The goal of the present paper is to show the optimum design and operation conditions on 6 kW solar water heating system by using computer simulation with verified modelling. As the object functions, we took not only the amount of acquired and auxiliary heat but LCC, which has a relative importance and decisive role in economy. As expected, the maximum heat is acquired at the slope of collector with the equal degree to the latitude, facing the south. The capacity increase of the circulation pump and the storage tank lead to the increase of acquired heat and the decrease of auxiliary heat, but do not necessarily give economical advantages owing to additional electrical power consumption. In the present system, the minimum LCC can be obtained at the storage tank volume of 450 L and the mass flow rate of 0.344 kg/s.
Kim, Byoung-Gi;Jang, Hwan-Young;Chung, Kyung-Taek;Suh, Jeong-Se
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제15권3호
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pp.108-113
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2007
The performance of a solar water heater incorporating evacuated tubes was evaluated using a transient simulation program, TRNSYS. Simulations were performed for $60^{\circ}C$ of hot water load temperature and for 280 liter of daily hot water volumes and three 400 liter of storage tank volumes. Three patterns of daily hot water consumption profile were used in the present study (morning, lunch and evening). The results show that the increase in solar fraction depends on the load profile, as well as the collector efficiency coefficient. Hot water draw profile has a large effect on the performance of the SDHWS, the morning load profile has the highest solar fraction. The annual solar fraction of the system, at the weather conditions of Jinju is approximately 84% at lunch load pattern, the 280 kg of load volume, 400 kg of tank volume and the $60^{\circ}C$ of load temperature.
It has been recognized that solar water heating systems are economically inferior to conventional gas water-heaters and boilers using light oil as fuel in spite of having practical possibilities among other alternative energy facilities in Korea. The solar system, however, should be revaluated due to the sharp rise of oil prices recently. We have calculated the energy amount and cost through a series of research projects for the system by experiment and simulation, which lead to analyzing reliable life cycle costs. For the economic analysis, the gas water-heater and light oil boiler were taken as base cases while the solar systems implemented with these facilities were compared as alternatives. As a result, the solar system using the light oil as an auxiliary fuel surpassed the light oil boiler in economics. And a $50\%$ government subsidy for the initial cost is needed to maintain competitiveness with the gas hot-water heater. With this support, the simple payback period of the system can approach 12.8 years under $20\%$ additional curtailment of expenditure.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제41권2호
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pp.140-145
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2017
Newly designed vapor-injection heat pumps have been proposed and analyzed in the present study. An economizer-type vapor-injection (V-I) system has been employed as the standard system because of its reliability and simple control method. The V-I system has a re-cooler and re-heater for cooling and heating, respectively. Solar panels have been installed in the V-I heat pump as well as in the re-heater in order to enhance heating capacity and performance. R410A has been employed as a working fluid and performance analysis has been conducted under various conditions. Results are summarized as follows: (1) The V-I system with the re-cooler yielded a marginally higher coefficient of performance (COP) than the conventional V-I refrigeration system. (2) By increasing the re-cooler cooling capacity, enhanced system performance as compared to the conventional V-I system was observed. (3) The re-heater negatively affected the system performance; hence, the V-I heat pump with the re-heater yielded a lower COP than that of the conventional V-I heat pump used for heating. (4) Although the solar panels increased the system performance, this increase could not offset performance degradation by the re-heater.
Perimeter zone has been reinforced by active systems, such as fan-coil units, because it causes an increase in heating and cooling loads, dew condensation in winter, or discomfort with cold-draft to residents in buildings, through poor insulation by light-weighed skin due to progressing multi-storied buildings and skyscrapers. However, because these active systems raise Its capacity so that fossil fuel is used as much as they are added, and ultimately, greenhouse effect is urged, we proposed BIPV system functioned as solar collector which can substitute active system. As an early stage, heat balance equation in steady-state by Fortran was used not only for pre-heating effect and electric power capacity during the day in winter, but also for electric power capacity during day in slimmer and sky radiation effect during night in summer. Especially, we should have considered shading on PV, since even a little bit of it makes the efficiency too low for the PV to work. Still, when the flux of pre-heated air was increased to make air-barrier, its temperature was not enough to make it because the speed of heat exchange was too fast to warm up the air, thus the capacity to meet the condition was evaluated, and electric power from PV was made used for it.
Ceiling cassette type air conditioner has been a main stream as a heating/cooling system recently in school, Korea. In this study, indoor thermal environments made by ceiling cassette type air conditioner were investigated by CFD simulation. Concentrations of $CO_2$ were investigated by a field measurement. Indoor thermal environment with the velocity inlet angle of $45^{\circ}$ from the ceiling in heating season was very ununiform so that thermal area was divided into two parts those the one is window side which is cold, and the other is corridor side which is hot. In cooling season under the same condition, there are areas too hot or too cold. If the velocity inlet angle is set in $30^{\circ}$ from the ceiling, indoor thermal environments was improved greatly in cooling season and heating season, too. Also, from the field measurement of $CO_2$ concentrations, it was suggested to install ventilators with proper air volume considered the number of class students.
The paper discusses the modelling of the thermal storage roof with the air circulation system. In this system, the fully glazed absorber plate is put on the top of the conventional pitch roof made of massive concrete and acts as a solar air heater. Solar radiation collected into absorber is stored in the roof structure by radiation and convection so that it reduces the nighttime heating load through the roof. Another part of the energy is also transmitted to internal air drawn into the channel and is then introduced Into the room. To analysis the system, the energy balance equations are developed and are solved using a finite difference method. The calculation results show a good agreement with the measured ones obtained from our experiments. From the results, it is seen that the thermal storage roof with the air circulation system reduces significantly the conductive heat loss compared with that for the conventional roof and has the instantaneous solar collection efficiency of about 30%.
Spiral-jacketed thermal storage tanks can greatly simplify solar heating systems while maintaining the thermal performance at a similar level as conventional systems with an external heat exchanger. Proper design of the spiral-jacket flow path is essential to make the most of solar energy, and thus to maximize the thermal performance. In the present work, computational fluid dynamics (CFD) analysis was carried out for a spiral-jacketed storage tank installed in a solar heating demonstration system. The results of the CFD analysis showed a good agreement with experimentally determined thermal performance indices such as the acquired heat, collector efficiency, and mixed temperature in the storage tank. This verified CFD modelling approach can be a useful design tool in optimizing the shape of spiral-jacket flow path and the flow rate of circulating fluid for better performance.
An experiment on the devices that enchance the stratification of storage tanks in a solar heat ins system has been carried out. The benefits of thermal stratification in sensible heat storage are to increase the system performance such as the collector efficiency or the fraction of the total load supplied by solar energy. Using the diffuser and the distributor as the stratification enchancement device, the expeliments were perfomed in the different condition of diameter and material of the distributor. As a result of experiments, there exists the diameter of distributor in which the stratification is made maximum under certain design and operation condition. Also it was identified that the kind of distributor material influenced the degree of stratification. Comparing the experimental result to the computational results calculated under the same conditions, the node number N(stratification index) was determined. The results of computer simulation that was performed about the actual solar heating system in Seoul for 24 hours show the relative advantage of stratified over well-mixed storage and the significant improvements in system performance.
In this study, the performance of hybrid solar air-water heater when the heated air was used as inlet air was investigated during air and liquid were heated simultaneously. Temperature difference between inlet air and ambient was set as $0^{\circ}C$, $13^{\circ}C$ and $22^{\circ}C$ and it was maintained during the daily operation. As a result, thermal efficiency of liquid heating was increased when the inlet air temperature was increased and heat gain of the water in heat storage tank was also increased with increment of temperature difference between inlet air and ambient temperature. On the contrary to this, the decrement of air heating efficiency and total efficiency of collector was confirmed with increment of inlet air temperature and it is considered that heat gain of liquid side is lower than heat loss of air side that occurring by using heated air as inlet air of collector. So, from these results, maximum temperature that the liquid in heat storage tank can reach was expected to increase if the return air or any heated air was used as inlet air. But air and total efficiency of hybrid solar air-water is decreased, so using outdoor air as inlet air is considered as better way on perspective of using of solar thermal energy by hybrid solar collector. However, it is hard to conclude that using outdoor air is better than heated air on the perspective of energy saving of building because the performance of heat storage performance was increased even air and total thermal efficiency was decreased, so the necessity of more profound consideration about these result in further research was confirmed for putting the hybrid solar air-water heater to practical use.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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