Termosifoniranje , poznato i kao termosifoniranje , smatra se prikladnom tehnologijom . Ovaj proces koristi prirodne, obnovljive izvore i osnovne zakone termodinamike za stvaranje kretanja zagrijanog zraka ili vode. Izvor energije za ovaj proces je sunčevo zračenje (ili bilo koji drugi izvor topline). Energija sunca se hvata u uređaju za sakupljanje sunca i prenosi se u zrak ili vodu putem kondukcije. Cijeli proces može se objasniti termosifonskim učinkom : kada se zrak ili voda zagrijavaju, dobivaju kinetičku energiju od izvora grijanja i pobuđuju se. Kao rezultat toga, voda postaje manje gusta, širi se i tako se diže. Nasuprot tome, kada se voda ili zrak ohlade, energija se izvlači iz molekula i voda postaje manje aktivna, gušća i teži "potonuti". Termosifoniranje iskorištava prirodne razlike u gustoći između hladnih i vrućih tekućina i kontrolira ih u sustavu koji proizvodi prirodno kretanje tekućine. Trenutno je dostupno nekoliko sustava koji se temelje na ovoj tehnologiji, a o njima možete detaljnije pročitati u nastavku teksta.
Načelo termosifonskog sustava je da hladna voda ima veću specifičnu težinu (gustoću) od tople vode, pa će ako je teža potonuti. Zbog toga se kolektor uvijek montira ispod vodospremnika, tako da hladna voda iz spremnika dolazi do kolektora silaznom vodovodnom cijevi. Ako kolektor zagrijava vodu, voda se ponovno diže i dolazi do spremnika kroz uzlaznu vodovodnu cijev na gornjem kraju kolektora. Ciklus spremnik → cijev za vodu → kolektor osigurava da se voda zagrijava dok ne postigne ravnotežnu temperaturu. Potrošač tada može koristiti toplu vodu s vrha spremnika, pri čemu se svaka korištena voda zamjenjuje hladnom vodom na dnu. Kolektor zatim ponovno zagrijava hladnu vodu. Zbog većih temperaturnih razlika pri višim sunčevim zračenjima, topla voda se diže brže nego pri manjim zračenjima. Stoga se kruženje vode gotovo savršeno prilagođava razini sunčevog zračenja. Spremnik termosifonskog sustava mora biti postavljen znatno iznad kolektora, inače se ciklus može odvijati unatrag tijekom noći i sva voda će se ohladiti. Nadalje, ciklus ne radi ispravno pri vrlo malim visinskim razlikama. U regijama s visokim sunčevim zračenjem i arhitekturom ravnih krovova, spremnici se obično postavljaju na krov.
Termosifonski sustavi rade vrlo ekonomično kao sustavi za grijanje sanitarne vode. Princip je jednostavan, ne treba ni pumpu ni kontrolu. Međutim, termosifonski sustavi obično nisu prikladni za velike sustave, odnosno one s više od 10 m² površine kolektora. Nadalje, teško je postaviti spremnik iznad kolektora u zgradama s kosim krovovima, a jednokružni termosifonski sustavi prikladni su samo za područja bez smrzavanja.
Sadržaj
Temeljna fizika
Termodinamika je proučavanje energije .
- Prvi zakon termodinamike - kaže da se energija može mijenjati iz jednog oblika u drugi, ali se ne može stvoriti ili uništiti. Energija se uvijek čuva.
Ovaj se zakon može primijeniti na kretanje vode u termosifonskom sustavu: Sunčeva energija se usmjerava i prenosi (putem kondukcije i konvekcije) na vodu, zrak ili drugi odabrani medij. Ovaj prirodni proces grijanja eliminira potrebu za vanjskim izvorima energije kao što su fosilna goriva ili električna energija.
- Drugi zakon termodinamike - kaže da će u svim izmjenama energije, ako energija ne ulazi ili izlazi iz sustava, potencijalna energija stanja uvijek biti manja od one u početnom stanju. Neto povrat sustava uvijek je manji od onoga koji je inicijalno uložen.
