O princípio do sistema termossifão em jogo.

A termosifão, também conhecida como termossifão, é considerada uma tecnologia apropriada. Este processo utiliza recursos naturais e renováveis e as leis básicas da termodinâmica para criar movimento de um suprimento aquecido de ar ou água. A fonte de energia para este processo é a radiação solar (ou qualquer outra fonte de calor): a energia do sol é capturada em um dispositivo de coleta solar e é transferida para o ar ou a água por condução. Todo o processo pode ser explicado pelo efeito de termossifão: quando o ar ou a água são aquecidos, ganham energia cinética da fonte de aquecimento e ficam excitados. Como resultado, a água se torna menos densa, se expande e, portanto, sobe. Em contraste, quando a água ou o ar são resfriados, a energia é extraída das moléculas e a água se torna menos ativa, mais densa e tende a "afundar". O termosifão aproveita as diferenças naturais de densidade entre os fluidos frios e quentes e os controla em um sistema que produz movimento natural do fluido. Vários sistemas baseados nesta tecnologia estão atualmente disponíveis e podem ser lidos com mais detalhes no texto a seguir.

O princípio do sistema de termossifão é que a água fria tem uma gravidade específica (densidade) mais alta do que a água quente e, portanto, sendo mais pesada, afundará. Portanto, o coletor é sempre montado abaixo do tanque de armazenamento de água, para que a água fria do tanque chegue ao coletor através de um tubo de água descendente. Se o coletor aquecer a água, a água sobe novamente e chega ao tanque através de um tubo de água ascendente na extremidade superior do coletor. O ciclo tanque -> tubulação de água -> coletor garante que a água seja aquecida até atingir uma temperatura de equilíbrio. O consumidor pode então fazer uso da água quente da parte superior do tanque, sendo que qualquer água utilizada é substituída por água fria na parte inferior. O coletor então aquece a água fria novamente. Devido a diferenças de temperatura mais altas em irradiâncias solares mais altas, a água quente sobe mais rápido do que em irradiâncias mais baixas. Portanto, a circulação da água se adapta quase perfeitamente ao nível de irradiância solar. O tanque de armazenamento de um sistema de termossifão deve ser posicionado bem acima do coletor, caso contrário o ciclo pode andar para trás durante a noite e toda a água esfriará. Além disso, o ciclo não funciona adequadamente com diferenças de altura muito pequenas. Em regiões com alta irradiação solar e arquitetura de teto plano, geralmente são instalados tanques de armazenamento no telhado.

Os sistemas de termossifão funcionam de forma muito económica como sistemas de aquecimento de águas domésticas, e o princípio é simples, não necessitando de bomba nem de controlo. No entanto, os sistemas de termossifão geralmente não são adequados para sistemas de grande porte, ou seja, aqueles com mais de 10 m² de superfície de coletor. Além disso, é difícil colocar o tanque acima do coletor em edifícios com telhados inclinados, e os sistemas termossifão de circuito único são adequados apenas para regiões sem gelo.

Física subjacente[edit | edit source]

A termodinâmica é o estudo da energia.

  • Primeira lei da termodinâmica - afirma que a energia pode ser alterada de uma forma para outra, mas não pode ser criada ou destruída. - A energia é sempre conservada.

Esta lei pode ser aplicada ao movimento da água no sistema de termossifão: A energia do sol é direcionada e transferida (via condução e convecção) para água, ar ou outro meio de escolha. Este processo natural de aquecimento elimina a necessidade de fontes externas de energia, como combustíveis fósseis ou eletricidade.

  • Segunda lei da termodinâmica - afirma que em todas as trocas de energia, se nenhuma energia entrar ou sair do sistema, a energia potencial do estado será sempre menor que a do estado inicial. - O retorno líquido de um sistema é sempre menor do que aquele que foi inicialmente colocado.

A energia é sempre conservada, no entanto, a energia (ou calor, neste caso) muitas vezes pode ser perdida em um determinado sistema (termossifão) como calor. Adicionar isolamento com valores de R apropriados ao sistema e seu encanamento pode reduzir bastante a perda de calor e, assim, aumentar a eficiência.

  • Lei de Planck - o comprimento de onda da radiação emitida de uma superfície é proporcional à temperatura da superfície

Energia transferida como resultado de diferenças de temperatura entre dois objetos - Objetos escuros absorvem calor, enquanto objetos claros refletem

Placas de coleta de cores escuras dentro do coletor solar ajudarão a aumentar a absorção solar, aumentando assim a quantidade de calor disponível para aquecer água ou ar em termossifão. Em contraste, tubos refletivos ou levemente coloridos e tanques de armazenamento devem ser utilizados, pois as cores claras ajudarão a reduzir a radiação de calor para fora do sistema.

