Termosifon sisteminin prensibi iş başında.Termosifonlama olarak da bilinen termosifonlamanın uygun bir teknoloji olduğu düşünülmektedir . Bu işlem, ısıtılmış hava veya su kaynağının hareketini oluşturmak için doğal, yenilenebilir kaynaklardan ve termodinamiğin temel yasalarından yararlanır. Bu işlemin enerji kaynağı güneş ışınımıdır (veya herhangi bir başka ısı kaynağıdır). Güneşin enerjisi bir güneş toplama cihazında toplanır ve iletim yoluyla havaya veya suya aktarılır. Tüm süreç termosifon etkisi ile açıklanabilir : hava veya su ısıtıldığında, ısıtma kaynağından kinetik enerji alır ve heyecanlanır. Bunun sonucunda suyun yoğunluğu azalır, genleşir ve dolayısıyla yükselir. Buna karşılık, su veya hava soğutulduğunda moleküllerden enerji çıkarılır ve su daha az aktif, daha yoğun hale gelir ve "batma" eğilimi gösterir. Termosifonlama, soğuk ve sıcak akışkanlar arasındaki doğal yoğunluk farklılıklarından yararlanır ve bunları doğal akışkan hareketi üreten bir sistemde kontrol eder. Bu teknolojiye dayalı çeşitli sistemler şu anda mevcuttur ve aşağıdaki metinde daha ayrıntılı olarak okunabilir.
Termosifon sisteminin prensibi, soğuk suyun özgül ağırlığının (yoğunluğunun) sıcak sudan daha yüksek olması ve dolayısıyla daha ağır olanın aşağıya doğru batmasıdır. Bu nedenle kolektör her zaman su depolama tankının altına monte edilir, böylece tanktan gelen soğuk su alçalan bir su borusu aracılığıyla kolektöre ulaşır. Kolektör suyu ısıtırsa su tekrar yükselir ve kollektörün üst ucunda yükselen bir su borusu aracılığıyla tanka ulaşır. Tank → su borusu → kolektör döngüsü, suyun denge sıcaklığına ulaşana kadar ısıtılmasını sağlar. Tüketici daha sonra tankın üst kısmındaki sıcak sudan faydalanabilir, kullanılan suyun yerine alt kısımdan soğuk su konur. Kolektör daha sonra soğuk suyu tekrar ısıtır. Daha yüksek güneş ışınımlarında daha yüksek sıcaklık farkları nedeniyle sıcak su, daha düşük ışınımlara göre daha hızlı yükselir. Bu nedenle suyun dolaşımı, güneş ışınımı seviyesine neredeyse mükemmel bir şekilde uyum sağlar. Termosifon sisteminin depolama tankı kolektörün oldukça üzerine yerleştirilmelidir, aksi takdirde gece boyunca döngü ters yönde çalışabilir ve tüm su soğuyacaktır. Ayrıca çok küçük yükseklik farklarında döngü düzgün çalışmaz. Güneş ışınımının yüksek olduğu ve düz çatı mimarisine sahip bölgelerde depolama tankları genellikle çatıya monte edilir.
Termosifon sistemleri evsel su ısıtma sistemleri olarak oldukça ekonomik olarak çalışmaktadır. Prensip basittir; ne pompaya ne de kontrole ihtiyaç duyar. Ancak termosifon sistemleri genellikle büyük sistemler yani kollektör yüzeyi 10 m²'den fazla olan sistemler için uygun değildir. Ayrıca eğimli çatılı binalarda tankın kolektör üzerine yerleştirilmesi zordur ve tek devreli termosifon sistemleri sadece donmayan bölgeler için uygundur.
İçindekiler
Temel fizik
Termodinamik enerjinin incelenmesidir .
- Termodinamiğin birinci yasası - Enerjinin bir formdan diğerine değişebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. Enerji her zaman korunur.
Bu yasa, termosifonlama sisteminde suyun hareketine uygulanabilir: Güneşten gelen enerji yönlendirilir ve (iletim ve konveksiyon yoluyla) suya, havaya veya seçilen başka bir ortama aktarılır. Bu doğal ısıtma süreci, fosil yakıtlar veya elektrik gibi harici enerji kaynaklarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
- Termodinamiğin ikinci yasası - Tüm enerji alışverişlerinde, sisteme enerji girmemesi veya sistemden çıkmaması durumunda, durumun potansiyel enerjisinin her zaman başlangıç durumundaki enerjiden daha az olacağını belirtir. Bir sistemin net getirisi her zaman başlangıçta konulan getiriden daha azdır.
