Thermosiphon werking

[chathanky]

Ik neem nu als uitgangssituatie een systeem dat volledig in evenwicht is met zijn omgeving. Het hele systeem is 20?C. Vervolgens gaan we aan de bronkant warmte toevoeren, waarbij we de temperatuur beperken tot 90?C. Water van die temperatuur is lichter dan water van 20?C, dus gaat stijgen. Uiteindelijk wordt de horizontale verdeler gevuld, daarna zal het warme water zich in de rechter buis naar beneden bewegen. Als de warme kolom rechts even hoog is als de kolom links, zijn beide kolommen even zwaar en stopt de beweging als gevolg van dichtheidsverschillen. Let op dat de warmtetoevoer nu moet stoppen, anders loopt de temperatuur links op tot boven de 90?C. Op basis van dit scenario bereikt de warme kolom nooit het afgiftepunt en kan er daar dus ook geen warmte worden afgegeven.

De vraag is: wat is er nou fout in deze redenatie?

Wat ik al eerder had aan gegeven en voor gek verklaard werd, door de verliezen in de leidingen zal de temperatuur onderweg dalen. Met name het horizontale deel kan door de lengte behoorlijk van invloed zijn op de snelheid.

[John Doh]

Door mijn ervaringen met mijn experimenteel thermosifonmodel met parallel geschakelde plastic buizen was ik er eigenlijk reeds zeker van dat ik daarmee ook warmte kon verplaatsen naar plaatsen die lager liggen dan de warmtebron. Ik was van plan om daarvan ooit wel eens een specifieke opstelling te maken, maar omdat sommigen nu zo sterk ontkennen dat dit systeem kan werken, heb ik snel een erg specifieke opstelling in elkaar geknutseld. Dus, nog eens voor alle duidelijkheid: van de situatie volgens tekening C !!

Kleine correctie: ik heb betoogd dat een opstelling volgens figuur C niet kon werken (binnen de gegeven randvoorwaarden), maar heb juist ook laten zien dat warmte met het thermosifon-effect verplaatst kan worden naar plaatsen die lager liggen dan de warmtebron, zie figuur D. Dit figuur is ge?nspireerd op jouw oorspronkelijke experimentele model. Daar zou inderdaad sprake kunnen zijn van afgifte lager dan de bron, maar zeker ook in combinatie met warmte-afgifte hoger dan de bron.

[John Doh]

Wat ik al eerder had aan gegeven en voor gek verklaard werd, door de verliezen in de leidingen zal de temperatuur onderweg dalen. Met name het horizontale deel kan door de lengte behoorlijk van invloed zijn op de snelheid.

Jawel, maar de lol van een gedachtenexperiment is, dat we dat soort effecten kunnen uitschakelen. Dus stel nou, dat de buis nagenoeg ideaal is ge?soleerd en vrijwel niet afkoelt. Wat dan? Komt het proces dan tot stilstand of niet?

[chathanky]

Ideaal geisoleerd komt het tot stilstand als je de warmtebron uitschakelt bij jou voorbeeld.
Maar bij stoppen met verwarmen in een ongeisoleerde situatie heb je dat ook

Nagenoeg is niet genoeg John, dit kan alleen een traag stromend principe opleveren.

Zolang de verwarmingsbron in een nagenoeg ideale isolatie kleiner blijft dan het verlies dat optreed bij 90 graden aanvoer zou je met een kaarsje een groot systeem op gang kunnen houden en ook op temperatuur.
Er van uitgaande dat de omgevingstemperatuur van de leidingtraject niet hoger wordt.

[John Doh]

Mooi verhaal over thermosyfon in Kazachstan. De radiatoren worden in serie geplaatst.

[John Doh]

Bij dit verhaal gaat het om natuurlijke circulatie met de zon als warmtebron. Waarom plaatst men het opslagvat hoger dan de bron?

[Chicken Power]

Groet, Cp

[Dirk Bauwens]

Mooi verhaal over thermosyfon in Kazachstan. De radiatoren worden in serie geplaatst.

Niet zo'n mooi verhaal vind ik. Ook alleen met thermosifon had het makkelijk in alle kamers even warm kunnen zijn.

