Термосифонирање , такође познато као термосифонирање , сматра се одговарајућом технологијом . Овај процес користи природне, обновљиве ресурсе и основне законе термодинамике да би створио кретање загрејаног довода ваздуха или воде. Извор енергије за овај процес је сунчево зрачење (или било који други извор топлоте). Енергија сунца се хвата у соларни уређај за прикупљање и преноси се у ваздух или воду путем проводљивости. Цео процес се може објаснити термосифонским ефектом : када се ваздух или вода загреју, они добијају кинетичку енергију од извора грејања и постају узбуђени. Као резултат, вода постаје мање густа, шири се и тако се подиже. Насупрот томе, када се вода или ваздух хладе, енергија се извлачи из молекула и вода постаје мање активна, гушћа и има тенденцију да „потоне“. Термосифонирање користи природне разлике у густини између хладних и топлих течности и контролише их у систему који производи природно кретање течности. Тренутно је доступно неколико система заснованих на овој технологији, о којима се може детаљније прочитати у наставку текста.
Принцип термосифонског система је да хладна вода има већу специфичну тежину (густину) од топле воде, тако да ће, ако је тежа, потонути. Због тога је колектор увек монтиран испод резервоара за воду, тако да хладна вода из резервоара долази до колектора преко силазне водоводне цеви. Ако колектор загреје воду, вода се поново диже и стиже до резервоара кроз узлазну цев за воду на горњем крају колектора. Циклус резервоар → водоводна цев → колектор обезбеђује да се вода загрева док не постигне равнотежну температуру. Потрошач тада може да користи топлу воду са врха резервоара, при чему се свака коришћена вода замењује хладном водом на дну. Колектор затим поново загрева хладну воду. Због већих температурних разлика при већим сунчевим зрачењима, топла вода расте брже него при нижим зрачењима. Због тога се циркулација воде готово савршено прилагођава нивоу сунчевог зрачења. Резервоар термосифонског система мора бити постављен доста изнад колектора, иначе циклус може да иде уназад током ноћи и сва вода ће се охладити. Штавише, циклус не ради исправно на веома малим разликама у висини. У регионима са високим сунчевим зрачењем и архитектуром равних кровова, резервоари за складиштење се обично постављају на кров.
Термосифонски системи раде веома економично као системи за грејање воде за домаћинство. Принцип је једноставан, није потребна ни пумпа ни контрола. Међутим, термосифонски системи обично нису погодни за велике системе, односно оне са више од 10 м² површине колектора. Штавише, тешко је поставити резервоар изнад колектора у зградама са косим крововима, а термосифонски системи са једним кругом су погодни само за регионе без мраза.
Садржај
Основна физика
Термодинамика је наука о енергији .
- Први закон термодинамике - каже да енергија може да се мења из једног облика у други, али да се не може створити или уништити. Енергија се увек чува.
Овај закон се може применити на кретање воде у термосифонском систему: енергија сунца се усмерава и преноси (путем проводљивости и конвекције) у воду, ваздух или други медијум по избору. Овај природни процес загревања елиминише потребу за спољним изворима енергије као што су фосилна горива или електрична енергија.
- Други закон термодинамике - каже да ће у свим разменама енергије, ако енергија не уђе или не изађе из система, потенцијална енергија стања ће увек бити мања од оне у почетном стању. Нето принос система је увек мањи од онога који је првобитно уложен.
Енергија се увек чува, међутим енергија (или топлота у овом случају) се често може изгубити у датом систему (термосифонирање) као топлота. Додавање изолације са одговарајућим Р вредностима систему и његовом водоводу може у великој мери смањити губитак топлоте, а самим тим и повећати ефикасност.
- Планков закон – Таласна дужина зрачења које се емитује са површине пропорционална је температури површине. Енергија која се преноси као резултат температурних разлика између два објекта. Тамни предмети апсорбују топлоту, док светли рефлектују.
Тамно обојене сабирне плоче унутар соларног колектора ће помоћи у повећању апсорпције сунца, чиме се повећава количина топлоте која је доступна за загревање воде или ваздуха у термосифонирању. Насупрот томе, требало би користити рефлектујуће или светло обојене цеви и резервоаре за складиштење јер ће светле боје помоћи да се смањи топлотно зрачење из система.
Пасивно загревање воде
Пасивно термосифонирање воде је процес загревања и кретања воде унутар система без потребе или употребе електричне енергије. Овај процес функционише коришћењем природних феномена као што су сунчева енергија, гравитација и расположиви извор воде. Соларни колектор, цевовод и резервоар за воду су материјали потребни за процес грејања. Проток воде се дистрибуира у, унутар и ван соларног колектора. Хладна вода улази на дно соларног колектора где се затим конвекцијом загрева сунчевим зрачењем. Када се вода загреје, постаје мање густа од хладније воде, шири се, а затим се диже ( тече ) кроз цевовод. Загрејана вода природно излази на врх соларног колектора. Хладнија и гушћа вода тоне и остаје унутар соларног колектора док се не загреје. Како се хладна вода загрева, она се шири, диже, потискује се са врха соларног колектора, омогућавајући хладној води да тече у соларни колектор. Овај процес се наставља природно све док температура воде не достигне равнотежу са улазним сунчевим зрачењем.
