A numerical study is performed to investigate the effect of sun tracking on the thermal performance of the evacuated compound parabolic concentrator (CPC) collectors. The evacuated CPC collectors consist of a two-layered glass tube, a copper tube and a reflector. The collector has a copper tube as an absorber and a reflector inside a glass tube. The water is used as a working fluid. The length and the diameter of the glass tube are 1,700mm and 70mm, respectively. The length and the diameter of the copper tube are 1,700mm and 25.4mm, respectively. Ray tracing analysis is carried out in order to compare absorbed heat fluxes on the absorber surface of the stationary and tracking collectors. The collected energy is calculated and compared with that on a fixed surface tilted at $35^{\circ}$ on the ground and facing south. The results indicate that the collected solar energy of the sun tracking system is significantly larger than that of a stationary collector. The sun tracking evacuated CPC collectors show a better performance with an increase in the thermal efficiency of up to 14% compared with an identical stationary collector.
Park, Bong-Hee;Choi, Ju-Yeop;Choy, Ick;Lee, Sang-Cheol;Lee, Dong-Ha
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.34
no.1
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pp.91-97
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2014
This paper proposes a modeling of fuel cell which replaces dc source during simulation. Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy in fuels into electrical energy. This system has high efficiency and heat, no environmental chemical pollutions and noise. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are commonly used as a residential generator. These fuel cells have different electrical characteristics such as a low voltage and high current compared with solar cells. And there are different behaviors in the V-I curve in the temperature and pressure. Therefore, the modeling of fuel cell should consider wide voltage range and slow current response and the resulting electrical model is applied to boost converter with fuel cell as an input source.
The tendency to renewables is one of the consequences of changing attitudes towards energy issues. As a result, solar energy, which is the leader among renewable energies based on availability and potential, plays a crucial role in full filing global needs. Significant problems with the solar thermal power plants (STPP) are the operation time, which is limited by daylight and is approximately half of the power plants with fossil fuels, and the capital cost. Exergy analysis survey of STPP hybrid with PCM storage carried out using Engineering Equation Solver (EES) program with genetic algorithm (GA) for three different scenarios, based on eight decision variables, which led us to decrease final product cost (electricity) in optimized scenario up to 30% compare to base case scenario from 28.99 $/kWh to 20.27 $/kWh for the case study. Also, in the optimal third scenario of this plant, the inner carbon dioxide gas cycle produces 1200 kW power with a thermal efficiency of 59% and also 1000 m3/h water with an exergy efficiency of 23.4% and 79.70 kg/h with an overall exergy efficiency of 34% is produced in the tetrageneration plant.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the energy saving effects and characteristics of plant growth in a greenhouse with an aluminum multi-layer curtain compared to a greenhouse with non-woven fabric. Method: The dimensions of both greenhouses $43m{\times}3.6m{\times}8m(L{\times}H{\times}W)$, and both used hot air heater systems for maintaining a constant temperature $15^{\circ}C$. Heating characteristics such as solar intensity, inside and ambient temperatures, and fuel consumption were measured and analyzed. Results: The changes of average temperature of both greenhouses during a 15-days (December 06 - 20) showed approximately $26^{\circ}C$ at around 2 pm when the ambient temperature was highest. The greenhouses were set by the heater to keep a temperature of $15^{\circ}C$ from 4 pm to 8 am the following day. The average heat loss (for 15 days) from the greenhouse with an aluminum multi-layer curtain was $161.2-268.4kJ/m^2{\cdot}h$ during the daytime and $152.3-198.1kJ/m^2{\cdot}h$ during the nighttime. The average heat loss (for 15 days) from the greenhouse with non-woven fabric was $155.7-258.9kJ/m^2{\cdot}h$ during the daytime and $144.9-207.0kJ/m^2{\cdot}h$ during the nighttime. The total heat loss (for one day) from the non-woven fabric system was $7,960kJ/m^2$($2,876kJ/m^2$ during the daytime, $5,084kJ/m^2$ during the nighttime). The heat supply over 36 days for the non-woven fabric system was higher than the aluminum multi-layer curtain system by $616.3-65,079.4kJ/m^2$. Conclusions: These results suggest that a greenhouse with an aluminum multi-layer curtain could save energy usage by 35% over a greenhouse with non-woven fabric.
The interaction between the surface radiation and the mixed convection transport from an isolated thermal source, with a uniform surface heat flux input and located in a rectangular enclosure, is stuied numerically. The enclosure simulates a practical system such an air cooled electric device, where an air-stream flows through the openings on the two vertical walls. The heat source represents an electric component located in such an enclosure. The size of this cavity is $0.1[m]{\times}0.1[m]$. The inlet velocity is assumed as 0.07[m/s] and the inlet temperature is maintained as $27^{\circ}C$. The inflow is kept at a fixed position. Laminar, two dimensional flow is assumed, and the problem lies in the mixed convection regime, governed by buoyancy force and surface readiation. The significant variables include the location of the out-flow opening, of the heat source and the wall emissivity. The basic nature of the resulting interaction betwwn the externally induced air stream and the buoyancy-driven flow generated by the source is investigated. As a result, the best location of the heat source to make the active heat transfer is 0.075[m] from the left wall on the floor. The trends observed are also discussed in terms of heat removal from practical systems such as electric circuitry.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.20
no.4
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pp.1-8
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2018
In this study, we survey the 2 buildings at the Central 1 and 8 buildings at the Central 2, which are divided by each climate region in the rural regions. Major heat loss factors are 47% loss of the outer shell including outer wall, roof, and bottom, 30% loss through window, and 23% loss through crevice wind. We analyze the energy simulation of ECO2 program to construct a zero energy building regarding village hall located in Jung Juk 4-le at Centeral 2. We simulate the primary energy requirement regarding village hall and the simulated results show the $265.3kWh/m^2{\cdot}a$ and it may estimate '2' energy efficiency grade. The energy requirement regarding village hall is the $183.2kWh/m^2{\cdot}a$ when the passive technology are applied in village hall. We research total amount of energy requirement in village hall when the passive and active technologies such as solar cell with 3kW and solar thermal with $20m^2$, geothermal power with 17.5kW. The simulated results show the improved energy efficiency certification grade with $1^{{+}{+}{+}}$ due to the reduced primary energy requirement with 73% when passive technology including 3kW of solar panel is applied and the energy independence rate is 54%, which is estimated to be 4th grade of zero energy buildings. The order of energy consumption are solar panel, solar thermal, and geothermal power under applied passive technology in the building. In order to expand the zero energy building, it is necessary to introduce the zero energy evaluation system in the rural region.
Thermal diode is a device which allows heat to be transferred in one direction by convection due to difference of density of fluid, and blocks heat flow in the opposite direction. Vertical plate for heat collection and radiation are of utility for design of thermal diode. It was considered the transient and steady state of air filled thermal diode with guide vane which combined rectangular and parallelogrammic shape enclosures. $Gr^*$ was kept constantly on $1.11{\times}10^{10}{\sim}1.4{\times}10^{10}$ and error range was ${\pm}3%$ during the experiment. Nu was examined when inclined angle are $15^{\cir\c}\;and\;45^{\circ}$ and, also the experiments was carried out with and without guide vane as well. Specially, Nu was linearly increased due to increase of $Gr^*$, and the effect of guide vane and dimensionless channel depth was sensitive. Developed state of temperature began at dimensionless time $0.5{\sim}0.6$ due to variation of inclined angle, which is characteristic of system.
Today, various activities to save energy are being conducted around the world. Even in our country, carbon reduction policy is being conducted for low carbon green growth and with this movement, effort to replace energy sources by recognizing the problems on environment pollution and resource exhaustion due to the indiscrete usage of fossil fuel is being made. Therefore, active study on renewable energy is in progress as part of effort to replace the energy supply through fossil fuel and solar ray industry has rapidly developed receiving big strength of renewable energy policies. The conclusion of this study measuring the surface temperature change of single crystal and polycrystalline PV module in green roof system and non-green roof system aspect are as follows. There was approximately $4^{\circ}C$ difference in PV module temperature in green roof system and non-green roof system aspect and this has the characteristic to decrease 0.5% when the temperature rises by $1^{\circ}C$ when the front side of the module is $20^{\circ}C$ higher than the surrounding air temperature following the characteristic of solar cells. It can be concluded that PV efficiency will be come better when it is $4^{\circ}C$ lower. Also, in result of temperature measurement of the module back side, there was $5^{\circ}C$ difference of PV module installed on the PV module back side and green roof system side on the 5th, $3^{\circ}C$ on the 4th, $2^{\circ}C$ on the 5th to show decreasing temperature difference as the air temperature dropped, but is judged that there will be higher temperature difference due to the evapotranspiration latent heat effect of green roof system floor side as the temperature rises. Based on this data, it is intended to be used as basic reference to maximize efficiency by applying green roof system and PV system when building non-green roof system flat roof.
Alameri, Saeed A.;King, Jeffrey C.;Alkaabi, Ahmed K.;Addad, Yacine
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.2
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pp.248-257
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2020
This study presents an initial design for a novel system consisting in a coupled nuclear reactor and a phase change material-based thermal energy storage (TES) component, which acts as a buffer and regulator of heat transfer between the primary and secondary loops. The goal of this concept is to enhance the capacity factor of nuclear power plants (NPPs) in the case of high integration of renewable energy sources into the electric grid. Hence, this system could support in elevating the economics of NPPs in current competitive markets, especially with subsidized solar and wind energy sources, and relatively low oil and gas prices. Furthermore, utilizing a prismatic-core advanced high temperature reactor (PAHTR) cooled by a molten salt with a high melting point, have the potential in increasing the system efficiency due to its high operating temperature, and providing the baseline requirements for coupling other process heat applications. The present research studies the neutronics and thermal hydraulics (TH) of the PAHTR as well as TH calculations for the TES which consists of 300 blocks with a total heat storage capacity of 150 MWd. SERPENT Monte Carlo and MCNP5 codes carried out the neutronics analysis of the PAHTR which is sized to have a 5-year refueling cycle and rated power of 300 MWth. The PAHTR has 10 metric tons of heavy metal with 19.75 wt% enriched UO2 TRISO fuel, a hot clean excess reactivity and shutdown margin of $33.70 and -$115.68; respectively, negative temperature feedback coefficients, and an axial flux peaking factor of 1.68. Star-CCM + code predicted the correct convective heat transfer coefficient variations for both the reactor and the storage. TH analysis results show that the flow in the primary loop (in the reactor and TES) remains in the developing mixed convection regime while it reaches a fully developed flow in the secondary loop.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.1
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pp.66-74
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2019
Instead of securing thermophysical properties throughout the entire lunar surface, a theoretical method to predict the lunar surface temperature accurately using improved Lumped System Model (LSM) was developed. Based on the recently published research, thermal mass per unit area at the top regolith layer is assumed uniform. The function of bottom conductive heat flux was introduced under the theoretical background. The LSM temperature prediction agrees well with the DLRE measurement except for dusk, dawn and high latitude region where the solar irradiation is weak. The relative large temperature discrepancy in such region is caused by the limit of the bottom conductive heat flux model. The surface temperature map of the moon generated by the LSM method is similar to the DLRE measurement except for the anomalous temperature zones where surface topography and thermophysical properties appear in highly uneven.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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