Enerji her zaman korunur, ancak enerji (veya bu durumda ısı) belirli bir sistemde (termosifonlama) genellikle ısı olarak kaybolabilir. Sisteme ve tesisatınauygun R değerlerine sahip izolasyon eklenmesi , ısı kaybını büyük ölçüde azaltabilir ve dolayısıyla verimliliği artırabilir.
- Planck Yasası - Bir yüzeyden yayılan radyasyonun dalga boyu, yüzeyin sıcaklığıyla orantılıdır. İki cisim arasındaki sıcaklık farkı sonucu aktarılan enerji. Koyu renkli nesneler ısıyı emer, açık renkli nesneler ise yansıtır.
Güneş kolektörü içindeki koyu renkli toplama plakaları, güneş emiliminin artmasına yardımcı olacak, böylece termosifonlamada su veya havayı ısıtmak için mevcut ısı miktarı artacaktır. Bunun tersine, açık renkler sistemden çıkan ısı yayılımının azaltılmasına yardımcı olacağından yansıtıcı veya açık renkli borular ve depolama tankları kullanılmalıdır.
Pasif su ısıtma
Suyun pasif termosifonlanması, elektriğe ihtiyaç duymadan veya kullanmadan suyun bir sistem içerisinde ısıtılması ve taşınması işlemidir. Bu süreç, güneş enerjisi, yerçekimi ve mevcut su kaynağı gibi doğal olaylardan yararlanılarak işler. Güneş kolektörü , borular ve su deposu ısıtma işlemi için gerekli malzemelerdir. Su akışı güneş kollektörünün içine, içine ve dışına dağıtılır. Soğuk su, güneş kollektörünün tabanına girer ve burada güneş ışınımı yoluyla konveksiyon yoluyla ısıtılır. Su ısıtıldığında, soğuk sudan daha az yoğun hale gelir, genleşir ve ardından borular boyunca yükselir ( akar ). Isıtılan su güneş kolektörünün üst kısmından doğal olarak çıkar. Daha soğuk ve daha yoğun olan su, ısınana kadar güneş kollektörünün içinde kalır. Soğuk su ısıtıldıkça genişler, yükselir, güneş kolektörünün üst kısmından dışarı itilir ve soğuk suyun güneş kollektörüne akmasına izin verir. Bu süreç, suyun sıcaklığı güneş ışınımı girişi ile dengeye gelinceye kadar doğal olarak devam eder.
Şu anda iki tip termosifon su değişim sistemi mevcuttur: yakın bağlantılı sistem ve yerçekimi beslemeli sistem.
Yakın bağlantılı sistem
.jpg)
ŞemalarYakın bağlantılı sistemler yukarıda bahsedilen pasif termosifonlamanın aynı prensiplerine göre çalışır. Bu sistemlerin depolama tankı, pasif termosifonlama işleminin sağladığı su sirkülasyonundan yararlanmak için güneş kolektörünün üzerine yerleştirilmelidir.
Malzemeler
- Güneş enerjisi
- Güneş kollektörü
- Borular
- Yalıtım
- su
- Depolama tankı
- Güçlü çatı veya diğer destek sistemi
Maliyet
- 2007 araştırması, pasif termosifon su ısıtıcılarının 500 ile 6.500 dolar arasında değişebileceğini öne sürüyor. Fiyatlandırma tank boyutu, güneş ışığına maruz kalma ve coğrafi konum nedeniyle değişebilir
- Birçok ülke, eyalet ve kamu hizmetleri yenilenebilir enerjiye katılım için teşvikler sağlamaktadır
Artıları
- Çevreyi kirletmeyen
- Enerji Tasarrufu - Pasif termosifonlama için elektrik gerekmez
- Uygun Maliyet
- Yerden tasarruf - (örn. iç mekanlarda)
Eksileri
- Tankın dış çevre koşullarına maruz kalması, coğrafi konuma bağlı olarak verimliliği azaltabilir
- Estetik - Görsel olarak rahatsız edici sayılabilir
- Güçlü destek yapısına ihtiyaç var (yani çatı)
- Aşırı soğuk iklimler için uygun değildir
- Konum - uygun güneş ışığına maruz kalan bir alana yerleştirilmelidir (örn. istenilen alanın güney tarafı)
Yerçekimi besleme sistemi
.jpg)
ŞemalarYerçekimi beslemeli sistemler, yakın bağlantılı sistemle aynı pasif termosifonlama prensiplerini kullanır, ancak tankın yerleşimi farklıdır. Tanklar genellikle doğrudan güneş kolektörünün üzerinde bulunan bir çatıya yatay olarak monte edilir. İhtiyaç duyulduğunda, depolama tankı içindeki ısıtılmış su, en az direnç gösteren yolu seçer ve yerçekimi yoluyla istenilen konuma doğru hareket eder. Yerçekimi beslemeli sistemler, ısıtılmış suyu dağıtmak için daha fazla boru/su tesisatı gerektirir ve bir termosifonlama sistemi kurulurken veya satın alınırken bu faktör dikkate alınmalıdır.