Aquecimento passivo de água[edit | edit source]

A termosifão passiva da água é o processo de aquecimento e movimentação de água dentro de um sistema sem a necessidade ou uso de energia elétrica. Esse processo funciona utilizando fenômenos naturais, como energia solar, gravidade e uma fonte de água disponível. Um coletor solar, tubulação e um tanque de água são materiais necessários para o processo de aquecimento. O fluxo de água é distribuído dentro, dentro e fora do coletor solar. A água fria entra no fundo do coletor solar, onde é aquecida por convecção pela radiação solar. Quando a água é aquecida, torna-se menos densa do que a água mais fria, expande-se e depois sobe (flui) através da tubagem. A água aquecida sai do topo do coletor solar naturalmente. A água mais fria e mais densa afunda e permanece dentro do coletor solar até que seja aquecida. À medida que a água fria é aquecida, ela se expande, sobe, é empurrada para fora do topo do coletor solar, permitindo que a água fria flua para o coletor solar. Este processo continua naturalmente até que a temperatura da água atinja um equilíbrio com a entrada de radiação solar.

Dois tipos de sistemas de troca de água por termossifão estão disponíveis atualmente: o sistema de acoplamento fechado e o sistema de alimentação por gravidade.

Sistema de acoplamento fechado[edit | edit source]

Esquemas

Os sistemas de acoplamento fechado funcionam com os mesmos princípios de termossifão passivo mencionados acima. O tanque de armazenamento desses sistemas deve ser colocado acima do coletor solar para aproveitar a circulação de água acionada pelo processo de termossifão passivo.

Materiais[edit | edit source]

  • Energia solar
  • Coletor solar
  • Tubulação
  • Isolamento
  • Água
  • Tanque de armazenamento
  • Telhado forte ou outro sistema de suporte

Custo[edit | edit source]

  • A pesquisa atual (2007) sugere que os aquecedores de água por termossifão passivos podem variar de US$ 500 a US$ 6.500. O preço pode variar devido ao tamanho do tanque, exposição solar e localização geográfica
  • Muitos países, estados e serviços de utilidade pública oferecem incentivos para a participação em energia renovável

Prós[edit | edit source]

  • Não poluente
  • Economia de energia - Não é necessária eletricidade para termossifão passivo
  • Custo-beneficio
  • Economia de espaço - (ou seja, dentro de casa)

Contras[edit | edit source]

  • A exposição do tanque a condições ambientais externas pode reduzir a eficiência, dependendo da localização geográfica
  • Estética - Pode ser considerado visualmente desagradável
  • Forte estrutura de suporte necessária (ou seja, telhado)
  • Não é adequado para climas extremamente frios
  • Localização - deve ser posicionado em uma área com exposição solar adequada (ou seja, lado sul da área desejada)

Sistema de alimentação por gravidade[edit | edit source]

Os sistemas de alimentação por gravidade utilizam os mesmos princípios de termossifão passivo que o sistema de acoplamento fechado, porém a colocação do tanque é diferente. Os tanques são instalados horizontalmente em um telhado, que geralmente está localizado diretamente acima do coletor solar. Uma vez necessária, a água aquecida dentro do tanque de armazenamento segue o caminho de menor resistência e se move por gravidade até o local desejado. Os sistemas de alimentação por gravidade requerem mais tubulações para distribuir a água aquecida, e esse fator deve ser levado em consideração ao instalar ou adquirir um sistema de termossifão.

Materiais[edit | edit source]

Esquemas
  • Energia solar
  • Coletor solar
  • Tubulação
  • Isolamento
  • Água
  • Tanque de armazenamento
  • Telhado forte ou outro sistema de suporte

Custo[edit | edit source]

  • Os sistemas de alimentação por gravidade são normalmente os aquecedores de água por termossifão passivos mais baratos
  • A pesquisa atual (2007) sugere que o custo pode variar de $ 400 a $ 5.500 (não incluindo o custo de instalação, se aplicável). O preço pode variar devido ao tamanho do tanque, exposição solar e localização geográfica
  • Muitos países, estados e serviços de utilidade pública oferecem incentivos para a participação em energia renovável

Prós[edit | edit source]

  • Não poluente
  • Economia de energia - Não é necessária eletricidade para termossifão passivo
  • Custo-beneficio
  • Economia de espaço - (ou seja, dentro de casa)
  • Estética - (colocação horizontal do tanque)

Contras[edit | edit source]

  • Encanamento e tubulação adicionam custos adicionais ao sistema
  • Estética - Pode ser considerado visualmente desagradável
  • Forte estrutura de suporte necessária (ou seja, telhado)
  • Não é adequado para climas extremamente frios
  • Localização - deve ser posicionado em uma área com exposição solar adequada (ou seja, lado sul da área desejada)

Aquecimento de água ativo[edit | edit source]

Também conhecido como: sistemas de bombas ou sistemas split

Esquemas

Os sistemas de aquecimento solar ativos funcionam na mesma base do efeito de termossifão, no entanto, os sistemas ativos utilizam uma fonte de energia diferente da energia solar para ajudar a impulsionar o processo. Este sistema instala apenas o coletor solar no telhado, enquanto o tanque de armazenamento é instalado no solo ou em qualquer outro lugar abaixo. Essas unidades de aquecimento de água ativa requerem alguma forma externa de energia para bombear a água por todo o sistema. Ao utilizar energia adicional, esses sistemas ativos são menos econômicos do que os sistemas passivos.

