Publication:
Development of solar integrated evacuated glass – thermal absorber tube collector (EGATC) in air heating application

dc.contributor.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#en_US
dc.contributor.authorZairul Azrul Zakariaen_US
dc.contributor.supervisorZafri Azran Abdul Majid, Ph.Den_US
dc.contributor.supervisorSany Izan Ihsan, Ph.Den_US
dc.date.accessioned2024-10-07T03:01:24Z
dc.date.available2024-10-07T03:01:24Z
dc.date.issued2023
dc.descriptionThis thesis is subjected to an embargo period of 1 year (03.04.2023 - 04.03.2024) due to the following reason: Certain chapter/ topics of the thesis are not yet published.en_US
dc.description.abstractAn efficient solar collector design that effectively absorbs solar energy and converts it into heat is required during intermittent solar radiation. Existing Flat Plate Collector (FPC) and Heat-Pipe Evacuated Tube Collector (HP ETC) are designed for water heating required storage tanks, while an additional heat exchanger is required for air heating application which leads to extra spacing and cost. The installation also needs to be tilted at the correct angle and positioned to south/north facing to optimize the system performance. These could lead to design limitations. Therefore, this study aims to design, develop and investigate the thermal performance of an Evacuated Glass-Thermal Absorber Tube Collector (EGATC) for air heating applications. EGATC was designed from a conventional HP ETC, and the performance was compared through parameter and performance experimental setup. The three days performance experiments showed EGATC performed better with daily outlet temperature increased by 9.0%, 7.2%, and 4.9%, respectively, with an average of 7.0% compared with HP ETC. EGATC also had greater efficiency compared to HP ETC, with the average efficiency for EGATC being 51.3% compared with HP ETC's 41.8%. EGATC's inner absorber was designed to create a double pass flow with the ventilated chamber. The parameter experiment shows the design could increase the outlet temperature by a difference of 6.3% (for stainless-steel inner absorber compared with insulation material inner absorber). Regarding energy storage, the stainless-steel inner absorber also had an advantage compared to the insulation material inner absorber, with a 1.3% difference. On the effect of other parameters such as inner absorber surface area air contact (perforated fin), outer absorber selective coating surface, outer absorber wall thickness, double layer non-vacuum glass tube, single layer transparent outer glass tube, and single-layer thin film inner glass tube was investigated by parameter experimental setup on energy storage. It was proven that the outlet temperature, energy store, and energy buffer could be enhanced with the combination of wind speed 0.9 m/s, zero (0) perforated fin, non-coating outer absorber, and 1 mm outer absorber wall thickness. It was also reported that double-layer vacuum glass tubes promise better thermal performance enhancement compared with double-layer non-vacuum glass tubes, single-layer transparent outer glass tubes, and single-layer thin film inner glass tubes. The mathematical equation of each EGATC component was formulated based on the first law of thermodynamics. The total acceptable error of 5% shows that the model at each node was valid. The performance curves for those 0 fins (equation), 0 fin (experimental), and 3 fins (experimental) were obtained. The results showed that the efficiency (collector + storage) was affected by the number of fins. The efficiency (collector + storage) was 68.7%, 71.2%, and 71.0%, respectively. In conclusion, the application of EGATC in air heating applications proved beneficial to the application of solar drying processes, especially in equatorial climate countries such as Malaysia.en_US
dc.description.abstractarabicما يزال البحث عن تصميم فعال لألواح الطاقة الشمسية مستمراً، خاصة امتصاص الطاقة أثناء انقطاع الشعاع الشمسي كحجب السحب لها. اللوح الشمسي الحالي المتاح (FPC) وكذلك الأنبوب الحراري (HP ETC) صممت لتسخين المياه، بينما يلزم استخدام مُغيّر حراري إضافي لتسخين الهواء؛ وهذا يؤدي في مجمله إلى زيادة المساحة والتكلفة. يحتاج تثبيت الألواح أيضاً إلى إمالتها بزاوية صحيحة ووضعه في اتجاه الجنوب/الشمال لتحسين أداء اللوحات وهذا يمكن أن يؤدي إلى قيود في التصميم. لذلك، تهدف الدراسة الحالية إلى تصميم وتطوير وفحص الأداء الحراري لمجمع أنبوب امتصاص الزجاج الحراري المفرغ (EGATC) لتطبيقات تسخين الهواء. تم تصميم EGATC من HP ETC التقليدي، وتمت مقارنة الأداء من خلال الإعداد التجريبي. أظهرت تجارب الأداء التي استمرت ثلاثة أيام أداء EGATC بشكل أفضل مع زيادة درجة حرارة المخرج اليومية بنسبة 9.0٪ و 7.2٪ و 4.9٪ بمتوسط 7.0٪ مقارنة بـ HP ETC. كما كان لدى EGATC كفاءة أكبر مقارنة بـ HP ETC، حيث بلغ متوسط الكفاءة لـEGATC 51.3٪ مقارنة بـHP ETC 41.8٪. تم تصميم جهاز الامتصاص الداخلي من EGATC لخلق تدفق مزدوج مع غرفة تهوية. توضح التجربة أن التصميم يمكن أن يزيد درجة حرارة المخرج بفارق 6.3٪ (للممتص الداخلي من الفولاذ المقاوم للصدأ مقارنة بالممتص الداخلي لمواد العزل). فيما يتعلق بتخزين الطاقة، فإن الممتص الداخلي من الفولاذ المقاوم للصدأ يتمتع أيضاً بميزة مقارنة بالممتص الداخلي لمواد العزل بفارق 1.3٪. حول تأثير المتغيرات الأخرى مثل ملامسة الهواء لمساحة سطح الامتصاص الداخلي (الزعنفة المثقبة)، سطح الطلاء الانتقائي للامتصاص الخارجي، سمك جدار الممتص الخارجي، أنبوب زجاجي غير مفرغ بطبقة مزدوجة، أنبوب زجاجي خارجي شفاف بطبقة واحدة، وطبقة واحدة رقيقة تم فحص الأنبوب الزجاجي الداخلي للفيلم من خلال الإعداد التجريبي على تخزين الطاقة. لقد ثبت أن درجة حرارة المخرج، ومخزن الطاقة، ومحكم الطاقة يمكن تحسينها من خلال الجمع بين سرعة الرياح 0.9 م/ث ، صفر (0) زعنفة مثقبة، ماص خارجي غير مغطى، وسماكة جدار ممتص خارجي 1 مم. وجد أن الأنابيب الزجاجية المفرغة ذات الطبقة المزدوجة تعد بتحسين أداء حراري أفضل مقارنة بالأنابيب الزجاجية غير المفرغة من الطبقة المزدوجة، والأنابيب الزجاجية الخارجية الشفافة أحادية الطبقة، والأنابيب الزجاجية الداخلية ذات الطبقة الرقيقة أحادية الطبقة. تمت صياغة المعادلة الرياضية لكل مكون من مكونات الـEGATC بناءً على القانون الأول للديناميكا الحرارية. يوضح إجمالي الخطأ المقبول البالغ 5٪ أن النموذج في كل عقدة كان صالحاً. تم الحصول على منحنيات الأداء لتلك الزعانف 0 (معادلة)، 0 زعنفة (تجريبية)، و 3 زعانف (تجريبية). أظهرت النتائج أن كفاءة (المجمع+التخزين) تأثرت بعدد الزعانف حيث بلغت الكفاءة 68.7٪، 71.2٪، 71.0٪. في الختام، أثبت EGATC في تطبيقات تسخين الهواء أنه مفيد لتطبيق عمليات التجفيف الشمسي، خاصة في البلدان الاستوائية مثل ماليزيا.en_US
dc.description.callnumberet TJ 810 Z213D 2023
dc.description.emailzairulazrul69@gmail.comen_US
dc.description.identifierThesis : Development of solar integrated evacuated glass – thermal absorber tube collector (egatc) in air heating application / Zairul Azrul Zakariaen_US
dc.description.identityG1818345en_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.nationalityMalaysianen_US
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2023.en_US
dc.description.physicaldescriptionxix, 182 leaves :color illustrations ; 30 cm.en_US
dc.description.programmeDoctor of Philosophy (Engineering)en_US
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2890
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2023en_US
dc.subject.lcshSolar thermal energy
dc.titleDevelopment of solar integrated evacuated glass – thermal absorber tube collector (EGATC) in air heating applicationen_US
dc.typeDoctoral Thesisen_US
dspace.entity.typePublication

Files

Original bundle

Now showing 1 - 2 of 2
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1818345ZairulAzrulZakaria_24.pdf
Size:
419.9 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
24 pages file
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1818345ZairulAzrulZakaria_SEC.pdf
Size:
3.11 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text secured file

Collections