Тренутно су доступна два типа термосифонских система за измјену воде: блиско спојени систем и систем гравитацијског напајања.
Блиско спрегнути систем
.jpg)
Блиско спрегнути системи функционишу на истим принципима пасивног термосифонирања који су горе поменути. Резервоар за складиштење ових система мора бити постављен изнад соларног колектора да би се искористила циркулација воде коју покреће процес пасивног термосифонирања.
Материјали
- Соларна енергија
- Соларни колектор
- Пипинг
- Изолација
- Вода
- Резервоар за складиштење
- Снажан кров или други систем подршке
Цост
- Истраживања из 2007. сугеришу да се пасивни термосифонски бојлери могу кретати од 500 до 6.500 долара. Цене могу да варирају у зависности од величине резервоара, изложености сунчевој светлости и географске локације
- Многе земље, државе и комуналне службе пружају подстицаје за учешће у обновљивим изворима енергије
Прос
- Незагађујуће
- Уштеда енергије - Није потребна струја за пасивно термосифонирање
- Исплативо
- Уштеда простора - (тј. у затвореном простору)
Цонс
- Изложеност резервоара спољним условима животне средине може смањити ефикасност, у зависности од географске локације
- Естетика - Може се сматрати визуелно непријатним
- Потребна је јака потпорна конструкција (нпр. кров)
- Није погодно за екстремно хладне климе
- Локација - мора бити позиционирана у области са одговарајућом сунчевом изложеношћу (тј. јужна страна жељене области)
Систем гравитационог напајања
.jpg)
Системи са гравитационим напајањем користе исте принципе пасивног термосифонирања као и блиско спојени систем, међутим положај резервоара се разликује. Резервоари се постављају хоризонтално у кров, који се често налази директно изнад соларног колектора. Једном када је потребна, загрејана вода у резервоару за складиштење иде путем најмањег отпора и креће се гравитацијом доле до жељене локације. Гравитациони системи захтевају више цевовода/водовода за дистрибуцију загрејане воде, и овај фактор треба узети у обзир приликом инсталирања или куповине термосифонског система.
Материјали
- Соларна енергија
- Соларни колектор
- Пипинг
- Изолација
- Вода
- Резервоар за складиштење
- Снажан кров или други систем подршке
Цост
- Гравитациони системи су обично најјефтинији пасивни термосифонски бојлери
- Истраживања из 2007. сугеришу да се цена може кретати од 400 до 5.500 долара (не укључујући трошкове -ако је применљиво) инсталације). Цене могу да варирају у зависности од величине резервоара, изложености сунчевој светлости и географске локације
- Многе земље, државе и комуналне службе пружају подстицаје за учешће у обновљивим изворима енергије
Прос
- Незагађујуће
- Уштеда енергије - Није потребна струја за пасивно термосифонирање
- Исплативо
- Уштеда простора - (тј. у затвореном простору)
- Естетика - (Хоризонтално постављање резервоара)
Цонс
- Водовод и цевовод додају додатне трошкове систему
- Естетика - Може се сматрати визуелно непријатним
- Потребна је јака потпорна конструкција (нпр. кров)
- Није погодно за екстремно хладне климе
- Локација - мора бити позиционирана у области са одговарајућом сунчевом изложеношћу (тј. јужна страна жељене области)
Активно загревање воде
.jpg)
Активни соларни системи грејања, такође познати као системи пумпи или сплит системи , функционишу на истој основи термосифонског ефекта , међутим активни системи користе извор енергије који није сунчева енергија да би помогли у покретању процеса. Овај систем поставља само соларни колектор на кров, док је резервоар за складиштење постављен на тлу или било где испод. Ове активне јединице за грејање воде захтевају неки спољни облик енергије за пумпање воде кроз систем. Коришћењем додатне енергије, ови активни системи су јефтинији од пасивних система.
Материјали
- Соларна енергија
- Соларни колектор
- Електрична енергија
- Електрична пумпа
- Додатни цевовод
- Изолација
- Вода
- Резервоар за складиштење
Цост
- Истраживања из 2007. сугеришу да активни термосифонски бојлери могу бити у распону од 1.200 до 10.500 долара. Цене могу да варирају у зависности од величине резервоара, унутрашњих захтева за цевима, изложености сунчевој светлости и географске локације
- Многе земље, државе и комуналне службе пружају подстицаје за учешће у обновљивим изворима енергије
Прос
- Монеи Савингс
- Исплативо
- Естетика - Резервоар за складиштење није постављен на кров
- Смањење гасова са ефектом стаклене баште – Ако је правилно изолован, може да загади онолико мало колико пасивни системи.
Цонс
- Користи више енергије него пасивни систем
- Захтева више одржавања него пасивни систем
- Губитак топлоте - током преноса са соларног колектора на резервоар испод
- Загађује неке - од употребе електричне енергије
- Локација - мора бити позиционирана у области са одговарајућом сунчевом изложеношћу (тј. јужна страна жељене области)
Пасивна размена ваздуха
_(3).jpg)
Пример методе пасивног соларног система грејања је термосифонска размена топлоте . Заснива се на принципу природне конвекције, у којој ваздух или вода циркулише у вертикалном кругу затворене петље без употребе пумпе. Хладан ваздух у затвореном простору путује кроз вентилациони отвор и усмерава се у отвор на дну соларног колектора. Ваздух који се налази у соларном колектору се затим загрева од сунца преко сунчевог зрачења. Хладан ваздух је густ и потонуо ће, док је топли ваздух мање густ и дизаће се. Како се ваздух загрева унутар соларног колектора, он постаје мање густ од хладнијег ваздуха и подиже се. Топли ваздух излази из отвора на горњем отвору соларног колектора, креће се у жељено подручје (тј. у затвореном простору), и замењује га хладнији ваздух. Овај процес размене ваздуха ће се наставити све док температура ваздуха у затвореном не достигне равнотежу са температуром на отвореном.
Материјали
- Соларни колектор - Што је већи соларни колектор, то боље.
- Фраме
- 6 вертикалних плоча од 2 до 6 инча - бочне даске
- 2-са-6, и 2-к-8 даске - Горњи праг
- Лаг шрафови - Препоручљиво, али није неопходно за причвршћивање
- Глазе
- Плоче од валовитог поликарбоната
- 10 панела - 26 инча ширине и 8 стопа висине
- Парови панела преклапају се преко вертикалне дрвене траке 1 по 1 инч - Прави панеле ширине 4 стопе за сваки залив
- Премаз отпоран на ултраљубичасто зрачење - Нанесите на страну која је окренута сунцу да бисте продужили век трајања
- Соларна апсорпциона плоча
- Двослојни црни метални прозорски екран - причвршћен преко врха и дна утора
- Вентс
- Рупе изрезане кроз споредни колосек зграде - Пластичне клапне ће спречити повратни ток ваздуха кроз горње вентилационе отворе ноћу.
Цост
- Истраживања из 2007. сугеришу да се пасивни измењивачи топлоте могу кретати од 55,00 до 400 долара. Цене могу да варирају у зависности од величине колектора, изолације површине која се греје, изложености сунцу и географске локације.
- Многе земље, државе и комуналне службе пружају подстицаје за учешће у обновљивим изворима енергије
Прос
- Ниска цена
- Уштеда енергије
- Смањење загађења
- Може се користити за хлађење електронике
Цонс
- Повећано одржавање - (тј. покривање током времена ниске сунчеве радијације)
- Географска локација може да промени ефикасност
- Захтева ручно затварање клапне за промају ноћу
- Пожељне рате према југу
Повезани пројекти
Референце
- Динамичке мапе, ГИС подаци и алати за анализу Националне лабораторије за обновљиву енергију (НРЕЛ) – соларне карте (2007) Доступно: хттп: //ввв.нрел.гов/гис/солар.хтмл
- Цитарелла, Јое. „Термосифони – бољи приступ хлађењу процесора?“ Оверклокери. 5. август 2005. хттп://веб.арцхиве.орг/веб/20080421004505/хттп ://ввв.оверцлоцкерс.цом:80/артицлес1246/
- Рејза, Гери. „Изградите једноставан соларни грејач“ Вести Мајке Земље. Јануар 2006. хттп://ввв.мотхереартхневс.цом/Алтернативе-Енерги/2006-12-01/Буилд-а-Симпле-Солар-Хеатер.аспк
- „Други део: Обилазак апликација за обновљиву енергију.“ хттп://веб.арцхиве.орг/веб/20060513045333/хттп://ввв.унепти.е.орг/пц/тоурисм/доцументс/енерги/11-26.пдф
- Мирмов, НИ, Белиакова, ИГ Ослобађање топлоте при кондензацији паре у термосифону. Јоурнал оф Енгинееринг Пхисицс 43(3), стр.970-974, 1982.
- Дизајн и перформансе компактног термосифона. Анируддха, П., Иогендра, Ј., Беителмал, М, Пател, Ц., Венгер, Т. Воодруфф Сцхоол оф Мацхине Енгинееринг. 2002. хттп://ввв.хпл.хп.цом/ресеарцх/паперс/2002/тхермосипхон.пдф
