sistem ini harus ditempatkan di atas kolektor surya untuk memanfaatkan sirkulasi air yang digerakkan oleh proses termosifon pasif.
Bahan
- Energi Surya
- Kolektor Surya
- Perpipaan
- Isolasi
- Air
- Tangki Penyimpanan
- Atap yang kuat atau sistem pendukung lainnya
Biaya
- Penelitian tahun 2007 menunjukkan bahwa pemanas air termosifon pasif dapat berkisar antara $500 hingga $6.500. Harga dapat bervariasi karena ukuran tangki, paparan sinar matahari, dan lokasi geografis.
- Banyak negara, negara bagian, dan layanan utilitas memberikan insentif untuk partisipasi energi terbarukan
Kelebihan
- Tidak menimbulkan polusi
- Hemat Energi - Tidak memerlukan listrik untuk termosifon pasif
- Hemat Biaya
- Menghemat ruang - (misalnya di dalam ruangan)
Kontra
- Paparan tangki terhadap kondisi lingkungan eksternal dapat mengurangi efisiensi, tergantung pada lokasi geografis
- Estetika - Mungkin dianggap tidak enak dilihat
- Diperlukan struktur pendukung yang kuat (misalnya atap)
- Tidak cocok untuk iklim yang sangat dingin
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (misalnya sisi selatan area yang diinginkan)
Sistem umpan gravitasi
.jpg)
Sistem pengaliran gravitasi menggunakan prinsip termosifon pasif yang sama seperti sistem kopling tertutup, namun penempatan tangki berbeda. Tangki dipasang secara horizontal ke atap, yang sering kali terletak tepat di atas kolektor surya. Setelah dibutuhkan, air panas di dalam tangki penyimpanan mengambil jalur dengan hambatan paling kecil dan bergerak melalui gravitasi ke lokasi yang diinginkan. Sistem pengaliran gravitasi memerlukan lebih banyak pipa/plumbing untuk mendistribusikan air panas, dan faktor ini harus dipertimbangkan saat memasang atau membeli sistem termosifon.
Bahan
- Energi Surya
- Kolektor Surya
- Perpipaan
- Isolasi
- Air
- Tangki Penyimpanan
- Atap yang kuat atau sistem pendukung lainnya
Biaya
- Sistem umpan gravitasi biasanya merupakan pemanas air termosifon pasif yang paling murah
- Penelitian tahun 2007 menunjukkan bahwa biayanya dapat berkisar antara $400 hingga $5.500 (tidak termasuk biaya pemasangan -jika berlaku-). Harga dapat bervariasi karena ukuran tangki, paparan sinar matahari, dan lokasi geografis.
- Banyak negara, negara bagian, dan layanan utilitas memberikan insentif untuk partisipasi energi terbarukan
Kelebihan
- Tidak menimbulkan polusi
- Hemat Energi - Tidak memerlukan listrik untuk termosifon pasif
- Hemat Biaya
- Penghematan ruang - (misalnya di dalam ruangan)
- Estetika - (Penempatan tangki horizontal)
Kontra
- Instalasi pipa dan instalasi pipa menambah biaya tambahan pada sistem
- Estetika - Mungkin dianggap tidak enak dilihat
- Diperlukan struktur pendukung yang kuat (misalnya atap)
- Tidak cocok untuk iklim yang sangat dingin
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (misalnya sisi selatan area yang diinginkan)
Pemanasan air aktif
.jpg)
Sistem pemanas surya aktif, yang juga dikenal sebagai sistem pompa atau sistem split , berfungsi berdasarkan efek termosifon yang sama , namun sistem aktif memanfaatkan sumber energi selain energi surya untuk membantu menggerakkan proses tersebut. Sistem ini hanya memasang kolektor surya di atap, sementara tangki penyimpanan dipasang di tanah atau di tempat lain di bawahnya. Unit pemanas air aktif ini memerlukan beberapa bentuk energi eksternal untuk memompa air ke seluruh sistem. Dengan memanfaatkan energi tambahan, sistem aktif ini kurang hemat biaya dibandingkan sistem pasif.
Bahan
- Energi Surya
- Kolektor Surya
- Energi listrik
- Pompa listrik
- Pipa tambahan
- Isolasi
- Air
- Tangki Penyimpanan
Biaya
- Penelitian tahun 2007 menunjukkan bahwa pemanas air termosifon aktif dapat berkisar antara $1.200 hingga $10.500. Harga dapat bervariasi karena ukuran tangki, persyaratan perpipaan internal, paparan sinar matahari, dan lokasi geografis.
- Banyak negara, negara bagian, dan layanan utilitas memberikan insentif untuk partisipasi energi terbarukan
Kelebihan
- Penghematan Uang
- Hemat Biaya
- Estetika - Tangki penyimpanan tidak ditempatkan di atap
- Pengurangan gas rumah kaca - Jika diisolasi dengan benar, potensi polusi yang ditimbulkannya sesedikit sistem pasif.
Kontra
- Menggunakan lebih banyak energi daripada sistem pasif
- Membutuhkan lebih banyak perawatan daripada sistem pasif
- Kehilangan panas - selama pemindahan dari kolektor surya ke tangki penyimpanan di bawah
- Mencemari beberapa - dari penggunaan listrik
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (misalnya sisi selatan area yang diinginkan)
Pertukaran udara pasif
_(3).jpg)
Contoh metode sistem pemanas termal surya pasif adalah Pertukaran Panas Termosifon . Metode ini didasarkan pada prinsip konveksi alamiah, di mana udara atau air disirkulasikan dalam sirkuit tertutup vertikal tanpa menggunakan pompa. Udara dingin di dalam ruangan mengalir melalui ventilasi dan diarahkan ke lubang di bagian bawah kolektor surya. Udara yang terdapat di dalam kolektor surya kemudian dipanaskan oleh matahari melalui radiasi matahari. Udara dingin bersifat padat dan akan tenggelam, sedangkan udara hangat kurang padat dan akan naik. Saat udara memanas di dalam kolektor surya, udara tersebut menjadi kurang padat dibandingkan udara yang lebih dingin dan naik. Udara hangat naik keluar dari ventilasi di lubang atas kolektor surya, bergerak ke area yang diinginkan (yaitu di dalam ruangan), dan digantikan oleh udara yang lebih dingin. Proses pertukaran udara ini akan terus berlanjut hingga suhu udara di dalam ruangan mencapai keseimbangan dengan suhu di luar ruangan.
Bahan
- Kolektor surya - Semakin besar kolektor surya, semakin baik.
- Bingkai
- 6 papan vertikal berukuran 2x6 inci - Papan Samping
- Papan 2x6, dan papan 2x8 - Ambang atas
- Sekrup lag - Direkomendasikan, tetapi tidak diperlukan untuk pemasangan
- Mengacai
- Panel polikarbonat bergelombang
- 10 panel - lebar 26 inci dan tinggi 8 kaki
- Sepasang panel tumpang tindih di atas strip kayu vertikal berukuran 1x1 inci - Menghasilkan panel selebar 4 kaki untuk setiap rongga
- Lapisan anti-ultraviolet - Aplikasikan pada sisi yang menghadap matahari untuk memperpanjang umur
- Pelat penyerap surya
- Layar jendela logam hitam 2 lapis - Dipasang di bagian atas dan bawah rongga
- Ventilasi
- Lubang yang dipotong pada dinding luar bangunan - Penutup plastik akan mencegah aliran udara balik melalui ventilasi atas pada malam hari.
Biaya
- Penelitian tahun 2007 menunjukkan bahwa penukar panas pasif dapat berkisar antara $55,00 hingga $400. Harga dapat bervariasi tergantung pada ukuran kolektor, isolasi area yang akan dipanaskan, paparan sinar matahari, dan lokasi geografis.
- Banyak negara, negara bagian, dan layanan utilitas memberikan insentif untuk partisipasi energi terbarukan
Kelebihan
- Biaya rendah
- Penghemat energi
- Pengurangan polusi
- Dapat digunakan untuk mendinginkan perangkat elektronik
Kontra
- Peningkatan pemeliharaan - (misalnya menutupi saat radiasi matahari rendah)
- Lokasi geografis dapat mengubah efektivitas
- Memerlukan penutupan peredam aliran balik secara manual pada malam hari
- Angsuran yang menghadap ke selatan lebih disukai
Proyek terkait
Referensi
- Peta Dinamis Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL), Data GIS, dan Alat Analisis - Peta Surya (2007) Tersedia: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. "Thermosyphons - Pendekatan yang Lebih Baik untuk Pendinginan CPU?" Overclockers. 5 Agustus 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. "Membuat Pemanas Tenaga Surya Sederhana" Mother Earth News. Januari 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "Bagian 2: Tur Aplikasi Energi Terbarukan." http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, NI, Belyakova, IG "Pembebasan panas selama kondensasi uap dalam termosifon." Jurnal Fisika Teknik 43(3), hlm.970-974, 1982.
- Desain dan Kinerja Thermosyphon Kompak. 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