Dirk

[Dirk Bauwens]

Bij dit verhaal gaat het om natuurlijke circulatie met de zon als warmtebron. Waarom plaatst men het opslagvat hoger dan de bron?

Misschien omdat die mensen op ??n of ander forum gelezen hebben, dat het systeem anders niet kan werken?

Dirk

[Chicken Power]

Niet zo'n mooi verhaal vind ik.

Dat snap ik!

Ook alleen met thermosifon had het makkelijk in alle kamers even warm kunnen zijn.

Dat nu weer niet, zullen ze toch eerst een stookkelder moeten gaan aanleggen!

Maar wat het praktisch laat zien, is dat het op begane grondniveau in serie al niet lekker werkt. Wellicht parallelle uitvoering wat beter, maar dan toch minstens met radiatoren van 90 cm hoogte.

Merk ook op de leidingdiameter; minimaal duims.

Groet, Cp

[Chicken Power]

Voor zover ik weet, twijfelde niemand aan de cijfers uit de tabel. Wat wel, en terecht trouwens, door een aantal mensen in vraag werd gesteld, waren de fictieve cijfers die John Doh gebruikte voor de watertemperaturen in zijn voorbeeld C. Het is, denk ik, zelfs onmogelijk om dit voorbeeld met die cijfers te reproduceren in de realiteit. Met die cijfers dan concluderen dat geval C niet kan werken, gaat wel wat ver.

Beste Dirk,

Aha!, bij cijfers heb ik de beleving van vastgestelde, controleerbare en erkende waardes. Zoals die uit de tabel.

Waar jij over cijfers sprak, ervoer ik dat als uitgangspunten in Johns model, waarbij hij aangaf dat het er in de praktijk iets anders uitziet.

Immers, de benadering dat de ene helft van het vermogen (bij model D) boven afgegeven wordt, en de andere helft beneden. Dat is op zich, natuurkundig gezien, al geen realistisch gegeven. Maar zo als John ook al stelde:? wel een gedachte-experiment is, om een mechanisme duidelijk te maken?.

Daarbij hoeven de getalletjes niet direct overeen te komen met de praktische situatie, maar ze dienen wel binnen het kader van de materie te blijven. En om het mechanisme helder te maken, waren ze niet echt vreemd.

Ik moet bij deze gedachten gang heel sterk denken aan het principe van de ?waterram?, ook door velen bewonderd (mijzelf incluis), maar slechts weinigen snappen dat het getoonde effect maar een fractie is van de hoofdstroom aan vloeiende energie.

Mijn laatste testopstelling bewijst zonder twijfel, dat ook een opstelling waarbij de warmteafgifte uitsluitend gebeurt op een lager niveau dan de warmtebron, praktisch mogelijk is!

Maar naar mijn opinie en natuurkundig inzicht, in energetische zin een (onderkoelde? )draak.

Groet, Cp

[Dirk Bauwens]

Mijn laatste testopstelling bewijst zonder twijfel, dat ook een opstelling waarbij de warmteafgifte uitsluitend gebeurt op een lager niveau dan de warmtebron, praktisch mogelijk is!

Maar naar mijn opinie en natuurkundig inzicht, in energetische zin een (onderkoelde? )draak.

In ieder geval heb ik aangetoond dat mogelijk is, wat door velen als natuurkundig-onmogelijk wordt beschouwd.

Een draak op energiegebied?? Ik denk het niet. Zelfs dit minder effici?nt werkend thermosifonsysteem verbruikt geen electriciteit en is daarom energie- en onderhoudsvriendelijker dan een verwarmingssysteem m?t circulatiepomp. Naar ik ergens gelezen heb, zou een gemiddelde circulatiepomp verantwoordelijk zijn voor ??n-vijfde van het gemiddelde huishoudelijke electriciteitsverbruik.

Dirk

[John Doh]

In ieder geval heb ik aangetoond dat mogelijk is, wat door velen als natuurkundig-onmogelijk wordt beschouwd.

Je hebt aangetoond dat het mogelijk is om met een gesloten, watergevuld circuit warmte te verplaatsen naar een afgiftepunt dat beneden de bron ligt.

