Thermosiphoning , juga dikenal sebagai thermosyphoning , dianggap sebagai teknologi tepat guna . Proses ini memanfaatkan sumber daya alam terbarukan dan hukum dasar termodinamika untuk menciptakan pergerakan pasokan udara atau air panas. 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 dengan efek termosifoning : ketika udara atau air dipanaskan, ia memperoleh energi kinetik dari sumber pemanas dan menjadi tereksitasi. Akibatnya massa jenis air menjadi berkurang, mengembang, dan 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 secara lebih rinci dalam teks berikut.
Prinsip sistem termosifon adalah air dingin memiliki berat jenis (massa jenis) yang lebih tinggi dibandingkan air hangat, sehingga air yang lebih berat akan tenggelam. Oleh karena itu pengumpul selalu dipasang di bawah tangki penyimpanan air, sehingga air dingin dari tangki mencapai pengumpul melalui pipa air yang menurun. Jika pengumpul memanaskan air, air akan naik kembali dan mencapai tangki melalui pipa air yang menanjak di ujung atas pengumpul. Siklus tangki → pipa air → kolektor memastikan air dipanaskan hingga mencapai suhu kesetimbangan. Konsumen kemudian dapat memanfaatkan air panas dari atas tangki, dan air yang digunakan akan diganti dengan air dingin di bagian bawah. Kolektor kemudian memanaskan kembali air dingin. Karena perbedaan suhu yang lebih tinggi pada radiasi matahari yang lebih tinggi, air hangat naik lebih cepat dibandingkan dengan radiasi matahari yang lebih rendah. Oleh karena itu, sirkulasi air hampir sempurna menyesuaikan diri dengan tingkat penyinaran matahari. Tangki penyimpanan sistem termosifon harus ditempatkan jauh di atas kolektor, jika tidak siklus dapat berjalan mundur pada malam hari dan semua air akan menjadi dingin. Selain itu, siklus tidak berfungsi dengan baik pada perbedaan ketinggian yang sangat kecil. Di daerah dengan radiasi matahari tinggi dan arsitektur atap datar, tangki penyimpanan biasanya dipasang di atap.
Sistem thermosyphon beroperasi sangat ekonomis seperti sistem pemanas air rumah tangga. Prinsipnya sederhana, tidak memerlukan pompa atau kontrol. Namun, sistem termosifon biasanya tidak cocok untuk sistem besar, yaitu sistem yang memiliki 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 wilayah bebas embun beku.
Isi
Fisika yang mendasari
Termodinamika adalah studi tentang energi .
- Hukum pertama termodinamika - Menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Energi selalu dilestarikan.
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 sistem, energi potensial keadaan akan selalu lebih kecil dari energi potensial keadaan awal. Pengembalian bersih suatu sistem selalu lebih kecil daripada pengembalian awal.
Energi selalu kekal, namun energi (atau panas dalam hal ini) sering kali hilang dalam sistem tertentu (termosifoning) sebagai panas. Menambahkan isolasi dengan nilai R yang sesuai pada sistem dan pipa ledengnya dapat sangat mengurangi kehilangan panas, dan dengan demikian meningkatkan efisiensi.
- Hukum Planck - Panjang gelombang radiasi yang dipancarkan suatu permukaan sebanding dengan suhu permukaan. Energi yang berpindah akibat perbedaan suhu antara dua benda. Benda gelap menyerap panas, sedangkan benda terang memantulkan panas.
Pelat pengumpul berwarna gelap di dalam kolektor surya akan membantu meningkatkan penyerapan matahari, sehingga meningkatkan jumlah panas yang tersedia untuk memanaskan air atau udara dalam termosifoning. Sebaliknya, pipa dan tangki penyimpanan yang reflektif atau berwarna terang harus digunakan karena warna terang akan membantu mengurangi radiasi panas yang keluar dari sistem.
