Preparation and thermal properties of mineral-supported polyethylene glycol as form-stable composite phase change materials (CPCMs) used in asphalt pavements

Tis work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51704040, 51778071, 51608058), the Scientifc Research Project of Hunan Provincial Department of Education for Excellent Young Scholars (16B007), Open Fund of Key Laboratory of Special Environment Road Engineering of Hunan Province (Changsha University of Science & Technology, kf160501), and Open Fund of Key Laboratory of Biohydrometallurgy, Ministry of Education (Central South University, MOEKLB1708)

Empirical investigation to explore potential gains from the amalgamation of Phase Changing Materials (PCMs) and wood shavings

The reduction of gained heat, heat peak shifting and the mitigation of air temperature fluctuations are some desirable properties that are sought after in any thermal insulation system. It cannot be overstated that these factors, in addition to others, govern the performance of such systems thus their effect on indoor ambient conditions. The effect of such systems extends also to Heating, Ventilation and Air-conditioning (HVAC) systems that are set up to operate optimally in certain conditions. Where literature shows that PCMs and natural materials such as wood-shavings can provide efficient passive insulation for buildings, it is evident that such approaches utilise methods that are of a degree of intricacy which requires specialist knowledge and complex techniques, such as micro-encapsulation for instance. With technical and economic aspects in mind, an amalgam of PCM and wood-shavings has been created for the purpose of being utilised as a feasible thermal insulation. The amalgamation was performed in the simplest of methods, through submerging the wood shavings in PCM. An experimental procedure was devised to test the thermal performance of the amalgam and compare this to the performance of the same un-amalgamated materials. Comparative analysis revealed that no significant thermal gains would be expected from such amalgamation. However, significant reduction in the total weight of the insulation system would be achieved that, in this case, shown to be up to 20.94%. Thus, further reducing possible strains on structural elements due to the application of insulation on buildings. This can be especially beneficial in vernacular architectural approaches where considerably large amounts and thicknesses of insulations are used. In addition, cost reduction could be attained as wood shavings are significantly cheaper compared to the cost of PCMs

Latent Thermal Energy Storage Technologies and Applications: A Review

The achievement of European climate energy objectives which are contained in the European Union's (EU) “20-20-20” targets and in the European Commission's (EC) Energy Roadmap 2050 is possible, among other things, through the use of energy storage technologies. The use of thermal energy storage (TES) in the energy system allows to conserving energy, increase the overall efficiency of the systems by eliminating differences between supply and demand for energy. The article presents different methods of thermal energy storage including sensible heat storage, latent heat storage and thermochemical energy storage, focusing mainly on phase change materials (PCMs) as a form of suitable solution for energy utilisation to fill the gap between demand and supply to improve the energy efficiency of a system . PCMs allow the storage of latent thermal energy during phase change at almost stable temperature. The article presents a classification of PCMs according to their chemical nature as organic, inorganic and eutectic and by the phase transition with their advantages and disadvantages. In addition, different methods of improving the effectiveness of the PCM materials such as employing cascaded latent heat thermal energy storage system, encapsulation of PCMs and shape-stabilisation are presented in the paper. Furthermore, the use of PCM materials in buildings, power generation, food industry and automotive applications are presented and the modelling tools for analysing the functionality of PCMs materials are compared and classified

Systematyka i kryteria doboru czynnika roboczego układu ORC dla określonych zasobów ciepła odpadowego

