• Energy Research

A new practical method for thermal response test (TRT) is proposed herein to estimate the groundwater velocity and effective thermal conductivity of geological zones. The relaxation time of temperature (RTT) is applied to determine the depths of the zones. The RTT is the moment when the temperature in the borehole recovers to a certain level compared with that when the heating is stopped. The heat exchange rates of the zones are calculated from the vertical temperature profile measured by the optical-fiber distributed temperature sensors located in the supply and return sides of a U-tube. Finally, the temperature increments at the end time of the TRT are calculated according to the groundwater velocities and the effective thermal conductivity using the moving line source theory applied to the calculated heat exchange rates. These results are compared with the average temperature increment data measured from each zone, and the best-fitting value yields the groundwater velocities for each zone. Results show that the groundwater velocities for each zone are 2750, 58, and 0 m/y, whereas the effective thermal conductivities are 2.4, 2.4, and 2.1 W/(m∙K), respectively. The proposed methodology is evaluated by comparing it with the realistic long-term operation data of a ground source heat pump (GSHP) system in Kazuno City, Japan. The temperature error between the calculated results and measured data is 6.4% for two years. Therefore, the proposed methodology is effective for estimating the long-term performance analysis of GSHP systems.

Dans cette étude, une nouvelle conception de capteur photovoltaïque thermique (PV/T) est proposée. Cette conception utilise une couche sous vide au-dessus de la plaquette de silicium et n'existe pas dans le collecteur PV/T traditionnel. Cette couche est utilisée pour diminuer la perte de chaleur de la surface supérieure du collecteur PV/T. L'analyse est réalisée à l'aide d'une modélisation thermique 3D. La nouvelle conception du collecteur avec la couche sous vide a permis une augmentation de 26,6 % de la puissance thermique tout en maintenant l'électricité au même nombre de Reynolds de 50 et le rayonnement solaire de 1000 W/m2. En outre, la dégradation de la pression de vide influence légèrement la performance thermique tout en augmentant la pression de vide de 0,01 Pa à 10 Pa. Alors qu'une augmentation supplémentaire de la pression de vide de 10 Pa à 1,013×105 Pa diminue considérablement la puissance thermique acquise avec une augmentation insignifiante de la puissance électrique. En este estudio se propone un nuevo diseño de colector térmico fotovoltaico (PV/T). Este diseño utiliza una capa de vacío por encima de la oblea de silicio y no existe en el colector PV/T tradicional. Esta capa se utiliza para disminuir la pérdida de calor de la superficie superior del colector PV/T. El análisis se realiza mediante un modelado térmico 3D. El nuevo diseño del colector con la capa de vacío logró un aumento del 26,6% en la potencia térmica manteniendo la eléctrica igual al número de Reynolds de 50 y la radiación solar de 1000 W/m2. Además, la degradación de la presión de vacío influye ligeramente en el rendimiento térmico al tiempo que aumenta la presión de vacío de 0,01 Pa a 10 Pa. Mientras que un aumento adicional en la presión de vacío de 10 Pa a 1.013×105 Pa disminuye sustancialmente la potencia térmica obtenida con un aumento insignificante de la potencia eléctrica. In this study, a new design of photovoltaic thermal (PV/T) collector is proposed. This design uses a vacuum layer above the silicon wafer and not exists in the traditional PV/T collector. This layer is used to decrease the heat loss from the top surface of the PV/T collector. The analysis is conducted using a 3D thermal modeling. The new collector design with the vacuum layer achieved a 26.6% increase in the thermal power while keeping the electrical the same at Reynolds number of 50 and solar radiation of 1000 W/m2. In addition, the degradation of the vacuum pressure slightly influence the thermal performance while increasing the vacuum pressure from 0.01 Pa to 10 Pa. While further increase in the vacuum pressure from 10 Pa to 1.013×105 Pa substantially decreases the gained thermal power with insignificant increase in the electrical power. في هذه الدراسة، يُقترح تصميم جديد للمجمع الحراري الكهروضوئي (PV/T). يستخدم هذا التصميم طبقة مفرغة فوق رقاقة السيليكون وغير موجودة في مجمع PV/T التقليدي. تستخدم هذه الطبقة لتقليل فقدان الحرارة من السطح العلوي لمجمع PV/T. يتم إجراء التحليل باستخدام نمذجة حرارية ثلاثية الأبعاد. حقق تصميم المجمع الجديد مع طبقة التفريغ زيادة بنسبة 26.6 ٪ في الطاقة الحرارية مع الحفاظ على الطاقة الكهربائية نفسها عند رقم رينولدز 50 والإشعاع الشمسي 1000 واط/م 2. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تدهور ضغط التفريغ قليلاً على الأداء الحراري مع زيادة ضغط التفريغ من 0.01 باسكال إلى 10 باسكال. في حين أن الزيادة الإضافية في ضغط التفريغ من 10 باسكال إلى 1.013×105 باسكال تقلل بشكل كبير من الطاقة الحرارية المكتسبة مع زيادة طفيفة في الطاقة الكهربائية.

Le système de panneau de refroidissement de plafond radiant (RCCP) a été prouvé thermiquement efficace et économiquement, mais il ne peut pas empêcher le flux d'air chaud de la fenêtre individuellement. Par conséquent, cette étude a intégré un système de ventilation forcée avec une nouvelle RCCP à surface segmentée et concave. Dans cette étude, un modèle CFD tridimensionnel est développé et validé avec les résultats expérimentaux. ATTENDU que le confort thermique intérieur et les performances de refroidissement du couplage proposé sont étudiés numériquement, analysés et comparés au système RCCP avec ventilation. Les résultats montrent que le système de ventilation est efficace pour empêcher le flux d'air chaud, et il a également amélioré les performances de refroidissement de la RCCP. En outre, l'étude paramétrique et l'analyse de sensibilité sont effectuées pour optimiser les conditions de fonctionnement de ces deux systèmes afin de maximiser la capacité de refroidissement du système RCCP et augmenter la température de surface du panneau pour atténuer la condensation possible. El sistema de panel de enfriamiento de techo radiante (RCCP) ha demostrado ser térmicamente eficiente y económico, pero no puede evitar la corriente de aire caliente de la ventana individualmente. Por lo tanto, este estudio integró un sistema de ventilación forzada con una nueva RCCP con una superficie segmentada y cóncava. En este estudio, se desarrolla y valida un modelo CFD tridimensional con los resultados experimentales. Considerando que, el confort térmico interior y el rendimiento de enfriamiento del acoplamiento propuesto se investigan, analizan y comparan numéricamente con el sistema RCCP con ventilación. Los resultados muestran que el sistema de ventilación es eficaz para evitar la corriente de aire caliente, y también mejoró el rendimiento de enfriamiento de la RCCP. Además, el estudio paramétrico y el análisis de sensibilidad se llevan a cabo para optimizar las condiciones de funcionamiento de estos dos sistemas para maximizar la capacidad de enfriamiento del sistema RCCP y aumentar la temperatura de la superficie del panel para mitigar la posible condensación. The radiant ceiling cooling panel (RCCP) system has been proved thermally efficient and economically but it cannot prevent hot air stream from window individually. Therefore, this study integrated a forced ventilation system with a new RCCP with a segmented and concave surface. In this study, a three-dimensional CFD model is developed and validated with the experimental results. Whereas, the indoor thermal comfort and cooling performance of the proposed coupling are numerically investigated, analyzed, and compared with the RCCP system with ventilation. The results show that the ventilation system is effective to prevent the hot air stream, and it also enhanced the cooling performance of the RCCP. Furthermore, the parametric study and sensitivity analysis are carried out to optimize the operating condition of these two systems to maximize the cooling capacity of the RCCP system and increases the panel surface temperature to mitigate the possible condensation. ثبت أن نظام لوحة تبريد السقف المشع (RCCP) فعال حراريًا واقتصاديًا ولكنه لا يستطيع منع تدفق الهواء الساخن من النافذة بشكل فردي. لذلك، دمجت هذه الدراسة نظام تهوية قسرية مع RCCP جديد مع سطح مجزأ ومقعر. في هذه الدراسة، يتم تطوير نموذج العقود مقابل الفروقات ثلاثي الأبعاد والتحقق من صحته مع النتائج التجريبية. في حين أن الراحة الحرارية الداخلية وأداء التبريد للاقتران المقترح يتم فحصها وتحليلها ومقارنتها رقميًا مع نظام RCCP مع التهوية. تظهر النتائج أن نظام التهوية فعال لمنع تدفق الهواء الساخن، كما أنه يعزز أداء التبريد لـ RCCP. علاوة على ذلك، يتم إجراء الدراسة البارامترية وتحليل الحساسية لتحسين حالة تشغيل هذين النظامين لزيادة قدرة التبريد لنظام RCCP وزيادة درجة حرارة سطح اللوحة للتخفيف من التكثيف المحتمل.

Photovoltaic–thermal (PV/T) solar collectors convert solar radiation into electrical power and heat.