Energija se uvijek čuva, međutim energija (ili toplina u ovom slučaju) se često može izgubiti u danom sustavu (termosifoniranje) kao toplina. Dodavanje izolacije s odgovarajućim R vrijednostima u sustav i njegove vodovodne instalacije može uvelike smanjiti gubitak topline i time povećati učinkovitost.
- Planckov zakon - valna duljina zračenja emitiranog s površine proporcionalna je temperaturi površine. Energija koja se prenosi kao rezultat temperaturnih razlika između dva objekta. Tamni predmeti upijaju toplinu, a svijetli reflektiraju.
Tamno obojene sabirne ploče unutar solarnog kolektora pomoći će u povećanju sunčeve apsorpcije, čime se povećava količina topline dostupna za zagrijavanje vode ili zraka u termosifoniranju. Nasuprot tome, treba koristiti reflektirajuće ili svijetlo obojene cijevi i spremnike jer će svijetle boje pomoći u smanjenju toplinskog zračenja iz sustava.
Pasivno grijanje vode
Pasivno termosifoniranje vode je proces zagrijavanja i kretanja vode unutar sustava bez potrebe ili upotrebe električne energije. Ovaj proces funkcionira korištenjem prirodnih fenomena kao što su sunčeva energija, gravitacija i dostupni izvor vode. Solarni kolektor , cjevovod i spremnik vode su materijali potrebni za proces grijanja. Protok vode se distribuira u, unutar i iz solarnog kolektora. Hladna voda ulazi u dno solarnog kolektora gdje se zatim konvekcijom zagrijava sunčevim zračenjem. Kada se voda zagrije, postaje manje gusta od hladnije vode, širi se i zatim se diže ( teče ) kroz cjevovod. Zagrijana voda prirodno izlazi s vrha solarnog kolektora. Hladnija i gušća voda tone i ostaje unutar solarnog kolektora dok se ne zagrije. Kako se hladna voda zagrijava, ona se širi, diže, gura se izvan vrha solarnog kolektora, dopuštajući hladnoj vodi da teče u solarni kolektor. Ovaj se proces nastavlja prirodno sve dok temperatura vode ne postigne ravnotežu s unosom sunčevog zračenja.
Trenutno su dostupne dvije vrste termosifonskih sustava za izmjenu vode: blisko spojeni sustav i gravitacijski sustav.
Blisko spojeni sustav
.jpg)
Blisko spojeni sustavi funkcioniraju na istim principima pasivnog termosifoniranja koji su gore spomenuti. Spremnik ovih sustava mora biti postavljen iznad solarnog kolektora kako bi se iskoristila cirkulacija vode koju pokreće proces pasivnog termosifoniranja.
Materijali
- Solarna energija
- Solarni kolektor
- Cijevi
- Izolacija
- Voda
- Spremnik
- Snažan krov ili drugi potporni sustav
trošak
- Istraživanja iz 2007. sugeriraju da se pasivni termosifonski grijači vode mogu kretati od 500 do 6500 USD. Cijene mogu varirati ovisno o veličini spremnika, izloženosti suncu i geografskom položaju
- Mnoge zemlje, države i komunalne službe daju poticaje za sudjelovanje u obnovljivoj energiji
Pros
- Ne zagađuje
- Ušteda energije - Za pasivno termosifoniranje nije potrebna električna energija
- Isplativ
- Ušteda prostora - (tj. u zatvorenom prostoru)
Protiv
- Izloženost spremnika vanjskim uvjetima okoline može smanjiti učinkovitost, ovisno o zemljopisnom položaju
- Estetika - Može se smatrati vizualno neugodnim
- Potrebna je jaka potporna konstrukcija (npr. krov)
- Nije prikladno za ekstremno hladne klime
- Lokacija - mora biti smještena u području s prikladnom izloženošću suncu (tj. južna strana željenog područja)
Sustav gravitacijskog napajanja
.jpg)
Sustavi s gravitacijskim napajanjem koriste iste principe pasivnog termosifoniranja kao i blisko spojeni sustavi, međutim položaj spremnika se razlikuje. Spremnici se ugrađuju vodoravno u krov, koji se često nalazi neposredno iznad solarnog kolektora. Jednom kada je potrebna, zagrijana voda unutar spremnika ide putem najmanjeg otpora i gravitacijom se kreće prema dolje na željeno mjesto. Gravitacijski sustavi zahtijevaju više cjevovoda/vodovoda za distribuciju zagrijane vode, a ovaj čimbenik treba uzeti u obzir prilikom postavljanja ili kupnje termosifonskog sustava.
Materijali
- Solarna energija
- Solarni kolektor
- Cijevi
- Izolacija
- Voda
- Spremnik
- Snažan krov ili drugi potporni sustav
trošak
- Sustavi s gravitacijskim napajanjem obično su najjeftiniji pasivni termosifonski grijači vode
- Istraživanja iz 2007. sugeriraju da se cijena može kretati od 400 do 5500 USD (ne uključujući troškove - ako je primjenjivo - instalacije). Cijene mogu varirati ovisno o veličini spremnika, izloženosti suncu i geografskom položaju
- Mnoge zemlje, države i komunalne službe daju poticaje za sudjelovanje u obnovljivoj energiji
Pros
- Ne zagađuje
- Ušteda energije - Za pasivno termosifoniranje nije potrebna električna energija
- Isplativ
- Ušteda prostora - (tj. u zatvorenom prostoru)
- Estetika - (horizontalno postavljanje spremnika)
Protiv
- Vodovod i cjevovod dodaju dodatne troškove sustavu
- Estetika - Može se smatrati vizualno neugodnim
- Potrebna je jaka potporna konstrukcija (npr. krov)
- Nije prikladno za ekstremno hladne klime
- Lokacija - mora biti smještena u području s prikladnom izloženošću suncu (tj. južna strana željenog područja)
Aktivno grijanje vode
.jpg)
Aktivni solarni sustavi grijanja, također poznati kao pumpni sustavi ili split sustavi , funkcioniraju na istoj osnovi termosifonskog učinka , međutim aktivni sustavi koriste izvor energije koji nije solarna energija kako bi pomogli u pokretanju procesa. Ovaj sustav postavlja samo solarni kolektor na krov, dok se spremnik postavlja na tlo ili bilo gdje ispod. Ove aktivne jedinice za grijanje vode zahtijevaju neki vanjski oblik energije za pumpanje vode u cijelom sustavu. Korištenjem dodatne energije ovi aktivni sustavi su jeftiniji od pasivnih sustava.
Materijali
- Solarna energija
- Solarni kolektor
- Električna energija
- Električna pumpa
- Dodatni cjevovod
- Izolacija
- Voda
- Spremnik
trošak
- Istraživanja iz 2007. sugeriraju da se aktivni termosifonski grijači vode mogu kretati od 1.200 do 10.500 USD. Cijene mogu varirati ovisno o veličini spremnika, zahtjevima za unutarnje cijevi, izloženosti suncu i geografskom položaju
- Mnoge zemlje, države i komunalne službe daju poticaje za sudjelovanje u obnovljivoj energiji
Pros
- Novac Štednja
- Isplativ
- Estetika - Spremnik nije postavljen na krov
- Smanjenje stakleničkih plinova - ako je pravilno izoliran, ima potencijal zagađivanja jednako malo kao i pasivni sustavi.