Op grond van mijn simpele modelletjes van het thermosifonsysteem heb ik gesteld dat dit inderdaad mogelijk is, op voorwaarde dat er ook warmte b?ven de bron wordt afgegeven. Misschien is jouw laatste experiment een demonstratie van figuur D, maar ik denk dat er nog meer aan de hand is.

Bij jouw experiment gebruik je veel vermogen voor het stoken, zeker in verhouding tot het vermogen van het afgifte-gedeelte. Daardoor wordt het water ter plaatse van de warmtebron lokaal vrijwel zeker heter dan 90?C. Zelfs valt niet uit te sluiten dat het water gaat koken en dat er sprake is van stoomvorming. Dus ja, je hebt aangetoond dat je warmtetransport voor elkaar krijgt, maar ik vraag mij af of het transportmechanisme uitsluitend op de thermosifonwerking berust. Ik denk het niet, of je moet de term 'dichtheidsverschillen' zo ruim opvatten dat stoom er ook onder valt.

Bij praktische toepassingen zal over het algemeen veel minder overschot aan warmtevermogen beschikbaar zijn, al was het maar omdat er behoefte is aan veel meer verwarmend oppervlak (radiatoren). Ik zal mijn zoon vragen om opnieuw een figuur te tekenen van het experiment dat ik zou willen voorstellen.

[John Doh]

Een draak op energiegebied?? Ik denk het niet. Zelfs dit minder effici?nt werkend thermosifonsysteem verbruikt geen electriciteit en is daarom energie- en onderhoudsvriendelijker dan een verwarmingssysteem m?t circulatiepomp. Naar ik ergens gelezen heb, zou een gemiddelde circulatiepomp verantwoordelijk zijn voor ??n-vijfde van het gemiddelde huishoudelijke electriciteitsverbruik.

De lol van geforceerde circulatie is, dat je minder materiaal nodig hebt en dat de overdracht vele malen beter kan worden. Inderdaad zullen de circulatiepompen energie gebruiken, vooral als je geen pompschakelaar hebt. In moderne CV-ketels draait de pomp alleen als dat nodig is, waardoor de bedrijfstijd enorm afneemt. Bij een vergelijking tussen de twee opties moet je dus niet alleen het energiegebruik van de pomp meenemen, maar ook de 'energiekosten' van het materiaalgebruik en de grotere verliezen die grote systemen onvermijdelijk met zich meebrengen.

Een ander belangrijk punt is, dat je vrij hoge temperaturen nodig hebt om de circulatie redelijk aan de gang te houden. Ook dat zal ten koste gaan van het rendement van het geheel: je krijgt minder warmte uit de rookgassen en ook andere verliezen nemen toe. Ik denk daarom dat het met pomp veel makkelijker is om een energiezuinig CV-systeem te bouwen dan zonder.

Een finoven vormt hierop wellicht een uitzondering, daar wordt een andere methode toegepast om alle energie uit de rookgassen te halen en ook een mooie truuk om de verliezen binnen de perken te houden, namelijk opstelling in de te verwarmen ruimte. Kan met een HR-ketel trouwens ook, maar de meeste mensen hangen die toch liever niet in de woonkamer. De finoven combineert wellicht heel aardig met een thermosifonsysteem, waarbij dus al op andere wijze in de energielevering naar de woonkamer is voorzien. Overigens wel opmerkelijk dat je aan de rookgaszijde van de finoven wel een pleitbezorger van geforceerde circulatie bent, waterzijdig kan dat naar mijn idee ongeveer dezelfde voordelen hebben.

[John Doh]

Naar mijn idee zou een experimentele opstelling er als volgt uit moeten zien:



Liefst een meter of tien hoog, met de warmtebron halverwege. Het vermogen van de warmtebron moet corresponderen met de aangesloten radiatoren. Voor de afsluiters het liefst kogelkranen te nemen, in de diameter van de doorgaande buis.

Nu kan worden gekeken wat de invloed van de hoogte van een radiator ten opzichte van de warmtebron is. Heeft Dirk goesting om deze opstelling in elkaar te zetten?