I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 ,   p p .   1 0 1 1 ~1 022   I SS N:  2 2 5 2 - 8 7 9 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e. v 1 4 . i4 . p p 1 0 1 1 - 1 0 2 2           1011       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   Im pro v e t he  ther ma l perf o rma nce   o f  the  co mbined  wa ter - pa ra ff in hot  stora g e t a nk in  the  abs o rption co o ling  cycle        M a k i H a j   Z a ida n,  T ha m ir  K ha lil I bra him ,   H us s a m   S.  Dh ey a b   D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   Ti k r i t   U n i v e r si t y ,   Ti k r i t ,   I r a q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 5 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Au g   2 3 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Oct  1 6 ,   2 0 2 5       Th is  re se a rc h   i n v e stig a tes   th e   th e rm a l  p e rfo rm a n c e   o f   sto ra g e   m a teria ls  in   a   h o t  tan k   d e sig n e d   to   e x ten d   t h e   o p e ra ti o n   ti m e   o f  a   1 . 5 - t o n   wa ter  a m m o n ia  a b so rp ti o n   c o o l in g   sy ste m .   T h e rm a l  e n e rg y   is  su p p li e d   b y   c o n c e n tri c   p a ra b o li c   so lar   c o ll e c to rs,   wh ic h   h e a t  th e   a b so r p ti o n   c y c le  g e n e ra t o r  d u ri n g   p e rio d s   o f   su fficie n t  so lar  ra d iati o n .   W h e n   th e   wa ter  tem p e ra tu re   e x c e e d s  th e   sy ste m ’s o p e ra ti n g   th re sh o l d ,   th e   a d d it i o n a l  h e a t  a c c u m u late s in   th e   h o t  tan k .   It  is  late r  u se d   to   d ri v e   th e   g e n e ra to r  d u ri n g   p e rio d s  o f   l o w  s o lar  a v a il a b il it y ,   su c h   a s in   t h e   a ftern o o n   o r   a fter su n se t.   T h e   sy ste m   is d e sig n e d   to   p ro v id e   a ir   c o n d i ti o n in g   f o r  a   ro o m ;  it s  l o a d   wa s  c a lcu late d   h o u rl y .   Th e   su i tab le  siz e   o f  th e   sto ra g e   tan k   a n d   th e   c o rre sp o n d i n g   c o ll e c to r  a re a   we re   d e term i n e d   b a se d   o n   sim u latio n s  o f  th e   a b so rp ti o n   sy ste m   to   a c h iev e   a n   o p ti m a l  c o e fficie n t  o f   p e rfo rm a n c e   (COP).   Th e   c o ll e c to r  a re a   wa s   in c re a se d   a fter   th e   a d d it i o n   o f   p a ra ffin   p h a se   c h a n g e   m a teria l  (P CM )  to   e n h a n c e   sy ste m   p e rfo rm a n c e ,   a n d   a   tem p e ra tu re   c o n tr o l   stra teg y   w a s  i m p lem e n ted   t o   p re v e n t   th e   wa ter i n   t h e   h o t   sto ra g e   tan k   fro m   re a c h in g   t h e   b o il i n g   p o in t .   Th is  wa s  a c h iev e d   b y   in c o rp o ra ti n g   a   sp e c ifi c   p e rc e n tag e   o f  p a ra ffin ,   a   P CM ,   wit h   a   m e lt in g   p o in t   o f  8 5  °C.   T h e   siz e   o f  t h e   h o t  s to ra g e   tan k   c o n tain i n g   b o th   wa t e r  a n d   a   sp e c ifi e d   p ro p o rti o n   o f  p a ra ffin ,   in   a d d it io n   to   t h e   so lar  c o ll e c to r  a re a ,   wa s   o p ti m ize d   t o   m a x imiz e   th e   tan k   tem p e ra tu re .   Th e se   p a ra m e ter s  we re   e n tere d   in to   t h e   e n e r g y   b a lan c e   m o d e l   a s  in p u t   d a ta  to   e n su re   th e   e ffe c ti v e   o p e ra ti o n   o f  th e   a b so r p ti o n   s y ste m   u n d e r  o p ti m a l  c o n d it io n s.  