Protiv
- Koristi više energije od pasivnog sustava
- Zahtijeva više održavanja od pasivnog sustava
- Gubitak topline - tijekom prijenosa iz solarnog kolektora u spremnik ispod
- Nešto zagađuje - zbog upotrebe električne energije
- Lokacija - mora biti smještena u području s prikladnom izloženošću suncu (tj. južna strana željenog područja)
Pasivna izmjena zraka
_(3).jpg)
Primjer metode pasivnog solarnog toplinskog sustava grijanja je termosifonska izmjena topline . Temelji se na principu prirodne konvekcije , u kojoj zrak ili voda cirkuliraju u okomitom zatvorenom krugu bez upotrebe pumpe. Hladan zrak u zatvorenom prostoru putuje kroz otvor i usmjerava se u otvor na dnu solarnog kolektora. Zrak koji se nalazi u solarnom kolektoru tada se zagrijava od sunca putem sunčevog zračenja . Hladan zrak je gust i tonut će, dok je topli zrak manje gustoće i dići će se. Kako se zrak zagrijava unutar solarnog kolektora, postaje manje gust od hladnijeg zraka i diže se. Topli zrak izlazi iz ventilacijskog otvora na gornjem otvoru solarnog kolektora, kreće se u željeno područje (tj. unutra) i zamjenjuje ga hladniji zrak. Ovaj proces izmjene zraka nastavit će se sve dok unutarnja temperatura zraka ne postigne ravnotežu s vanjskom temperaturom.
Materijali
- Solarni kolektor - Što je veći solarni kolektor, to bolje.
- Okvir
- 6 okomitih dasaka 2 x 6 inča - bočne ploče
- Daske 2x6 i 2x8 - Gornji prag
- Vijci za pričvršćivanje - preporučuju se, ali nisu potrebni za pričvršćivanje
- Glazura
- Valovite polikarbonatne ploče
- 10 panela - 26 inča širine i 8 stopa visine
- Parovi ploča preklapaju se preko okomite drvene trake 1 na 1 in - čine ploče široke 4 stope za svaki niz
- Premaz otporan na ultraljubičasto zračenje - nanesite na stranu okrenutu prema suncu kako biste produžili vijek trajanja
- Solarna apsorpcijska ploča
- Dvoslojni crni metalni zaslon za prozore - pričvršćen preko gornjeg i donjeg dijela otvora
- Ventilacijski otvori
- Rupe probijene kroz zid zgrade - Plastični zaklopci spriječit će povratni protok zraka kroz gornje ventilacijske otvore noću.
trošak
- Istraživanja iz 2007. sugeriraju da pasivni izmjenjivači topline mogu varirati od 55,00 do 400 USD. Cijene mogu varirati ovisno o veličini kolektora/kolektora, izolaciji prostora koji se grije, izloženosti suncu i geografskom položaju.
- Mnoge zemlje, države i komunalne službe daju poticaje za sudjelovanje u obnovljivoj energiji
Pros
- Niska cijena
- Štednja energije
- Smanjenje onečišćenja
- Može se koristiti za hlađenje elektronike
Protiv
- Povećano održavanje - (tj. pokrivanje tijekom vremena niskog sunčevog zračenja)
- Geografski položaj može promijeniti učinkovitost
- Zahtijeva ručno zatvaranje stražnjih prigušnica noću
- Prednost južne orijentacije
Povezani projekti
Reference
- Dinamičke karte, GIS podaci i alati za analizu Nacionalnog laboratorija za obnovljivu energiju (NREL) - solarne karte (2007.) dostupno: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. "Termosifoni - bolji pristup hlađenju procesora?" Overklokeri. 5. kolovoza 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. "Napravite jednostavnu solarnu grijalicu" Vijesti Majke Zemlje. Siječanj 2006. http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "Drugi dio: Obilazak primjene obnovljive energije." http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmov, NI, Belyakova, IG "Oslobađanje topline tijekom kondenzacije pare u termosifonu." Journal of Engineering Physics 43(3), str.970-974, 1982.
- Dizajn i izvedba kompaktnog termosifona. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff Škola strojarstva. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf
Podaci stranice