Pemanasan air pasif
Termosifonasi air pasif adalah proses memanaskan dan memindahkan air dalam suatu sistem tanpa memerlukan 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 merupakan material yang dibutuhkan untuk proses pemanasan. Aliran air didistribusikan ke dalam, di dalam, dan keluar dari kolektor surya. Air dingin memasuki bagian bawah kolektor surya dan kemudian dipanaskan secara konveksi oleh radiasi matahari. Ketika air dipanaskan, massa jenisnya menjadi lebih kecil dibandingkan air dingin, mengembang, dan kemudian naik ( mengalir ) melalui pipa. Air panas keluar dari bagian atas kolektor surya secara alami. Air yang lebih dingin dan lebih padat akan tenggelam dan tetap berada di dalam kolektor surya sampai dipanaskan. Saat air dingin dipanaskan, ia mengembang, naik, dan terdorong keluar dari bagian atas kolektor surya, sehingga air dingin mengalir ke kolektor surya. Proses ini berlanjut secara alami hingga suhu air mencapai keseimbangan dengan masukan radiasi matahari.
Dua jenis sistem pertukaran air termosifon saat ini tersedia: sistem berpasangan dekat, dan sistem umpan gravitasi.
Sistem berpasangan dekat
.jpg?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=id&_x_tr_hl=id&_x_tr_pto=tc)
Sistem berpasangan erat berfungsi berdasarkan prinsip termosifoning pasif yang sama seperti yang disebutkan di atas. Tangki penyimpanan sistem ini harus ditempatkan di atas kolektor surya untuk memanfaatkan sirkulasi air yang didorong oleh proses termosifonasi pasif.
Bahan
- Energi matahari
- 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
- Penghematan Energi - Tidak diperlukan listrik untuk termosifon pasif
- Hemat Biaya
- Menghemat ruang - (yaitu di dalam ruangan)
Kontra
- Paparan tangki terhadap kondisi lingkungan eksternal dapat mengurangi efisiensi, tergantung pada lokasi geografis
- Estetika - Mungkin dianggap tidak menyenangkan secara visual
- Diperlukan struktur pendukung yang kuat (yaitu atap)
- Tidak cocok untuk iklim yang sangat dingin
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (yaitu sisi selatan area yang diinginkan)
Sistem umpan gravitasi
.jpg?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=id&_x_tr_hl=id&_x_tr_pto=tc)
Sistem umpan gravitasi menggunakan prinsip termosifon pasif yang sama seperti sistem berpasangan jarak dekat, namun penempatan tangkinya berbeda. Tangki dipasang secara horizontal di atap, yang seringkali terletak tepat di atas kolektor surya. Jika diperlukan, air panas di dalam tangki penyimpanan mengambil jalur yang hambatannya paling kecil dan bergerak melalui gravitasi ke lokasi yang diinginkan. Sistem umpan gravitasi memerlukan lebih banyak pipa/pipa untuk mendistribusikan air panas, dan faktor ini harus dipertimbangkan saat memasang atau membeli sistem termosifoning.
Bahan
- Energi matahari
- 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 mungkin berkisar antara $400 hingga $5,500 (tidak termasuk biaya -jika ada- pemasangan). 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
- Penghematan Energi - Tidak diperlukan listrik untuk termosifon pasif
- Hemat Biaya
- Penghematan ruang - (yaitu di dalam ruangan)
- Estetika - (Penempatan tangki horizontal)
Kontra
- Plumbing dan perpipaan menambah biaya tambahan pada sistem
- Estetika - Mungkin dianggap tidak menyenangkan secara visual
- Diperlukan struktur pendukung yang kuat (yaitu atap)
- Tidak cocok untuk iklim yang sangat dingin
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (yaitu sisi selatan area yang diinginkan)
Pemanasan air aktif
.jpg?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=id&_x_tr_hl=id&_x_tr_pto=tc)
Sistem pemanas tenaga surya aktif, juga dikenal sebagai sistem pompa atau sistem split , berfungsi berdasarkan efek termosifoning yang sama , namun sistem aktif menggunakan sumber energi selain energi matahari untuk membantu menggerakkan proses tersebut. Sistem ini hanya memasang kolektor surya di atap, sedangkan tangki penyimpanan dipasang di tanah atau di mana pun di bawahnya. Unit pemanas air aktif ini memerlukan energi eksternal untuk memompa air ke seluruh sistem. Dengan memanfaatkan energi tambahan, sistem aktif ini lebih hemat biaya dibandingkan sistem pasif.
