Energy Consumption and Economic Growth: Parametric and Non-Parametric Causality Testing for the Case of Greece

The objective of this paper is to contribute to the understanding of the linear and non-linear causal linkages between total energy consumption and economic activity, making use of annual time series of Greece for the period 1960-2008. Two are the salient features of our study: first, the total energy consumption has been adjusted for qualitative differences among its constituent components through the thermodynamics of energy conversion. In doing so, we rule out the possibility of a misleading inference due to aggregation bias. Second, the investigation of the causal linkage between economic growth and the adjusted for quality total energy consumption is conducted within a non-linear context. Our empirical results reveal significant unidirectional both linear and non-linear causal linkages running from total useful energy to economic growth. These findings may provide valuable information for the contemplation of more effective energy policies with respect to both the consumption of energy and environmental protection

Energy Consumption and Economic Growth: Parametric and Non-Parametric Causality Testing for the Case of Greece

The objective of this paper is to contribute to the understanding of the linear and non-linear causal linkages between total energy consumption and economic activity, making use of annual time series of Greece for the period 1960-2008. Two are the salient features of our study: first, the total energy consumption has been adjusted for qualitative differences among its constituent components through the thermodynamics of energy conversion. In doing so, we rule out the possibility of a misleading inference due to aggregation bias. Second, the investigation of the causal linkage between economic growth and the adjusted for quality total energy consumption is conducted within a non-linear context. Our empirical results reveal significant unidirectional both linear and non-linear causal linkages running from total useful energy to economic growth. These findings may provide valuable information for the contemplation of more effective energy policies with respect to both the consumption of energy and environmental protection

Photovoltaics on Landmark Buildings with Distinctive Geometries

This review study, framed in the Work group 4 “Photovoltaic in built environment” within the COST Action PEARL PV, CA16235, aims to examine applications of integrated and applied photovoltaic technologies on ten landmark buildings characterised by distinctive geometries, highlighting the aesthetics of their architecture and quality of PV integration based on a proposed set of seven criteria. The selected building samples cover a large design diversity related to the quality of PV systems integration into building envelope that could serve as a basis for general guidelines of best architectural and technological practice. After introducing the problem and defining the research methodology, an analysis of ten landmark buildings is presented, as representative models of aesthetics of their architecture, photovoltaic integration and implementation and energy performance. The study concludes with the main characteristics of photovoltaic integration on landmark buildings. The paper is intended to support both engineers and architects in comprehending the convergent development of contemporary architecture and photovoltaic technology, as well as the need for a closer collaboration, sometimes resulting in architectural masterworks that promote the diffusion of photovoltaics to the public

CAPE-OPEN simulation of waste-to-energy technologies for urban cities

Uncontrolled waste disposal and unsustainable waste management not only damage the environment, but also affect human health. In most urban areas, municipal solid waste production is constantly increasing following the everlasting increase in energy consumption. Technologies aim to exploit wastes in order to recover energy, decrease the depletion rate of fossil fuels, and reduce waste disposal. In this paper, the annual amount of municipal solid waste disposed in the greater metropolitan area of Thessaloniki is taken into consideration, in order to size and model a combined heat and power facility for energy recovery. From the various waste-to-energy technologies available, a fluidised bed combustion boiler combined heat and power plant was selected and modelled through the use of COCO, a CAPE-OPEN simulation software, to estimate the amount of electrical and thermal energy that could be generated for different boiler pressures. Although average efficiency was similar in all cases, providing almost 15% of Thessaloniki’s energy needs, a great variation in the electricity to thermal energy ratio was observed

Design, assembly and evaluation of a novel flat plate collector suitable for cold climate

Subject of the dissertation was the design, assembly and evaluation of a novel flat plate solar collector. A novel polymer collector was developed aiming at producing a solar collector which combines similar or better technical characteristics with typical flat plate collectors at the same operational uses and for a wide variety of operating temperatures but with reduced cost (manufacturing and operational). The novel collector comprises of all the usual components of a typical solar collector. The main difference is that instead of a metal absorber, a black fluid acts as both absorber and heat carrier. The fluid flows in a transparent polymer honeycomb construction. In typical flat metal plate collectors maximum temperature usually occurs in the front area (solar radiation incident), while the fluid that flows in the back side absorbs heat and cools it. In the case of the novel collector, maximum temperature will occur in the thermal fluid that has black color and flows in the ducts of the polymer. This way, the thermal fluid can carry more heat and simultaneously have fewer heat losses to the environment from the front area due to the lower temperature that it develops and due to the existence of more insulative layers. After the design and assembly process, the novel collector was evaluated experimentally according to ISO-9806-1 and its technical characteristics were determined. The collector had a maximum instantaneous efficiency of 64% and thermal losses of about 6,08 W m² K-1. After the experimental evaluation, an algorithm was created to simulate the influence of different materials and/or dimensions in the various parts of the solar collector. The algorithm exhibited a RMSE of less than 1.5% which was attributed to the fact that the flow was considered uniform throughout the collector. In order to better investigate the novel collector, CFD techniques were implemented and the accuracy of the algorithm improved considerably to the expense of the required time. Finally, the whole life cycle of the collector was analyzed and its environmental and energy performance was compared to typical collectors. In most cases the novel collector performed similar or better than most of the typical systems, with a fraction of their cost and weight.Σήμερα τα ηλιακά θερμικά συστήματα ενσωματώνουν τεχνολογίες που τα καθιστούν αποδοτικά και αξιόπιστα, προσφέροντας ενέργεια για ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών. Η θέρμανση νερού χρήσης και η θέρμανση χώρων σε οικιακές και εμπορικές εφαρμογές, η θέρμανση νερού κολυμβητικών δεξαμενών, η ηλιακή ψύξη καθώς και η παραγωγή ατμού για βιομηχανικές εφαρμογές όπως και η αφαλάτωση είναι μερικές μόνο από της εφαρμογές των ηλιακών θερμικών συστημάτων. Αν και η τεχνολογία αλλά και η θεωρία που διέπει τους ηλιακούς συλλέκτες είναι θεμελιωμένη, η περαιτέρω διείσδυση των ηλιακών θερμικών συστημάτων βασίζεται στην ταυτόχρονη μείωση του κόστους και στην αύξηση της απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών. Κάτι τέτοιο προϋποθέτει τη χρήση υλικών χαμηλού κόστους (όπως είναι τα πολυμερή), κατάλληλης τεχνικής που να βελτιστοποιεί τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συλλέκτη και βέβαια σωστό σχεδιασμό. Για τον λόγο αυτό στα πλαίσια της διατριβής, υιοθετήθηκε η χρήση διάφανης υδραυλικής διάταξης κατασκευασμένης από πολυμερές, μέσα στην οποία ρέει το ρευστό μεταφοράς της θερμότητας το οποίο είναι χρωματισμένο μαύρο και λειτουργεί και ως απορροφητής. Η συγκεκριμένη διάταξη είχε χρησιμοποιηθεί και στα τέλη της δεκαετίας του ‘70, χωρίς όμως επιτυχία κυρίως λόγω προβλημάτων που σχετίζονταν με τα τότε διαθέσιμα υλικά. Κύριο πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης διάταξης, είναι η μείωση των σταδίων εναλλαγής της θερμότητας κατά ένα, η απορρόφηση της ακτινοβολίας απευθείας από το αδιαφανές ρευστό μεταφοράς της θερμότητας, η αύξηση των θερμομονωτικών στρωμάτων επίσης κατά ένα, η μεγιστοποίηση της επιφάνειας εναλλαγής-απορρόφησης του συλλέκτη καθώς και η ποιο ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι η διάταξη να εμφανίζει μικρότερες θερμικές απώλειες. Μετά την ολοκλήρωση της μελέτης και σχεδίασης, κατασκευάσθηκε ένας πρότυπος συλλέκτης του οποίου τα τεχνικά χαρακτηριστικά μετρήθηκαν πειραματικά ώστε να αποτελέσουν την βάση σύγκρισης για την ανάπτυξη ενός αναλυτικού αλγορίθμου ο οποίος προσομοιώνει την λειτουργία του συλλέκτη. Για να είναι δυνατή η βελτιστοποίηση αυτού του τύπου συλλέκτη μελλοντικά, ο αλγόριθμος παραμετροποιήθηκε ώστε να λαμβάνει υπόψη του όλα τα δυνατά χαρακτηριστικά σχεδιασμού. Επιπρόσθετα, με χρήση τεχνικών υπολογιστικής ρευστομηχανικής διερευνήθηκε το ροϊκό πεδίο σε όλη την επιφάνεια του συλλέκτη ώστε να είναι δυνατή η βελτιστοποίηση των σημείων εισόδου και εξόδου του ρευστού, αλλά και της διατομής της υδραυλικής του διάταξης. Τέλος, καθώς η ολοκληρωμένη εκτίμηση της τεχνολογίας της ηλιακής ενέργειας απαιτεί την αποτίμηση των έμμεσων περιβαλλοντικών επιπτώσεων που προκαλούνται από τις ανταλλαγές που συνοδεύουν τα ηλιακά σύστημα καθ’ όλη την διάρκεια ζωής τους (χρήση φυσικών πόρων, χρήση ενέργειας, αέριες εκπομπές, υγρά και στερεά απόβλητα), χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής και έγινε σύγκριση του πρότυπου συλλέκτη με τυπικούς επίπεδους ηλιακούς. Με την κατασκευή του συλλέκτη και τον πειραματικό προσδιορισμό των τεχνικών χαρακτηριστικών, επιβεβαιώθηκε η αρχική σκέψη για την καταλληλότητα του συλλέκτη καθώς τα τεχνικά του χαρακτηριστικά είναι συγκρίσιμα με αυτά τυπικών επίπεδων συλλεκτών. Επιπρόσθετα η ακρίβεια του αλγορίθμου που αναπτύχθηκε για τον υπολογισμό της επίδρασης των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών αλλαγών επιβεβαιώθηκε από τη σύγκριση με την πειραματική αξιολόγηση του εν λόγω συλλέκτη, παρουσιάζοντας RMSE μικρότερο από 1.5%. Η χρήση των τεχνικών υπολογιστικής ρευστομηχανικής, με τις οποίες λήφθησαν υπόψη τα ροϊκά φαινόμενα και η επίδραση τους στην απόδοση του συλλέκτη έδειξε ότι αν και η συσχέτιση με τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν πολύ καλή, η μεγάλη υπολογιστική ισχύς που απαιτεί το εν λόγω μοντέλο (και ο χρόνος που απαιτεί) περιορίζει την εφαρμογή του, ουσιαστικά στο στάδιο της σχεδίασης της υδραυλικής διάταξης του συλλέκτη. Στη συνέχεια οποιαδήποτε αλλαγή και η επίδραση που θα έχει στην απόδοση του συλλέκτη είναι σκόπιμο να διερευνάται με την χρήση του θεωρητικού αλγορίθμου. Τέλος με την εφαρμογή της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής πιστοποιήθηκε η περιβαλλοντική απόδοση του συλλέκτη τόσο κατά την κατασκευή του όσο και σε μακροχρόνια χρήση. Γενικά ο πρότυπος συλλέκτης παρουσίασε απόδοση αντίστοιχη των «συμβατικών» επίπεδων και έχει περιθώρια βελτίωσης τόσο μέσω αλλαγών στην σχεδίαση όσο και μέσω της χρήσης νέων υλικών κάτι το οποίο θα πρέπει να διερευνηθεί σε επόμενο στάδιο

Energy Assessment of Building Physics Principles in Secondary Education Buildings

Educational buildings comprise a considerable portion of the public non-residential building stock. In order to assess the influence of the main parameters involved in the design and possible retrofitting of educational buildings, a secondary school building was selected and investigated with respect to its thermal behavior using EnergyPlus. Designing factors, as well as construction and operational solutions are examined individually and compared with each other, in order to find the best solution for either designing from scratch or retrofitting an educational building. In particular, the orientation of the openings, the thermal mass of the building and alternative insulation solutions, such as the thickness and location of the insulation layers in the building components, are compared. The simulation confirms, that the best orientation for educational buildings is the one in which their long axis coincides with the east-west one. The internally insulated building requires less energy but the difference is too small to be considered cost efficient. Regarding the heating system, from the alternative scenarios examined a one or two hour morning reheat strategy reduces the needed installed capacity for heating by up to 10%