Термосифонная система нагрева воды. Принцип термосифона

Термосифонная система нагрева воды успешно используется в солнечных коллекторах. Более того, солнечный коллектор на принципе термосифона — самый простой и надежный для изготовления своими руками. При небольшом водоразборе это очень хорошее решение.

На чем построен принцип термосифона: пассивный теплообмен на основе естественной конвекции, которая заставляет жидкость и газ циркулировать без насоса.

Холодная вода имеет более высокую удельную плотность, чем теплая, поэтому холодная вода «тяжелее» и опускается вниз. Естественная конвекция начинается в тот момент, когда передача тепла к теплоносителю приводит к разности температур в контурах термосифонной гелиосистемы. Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе и одновременно заменяет менее нагретой.

Одна из возможных схем реализации термосифонной системы нагрева воды.

Резервуар для воды должен находиться выше коллектора, в противном случае цикл циркуляции пойдет в обратном направлении в темное время суток. Единственный серьезный недостаток термосифонных солнечных систем — сезонность. Но решение у этой проблемы есть: гелиосистемы на антифризе, с доработанной конструкцией и открытыми резервуарами. Такие системы заслуживают отдельной статьи.

Правильно сконструированная термосифонная система нагрева воды имеет минимальное гидравлическое сопротивление, так что вода легко перемещается под относительно низким давлением, создаваемым естественной конвекцией.

Ниже рассмотрим простой прототип термосифонной системы нагрева воды на основе солнечного коллектора. Это не самый эффективный метод использования солнечной энергии для нагрева воды и работает сравнительно медленно, но такой коллектор может смастерить любой. Итак, теория.

Прототип термосифонного солнечного коллектора

Список запчастей включает в себя рекомендуемые материалы, подобранные под температурный режим. Необходимо использовать термостойкие материалы, способные выдерживать длительное воздействие 80ºС: сшитый полиэтилен, ХПВХ, полипропиленовые переходники, высокотемпературные шланги из этилен-пропиленового каучука (EPDM резина). Напомню, это простейший и самый доступный материально вариант.

Ориентировочный список материалов для термосифонной гелиосистемы (размеры конвертированы с дюймов):

• Четыре балки 5х10 см 2.40 м.
• Пять балок 2,5х10 см 2.40 м.
• Два винта 2,5 см.
• Кровельные винты оцинкованные 7,6 см.
• Два листа металлического шифера 2.40 м.
• Термостойкая черная краска (селективная, для каминов и барбекю, подробнее здесь).
• Садовый шланг термостойкий (EPDM резина, до 90ºС) внутренним диаметром 7,5 см, 30 м.
• Пластиковые стяжки термостойкие, УФ-стойкие 20 см, 100 шт.
• Резервуар для воды на 200 л.
• Два латунных крана на шланг, 7,5 см, конфигурация на фото.
• Тефлоновая лента.
• Две полипропиленовых перемычки (bulkhead fittings) термостойких, 7,5 см.
• Два адаптера труба-шланг латунных, 7,5 см.
• Два хомута на шланг.
• Изоляция вспененная для труб, 90 см.

Каркас для коллектора

Каркас для термосифонной системы можно соорудить в виде А-образной рамы. Используйте балки и винты: установите переднюю ножку каждой опоры под требуемым углом наклона к панели коллектора (ваш угол широты хорошая отправная точка), и прикрепите заднюю ножку на противоположном углу для стабильности. Соедините две ножки (спереди и сзади) каждой из сторон горизонтальной перемычкой.

Соедините две задние ножки двумя балками. Установите три балки поперек опор, закрепите винтами.

Установите листы шифера на раму с помощью винтов. Верхний лист должен быть положен внахлест. Покрасьте панель термокраской, дайте полностью высохнуть.

Установка шланга термосифонной системы

Выложите и отметьте путь трубы на панели коллектора, снизу-вверх. Не допускайте ее перегибов. Шланга должно хватить на 8 витков на 120 см высоты панели. Не забудьте оставить несколько метров для подключения к резервуару.

Не допускайте провисания шланга.

Просверлите отверстия в шифере и закрепите трубу с помощью пластиковых стяжек. Интервал между стяжками около 30 см. Шланг должен быть в полном контакте с панелью для эффективной теплопередачи.