A  c o m p re h e n s iv e   sy ste m   sim u latio n   wa s  c o n d u c te d   b y   d e riv in g   a n d   sim p li fy i n g   th e   h e a t  b a lan c e   e q u a ti o n s  fo r  th e   h y b ri d   h o t  sto ra g e   tan k ,   t h e   so lar  c o ll e c to r ,   a n d   th e   a b so rp ti o n   s y ste m .   Th e   sim u lati o n   a ime d   to   i d e n ti f y   t h e   o p t ima l  wa x   ra ti o   o f   5 %   to   2 0 %   t o   m a x imiz e   sy ste m   p e rfo rm a n c e .   Th e   o p ti m a l  p a ra ffin   ra ti o   wa s  fo u n d   t o   b e   1 0 %   o f  th e   tan k   v o l u m e ,   wh ich   e n a b led   a n   a d d it i o n a l  4   h o u rs  o f   o p e ra ti o n   a n d   e x te n d e d   th e   sy ste m ’s u p ti m e   to   it s m a x imu m   p o ten ti a l.   K ey w o r d s :   Ab s o r p tio n   co o lin g   s y s tem   C o n ce n tr ic  p ar ab o lic  co llecto r s   Par af f in   PC M   Ph ase  ch an g e  m ater ial   Sto r ag e  tan k   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T h am ir   Kh alil I b r ah im     Dep ar tm en t o f   Me ch an ical  E n g in ee r in g ,   C o lleg e  o f   E n g in ee r in g ,   T ik r it Un iv er s ity   T ik r it,  I r aq   E m ail:  th am ir m ath ca d @ tu . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N    Po p u latio n   g r o wth   in cr ea s es   d em an d   f o r   c o n v e n tio n al  e n er g y ,   p r im ar ily   d r iv e n   b y   in d u s tr ies,  tr an s p o r tatio n ,   an d   o th er   ap p licatio n s   wo r ld wid e   [ 1 ] - [ 3 ] .   T r ad itio n al  co m p r ess io n   c y cle  air   co n d itio n er s ,   wh ich   co n s u m e   lar g e   am o u n ts   o f   en e r g y ,   f u r th er   i n cr ea s e  elec tr icity   co n s u m p tio n   d u r in g   t h e  s u m m er ,   esp ec ially   at  m id d ay   [ 4 ] .   So lar   en er g y   ca n   b e  u s ed   as a   s o lu tio n   to   ad d r ess   th ese  is s u es a n d   allev iate  th e  s tr ain   o n   elec tr icity   s y s tem s   th at  r ely   o n   tr a d itio n al  f o s s il  f u els  [ 5 ] .   Nu m er o u s   s tu d ies  h av e  b ee n   co n d u cted   o n   n ew   d esig n s   in co r p o r atin g   s o lar   en er g y   to   p r o d u ce   th er m al  e n er g y   f o r   o p er atin g   ab s o r p tio n   s y s tem s ,   s u ch   as  air - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,  Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   1 0 1 1 - 1 0 2 2   1012   co n d itio n in g   s y s tem s   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Par ab o lic  tr o u g h   s o lar   co llecto r s ,   wh ich   d r iv e  a b s o r p tio n   c o o lin g   s y s tem s ,   ar e   m o r e  s u itab le   f o r   lo n g - ter m   ai r   co n d itio n in g   b ec a u s e  th ey   u tili ze   d ay lig h t  s o lar   in ten s ity   t o   p r o d u ce   th er m al  en er g y   [ 8 ] .   Ho we v er ,   th is   m e th o d   b ec o m es  in ef f ec tiv e  o n   clo u d y   o r   d u s ty   d ay s   o r   at  n i g h t.  T o   a d d r ess   th is   is s u e,   th e  s y s tem   in co r p o r ates   a  th er m al  s to r ag e  tan k   to   ex t en d   n ig h ttime   o p er atio n   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   an d   to   s to r e   s u r p lu s   h ea t  d u r in g   th e  d a y   f o r   co n tin u o u s   o p er atio n   as  lo n g   as  p o s s ib le   [ 8 ] .   