Termosifonavimas , dar vadinamas termosifonavimu , laikomas tinkama technologija . Šis procesas naudoja natūralius, atsinaujinančius išteklius ir pagrindinius termodinamikos dėsnius , kad sukurtų šildomo oro ar vandens tiekimo judėjimą. Šio proceso energijos šaltinis yra saulės spinduliuotė (arba bet koks kitas šilumos šaltinis). Saulės energija sugaunama saulės surinkimo įrenginyje ir laidumo būdu perduodama orui arba vandeniui. Visą procesą galima paaiškinti termosifoniniu efektu : kai šildomas oras arba vanduo, jis įgauna kinetinę energiją iš šildymo šaltinio ir susijaudina. Dėl to vanduo tampa mažiau tankus, plečiasi, taigi ir kyla aukštyn. Priešingai, kai vanduo ar oras atšaldomas, iš molekulių išgaunama energija ir vanduo tampa mažiau aktyvus, tankesnis ir linkęs „skęsti“. Termosifonija išnaudoja natūralų šaltų ir karštų skysčių tankio skirtumus ir kontroliuoja juos sistemoje, kuri sukuria natūralų skysčių judėjimą. Šiuo metu yra keletas sistemų, pagrįstų šia technologija, ir apie jas galima išsamiau perskaityti kitame tekste.
Termosifoninės sistemos principas yra tas, kad šalto vandens savitasis svoris (tankis) yra didesnis nei šilto vandens, todėl, būdamas sunkesnis, jis nugrimzta žemyn. Todėl kolektorius visada montuojamas žemiau vandens rezervuaro, kad šaltas vanduo iš rezervuaro pasiektų kolektorių per nusileidžiantį vandens vamzdį. Jei kolektorius pašildo vandenį, vanduo vėl pakyla ir pasiekia baką per kylantį vandens vamzdį viršutiniame kolektoriaus gale. Bako → vandens vamzdžio → kolektoriaus ciklas užtikrina, kad vanduo būtų šildomas iki pusiausvyros temperatūros. Tada vartotojas gali naudotis karštu vandeniu iš bako viršaus, o bet koks naudojamas vanduo pakeičiamas šaltu vandeniu apačioje. Tada kolektorius vėl pašildo šaltą vandenį. Dėl didesnių temperatūrų skirtumų esant didesniam saulės spinduliavimui šiltas vanduo pakyla greičiau nei esant mažesniam apšvitui. Todėl vandens cirkuliacija beveik idealiai prisitaiko prie saulės apšvitos lygio. Termosifoninės sistemos akumuliacinė talpa turi būti gerai virš kolektoriaus, kitaip ciklas naktį gali suktis atgal ir visas vanduo atvės. Be to, ciklas netinkamai veikia esant labai mažiems aukščio skirtumams. Regionuose, kuriuose yra daug saulės spinduliuotės ir plokščio stogo architektūra, rezervuarai paprastai įrengiami ant stogo.
Termosifoninės sistemos veikia labai ekonomiškai kaip buitinio vandens šildymo sistemos. Principas paprastas, nereikia nei siurblio, nei valdymo. Tačiau termosifoninės sistemos dažniausiai netinka didelėms sistemoms, ty turinčioms daugiau nei 10 m² kolektoriaus paviršiaus. Be to, pastatuose su šlaitiniais stogais sunku pastatyti baką virš kolektoriaus, o vienos grandinės termosifoninės sistemos tinka tik regionams, kuriuose nėra šalčio.
Turinys
Pagrindinė fizika
Termodinamika yra energijos tyrimas .
- Pirmasis termodinamikos dėsnis – teigia, kad energija gali būti keičiama iš vienos formos į kitą, bet negali būti sukurta ar sunaikinta. Energija visada taupoma.
Šis dėsnis gali būti taikomas vandens judėjimui termosifoninėje sistemoje: Saulės energija nukreipiama ir perduodama (per laidumą ir konvekciją) į vandenį, orą ar kitą pasirinktą terpę. Šis natūralus šildymo procesas pašalina išorinių energijos šaltinių, tokių kaip iškastinis kuras ar elektra, poreikį.
- Antrasis termodinamikos dėsnis – teigia, kad visuose energijos mainuose, jei energija nepatenka į sistemą arba iš jos neišeina, būsenos potencinė energija visada bus mažesnė nei pradinės būsenos. Sistemos grynoji grąža visada yra mažesnė už tą, kuri buvo įdiegta iš pradžių.
Energija visada išsaugoma, tačiau energija (arba šiuo atveju šiluma) dažnai gali būti prarasta tam tikroje sistemoje (termosifonija) kaip šiluma. Pridėjus izoliaciją su atitinkamomis R reikšmėmis prie sistemos ir jos vandentiekio, gali labai sumažėti šilumos nuostoliai ir taip padidėti efektyvumas.
- Planko dėsnis – iš paviršiaus skleidžiamos spinduliuotės bangos ilgis yra proporcingas paviršiaus temperatūrai. Energija perduodama dėl dviejų objektų temperatūrų skirtumų. Tamsūs objektai sugeria šilumą, o šviesūs – atspindi.
Tamsių spalvų surinkimo plokštės saulės kolektoriuje padės padidinti saulės absorbciją, taip padidindamos šilumos kiekį, skirtą vandeniui ar orui šildyti termosifone. Priešingai, turėtų būti naudojami atspindintys arba šviesios spalvos vamzdynai ir talpyklos, nes šviesios spalvos padės sumažinti šilumos spinduliavimą iš sistemos.
Pasyvus vandens šildymas
Pasyvus vandens termosifonavimas yra vandens šildymo ir judėjimo sistemoje procesas, nenaudojant elektros energijos. Šis procesas veikia naudojant gamtos reiškinius, tokius kaip saulės energija, gravitacija ir turimas vandens šaltinis. Saulės kolektorius , vamzdynas ir vandens rezervuaras yra medžiagos, reikalingos šildymo procesui. Vandens srautas paskirstomas į saulės kolektorių, viduje ir iš jo. Vėsus vanduo patenka į saulės kolektoriaus dugną, kur jis šildomas per konvekciją saulės spinduliuote. Kaitinamas vanduo, jis tampa mažiau tankus nei vėsesnis, plečiasi ir pakyla ( teka ) per vamzdyną. Šildomas vanduo natūraliai išeina iš saulės kolektoriaus viršaus. Vėsesnis ir tankesnis vanduo skęsta ir lieka saulės kolektoriuje, kol jis įkaista. Kai vėsus vanduo pašildomas, jis plečiasi, kyla aukštyn, išstumiamas iš saulės kolektoriaus viršaus, todėl šaltas vanduo patenka į saulės kolektorių. Šis procesas tęsiasi natūraliai, kol vandens temperatūra pasiekia pusiausvyrą su saulės spinduliuote.
Šiuo metu yra dviejų tipų termosifoninės vandens mainų sistemos: glaudžiai sujungta sistema ir gravitacinė tiekimo sistema.
Glaudi sistema
.jpg)
Glaudžiai susietos sistemos veikia pagal tuos pačius pirmiau minėtus pasyviojo termosifonavimo principus. Šių sistemų rezervuaras turi būti pastatytas virš saulės kolektoriaus, kad būtų panaudota pasyviojo termosifonavimo proceso varoma vandens cirkuliacija.
Medžiagos
- Saulės energija
- Saulės kolektorius
- Vamzdynas
- Izoliacija
- Vanduo
- Sandėliavimo bakas
- Tvirtas stogas ar kita atraminė sistema
Kaina
- 2007 m. tyrimai rodo, kad pasyvūs termosifoniniai vandens šildytuvai gali svyruoti nuo 500 iki 6500 USD. Kainos gali skirtis dėl rezervuaro dydžio, saulės poveikio ir geografinės padėties
- Daugelis šalių, valstijų ir komunalinių paslaugų teikia paskatas dalyvauti atsinaujinančiosios energijos šaltiniuose
Argumentai "už"
- Neteršiantis
- Energijos taupymas – pasyviam termosifonavimui nereikia elektros
- Taupus
- Vietos taupymas (ty patalpose)
Minusai
- Priklausomai nuo geografinės padėties, rezervuaro veikiamas išorinės aplinkos sąlygos gali sumažinti efektyvumą
- Estetika – gali būti laikoma vizualiai nepatinkančia
- Reikia tvirtos atraminės konstrukcijos (ty stogo)
- Netinka itin šaltam klimatui
- Vieta – turi būti patalpinta zonoje, kurioje yra tinkamas saulės poveikis (ty pietinė norimos srities pusė)
Gravitacijos padavimo sistema
.jpg)
Gravitacinės tiekimo sistemos naudoja tuos pačius pasyvaus termosifonavimo principus kaip ir glaudžiai sujungtos sistemos, tačiau rezervuaro išdėstymas skiriasi. Cisternos įrengiamos horizontaliai į stogą, kuris dažnai būna tiesiai virš saulės kolektoriaus. Kai reikia, pašildytas vanduo akumuliacinėje talpykloje eina mažiausio pasipriešinimo keliu ir gravitacijos būdu juda žemyn į norimą vietą. Gravitacinėms tiekimo sistemoms reikia daugiau vamzdynų / vandentiekio, kad būtų paskirstytas pašildytas vanduo, ir į šį veiksnį reikia atsižvelgti montuojant arba perkant termosifoninę sistemą.
Medžiagos
- Saulės energija
- Saulės kolektorius
- Vamzdynas
- Izoliacija
- Vanduo
- Sandėliavimo bakas
- Tvirtas stogas ar kita atraminė sistema
Kaina
- Gravitacinės tiekimo sistemos paprastai yra pigiausi pasyvūs termosifoniniai vandens šildytuvai
- 2007 m. tyrimai rodo, kad kaina gali svyruoti nuo 400 USD iki 5500 USD (neįskaitant įrengimo išlaidų, jei taikoma). Kainos gali skirtis dėl rezervuaro dydžio, saulės poveikio ir geografinės padėties
- Daugelis šalių, valstijų ir komunalinių paslaugų teikia paskatas dalyvauti atsinaujinančiosios energijos šaltiniuose
Argumentai "už"
- Neteršiantis
- Energijos taupymas – pasyviam termosifonavimui nereikia elektros
- Taupus
- Vietos taupymas (ty patalpose)
- Estetika – (horizontalus bako išdėstymas)
Minusai
- Vandentiekis ir vamzdynai sistemai prideda papildomų išlaidų
- Estetika – gali būti laikoma vizualiai nepatinkančia
- Reikia tvirtos atraminės konstrukcijos (ty stogo)
- Netinka itin šaltam klimatui
- Vieta – turi būti patalpinta zonoje, kurioje yra tinkamas saulės poveikis (ty pietinė norimos srities pusė)
Aktyvus vandens šildymas
.jpg)
Aktyvios saulės šildymo sistemos, taip pat žinomos kaip siurblių sistemos arba padalintos sistemos , veikia tuo pačiu termosifoninio poveikio pagrindu , tačiau aktyvios sistemos naudoja ne saulės energiją, o kitą energijos šaltinį, kad padėtų procesui. Ši sistema montuoja tik saulės kolektorius ant stogo, o akumuliacinis bakas montuojamas ant žemės ar kur kitur žemiau. Šiems aktyviems vandens šildymo įrenginiams reikia tam tikros išorinės energijos, kad galėtų pumpuoti vandenį visoje sistemoje. Naudojant papildomą energiją, šios aktyvios sistemos yra mažiau ekonomiškos nei pasyvios sistemos.
Medžiagos
- Saulės energija
- Saulės kolektorius
- Elektros energija
- Elektrinis siurblys
- Papildomas vamzdynas
- Izoliacija
- Vanduo
- Sandėliavimo bakas
Kaina
- 2007 m. tyrimai rodo, kad aktyvūs termosifoniniai vandens šildytuvai gali svyruoti nuo 1 200 USD iki 10 500 USD. Kainos gali skirtis dėl rezervuaro dydžio, vidinių vamzdynų reikalavimų, saulės poveikio ir geografinės padėties
- Daugelis šalių, valstijų ir komunalinių paslaugų teikia paskatas dalyvauti atsinaujinančiosios energijos šaltiniuose
Argumentai "už"
- Pinigų taupymas
- Taupus
- Estetika – Sandėliavimo bakas nepadėtas ant stogo
- Šiltnamio efektą sukeliančių dujų mažinimas – jei jis tinkamai izoliuotas, jis gali teršti tiek pat, kiek pasyvios sistemos.
Minusai
- Sunaudoja daugiau energijos nei pasyvi sistema
- Reikalauja daugiau priežiūros nei pasyvioji sistema
- Šilumos nuostoliai – pernešant iš saulės kolektoriaus į žemiau esantį akumuliacinį rezervuarą
- Teršia kai kuriuos – nuo elektros naudojimo
- Vieta – turi būti patalpinta zonoje, kurioje yra tinkamas saulės poveikis (ty pietinė norimos srities pusė)
Pasyvus oro mainai
_(3).jpg)
Pasyvaus saulės šilumos šildymo sistemos metodo pavyzdys yra termosifono šilumos mainai . Jis pagrįstas natūralios konvekcijos principu , kai oras arba vanduo cirkuliuoja vertikalioje uždaroje grandinėje nenaudojant siurblio. Vėsus oras patalpose keliauja per ventiliacijos angą ir nukreipiamas į angą saulės kolektoriaus apačioje . Tada saulės kolektoriuje esantį orą šildo saulė per saulės spinduliuotę . Vėsus oras yra tankus ir skęs, o šiltas oras yra mažiau tankus ir kils aukštyn. Kai oras įkaista saulės kolektoriuje, jis tampa mažiau tankus nei vėsesnis oras ir kyla aukštyn. Šiltas oras pakyla iš viršutinėje saulės kolektoriaus angoje esančios ventiliacijos angos, pasislenka į norimą zoną (ty į patalpą) ir pakeičiamas vėsesniu oru. Šis oro mainų procesas tęsis tol, kol patalpų oro temperatūra pasieks pusiausvyrą su lauko temperatūra.
Medžiagos
- Saulės kolektorius – kuo didesnis saulės kolektorius, tuo geriau.
- Rėmas
- 6 vertikalios 2 x 6 colių lentos – indaujos
- 2 x 6 ir 2 x 8 lentos – viršutinė slenkstis
- Vėlavimo varžtai – rekomenduojami, bet nebūtini tvirtinimui
- Glajus
- Gofruotos polikarbonato plokštės
- 10 plokščių – 26 colių pločio ir 8 pėdų aukščio
- Plokščių poros sutampa per 1 x 1 colio vertikalią medinę juostelę – kiekvienai įlankai sudaro 4 pėdų pločio plokštes
- Ultravioletinei spinduliuotei atspari danga – užtepkite į saulę nukreiptą pusę, kad pailgintumėte ilgaamžiškumą
- Saulės energiją sugerianti plokštė
- 2 sluoksnių juodo metalo lango ekranas – tvirtinamas nišų viršuje ir apačioje
- Orlaidės
- Pastato dailylentėse išpjautos skylės – Plastikiniai sklendės neleis oro srautui atgal naktį pro viršutines ventiliacijos angas.
Kaina
- 2007 m. tyrimai rodo, kad pasyvūs šilumokaičiai gali svyruoti nuo 55,00 USD iki 400 USD. Kainos gali skirtis dėl kolektoriaus (-ių) dydžio, šildomo ploto izoliacijos, saulės poveikio ir geografinės padėties.
- Daugelis šalių, valstijų ir komunalinių paslaugų teikia paskatas dalyvauti atsinaujinančiosios energijos šaltiniuose
Argumentai "už"
- Žema kaina
- Energijos taupytojas
- Taršos mažinimas
- Gali būti naudojamas elektronikai vėsinti
Minusai
- Didesnė priežiūra – (ty uždengimas mažos saulės spinduliuotės metu)
- Geografinė padėtis gali pakeisti efektyvumą
- Reikia rankiniu būdu uždaryti galines traukos sklendes naktį
- Pageidautina išsimokėtinai į pietus
Susiję projektai
Nuorodos
- Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL) dinaminiai žemėlapiai, GIS duomenys ir analizės įrankiai – saulės žemėlapiai (2007 m.) Galima rasti: http://www.nrel.gov/gis/solar.html
- Citarella, Džo. "Termosifonai – geresnis požiūris į procesoriaus aušinimą?" Overclockers. 2005 m. rugpjūčio 5 d. http://web.archive.org/web/20080421004505/http://www.overclockers.com:80/articles1246/
- Reysa, Gary. „Sukurkite paprastą saulės šildytuvą“ Motinos Žemės naujienos. 2006 m. sausio mėn. http://www.motherearthnews.com/Alternative-Energy/2006-12-01/Build-a-Simple-Solar-Heater.aspx
- "2 dalis: Atsinaujinančios energijos panaudojimo kelionė". http://web.archive.org/web/20060513045333/http://www.unepti.e.org/pc/tourism/documents/energy/11-26.pdf
- Mirmovas, NI, Belyakova, IG "Šilumos išsiskyrimas garų kondensacijos metu termosifone". Inžinerinės fizikos žurnalas 43(3), p.970-974, 1982 m.
- Kompaktiško termosifono dizainas ir veikimas. Aniruddha, P., Yogendra, J., Beitelmal, M, Patel, C., Wenger, T. Woodruff mechanikos inžinerijos mokykla. 2002. http://www.hpl.hp.com/research/papers/2002/thermosyphon.pdf