Подготовка резервуара для термосифонного коллектора

В бак необходимо врезать переходники для обеспечения герметичного соединения с шлангом. В переходники войдут латунные краны.

В резервуаре необходимо проделать отверстия под фитинги. Нижний слив сверлите как можно ближе к дну, верхний — около 1/3 от крышки бака. На резьбу крана намотайте тефлоновую ленту и вкрутите в переходник. Переходник вставьте в бак и закрутите его гайкой изнутри.

Подсоединение шланга и установка резервуара

Разместите бак на прочном постаменте, который позволяет кранам быть выше шлангов на коллекторе. Коллектор должен быть близко к резервуару. Укоротите трубу так, чтобы она не провисала. Подсоедините переходник и закрепите с помощью хомута. Подсоедините шланги к кранам, затяните стяжки на панели для лучшего соприкосновения с шифером. Отрез теплоизоляции наденьте на часть трубы с горячей водой вверху от бака к коллектору.

Нагрев воды термосифонным солнечным коллектором

Откройте краны и наполните резервуар, оставив 5 см свободного пространства под расширение воды. Убедитесь, что в контуре коллектора нет воздуха. Вода начнет нагреваться с первыми лучами солнца.

Модернизация прототипа

Эта простейшая термосифонная система не имеет даже постоянного подвода воды, что делает ее пригодной для использования в условиях полного отсутствия цивилизации или для каких-то садово-гаражных нужд. Но ведь это не предел.

Термосифон успешно применяют для горячего водоснабжения в домах и конструкция коллектора не имеет в себе ничего сверхсложного. Заводят резервуар в помещение и делают подвод водопроводной воды. Один из вариантов системы описан в этой статье.

Можно немного улучшить производительность и этой простой конструкции:

1. Термоизоляция бака дольше сохранит воду горячей.
2. Резервуар можно сделать из вышедшего из строя нагревателя.
3. Увеличить площадь коллектора.
4. Добавить в конструкцию маломощный насос и тэн для резервного нагрева.

Термосифонные системы Sunsystem TSS. Официальный сайт. Лучшие ценовые предложения диллерам.

Термосифонные системы являются рентабельным способом подогрева воды путем применения солнечной энергии. Перенос тепла из солнечных коллекторов в бойлер осуществляется благодаря естественной конвекции флюидов. Термосифонная система состоит из солнечной панели-коллектора, подсоединенной к баку с цилиндрическим теплообменником. Флюид-теплоноситель циркулирует согласно принципу естественной конвекции – он нагревается солнечной энергией в абсорбере коллектора и сквозь трубную систему достигает установленного над коллектором бойлера. Там, проходя сквозь теплообменник бойлера, теплопереносной флюид отдает свое тепло воде. Потом охлажденный теплоноситель возвращается в коллектор, и процесс повторяется.


Особенности продукта:

Энергетически независимая система без вредных выбросов. Процесс циркуляции осуществляется благодаря естественной конвекции флюидов и не нуждается во внешнем энергетическом источнике.

Модель

Характеристики

TSS 100

Цена:

Объем бака (I)		100
Размеры бака LхD (mm)		1000х520
Солнечные коллекторы стандарт. или селект. покрытие		1хPKх2. 15
Вход/выход бака (R)		1/2″
Вход/выход (R)		1/2″
Нагревательный элемент (kW) опциональный		2
Рециркуляция (R)		—
Общая площадь коллекторов (m²)		2.15
Объем теплоносителя (I)		15
Общий вес системы без воды (kg)		140

Показать все характеристики

TSS 150

Цена:

Показать все характеристики

TSS 200

Цена:

Показать все характеристики

TSS 300

Цена:

Показать все характеристики

Термосифонные системы охлаждения, теплообменники и ребойлеры

Стандартные тепловые трубки могут работать в любом положении, поскольку они используют фитиль для возврата жидкости из конденсатора в испаритель за счет капиллярных сил. Напротив, Thermosyphon  ( альтернатива Thermosiphon ) использует гравитацию для возврата жидкости, поэтому испаритель должен располагаться ниже конденсатора. Работа термосифона показана на рис. 1. Тепло, подводимое к испарителю, испаряет рабочую жидкость, которая поднимается к конденсатору, испаряется и стекает обратно по стенкам оболочки. Адиабатическая секция и секция конденсатора обычно свободны, в то время как испаритель может иметь фитиль для запуска.

Рис. 1. Работа термосифона.

Преимущества термосифонов

Термосифоны также действуют как диодные тепловые трубки. Когда к конденсатору подводится тепло, конденсата нет, а значит, нет возможности образовывать пар и передавать тепло испарителю.

В таблице 1 показаны различия между термосифоном и тепловой трубой. Основное преимущество термосифона заключается в том, что он может нести большую мощность, чем тепловая труба того же диаметра, а длина термосифона практически не ограничена. За исключением тепловых труб с канавками для космоса, тепловые трубы обычно могут иметь неблагоприятную высоту менее 1 фута (25 см). Это можно увидеть, запустив калькулятор тепловых труб ACT с разными высотами и отметив, что мощность тепловой трубы постепенно снижается до нуля по мере увеличения высоты.

Термосифонные системы, напротив, могут работать до тех пор, пока они наклонены так, чтобы гравитация возвращала конденсат, и могут работать сколь угодно долго. В некоторых случаях для геотермальных применений изготавливаются термосифоны длиной более 50 м.

Таблица 1. Различия между тепловой трубой и термосифоном.

*Пролистайте вправо для просмотра таблицы

Рис. 2. Термосифон титан/вода с конденсатором длиной 2 м, изготовленный компанией ACT для лунного радиатора.

На рисунке 2 показан термосифон титан/вода с конденсатором длиной 2 м, изготовленный и испытанный в ACT. Возможное применение — отвод тепла от радиатора Lunar с тепловыми трубками для миссии НАСА. Эти тепловые трубки имеют запатентованный фитиль в испарителе, который позволяет многократно замораживать и оттаивать воду в термосифонах, не повреждая термосифоны.

A Петлевой термосифон  может использоваться вместо термосифона в мощных системах с большим тепловым потоком. В петлевом термосифоне пар и жидкость проходят по отдельным линиям, что устраняет касательные напряжения, которые ограничивают мощность термосифона до предела затопления .

Назад к  Различные типы тепловых трубок… 

термосифонные системы охлаждения — что это такое и как это работает

термосифонные системы охлаждения — что это такое и как это работает | Discovery Designs Refrigeration LLC Муквонаго, Висконсин 53149Вопросы?

Позвоните нам
262-373-6500

Понимание того, как работает термосифонное масляное охлаждение

Термосифонное масляное охлаждение использует конденсат хладагента в качестве пассивного хладагента. При сжатии газообразного хладагента выделяется тепло, которое необходимо отводить из холодильной системы. Тепло передается несколькими способами:

• Переносится в хладагент и выбрасывается в атмосферу через конденсатор
• Некоторое количество тепла передается в пространство холодильной системы
• Остальное переходит в масло и должно быть удалено другими средствами

Термосифонное охлаждение обеспечивает пассивное охлаждение с использованием конденсата хладагента и системы трубопроводов, передающих тепло между теплообменником и ресивером высокого давления.

Горизонтальные и вертикальные термосифонные системы экономят затраты на электроэнергию

Термосифонные системы масляного охлаждения используют давление и гравитацию для переноса газов и жидкостей и отвода тепла в атмосферу. Поскольку в термосифонных системах охлаждения используется гидравлика вместо насосов или любых других энергоемких компонентов, они более энергоэффективны и обеспечивают большую долгосрочную эффективность.

Идеальная теплопередача в термосифонных системах требует тщательного расчета

Каждая крупица отходов в вашей системе охлаждения влияет на прибыль в долларах и центах. Внедрение термосифонной системы в вашу промышленную холодильную систему — это больше, чем просто трубопровод. Наиболее важные переменные для эффективности включают охлаждающую жидкость в системе, диаметр трубы и высоту ресивера. Контроль скорости паров по трубопроводу имеет решающее значение для улучшения теплопередачи и поддержания плавного потока. Контроль теплопередачи между испарителем и конденсатором имеет решающее значение для поддержания точной температуры.

Монтажники промышленных холодильных систем обеспечивают безупречную работу

Специалисты по холодильным системам компании Discovery Designs Refrigeration, LLC обладают опытом проектирования и установки термосифонных систем в холодильных системах, работающих на аммиаке или CO2. Наше глубокое знание принципов холодильных систем позволяет нам создавать индивидуальные проекты и максимально эффективно использовать ваше пространство.