Malzemeler
- Güneş enerjisi
- Güneş kollektörü
- Borular
- Yalıtım
- su
- Depolama tankı
- Güçlü çatı veya diğer destek sistemi
Maliyet
- Yerçekimi beslemeli sistemler tipik olarak en ucuz pasif termosifonlu su ısıtıcılarıdır.
- 2007 araştırması, maliyetin 400 ila 5.500 ABD Doları arasında değişebileceğini öne sürüyor (varsa kurulum maliyeti dahil değil). Fiyatlandırma tank boyutu, güneş ışığına maruz kalma ve coğrafi konum nedeniyle değişebilir
- Birçok ülke, eyalet ve kamu hizmetleri yenilenebilir enerjiye katılım için teşvikler sağlamaktadır
Artıları
- Çevreyi kirletmeyen
- Enerji Tasarrufu - Pasif termosifonlama için elektrik gerekmez
- Uygun Maliyet
- Yerden tasarruf - (örn. iç mekanlarda)
- Estetik - (Yatay tank yerleşimi)
Eksileri
- Sıhhi tesisat ve boru tesisatı sisteme ek maliyetler ekler
- Estetik - Görsel olarak rahatsız edici sayılabilir
- Güçlü destek yapısına ihtiyaç var (yani çatı)
- Aşırı soğuk iklimler için uygun değildir
- Konum - uygun güneş ışığına maruz kalan bir alana yerleştirilmelidir (örn. istenilen alanın güney tarafı)
Aktif su ısıtma
.jpg)
ŞemalarPompa sistemleri veya split sistemler olarak da bilinen aktif güneş enerjili ısıtma sistemleri , termosifon etkisi ile aynı temelde çalışır , ancak aktif sistemler, süreci yönlendirmeye yardımcı olmak için güneş enerjisi dışında bir enerji kaynağı kullanır. Bu sistem yalnızca güneş kollektörünü çatıya monte ederken, depolama tankı yere veya aşağıda herhangi bir yere monte edilir. Bu aktif su ısıtma üniteleri, suyu sistem boyunca pompalamak için bir miktar harici enerjiye ihtiyaç duyar. Ek enerji kullanan bu aktif sistemler, pasif sistemlere göre daha az maliyetlidir.
Malzemeler
- Güneş enerjisi
- Güneş kollektörü
- Elektrik enerjisi
- Elektrikli pompa
- Ek borular
- Yalıtım
- su
- Depolama tankı
Maliyet
- 2007 araştırması, aktif termosifon su ısıtıcılarının 1.200 ile 10.500 dolar arasında değişebileceğini öne sürüyor. Fiyatlandırma tank boyutuna, iç boru gereksinimlerine, güneş ışığına maruz kalma durumuna ve coğrafi konuma bağlı olarak değişebilir
- Birçok ülke, eyalet ve kamu hizmetleri yenilenebilir enerjiye katılım için teşvikler sağlamaktadır
Artıları
- Para Tasarrufu
- Uygun Maliyet
- Estetik - Çatıya yerleştirilmemiş depolama tankı
- Sera gazının azaltılması - Düzgün yalıtıldığı takdirde pasif sistemler kadar az kirletici olma potansiyeline sahiptir.