Bahan
- Energi matahari
- Kolektor Surya
- Energi listrik
- Pompa listrik
- Perpipaan 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 diletakkan di atas atap
- Pengurangan gas rumah kaca - Jika diisolasi dengan benar, potensi polusinya sama kecilnya dengan sistem pasif.
Kontra
- Menggunakan lebih banyak energi daripada sistem pasif
- Membutuhkan lebih banyak pemeliharaan daripada sistem pasif
- Kehilangan panas - selama perpindahan dari kolektor surya ke tangki penyimpanan di bawah
- Mencemari sebagian - dari penggunaan listrik
- Lokasi - harus ditempatkan di area dengan paparan sinar matahari yang sesuai (yaitu sisi selatan area yang diinginkan)
Pertukaran udara pasif
_(3).jpg?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=id&_x_tr_hl=id&_x_tr_pto=tc)
Contoh metode sistem pemanas panas matahari pasif adalah Thermosiphon Heat Exchange . Hal ini didasarkan pada prinsip konveksi alami, di mana udara atau air disirkulasikan dalam sirkuit melingkar tertutup vertikal tanpa menggunakan pompa. Udara sejuk di dalam ruangan mengalir melalui ventilasi dan diarahkan ke lubang di bagian bawah kolektor surya. Udara yang terkandung 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, kepadatannya menjadi lebih kecil dibandingkan udara yang lebih dingin dan naik. Udara hangat keluar dari lubang di bukaan atas kolektor surya, berpindah ke area yang diinginkan (yaitu di dalam ruangan), dan digantikan oleh udara yang lebih dingin. Proses pertukaran udara ini akan terus berlangsung 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 2 kali 6 inci - Sideboard
- Papan 2-kali-6, dan papan 2-kali-8 - Kusen atas
- Sekrup lag - Direkomendasikan, tetapi tidak diperlukan untuk pemasangan
- Lapisan
- Panel polikarbonat bergelombang
- 10 panel - lebar 26 inci dan tinggi 8 kaki
- Sepasang panel tumpang tindih pada potongan kayu vertikal berukuran 1 kali 1 inci - Membuat panel selebar 4 kaki untuk setiap rongga
- Lapisan tahan ultraviolet - Aplikasikan pada sisi yang menghadap matahari untuk memperpanjang umur panjang
- Pelat serapan surya
- Layar jendela logam hitam 2 lapis - Dipasang di bagian atas dan bawah rongga
- Ventilasi
- Lubang-lubang menembus dinding bangunan - Penutup plastik akan mencegah aliran balik udara melalui ventilasi atas di malam hari.
Biaya
- Penelitian tahun 2007 menunjukkan bahwa penukar panas pasif dapat berkisar dari $55 hingga $400. Harga dapat bervariasi tergantung 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
- Penyimpan daya
- Pengurangan polusi
- Dapat digunakan untuk mendinginkan barang elektronik
Kontra
- Peningkatan pemeliharaan - (yaitu perlindungan pada saat radiasi matahari rendah)
- Lokasi geografis dapat mengubah efektivitas
- Memerlukan penutupan manual peredam aliran belakang di malam hari
- Angsuran menghadap selatan lebih diutamakan
Proyek terkait
Referensi
- Peta Dinamis, Data GIS, dan Alat Analisis Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL)- Peta Surya (2007) Tersedia: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Joe. "Termosifon - Pendekatan yang Lebih Baik untuk Pendinginan CPU?" Overclocker. 5 Agustus 2005. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. Berita Ibu Pertiwi "Membangun Pemanas Tenaga Surya Sederhana". Januari 2006 http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "Bagian 2: Tur Penerapan 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 Teknik Fisika 43(3), hal.970-974, 1982.
- Desain dan Kinerja Thermosyphon Kompak. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M,Patel, C., Wenger, T. Woodruff Sekolah Teknik Mesin. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf
