아파트의 에너지, 엑서지 및 경제성(3E) 분석

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 411(2023) 이 기사 인용

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태양 에너지의 사용은 현재의 에너지 관리 과제를 해결하기 위한 가장 두드러진 전략 중 하나입니다. 태양 에너지는 평판형 태양열 집열기를 통해 수많은 주거 부문에서 사용됩니다. 평판형 태양열 집열기의 열 효율은 기존 열 전달 유체에 비해 우수한 열물리적 특성을 제공하기 때문에 기존 열 전달 유체를 나노유체로 교체하면 향상됩니다. 농축된 화학물질은 위험한 독성 부산물을 생성하는 나노유체의 기존 합성 기술에 활용됩니다. 본 연구에서는 새로운 녹색 공유 기능화 갈산 처리 다중벽 탄소 나노튜브-물 나노유체가 평판형 태양열 집열기의 성능에 미치는 영향을 조사합니다. GAMWCNT는 자외선-가시선 분광법 및 제타 전위를 포함한 안정성 분석 기술에 따라 기본 유체에서 매우 안정적입니다. 실험적 평가는 나노유체의 열물리적 특성이 기본 유체 탈이온수의 특성보다 우수하다는 것을 보여줍니다. 에너지, 엑서지 및 경제성 분석은 다양한 질량 유량 0.010, 0.0144, 0.0188 kg/s에서 0.025%, 0.065% 및 0.1% 중량 농도의 GAMWCNT-물을 사용하여 수행되었습니다. GAMWCNT 나노유체의 도입으로 에너지 및 엑서지 효율 측면에서 평판형 태양열 집열기의 열 성능이 향상되었습니다. 열유속, 질량유량, 중량집중도가 증가함에 따라 효율은 향상되지만, 입구온도가 증가함에 따라 효율은 감소하는 것으로 나타난다. 실험 결과에 따르면, 기본 유체와 비교하여 0.0188kg/s의 0.1% 중량 농도의 GAMWCNT 나노유체에서 에너지 효율의 가장 높은 개선은 30.88%입니다. 컬렉터의 엑서지 효율은 중량 집중도가 증가함에 따라 증가하고 유속이 증가함에 따라 감소합니다. 가장 높은 엑서지 효율은 0.1% GAMWCNT 농도와 0.010kg/s 질량 유량에서 달성됩니다. GAMWCNT 나노유체는 기본 유체에 비해 마찰계수 값이 더 높습니다. 나노유체의 중량 농도가 증가함에 따라 상대 펌핑 전력이 약간 증가합니다. 모든 GAMWCNT 농도에 대해 1보다 큰 성능 지수 값이 달성됩니다. 태양열 집열기를 0.0188 kg/s 및 0.1% 중량 농도의 GAMWCNT 나노유체로 작동할 때 물을 열 전달 유체로 사용하는 평판형 태양열 집열기와 비교하여 가장 높은 크기 감소(27.59%)가 달성되었습니다.

세계의 인구와 에너지 소비는 빠르게 증가하고 있습니다. 현대 인류 문화의 산업화와 세계화는 이러한 에너지 소비 증가의 주요 원인입니다. 국제에너지기구(International Energy Agency)는 2040년 말까지 전 세계 에너지 소비가 약 30% 증가할 것으로 예측합니다1. 화석연료는 전세계 에너지 수요의 86%를 충족시킵니다2. 세계의 화석연료 매장량은 급속히 고갈되고 있으며, 환경은 심각하게 오염되고 있습니다. 현 시대의 과제는 환경을 더 악화시키지 않으면서 에너지 수요를 충족시키는 것입니다. 지속가능발전목표 7은 모든 국가가 직면하고 모든 사람에게 영향을 미치는 도전이 됩니다. 지속가능발전목표 7의 기본 목표는 경제적이고 깨끗하며 효율적이고 신뢰할 수 있으며 모든 사람이 접근할 수 있는 에너지를 달성하는 것입니다. 기존 에너지 자원은 유한하기 때문에 대체 에너지원에 대한 검색이 전 세계적으로 강화되었습니다. 재생 가능 에너지 자원은 청정 에너지3에 대한 요구를 충족할 수 있음이 입증되었습니다.

경제성과 가용성으로 인해 태양 에너지는 다른 재생 가능 에너지 자원보다 더 많은 수요가 있습니다. 태양 에너지는 다양한 방법으로 사용될 수 있습니다. 태양열은 공간 난방, 가정용 온수, 냉각, 심지어 공정 난방을 포함한 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다4,5. 태양 에너지 수집 및 변환은 이 에너지 부문의 핵심 초점입니다. 태양에너지는 쉽게 수확되어 열에너지나 전기에너지로 변환될 수 있습니다. 광전지 및 태양열 집열기와 같은 다양한 장비와 기술이 이러한 에너지 변환 과정을 수행할 수 있습니다. 태양열 집열기는 열교환 유체를 사용하여 태양 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 집열기의 흡수판은 태양 에너지를 포착하여 흡수액으로 전달하여 내부 에너지를 증가시키며, 이는 이후 다양한 목적으로 사용될 수 있습니다. 광학적 집중이 없는 평판형 태양열 집열기(FPSC)는 40~100°C 온도 범위에서 활용됩니다. 단순성, 유지 관리 용이성 및 최소 운영 비용으로 인해 가정용 애플리케이션에 적합합니다. FPSC는 효율과 출력 온도가 상대적으로 낮습니다. 재료, 디자인6, 집열판 코팅7, 경사각8, 기후 조건9 및 작동 유체10는 모두 평판형 태양열 집열기의 효율성에 영향을 미치는 요소입니다. 순수한 물(작동 유체 역할)을 열전도율이 더 높은 유체로 대체하는 것은 효율성을 향상시키는 가장 쉽고 효과적인 방법 중 하나입니다.

95%, SSA: > 500 m2/g). A two-step method, as suggested by Akram et al.38 was introduced for preparation of green gallic acid treated multiwall carbon nanotubes nanofluid. 5 g of immaculate multi-wall carbon nanotubes (Nanostructured & Amorphous Materials Inc.), and 15 g of gallic acid were immersed into a beaker filled with 1000 ml distilled water and then stirred for almost 1/4 h until the mixture turned homogeneous. During the sonication time, 25 ml of H2O2 (Brand-sigma-Aldrich) was injected dropwise into the mixture. The resulting mixture was ultra-sonicated for 1/3 h. The mixture was then refluxed for 14 h at 80 °C. The centrifugation of GAMWCNs colloid was carried out at 14,000 rpm and rinsed multiple times with distilled water to eliminate residual particles until the pH reached 7. Afterward, the synthesized specimen was dried at 60 °C in an oven for a day. Finally, gallic acid-treated multi-wall carbon nanotubes -water nano-fluid was synthesized by dispersing 0.025, 0.065, and 0.1 wt.% covalently functionalized MWCNTs nanoparticles in water for 10 min via ultra-sonication. The GAMWCNTs were found to be well-dispersed in the base fluid. A schematic diagram of the synthesis of GAMWCNT is shown in Fig. 1./p>

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