Eksileri
- Pasif bir sistemden daha fazla enerji kullanır
- Pasif bir sisteme göre daha fazla bakım gerektirir
- Isı kaybı - güneş kolektöründen aşağıdaki depolama tankına transfer sırasında
- Elektrik kullanımından dolayı bazılarını kirletiyor
- Konum - uygun güneş ışığına maruz kalan bir alana yerleştirilmelidir (örn. istenilen alanın güney tarafı)
Pasif hava değişimi
_(3).jpg)
ŞemalarPasif güneş enerjisi termal ısıtma sistemi yönteminin bir örneği Termosifon Isı Değişimidir . Havanın veya suyun dikey kapalı devrede bir pompa kullanılmadan dolaştırıldığı doğal konveksiyon prensibine dayanmaktadır . İç mekandaki soğuk hava bir havalandırma deliğinden geçerek güneş kollektörünün altındaki bir açıklığa yönlendirilir . Güneş kollektörünün içindeki hava daha sonra güneş ışınımı yoluyla güneş tarafından ısıtılır . Soğuk hava yoğundur ve batar, sıcak hava ise daha az yoğundur ve yükselir. Güneş kolektörü içindeki hava ısındıkça, soğuk havadan daha az yoğun hale gelir ve yükselir. Sıcak hava, güneş enerjisi kolektörünün üst açıklığında bulunan bir havalandırma deliğinden yükselir, istenen alana (yani iç mekana) doğru hareket eder ve yerini daha soğuk hava alır. Bu hava değişim süreci, iç hava sıcaklığı dış ortam sıcaklığı iledengeye gelinceye kadar devam edecektir .
Malzemeler
- Güneş kolektörü - Güneş kollektörü ne kadar büyük olursa o kadar iyidir.
- Çerçeve
- 6 adet dikey 2x6 inçlik pano - Büfeler
- 2'ye 6 ve 2'ye 8'lik panolar - Üst eşik
- Gecikme vidaları - Tavsiye edilir, ancak bağlantı için gerekli değildir
- Sır
- Oluklu polikarbonat paneller
- 10 panel - 26 inç genişliğinde ve 8 ft yüksekliğinde
- 1'e 1 inçlik dikey ahşap şerit üzerinde üst üste binen panel çiftleri - Her bölme için 1,2 metre genişliğinde paneller oluşturur
- Ultraviyole dayanıklı kaplama - Uzun ömürlülüğü uzatmak için güneşe bakan tarafa uygulayın
- Güneş emme plakası
- 2 katmanlı siyah metal pencere ekranı - Bölmelerin üst ve alt kısmına takılıdır
- Havalandırma delikleri
- Binanın dış cephesinde delikler açıldı - Plastik kanatlar geceleri havanın üst havalandırma deliklerinden geri akışını önleyecektir.
Maliyet
- 2007 araştırması, pasif ısı eşanjörlerinin 55,00 ila 400 dolar arasında değişebileceğini öne sürüyor. Fiyatlandırma kolektör/kollektörlerin boyutuna, ısıtılacak alanın yalıtımına, güneş ışığına maruz kalma durumuna ve coğrafi konuma göre değişiklik gösterebilir.
- Birçok ülke, eyalet ve kamu hizmetleri yenilenebilir enerjiye katılım için teşvikler sağlamaktadır
Artıları
- Düşük maliyetli
- Enerji tasarrufu
- Kirliliğin azaltılması
- Elektronikleri soğutmak için kullanılabilir
Eksileri
- Artan bakım - (yani güneş ışınımının düşük olduğu zamanlarda kaplama)
- Coğrafi konum etkinliği değiştirebilir
- Geceleri arka çekiş damperlerinin manuel olarak kapatılmasını gerektirir
- Güneye bakan taksitler tercih edilir
İlgili Projeler
Referanslar
- Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) Dinamik Haritalar, CBS Verileri ve Analiz Araçları - Güneş Haritaları (2007) Mevcuttur: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. "Termosifonlar - CPU Soğutmaya Daha İyi Bir Yaklaşım?" Hız aşırtmacılar. 5 Ağustos 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. "Basit bir Güneş Enerjisi Isıtıcısı Yapın" Mother Earth Haberleri. Ocak 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "Bölüm 2: Yenilenebilir Enerji Uygulamaları Turu." http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, NI, Belyakova, IG "Bir termosifonda buharın yoğunlaşması sırasında ısının açığa çıkması." Mühendislik Fiziği Dergisi 43(3), s.970-974, 1982.
- Kompakt Termosifonun Tasarımı ve Performansı. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M,Patel, C., Wenger, T. Woodruff Makine Mühendisliği Okulu. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf
