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• Two improved Brayton refrigeration air cycles for wastewater treatment are developed. • These two new systems have no air condensation during the expansion process. • The system coupled with a reheater can achieve the exergy efficiency of 70.7%. • The system using a solar collector can acquire the dry air with 163.6 ℃. • System using a solar collector can increase system efficiency ratio to 2.18 kg/(kW h). The Brayton refrigeration air cycle for electroplating wastewater treatment can achieve 100% recovery of water, but there is air condensation during the expansion, which can damage the expander. In order to avoid the harmful air condensation during the expansion, an improved Brayton refrigeration air cycle coupled with a reheater and an improved Brayton refrigeration air cycle using a solar collector for electroplating wastewater treatment are developed in this paper. For these two new systems, as the solar collector or reheater is used to heat the air at the outlet of the chiller, there is no air condensation during the expansion. When the wastewater needs to be treated by the air with low temperature, the reheater can be used at the outlet of the compressor to heat the air after the condensation dehumidification, which can increase the system efficiency ratio and exergy efficiency to 1.21 kg/(kW h) and 70.7%, respectively. When the wastewater needs to be treated by the air with high temperature, the solar collector can be used to heat the air after the condensation dehumidification, which can increase the air temperature at the inlet of the tower and system efficiency ratio to 163.6 °C and 2.18 kg/(kW h), respectively. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

• Use of environment friendly hydrocarbons as working fluids in the system. • Hybrid heat source of the solar collector and the biomass burner system. • Heptane is the most suitable fluid for the higher thermal performance of the system. • Hybrid heat source system contributes 88% to total exergy destruction of the system. In this study, a thermodynamic analysis of the hybrid heat source driven organic Rankine cycle integrated flash tank vapor compression refrigeration (ORC-FTVCR) system is conducted using five different hydrocarbon fluids such as hexane, heptane, octane, nonane, and decane. The hybrid heat source consists of a solar collector and a biomass burner system. The system coefficient of performance (COP s), overall exergetic efficiency (η oex), are taken as the indices of the thermal performance of the system. The impact of the operating parameters such as the intensity of solar radiation, inlet temperatures of expander and VCR evaporator, isentropic efficiencies of the compressor and expander, and the condenser saturated vapor temperature on system performance is also investigated. The results indicate that the system performs better using heptane as the working fluid. The values of COP s , η oex , for ORC-FTVCR system using heptane are 0.551 and 4.21%, respectively. The solar collector and the biomass burner system contribute 88% to the total exergy destruction of the system. [Display omitted] [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Partant d’un constat que, vu les faibles propriétés thermo physiques de l’air utilisé comme fluide caloporteur, les capteurs solaires à air ne donnent que des rendements médiocres. Il a été jugé très utile de disposer des obstacles "chicanes" de formes diverses et variées dans le conduit des capteurs solaires. Ceci augmente le transfert thermique entre l'absorbeur et le fluide caloporteur, ce qui améliore clairement l’efficacité thermique du capteur solaire à air. Cet article consiste en une étude numérique de la convection forcée d'un écoulement d’air à l'intérieur d'un capteur solaire avec un flux de chaleur uniforme sur la surface externe de l’absorbeur. Le fluide est considéré laminaire, Newtonien, incompressible avec des propriétés constantes. Les équations gouvernantes, ont été intégrées et discrétisées selon l'approche des volumes finis. La procédure Simple a été utilisée pour la résolution du système d’équations algébriques fortement couplées (température- vitesse et gradient axial de pression- vitesse). Pour une meilleure disposition des ailettes sur la plaque absorbante, les profils de vitesse axiale, les champs de vitesse et de température sont présentés pour un cas d’exemple type pour la ville de Tlemcen (Algérie).

The purpose of the study is to investigate the heat transfer for copper oxide-water nanofluid flow inside a concentrical annulus between a colder square and het up elliptical cylinder using nonhomogeneous dynamic model numerically. The uniform temperature is applied for the elliptic cylinder and square wall. An unvarying magnetic field is enforced within an enclosure. The momentum, energy and concentration equations along with the continuity equations of nanofluids are strongly coupled and nonlinear and solved using the Galerkin finite element method. The flow, thermal and concentration fields have been displayed to recognize the heat transfer for copper oxide-water nanofluid. The nature of the heat transfer is justified for pertinent parameters of the problem. The results show that the flow, thermal field, and concentration field are strongly controlled by the applied magnetic field. The heat transfer increases significantly for the increase of nanoparticle volume fraction, thermal Rayleigh number and slightly for the magnetic field inclination angle whereas it decreases remarkably for an increase of the nanoparticle diameter and the magnetic field parameter. The similar patterns but opposite effects of heat transfer distribution occur for the increment of the magnetic field and the buoyancy force parameter. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Le travail présenté consiste à étudier l’influence du système de rebord sur le rendement des séchoirs solaires. Deux cas de figures sont pris en considération: un modèle de séchoir solaire simple et un deuxième modèle équipé d’un système de rebord au niveau de la vitre. La simulation est réalisée à l’aide d’un code de CFD. Les deux séchoirs seront assimilés à des capteurs à air équipés d’un système de stockage réalisé par un lit de galets. L’enceinte de séchage sera considérée comme une enceinte fermée (pas de système d’évacuation) afin de prendre en compte uniquement des pertes au niveau du vitrage. Les températures obtenues dans l’enceinte du capteur, équipé d’une chicane, sont relativement supérieures à celles du capteur simple. Le régime de l’écoulement au niveau de la vitre est beaucoup plus stable dans le capteur équipé d’un système de rebord comparativement à celui du capteur simple.

Dans cette étude, nous présentons les résultats expérimentaux relatifs aux expériences menées sur des capteurs solaires plans à air. En premier lieu, nous décrivons les différentes configurations étudiées. De ce fait, nous avons opté à combiner trois solutions technologiques, à savoir, i) introduire différentes géométries de rugosités dans la veine d’air mobile, ii) inverser le sens de l’écoulement de l’air dans le capteur, iii) faire circuler le fluide caloporteur de part et d’autre de la plaque d’acier inférieure ‘double passage’. En deuxième phase, nous exposons les résultats qui traduisent l’influence des différentes solutions technologiques proposées sur les performances thermiques et la consommation électrique d’un capteur solaire en comparant les rendements thermiques et les pertes de charge pour tous les cas étudiés.

Nous présentons dans cet article une série de simulations menée sur un capteur solaire boîte qui a la forme d’une pyramide tronquée et renversée. Afin d’améliorer les performances thermiques, le capteur est muni d’un double vitrage et les parois latérales sont inclinées par rapport à la verticale et sont recouvertes d’un mince film d’aluminium. La variation de l’inclinaison des parois latérales a une nette influence sur la production de chaleur. Ainsi les résultats des différentes configurations sont présentés et une étude comparative a abouti au choix d’une configuration permettant d’obtenir la température la plus élevée.

La combinaison de plusieurs sources d’énergies renouvelables permet d’optimiser au maximum les systèmes de production d’électricité, aussi bien du point de vue technique qu’économique. Le capteur hybride photovoltaïque/thermique (PV/T) convertit l’énergie solaire en chaleur et en électricité. Nous présenterons dans cet article, une étude des performances électriques et thermiques d’un capteur hybride à travers l’élaboration d’un bilan thermique qui fait intervenir les échanges thermiques entre les différents composants du capteur hybride. Les résultats obtenus permettent de penser que ce type de collecteur constitue une bonne alternative aux modules photovoltaïques et aux capteurs thermiques classiques séparément installés.

This paper presents the generator temperatures to achieve the highest efficiency in different solar diffusion absorption cooling systems. Ammonia-lithium nitrate (NH 3 –LiNO 3 ) and sodium ammonia-thiocyanate (NH 3 –NaSCN) were examined as the working mixtures, and the flat-plate collector (FPC), the flat-plate collector improved (FPCI), the evacuated-tube collector (ETC) and the compound parabolic concentrator (CPC) were the thermal energy sources. The study was conducted with a simulation in steady-state conditions. The effects of the generator temperature on the global efficiency of each solar cooling system were studied. The results show that the FPC and the FPCI cannot activate the cooling system at evaporator temperatures below 0 °C and the ambient temperature is at 40 °C. At evaporator temperatures above 5 °C with an ambient temperature of 30 °C, all solar collector technologies activated different working mixtures. The optimum coupling temperatures were between 70 and 150 °C. The ETC/NH 3 –LiNO 3 was between 5 and 54% relatively better than other technologies. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

A key factor for the energy optimization of a solar heating/cooling plant is the design of the heat storage. Latent heat storage system using phase change materials (PCMs) is an effective way of storing thermal energy and takes advantage from the high-energy storage density and the isothermal nature of the storage process. It is interesting to evaluate the potential of integrated solar absorption cooling and heating systems with sensible vs PCMs heat storage tanks. Dynamic transient simulations by Trnsys tool were used as a basis for assessment for a typical offices building and solar heating and cooling plant application sited near Rome. An optimization of the storage capacity from both energy and economic point of view has been performed, considering the tanks on both the sides of the plant (the one coupled to the solar field, the hot storage, and the other coupled to the absorption chiller, the cold storage). Different cases have been simulated: both tanks modeled as sensible (water) storage, only hot side tank modeled as PCM storage and only cold side tank modeled as PCM storage. In the second case, two different sub-cases have been further considered: “hot” (temperature of fusion 89 °C) and “warm” (temperature of fusion 44 °C) PCM heat storage. Results indicate that the solution that features the lowest global primary energy consumption and the highest solar ratio provide a 3000 l “warm” tank filled with PCM melting at 44 °C and a 2000 l “cold” sensible (water) storage. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Abstract: Solar energy can potentially contribute to 10% of the energy demand in OECD countries if all cooling and heating systems would be driven by solar energy. This paper considers cooling systems for residential and utility buildings in both South and North Europe and investigates the most promising alternatives when solar energy is to be used to supply the cooling demand of these buildings while the heat rejection temperatures are high. Both the solar electric and solar thermal routes are considered. The discussion considers both concentrating and non-concentrating thermal technologies. It is concluded that presently vapor compression cycles in combination with PV collectors lead to the economically most attractive solutions. The second best option are vapor compression cycles driven by electricity delivered by parabolic dish collectors and Stirling engines. The best thermally driven solution is the double-effect absorption cycle equipped with concentrating trough collectors closely followed by desiccant systems equipped with flat-plate solar collectors. Adsorption systems options are significantly more expensive. [Copyright &y& Elsevier]

Durant la conversion photovoltaïque du capteur solaire, une chaleur est générée, ce qui augmentera la température de la cellule photovoltaïque et causera une chute de son rendement. Ce phénomène est dû à la partie du rayonnement solaire non absorbée par les cellules et qui sera à l’origine de son échauffement. Cet échauffement a été considéré comme néfaste pour le rendement des capteurs solaires photovoltaïques, et plusieurs efforts ont été consentis pour évacuer cette chaleur. Il y a eu aussi l’aide d’exploiter ce phénomène par la combinaison des systèmes photovoltaïques avec un système thermique pour former le capteur hybride PVT, qui va générer en même temps de l’électricité et de la chaleur. L’objectif de ce travail est d’étudier l’influence des paramètres externes et internes sur les performances thermique et électrique du capteur hybride photovoltaïque thermique PVT.

Ce travail consiste à l’étude expérimentale et théorique d’un capteur solaire plan à air. Ce capteur a était conçu et réalisé au sein du laboratoire de génie mécanique à l’université de Biskra. La nécessité d’améliorer les performances thermiques du capteur solaire à air, pour des besoins spécifiques, nous a encouragé à effectuer cette étude. Pour cela, nous proposons un modèle de rugosités artificielles placées dans la veine d’air mobile pour créer un écoulement de plus en plus turbulent entre l’absorbeur et la plaque inférieure. Le fluide passe entre les rugosités artificielles dans la même rangée, ce qui permet une bonne distribution du fluide et réduit ainsi les zones mortes. Nous présentons également les résultats issus de l’analyse théorique, du capteur avec chicanes. Les résultats sont comparés à ceux obtenus avec un capteur solaire à air sans chicanes.

L’objectif de ce travail, consiste à établir des modèles empiriques reliant les pertes de charge aux caractéristiques géométriques des rugosités artificielles de formes diverses dites chicanes et aux différents modes de dispositions de celles-ci dans le conduit utile d’un canal rectangulaire. Pour réaliser ce travail, un dispositif expérimental a été mis au point pour mesurer les pertes de charge occasionnées par les chicanes entre l’amont et l’aval du conduit utile. Les mesures expérimentales effectuées nous ont permis d’établir des relations empiriques permettant d’estimer les pertes de charge en fonction de la géométrie de configuration et de disposition de ces chicanes pour différents régimes d’écoulements.

Cet article décrit l’optimisation du coefficient de transfert par convection dans un collecteur solaire plan entre le fluide caloporteur et la plaque absorbante du rayonnement solaire. Cette optimisation peut être obtenue par augmentation de la surface d’échange par introduction des obstacles de formes géométriques différentes. Pour cela, nous avons garni la veine d’écoulement d’air par plusieurs rangées d’obstacles de formes cylindriques placées perpendiculairement à l’écoulement. Ces obstacles sont assimilés à des rugosités artificielles dites chicanes. Le travail consiste à déterminer les performances thermiques et dynamiques de la configuration proposée par la méthode pas à pas tout en utilisant les corrélations de Zukauskas concernant le nombre de Nusselt et le régime d’écoulement.

Le capteur hybride photovoltaïque/thermique (PV/T) convertit l’énergie solaire en chaleur et en électricité. Les avantages de combiner un collecteur thermique et un module PV dans un seul capteur sont l’augmentation de l’efficacité totale de la conversion d’énergie solaire et l’uniformité architecturale dans le cas d’utilisation sur un toit. Les coûts seraient également réduits, comparés aux deux systèmes (photovoltaïque et thermique) séparément installés. Nous présenterons dans cet article, une étude de simulation numérique sur le comportement thermique des capteurs hybrides à travers l’élaboration de la cartographie thermique du capteur hybride photovoltaïque thermique. La combinaison d’un capteur thermique et d’un panneau photovoltaïque dans un seul capteur permet l’augmentation de l’efficacité de la conversion totale de l’énergie solaire. Un effet de synergie peut être obtenu dans une structure associant ces deux dispositifs de façon judicieuse à ceux du système photovoltaïque et thermique séparément installés. Les résultats obtenus permettent de dire que le panneau photovoltaïque est un générateur d’énergie calorifique qui peut être exploité pour chauffer de l’eau, ou pour préchauffer l’espace, ou bien encore l’associer avec une pompe à chaleur pour la climatisation.

Abstract: This paper presents work on a holistic approach for improving the overall design of solar cooling systems. Newly developed methods for hydraulics and control were used to redesign an existing pilot plant. Measurements taken from the newly developed system show that target temperature control leads to an 81% increase of the Solar Cooling Efficiency (SCE) factor compared to the original pilot system. In addition to the improvements in system design, new efficiency factors for benchmarking solar cooling systems are presented. The Solar Supply Efficiency (SSE) factor provides a means of quantifying the quality of solar thermal charging systems relative to the usable heat to drive the sorption process. The product of the SSE with the already established COP of the chiller, leads to the SCE factor which, for the first time, provides a clear and concise benchmarking method for the overall design of solar cooling systems. [Copyright &y& Elsevier]

Abstract: Concerns over environmental impact of heat pump cooling systems have led to a revival of solar ejector cooling systems. In order to achieve high solar fractions, the common approach is to increase the solar collector area. However, this is costly and does not provide cooling after sunset. This paper uses software modelling to examine the use of variable geometry ejectors and cold stores to increase the annual yield of an ejector system. The study concludes that a variable geometry ejector is able to increase yield by 8–13% compared to a fixed geometry ejector. However, a 46–50% increase in solar fraction is available if a 60 MJ cold store is included compared to a fixed geometry ejector without storage and up to 63% increase in solar fraction is available if a variable geometry ejector and 60 MJ cold store is used. Alternatively, the modelling shows how the solar collector area may be decreased if a cold store is used and this may benefit the capital and operating cost of the system. [Copyright &y& Elsevier]

Abstract: A state-of-the-art review is presented of the different technologies that are available to deliver refrigeration from solar energy. The review covers solar electric, solar thermal and some new emerging technologies. The solar thermal systems include thermo-mechanical, absorption, adsorption and desiccant solutions. A comparison is made between the different solutions both from the point of view of energy efficiency and economic feasibility. Solar electric and thermo-mechanical systems appear to be more expensive than thermal sorption systems. Absorption and adsorption are comparable in terms of performance but adsorption chillers are more expensive and bulkier than absorption chillers. The total cost of a single-effect LiBr–water absorption system is estimated to be the lowest. [Copyright &y& Elsevier]

Abstract: In this paper, the performance of the solar-driven ejector refrigeration system with iso-butane (R600a) as the refrigerant is studied. The effects that both the operating conditions and the solar collector types have on the system''s performance are also examined by dynamic simulation. The TRNSYS and EES simulation tools are used to model and analyze the performance of a solar-driven ejector refrigeration system. The whole system is modelled under the TRNSYS environment, but the model of the ejector refrigeration subsystem is developed in the Engineering Equations Solver (EES) program. A solar fraction of 75% is obtained when using the evacuated tube solar collector. In the very hot environment, the system requires relatively high generator temperature, thus a flat plate solar collector is not economically competitive because the high amount of auxiliary heat needed to boost up the generator temperature. The results from the simulation indicate that an efficient ejector system can only work in a region with decent solar radiation and where a sufficiently low condenser temperature can be kept. The average yearly system thermal ratio (STR) is about 0.22, the COP of the cooling subsystem is about 0.48, and the solar collector efficiency is about 0.47 at T e 15°C, T c 5°C above the ambient temperature, evacuated collector area 50m2 and hot storage tank volume 2m3. [Copyright &y& Elsevier]

Abstract: This paper reports novel experimental results derived through field testing of a part load solar energized cooling system for typical Spanish houses in Madrid during the summer period of 2003. Solar hot water was delivered by means of a 49.9m2 array of flat-plate collectors to drive a single-effect (LiBr/H2O) absorption chiller of 35kW nominal cooling capacity. Thermal energy was stored in a 2m3 stratified hot water storage tank during hours of bright sunshine. Chilled water produced at the evaporator was supplied to a row of fan coil units and the heat of condensation and absorption was rejected by means of a forced draft cooling tower. Instantaneous, daily and period energy flows and energy balance in the installation is presented. System and absorption machine temperature profiles are given for a clear, hot and dry day''s operation. Daily and period system efficiencies are given. Peak insolation of 969Wm−2 (at 12:30 solar time on 08/08/03) produced 5.13kW of cooling at a solar to cooling conversion efficiency of 11%. Maximum cooling capacity was 7.5kW. Cooling was provided for 8.67h and the chiller required a threshold insolation of 711Wm−2 for start-up and 373Wm−2 for shut-down. A minimum hot water inlet temperature to the generator of 65°C was required to commence cold generation, whereas at 81°C, 6.4kW of cooling (18.3% of nominal capacity) was produced. The absorption refrigeration machine operated within the generation and absorption temperature ranges of 57–67 and 32–36°C, respectively. The measured maximum instantaneous, daily average and period average COP were 0.60 (at maximum capacity), 0.42 and 0.34, respectively. Energy flows in the system are represented on a novel area diagram. The results clearly demonstrate that the technology works best in dry and hot climatic conditions where large daily variations in relative humidity and dry bulb temperature prevail. This case study provides benchmark data for the assessment of other similar prototypes and for the validation of mathematical models. [Copyright &y& Elsevier]

Seventy percent of the Earth''s surface is covered by water. However, many regions of the world suffer from a lack of potable water. River water is rarely accessible in adequate quantities and often not of a quality that corresponds to accepted hygiene standards. Along coastlines, wells contain brackish water of little or no use to households. To counter this lack of water, various technical processes have, therefore, been developed over the last decades to desalinate seawater and brackish water. These techniques, however, require large investments which are frequently beyond the means of most developing countries. The supply of potable water to settlements with modest water needs such as lashing villages along the North Africa''s coast can be ensured through the use of solar stills with which sea water can be desalinated and water of insufficient quality can be made potable. By recuperating and reusing the same quantity of thermal energy in several stages, it has been possible to reduce the total energy needed to the extent that solar energy can now be seen as an acceptable energy source for water desalination (COP: 3.0–4.0). [Copyright &y& Elsevier]