Materiais[edit | edit source]

  • Energia solar
  • Coletor solar
  • Energia elétrica
  • Bomba elétrica
  • Tubulação adicional
  • Isolamento
  • Água
  • Tanque de armazenamento

Custo[edit | edit source]

  • A pesquisa atual sugere (2007) que os aquecedores de água termossifão ativos podem variar de US$ 1.200 a US$ 10.500. O preço pode variar devido ao tamanho do tanque, requisitos de tubulação interna, exposição solar e localização geográfica
  • Muitos países, estados e serviços de utilidade pública oferecem incentivos para a participação em energia renovável

Prós[edit | edit source]

  • Economia de dinheiro
  • Custo-beneficio
  • Estética - Tanque de armazenamento não colocado no telhado
  • Redução de gases de efeito estufa - Se isolado adequadamente, tem o potencial de poluir tão pouco quanto os sistemas passivos.

Contras[edit | edit source]

  • Usa mais energia do que um sistema passivo
  • Requer mais manutenção do que um sistema passivo
  • Perda de calor - durante a transferência do coletor solar para o tanque de armazenamento abaixo
  • Polui alguns - do uso elétrico
  • Localização - deve ser posicionado em uma área com exposição solar adequada (ou seja, lado sul da área desejada)

Troca de ar passiva[edit | edit source]

Esquemas

Um exemplo de um método de sistema de aquecimento solar térmico passivo é o Thermosiphon Heat Exchange. Baseia-se no princípio da convecção natural, em que o ar ou a água circulam em um circuito vertical fechado sem o uso de bomba. O ar frio dentro de casa viaja através de uma abertura e é direcionado para uma abertura na parte inferior de um coletor solar. O ar contido no coletor solar é então aquecido pelo sol através da radiação solar. O ar frio é denso e afundará, enquanto o ar quente é menos denso e subirá. À medida que o ar aquece dentro do coletor solar, torna-se menos denso do que o ar mais frio e sobe. O ar quente sai de uma abertura na abertura superior do coletor solar, move-se para a área desejada (ou seja, dentro de casa) e é substituído por ar mais frio. Este processo de troca de ar continuará até que a temperatura do ar interno atinja um equilíbrio com a temperatura externa.

Materiais[edit | edit source]

Lembre-se: quanto maior o coletor solar, melhor.

Coletor solar

Quadro

  • 6 placas verticais de 2 por 6 polegadas - aparadores
  • 2 por 6 e placas de 2 por 8 - peitoril superior
  • parafusos de travamento - recomendados, mas não necessários para o acessório

Esmalte

  • painéis de policarbonato ondulado
  • 10 painéis - 26 polegadas de largura por 8 pés de altura
  • Pares de painéis sobrepostos em tiras de madeira verticais de 1 por 1 pol. - formam painéis de 4 pés de largura para cada baia
  • revestimento resistente a ultravioleta - aplique no lado virado para o sol para prolongar a longevidade

Placa de absorção solar

  • Tela de janela de metal preto de 2 camadas - anexada na parte superior e inferior das baias

Aberturas

  • buracos cortados no tapume do edifício

Nota: - as abas de plástico impedirão o refluxo de ar através das aberturas superiores à noite

Custo[edit | edit source]

  • A pesquisa atual (2007) sugere que os trocadores de calor passivos podem variar de US$ 55,00 a US$ 400. O preço pode variar em função do tamanho do(s) coletor(es), isolamento da área a ser aquecida, exposição solar e localização geográfica.
  • Muitos países, estados e serviços de utilidade pública oferecem incentivos para a participação em energia renovável

Prós[edit | edit source]

  • Baixo custo
  • Economizador de energia
  • Redução da poluição
  • Pode ser usado para resfriar eletrônicos

Contras[edit | edit source]

  • Maior manutenção - (ou seja, cobertura durante períodos de baixa radiação solar)
  • A localização geográfica pode alterar a eficácia
  • Requer o fechamento manual dos amortecedores de tração traseira à noite
  • De preferência parcelas viradas a sul

Referências[edit | edit source]

Links externos[edit | edit source]

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