Increasing the efficiency of technological processes is considered as an important element of sustainable development concept in the decrease in greenhouse gas emissions and renewable energy utilization. The following paper reaches out against the market demands, showing ways of contributing into this trend. In technological processes, waste heat energy is often an unsolved problem. Attempts of utilizing that heat, especially in petrochemical industry, have come across many problems, such as low egzergy level, great dispersement, wide parameter range and the cost-efficiency of potential modernization. One of promising technologies of utilizing this heat is through Organic Rankine Cycle (ORC) system implementation. The following paper shows a global approach into the problem of achieving maximum efficiency of ORC. A complex review of thermodynamic fluids, available for use in ORC has been prepared, the fluids has been described in terms of temperature source range, safety of use, price and environmental impact. Guidelines in designing ORC, based on experience in introducing unconventional solutions in industry, are described. According to the results acquired, choosing these installations for excessive heat utilization enables not only an increase in efficiency of technological processes but also elevates the proecological image of the company.Poprawa sprawności energetycznej procesów technologicznych stanowi obecnie – obok ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i wykorzystania alternatywnych źródeł do produkcji energii – najważniejszy element idei zrównoważonego rozwoju. Niniejsza praca wychodzi naprzeciw rynkowym oczekiwaniom. wskazując możliwości wpisania się w ten trend. W procesach technologicznych ciepło odpadowe stanowi nie zawsze do końca rozwiązany problem. Zagospodarowanie tego ciepła. szczególnie w przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym, napotyka na wiele trudności związanych z niską egzergią, znacznym rozproszeniem, dużym zróżnicowaniem parametrów i opłacalnością potencjalnej modernizacji. Jedną z obiecujących technologii utylizacji tego ciepła jest zastosowanie układu ORC. Niniejsza praca przedstawia globalne podejście do problemu uzyskania optymalnej sprawności układów ORC. z uwzględnieniem sprawności termodynamicznej. Przeprowadzono kompleksowy przegląd czynników termodynamicznych. możliwych do zastosowania w układzie ORC ze względu na zakres temperatury źródeł, bezpieczeństwo, cenę i ochronę środowiska. Stanowi ona zbiór ogólnych wytycznych przy wykorzystaniu literatury przedmiotu i doświadczenia badawczego zdobytego przy projektowaniu dla zakładów przemysłowych niekonwencjonalnych rozwiązań dotyczących zagospodarowania zasobów energii odpadowej. Jak się oczekuje. wykorzystanie instalacji do zagospodarowania energii odpadowej zapewni nie tylko poprawę wydajności procesów technologicznych. ale również poprawi proekologiczny wizerunek przedsiębiorstwa

Automation of the efficiency calculation process for different thermodynamic variants of the orc systems

Artykuł poświęcony jest opisowi możliwości automatyzacji podstawowych obliczeń w procesie projektowania instalacji na bazie układów ORC. Już na etapie początkowym projektu niezbędne jest prawidłowe oszacowanie możliwości związanych z parametrami źródła dostępnej energii oraz dokonanie wyboru odpowiednich wariantów pracy układów. Każdorazowe wykonywanie schematycznego procesu obliczeń w stosunku do każdego spośród dużej ilości potencjalnych, dostępnych na rynku, czynników roboczych może być nie tylko czasochłonne ale też problematyczne, ze względu na dużą różnorodność baz czynników, poziomów odniesienia ich parametrów oraz konieczność poszukiwań w różnych źródłach. Istniejące aktualnie na rynku oprogramowanie zoptymalizowane jest pod kątem podstawowego dotychczas zadania jakim były obliczenia stosowane w chłodnictwie. Istnieje zatem realne zapotrzebowanie na oprogramowanie zoptymalizowane pod kątem układów ORC, pozwalające w szybki i prosty sposób ocenić parametry takie jak sprawność projektowanego układu, parametry potrzebne do doboru wymienników, skraplaczy, czy turbin. Zaprezentowany program obliczeniowy ORCcalc ma w założeniu być odpowiedzią na to zapotrzebowanie. Dzięki zastosowaniu oprogramowania można zaoszczędzić czas i efektywniej przeprowadzać analizę wielu wariantów jednocześnie, biorąc jako kryterium np. sprawność projektowanego układu.The article describes a potential possibility of automating the calculation process in ORC-based system design. At an early stage of the project it is necessary to correctly estimate the values associated with parameters of the available energy sources and the selection of appropriate options of the working system. Performing the schematic calculation process for every potential working fluid available on the market may not only be time-consuming but also may prove difficult because of a wide range of fluid databases, their performance benchmarking and a necessity of a wide-spread search. The software currently existing on the market is optimized for basic tasks implemented in the calculation of cooling processes. Therefore, there is need for an ORC-optimized software, allowing quick and easy evaluation of parameters such as efficiency of the proposed system, the parameters needed for the selection of heat exchangers, condensers, and turbines. The ORCcalc software presented in this manuscript is a response to this demand. The use of this software allows time-saving and an effective analysis of many configurations simultaneously, choosing different criteria i.e. efficiency of the proposed system

The Possibility of Phase Change Materials (PCM) Usage to Increase Efficiency of the Photovoltaic Modules

Solar energy is widely available, free and inexhaustible. Furthermore this source of energy is the most friendly to the environment. For direct conversion of solar energy into useful forms like of electricity and thermal energy, respectively photovoltaic cells and solar collectors are being used. Forecast indicate that the first one solution will soon have a significant part in meeting the global energy demand. Therefore it is highly important to increase their efficiency in the terms of providing better energy conversion conditions. It can be obtain by designing new devices or by modifications of existing ones. This article presents general issues of photovoltaic installations exposed to work in high temperatures and basic concepts about phase change materials (PCMs). The paper presents the possibility of PCM usage to receive heat from the photovoltaic module. Specially designed test stand, consisting of PV module covered with a layer of PCM has been build and tested. Current-voltage characteristics of the cell without PCM material and with a layer of PCM have been presented. Authors also describe the results of the electrical and thermal characteristic of a coupled PV-PCM system

A review of methods of utilizing crude glycerine phase from biodiesel production

Zagospodarowanie fazy glicerynowej - produktu odpadowego, powstającego podczas wytwarzania estrów metylowych oleju rzepakowego (RME - Rapeseed Methyl Esters), jest ważnym elementem wspierającym produkcję biopaliw zarówno w aspekcie ekonomicznym, jak i ekologicznym. Rafinerie wytwarzające biodiesla na skalę przemysłową stosują najczęściej technologie oczyszczania fazy glicerynowej do postaci czystej gliceryny, możliwej do zastosowania w przemyśle kosmetycznym, spożywczym czy farmaceutycznym. Oczekiwana skala produkcji biodiesla będzie oznaczać jednak bardzo wysoki poziom wytwarzania fazy glicerynowej, której nie będą w stanie zagospodarować wspomniane sektory gospodarki. Niezmiernie ważne jest więc zaproponowanie efektywnych metod wykorzystania tego odpadu, w tym zagospodarowania na cele energetyczne, przy jak najmniejszych nakładach związanych z jego przetwarzaniem. Jeszcze trudniejsze, a jednocześnie jeszcze bardziej znaczące w aspekcie ekonomicznym jest efektywne zagospodarowanie fazy glicerynowej w sektorze produkcji indywidualnej biodiesla. Wykorzystanie wartościowych energetycznie odpadów z przetwarzania rzepaku w olej, a następnie w biodiesel jest często warunkiem rentowności całego procesu. W niniejszym artykule przedstawiono najczęściej stosowane rozwiązania oraz dokonano rozważań na temat potencjalnych metod zagospodarowania fazy glicerynowej zwłaszcza w indywidualnej produkcji RME.The utilization of glycerłne phase - a waste substance from RME (Rapeseed Methyl Esters) manufacturing process -is a vital element improving the ecological and economical worthwhileness of tnę whole biodiesel technology. Industrial refmeries most commonly purify and prepare glycerine for pharmaceutical, cosmetic or food production purposes. However, the expected future ratę of biodiesel production will cause a great increase of amount of crude glycerine produced, and the mentioned industries' demand will not be enough to consume this amount of waste. Therefore, it is crucial to further develop different methods of effective glycerine phase utilization, including energetic use of glycerine, requiring as little preparation efforts as possible. Also, it is difficult and, in the same time, very important from an economical point of view, to research methods of glycerine utilization in a household biodiesel production facility. Energetically efficient use of glycerine waste in individual production may have a great impact on the economical balance of the implemented technology. A review of most popular crude glycerine utilization methods and a study on perspectives of glycerine use in a household biodiesel installation have been presented in this paper

The Possibility of Phase Change Materials (PCM) Usage to Increase Efficiency of the Photovoltaic Modules

Solar energy is widely available, free and inexhaustible. Furthermore this source of energy is the most friendly to the environment. For direct conversion of solar energy into useful forms like of electricity and thermal energy, respectively photovoltaic cells and solar collectors are being used. Forecast indicate that the first one solution will soon have a significant part in meeting the global energy demand. Therefore it is highly important to increase their efficiency in the terms of providing better energy conversion conditions. It can be obtain by designing new devices or by modifications of existing ones. This article presents general issues of photovoltaic installations exposed to work in high temperatures and basic concepts about phase change materials (PCMs). The paper presents the possibility of PCM usage to receive heat from the photovoltaic module. Specially designed test stand, consisting of PV module covered with a layer of PCM has been build and tested. Current-voltage characteristics of the cell without PCM material and with a layer of PCM have been presented. Authors also describe the results of the electrical and thermal characteristic of a coupled PV-PCM system

Modern methods of thermochemical biomass conversion into gas, liquid and solid fuels

Wykorzystanie biomasy do produkcji ciepła w procesach bezpośredniego spalania lub współspalania z węglem, polegające na konwersji zawartej w niej energii chemicznej związków węgla, wodoru i tlenu w energię cieplną w kotłach, jest jednocześnie najtańszym, lecz - zdaniem wielu ekspertów - najmniej efektywnym i ekonomicznie najmniej opłacalnym rozwiązaniem. W przypadku łącznej produkcji energii cieplnej i elektrycznej w elektrociepłowniach opalanych biomasą (drewnem, słomą, surowcem z plantacji energetycznych, RDF-em itd.) nakłady inwestycyjne są trochę wyższe, ale dzięki spalaniu fluidyzacyjnemu, kogeneracyjnym układom skojarzonym, trigeneracji, układom ORC itd. sprawność konwersji rośnie, a także poprawia się efekt ekonomiczny i ekologiczny. Najkorzystniejszą jednak, zarówno z punktu widzenia ekonomicznego, jak i technicznego, metodą przetworzenia biomasy jest jej częściowe utlenienie, zgazowanie i piroliza pod kątem produkcji paliw płynnych, z ewentualnym wykorzystaniem syntezy Fischer-Tropscha, uwodornienia i hydrokrakingu w odniesieniu do produktów termicznego rozkładu biomasy. Niniejszy artykuł zawiera przegląd obecnie stosowanych, nowoczesnych technologii wykorzystujących te procesy do produkcji biopaliw gazowych, ciekłych i stałych.Biomass utilization through direct- or co-combustion with coal, based on coal, hydrogen and oxygen compounds’ chemical energy conversion into heat in boilers, is simultaneously the cheapest and - according to experts - economically least effective solution. In case of heat and electricity production in cogeneration process in biomass fueled heat and power stations (wood, straw, energetic plants, RDF etc.), investment costs are little higher, but considering fluidized combustion, combined heat and power (CHP) cogeneration systems, combined heating cooling and power generation (CHCP) trigeneration systems, ORC systems etc. the efficiency increases as well as the economical and ecological effects improve. Therefore, the most effective economical, and technical alike, methods of biomass conversion are: partial oxidation, gasification, thermal decomposition (pyrolisis) and biocarbonization processes. This paper includes review of present modern technologies taking advantage of these processes in gas, liquid and solid fuels production

Optimization of temeperature, concentrations and types of solutions in silicon photovoltaic solar cells and modules recycling

Producenci modułów PV stosują ogniwa monokrystaliczne i polikrystaliczne krzemowe, wyprodukowane w różnej technologii, a tym samym różniące się między sobą. Różnice widoczne są zwłaszcza dla kontaktów elektrycznych. Producenci ogniw wykonują metalizację z zastosowaniem past Al, Ag lub przy jednoczesnym użyciu Al/Ag. Najwłaściwszym podejściem jest dążenie do opracowania uniwersalnych mieszanin trawiących, będących w stanie usuwać poszczególne warstwy z ogniw, w tym: metalizację, warstwę ARC i złącze p-n. Aby zmniejszyć koszty prowadzonej obróbki chemicznej, należy do minimum ograniczyć ilość stosowanych substancji do przygotowania kompozycji trawiących. Większa ilość i różnorodność użytych odczynników zwiększa problem późniejszego zagospodarowania, unieszkodliwienia, recyklingu stosowanych mieszanin trawiących. Podczas wyboru substancji i przygotowania mieszanin należy wziąć pod uwagę wskaźniki związane nie tylko z wydajnością, ekonomicznością, ale także rozszerzyć je o wskaźniki bezpieczeństwa i oddziaływania na środowisko. Należy dążyć również do częściowej lub całkowitej automatyzacji etapu obróbki chemicznej w procesie recyklingu modułów PV. W artykule przedstawiono wyniki dotychczasowych badań nad opracowaniem optymalnej mieszaniny trawiącej.Photovoltaic solar modules manufacturers use monocrystalline and polycrystalline silicon solar cells, produced in different technologies, which - in the effect - vary between them. Differences are evident particularly for metallization. When making crystalline Si solar cells, Al, Ag metallization and Ag/Al are widely used in order to reduce the electrical resistance of the contact fingers. For the reusability of silicon crystalline solar cells from the used or damaged modules the most important stage, due to requested high quality of materials - is chemical treatment. The process regimes had to be developed in such a way that the high electric properties of the silicon were conserved. In case of crystalline silicon cells, the metallization, antireflective coating and p/n-junction could be removed subsequently by etching. Consequently there is no universal recipe which could be applied generally. The etching recipes have to be adapted to different cell technologies. The main point of the chemical treatment of the thermally separated solar cells and of solar silicon wastes lies in the development of resources protection and environmentally-friendly cleaning processes. The organization of the process conditions arises as a scientific aim from it in line with the economy of the disposal of the applied chemicals. In this article the results of the newer etching mixtures examinations for the silicon crystalline cells have been presented