A  co ld   s to r ag e  ta n k   ca n   also   b e  u s ed   to   s to r e  ex ce s s   co o lin g   ca p ac ity ,   f u r th er   ex t en d in g   th e  co o lin g   u n it’s o p er atin g   h o u r s   at  n ig h t   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   An o t h er   s tu d y   ex a m in ed   th e   th er m al  a n aly s is   o f   h o t  an d   co ld   s to r ag e  m ater ials   f o r   a  two - to n   ca p ac ity   lith iu m   b r o m id e   aq u eo u s   s o lu tio n   ab s o r p tio n   cy cl e  r ef r i g er atio n   s y s tem .   Fiv e   f l u id s   wer e  test ed   to   d eter m in e  th e  b est s u b s titu tes  f o r   th e  h o t a n d   co ld   ta n k s .   T h e   o p tim al  h o t ta n k   s ize  was f o u n d   to   b e   0 . 5 5   cu b ic   m eter s ,   wh ile  th e  co l d   tan k ’ s   o p tim al  s ize  was  1 . 5   c u b i c  m eter s .   Ad d itio n ally ,   th e  o p tim al  ar ea   o f   th e   co n ce n tr atin g   s o lar   co llecto r   i s   1 1 . 7   s q u a r e  m eter s   to   i n cr e ase  o p er atin g   h o u r s .   T h e  id ea l  f lu id   id en tifie d   is   g ly ce r o l,  wh ich   en h a n ce s   o p e r atin g   h o u r s   an d   with s tan d s   h ig h   tem p er atu r es  with   th e  s a m e  tan k   v o lu m e  an d   co llecto r   ar ea   [1 1 ] .     T h er m al  s to r ag e   tan k s   h av e  a d v an ce d   f r o m   b asic  wate r   r eser v o ir s   to   s o p h is ticated   th er m al  b atter ies   co m p o s ed   o f   s p ec ialized   m at er ials .   Yan g   et  a l .  [1 2 ]   d em o n s tr ated   th at  well - d esig n ed   s to r ag e  tan k s   ca n   in cr ea s e  ab s o r p tio n   s y s tem   r u n   tim es  b y   8 - 1 0   h o u r s   f o r   c o o lin g   lo ad   m an a g em en t.   Ho we v er ,   as  n o ted   in   t h e  m eta - an aly s is   b y   Mish r a  et.   a l .   [1 3 ] ,   co n v en tio n al  wate r - b ased   s to r ag e  is   p lag u ed   b y   lar g e  tem p e r atu r e   f lu ctu atio n s   th at   h in d e r   a b s o r p tio n   c y cle  ef f icien c y .   T h e  g en er ato r   u n it,   wh ich   r eq u ir es  s tab le  h ea t  in p u t  to   m ain tain   a  co n s tan t  co ef f icien t  o f   p er f o r m a n ce   ( C OP) ,   is   m o s t  af f ec ted   b y   th ese  f l u ctu atio n s .   R ec en t   d ev elo p m e n ts   b y   L ee   et  a l .  [1 4 ]  s h o wed   th at  s tr atif ied   s to r ag e  s etu p s   with   m u ltip le  tem p er atu r e  zo n es  ca n   en h an ce   p er f o r m a n ce   b y   2 5 - 3 0 %.  Me an wh ile,   C h ek if i  an d   B o u k r aa   [1 5 ]  co m p u tatio n al  f l u id   d y n am ics  s tu d y   in d icate d   th at  c y lin d r ical   tan k s   with   2 :1   h eig h t - to - d iam et er   r atio s   m in im ize   th er m al   m ix in g   lo s s es.  T h ese  ad v an ce s   p av e  th e  way   f o r   th e   in clu s io n   o f   p h ase  ch a n g e  m a ter ial  ( PC M) ,   wh ich   ca n   f u r th er   im p r o v e  s to r a g e   p er f o r m an ce   b y   p r o v id in g   is o th er m al  c o n d itio n s   t h r o u g h o u t  ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   o p e r atio n s .   Ph ase   ch an g e  m ater ials ,   p ar ticu lar ly   p ar af f in - b ased   o n es,  h a v e  r e v o lu tio n ized   th e r m al  en er g y   s to r ag e  f o r   co o lin g   ap p licatio n s .   Ais war y a  et  a l.   [1 6 ]  co m p r eh en s iv e  m ater ia ls   r ev iew  id en tifie d   p ar af f in   PC M  with   m eltin g   p o in ts   b etwe en   8 2 - 88   °C   as  th e  m o s t  s u ited   f o r   ab s o r p tio n   s y s tem s ,   o f f er in g   th e  b est  tr ad e - o f f   b etwe en   en er g y   d en s ity   ( 1 7 0   k J /k g )   a n d   th er m al  s tab ilit y .   A  r ec en t stu d y   b y   Mo h a n   et  a l .  [1 7 ]  d em o n s tr ated   th at  n an o - en h an ce d   p a r af f in   co m p o s ite s   ca n   ac h iev e  th er m al  co n d u ctiv ities   o f   0 . 4 5   W /m · K,   an   in cr ea s e  o f   1 2 5 %  co m p ar ed   to   co n v en tio n al  f o r m u latio n s .     T h e  cu r r en t  r esear c h   in v esti g ates  th e  o p er atio n   o f   a  s o lar - p o wer ed   a b s o r p tio n   r ef r ig er at io n   s y s tem   with   a  p ar af f in   s to r ag e  tan k .   T h e  p r o p o r tio n   o f   p a r af f in   to   wate r   ( 5 – 2 0 %)  is   o p tim ized   f o r   m ax im u m   en er g y   s to r ag e,   tan k   tem p er at u r e  at  8 5   °C ,   an d   e x ten d s   th e   o p e r atin g   h o u r s   d u r in g   lo w  s u n   in p u t.  T h e  C OP  is   also   co m p ar ed   u n d er   v a r y in g   am b ien t  c o n d itio n s ,   ju s tify in g   e x p er im en tal   an d   th e o r etica l  f in d in g s .     R esu lts   co n f ir m   th at   th er m al   b u f f er i n g   o f   p ar a f f in   o p tim iz es  th e  av ailab ilit y   o f   th e   s y s tem   af ter   p ea k   s u n   h o u r s .   Pra ctica l  u s es  ar e  en v is io n ed   in   h ig h - s o lar   r eg io n s   lik e  T ik r it,  I r aq .   T h e  s tu d y   co n f ir m s   PC M  u s e     f o r   ef f ec tiv e,   s u s tain ab le  co o lin g ,   an d   p r o p o s es  f u tu r e  d ev elo p m e n t  with   th e  ap p licatio n   o f   h y b r id   o r   co m p o s ite  PC Ms.       2.   M E T H O D    T h e  co o lin g   s y s tem   c o n s is ts   o f   th r ee   m ain   p ar ts :  a  c o n ce n tr ic  p ar a b o lic  co llecto r ,   a n   ab s o r p tio n   s y s tem   ( u s in g   am m o n ia  a n d   wate r   s o lu tio n ) ,   an d   a  wax - lin ed   ( p ar af in e   PC M)   in   h o t  wate r   s to r ag e  tan k .   Fig u r e  1   s h o ws  a  s ch em atic  d iag r am   o f   th e  s y s tem .   So lar   en er g y   is   co llected   b y   th e  c o n ce n tr ic  p a r ab o lic   co llecto r   an d   u s ed   to   h ea t  th e  g en er ato r   o f   th e  ab s o r p tio n   cy cle   [ 18 ] .   E x ce s s   th er m al  en e r g y   is   s to r ed   in   a  h o t   wate r   tan k ,   th e  i n n er   wall  lin ed   with   a   wax   lay er   o cc u p y i n g   1 0 %  o f   th e   tan k ' s   v o lu m e.   T h is   wax   m elts   at  8 5   °C ,   h elp in g   to   m ain tain   th e   tan k   tem p er atu r e  at  th at  lev el.   I n   th e  af ter n o o n ,   h o t w ater   f r o m   th e  s to r ag e  tan k   is   s u p p lied   to   th e  ab s o r p tio n   c h iller .   W h en   s o lar   r ad iatio n   d ec r ea s es,  th e  s to r ed   th er m al  e n er g y   m ain tain ed   a t   o r   ab o v e  8 5   °C   is   u s ed   to   b o il   am m o n ia  v ap o r   f r o m   th e  am m o n ia – wate r   s o lu tio n   in   th e  g en er ato r   f o r   as  lo n g   as  p o s s ib le.   I n   th e  ab s o r p tio n   cy cle,   th e  g en er ated   am m o n ia  v ap o r   co n d en s es  at  h ig h   p r ess u r e  in   th e   co n d en s er .   T h en ,   it m o v es to   t h e  ev ap o r ato r   th r o u g h   th e  e x p an s io n   v alv e,   wh e r e  it e v ap o r a tes at  lo w  p r ess u r e.   I n   th e  ev ap o r ato r ,   th e  r ef r ig er an t  ab s o r b s   h ea t  d ir ec tly   f r o m   th e  co n d itio n e d   s p ac e   [ 19 ] ,   m ee tin g   th e  co o lin g   lo ad .   T h e   r esu ltin g   lo w - p r ess u r e  s atu r ated   am m o n ia  v ap o r   is   ab s o r b ed   b y   wate r ,   f o r m in g   an   a m m o n ia - r ich   s o lu tio n   in   t h e  ab s o r b en t  v ess el.   T h is   s o lu tio n   is   th en   p u m p ed   ac r o s s   a  h ea t  e x ch an g er   an d   r et u r n ed   to   t h e   g en er ato r ,   allo win g   th e  ab s o r p tio n   c y cle  to   c o n tin u e   as  lo n g   as  s u f f icien t  h ea t  is   av a ilab le  to   d r iv e   th e   g en er ato r   [ 3 ] .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I mp r o ve   th e  th erma l p erfo r ma n ce   o f th e  c o mb in ed   w a ter - p a r a ffin   h o t sto r a g e  ta n k  …   ( Ma k i H a j Za id a n )   1013       Fig u r e   1.   Sy s tem   d iag r am   an d   s ch em atic  o f   th e  ab s o r p tio n   c y cle       T h e  tem p er atu r es  o f   ea ch   s y s tem   co m p o n en t  wer e  m ea s u r ed   h o u r ly   an d   r ec o r d ed   u s i n g   a  d ata   lo g g er .   T h ese  m ea s u r em e n ts   in clu d ed   th e  wate r   tem p er atu r e s   en ter in g   an d   ex itin g   th e  s o la r   co llecto r ,   th e  h o t  s to r ag e  tan k ,   th e  h ea t  ex c h a n g er   c o n n ec te d   to   t h e  ab s o r p tio n   cy cle   g en e r ato r ,   th e  a b s o r p tio n   v ess el,   th e   co n d en s er ,   an d   th e   ev a p o r ato r ,   as  well  as  th e   am b ien t   tem p er atu r e  a n d   s o lar   r a d iatio n   i n ten s ity .   Usi n g   th ese   d ata,   th e  s y s tem ' s   o p er atin g   h o u r s   wer e   d eter m in e d ,   an d   th e  ab s o r p tio n   c y cle  p er f o r m an ce   f ac to r   was  ca lcu lated   f o r   ea ch   h o u r   o f   o p er atio n .   Sev er al  test s   wer e  co n d u cted   d u r in g   th e  s u m m er   m o n th s   o f   Ma y   th r o u g h   Au g u s t,  with   th e  m o s t  ex tr em e  co n d itio n s ,   s u ch   a s   s o lar   r ad iatio n   in ten s ity   an d   o u td o o r   am b ie n t   tem p er atu r es,  o cc u r r in g   in   th e   f ir s t  wee k   o f   Au g u s t  ( J u ly   2 1 ,   2 0 2 4 ) .   T h ese  d ata  wer e  u s ed   as  in p u ts   to   s tu d y   k ey   s y s tem   d esig n   p ar am eter s ,   in clu d in g   th e  h o t  tan k   s ize   f o r   o p tim al  s o lar   c o llecto r   ar ea   an d   th e  p ar a f f in   r atio   in   th e  h o t ta n k ,   b ased   o n   th e  h ea t b alan ce   o f   th e   s y s tem .   T h e  f o llo win g   ass u m p tio n s   wer e  ap p lied   in   s im u latin g   th e  co m p o n en ts   o f   th e  s o lar   ab s o r p tio n   co o lin g   s y s tem   an d   a  h o t sto r a g e  tan k :   −   Flu id   p r o p e r ties   ar e  co n s tan t,  an d   th e  a b s o r b er   t u b e  f l o w  is   s tead y   an d   u n if o r m .   −   Ax ial  ( lo n g itu d i n al)   co n d u ctiv e  h ea t tr an s f er   alo n g   th e   tu b e  o f   th e  ab s o r b er   is   n e g lecte d .   −   Hea t lo s s   th r o u g h   c o n n ec tin g   t u b es is   n eg lig ib le.   −   T h e  g en e r ato r   an d   co n d en s er   o p er ate   at  eq u al   p r ess u r e;  t h e  ev ap o r ato r   an d   ab s o r b er   a ls o   s h ar e  eq u al   p r ess u r e.   −   T h e  f lu id   ex itin g   th e  g e n er ato r   is   ass u m ed   to   b e  s atu r ated ,   th e  liq u id   lea v in g   t h e  co n d en s er   is   s atu r ated ,   an d   th e  v ap o r   leav in g   t h e  ev ap o r ato r   is   s atu r ated .   −   T h e  s o lu tio n   leav in g   th e  g en er ato r   is   co n s id er ed   at  th e   b o ilin g   p o in t,  a n d   th e   s o lu tio n   ex iti n g   th e  ab s o r b er   is   s atu r ated .   −   T h e  ex p a n s io n   v alv e   o p er ates  u n d er   a d iab atic  co n d itio n s   ( n o   h ea t e x ch a n g e  with   th e  s u r r o u n d in g s ) .   −   T h e  ac tu al  u s ef u l  h ea t g ain e d   f r o m   th e   p ar ab o lic  co llecto r ,    ,   ca n   b e  ca lcu lated   as   ( 1 )   [2 0 ] .      = [  −  (  − ) ]   ( 1 )     W h er e      is   th e  ex ter n al  ab s o r b e r   tu b e   ar ea ,     is   th e  a b s o r b er   a r ea ,      is   th e  in let  wate r   tem p er atu r e,   th e  h ea t  r em o v al  f ac to r   ( F R ) ,     is   th e  o v er all  h ea t  lo s s   co ef f icien t  in   th e  g lass   tu b e ,     is   t h e  am b ien t   tem p er atu r e ,   an d      is   th e  ac h i ev em en t  o f   s o lar   e n er g y   in   th e  co llecto r   ab s o r p tio n   tu b e,   wh ich   ca n   b e   d ef in ed   as   ( 2 )   [2 0 ] .     =    ( 2 )     W h er e    is   th e  s o lar   in ten s ity ,     is   th e  tr an s m ittan ce   o f   th e  ab s o r b er   tu b e,     is   th e  ab s o r b an ce ,     is   th e   r ef lectiv en ess ,   an d     is   th e  o b je ctio n   co ef f icien t  o f   th e   ab s o r b er   tu b e   [2 0 ] .   An   en er g y   b alan ce   o n   th e  u n s tr atif ied   tan k   in   th e  ch a r g i n g   m o d e  is   g iv en   b y   ( 3 ) .   Similar ly ,   an   en er g y   b alan ce   o n   th e  u n s tr atif ied   tan k   in   th e  d is ch ar g in g   m o d e  is   g iv en   b y   ( 4 ) .     (  ) dT  dt  +  ̇   = [  − − (   ) (  ,  − ]   ( 3 )     (  ) dT  dt  −  ̇   = [  − − (   ) (  ,  − ]   ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,  Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   1 0 1 1 - 1 0 2 2   1014   W h er e   ̇   is   th e  s to r ag e  p o wer ,      is   th e  s p ec if ic  h ea t  ca p ac ity   o f   wate r ,     is   th e  m ass   o f   wa ter ,      i s   th e  th er m al  o v er all  h ea t   tr an s f er   co ef f icien t   o f   t h e  h o t  s to r ag e  tan k ,      is   th e  ab s o r p tio n   c y cl e  g en er ato r   lo ad ,      is   th e  s u r f ac e  ar ea   o f   th e  s to r a g e  tan k ,   a n d    ,   is   th e  o ld   h o t ta n k   tem p er atu r e  b ef o r e  ∆    tim e  s tep .   I n   p ar af f in   PC M,   th e  g en er al  eq u atio n   f o r   th e  p o wer   ac c u m u lated   d u r in g   c h ar g in g   an d   d is c h ar g in g   is   d ef in ed   as   ( 5 )   [2 1 ] .  T h is   r ep r e s en ts   th e  p o wer   v ar iatio n   d u r in g   th e  c h ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   p r o ce s s es.      ̇ =    [       ( − − ℎ ) + ℎ +       ( − ℎ − ) ] 3600   x     ∆    ( 5 )     W h er e     is   th e  s p ec if ic  h ea t  c ap ac ity   o f   p ar af f in   PC M ,      is   th e  m ass   o f   p ar af f in   PC M ,   ℎ   is   th e   l aten t  h ea t  o f   PC M,     is   th e  m e ltin g   tem p er atu r e  o f   p ar af f in ,   − ℎ   is   th e  t em p er atu r e  o f   p ar af f in   at  in itial  o f   ch ar g in g   p er io d ,   ∆    is   th e  tim e  s tep ,   an d   − ℎ   is   th e  tem p er atu r e   o f   p ar a f f in   at  t h e  en d   o f   th e  ch ar g in g   p er io d .   T h e  n ew  h o t ta n k   tem p er atu r e   ,    af ter   ∆    tim e  s tep   in   ch ar g in g   m o d   is   d ef in e d   as  ( 6 )   [ 1 3 ] .      ,  =  ,  + ∆  (    ) [  −  ̇ − − (   ) (  ,  − ]   ( 6 )     T h e  n ew  h o t ta n k   tem p er atu r e   ,    af ter   ∆    tim e  s tep   in   th e  d is ch ar g in g   m o d   is   d ef in e d   as  ( 7 )   [2 2 ] .      ,  =  ,  + ∆  (    ) [  +  ̇ − − (   ) (  ,  − ]   ( 7 )     W h er e   ,    is   th e  o ld   h o t sto r ag e  t an k   tem p er at u r e  b e f o r e  tim e  s t ep   1   h o u r .     T h e  en er g y   b ala n ce   o f   th e  g en er ato r   ca n   b e  d escr ib ed   as  ( 8 )   [2 3 ] .   Her e,   1 , ̇   is   th e  m as s   f lo w  r a te  o f   th e  wo r k i n g   f lu id   ( am m o n ia) ,   8 , A  ̇   is   th e  m ass   f lo w  r ate  o f   am m o n ia  at  s atu r atio n   c o n d itio n ,   ℎ 1 ,   is   th e   am m o n ia  en t h alp y ,   a n d   ℎ 7 ,    is   th e  am m o n ia  en t h alp y   at  th e   s atu r atio n   co n d itio n .     = 1 , ̇ ℎ 1 , + 8 , A  ̇ ℎ 8 ,  − 7 ,  ̇ ℎ 7 ,    ( 8 )     Fo r   th e  co n d en s er ,   th e   en er g y   b alan ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 9 )   [2 4 ] .      = 1 , ̇ ℎ 1 , − 2 , ̇ ℎ 2 , )   ( 9 )     Fo r   th e  ex p a n s io n   v al v e ,   th e  e n er g y   b alan ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 0 ) .     ℎ 2 , =   ℎ 3 ,   ( 1 0 )     Fo r   th e  e v ap o r ato r ,   th e  en e r g y   b alan ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 1 )   [2 5 ] .     = 4 , ̇ ℎ 4 , − 3 , ̇ ℎ 3 ,   ( 1 1 )     Fo r   th e  p u m p   s o lu tio n ,   th e  e n e r g y   b ala n ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 2 )   [2 5 ] .     = 6 ,  ̇ ℎ 6 ,  − 5 ,  ̇ ℎ 5 ,    ( 1 2 )     Fo r   th e  ab s o r b er ,   th e  en er g y   b alan ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 3 )   [2 6 ] .     = 4 , ̇ ℎ 4 , + 10 ,  ̇ ℎ 10 ,  − 5 ,  ̇ ℎ 5 ,    ( 1 3 )     T h e  f in al  en e r g y   b alan ce   is   o b tain ed   as  ( 1 4 ) .     + =   +   ( 1 4 )     Fo r   h ea t e x ch a n g er ,  th e  en e r g y   b alan ce   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 5 ) .       = 8 ,  ̇ ( ℎ 8 , A  − ℎ 9 , A  )  = 7 ,  ̇ ( ℎ 7 ,  − ℎ 6 ,  )   ( 1 5 )     T h e  C OP o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 6 )   [2 6 ] .      =    ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I mp r o ve   th e  th erma l p erfo r ma n ce   o f th e  c o mb in ed   w a ter - p a r a ffin   h o t sto r a g e  ta n k  …   ( Ma k i H a j Za id a n )   1015   T h e  ex p er im en tal  p ar t  o f   th is   s tu d y   in v esti g ates  th e  p er f o r m an ce   o f   an   ab s o r p tio n   co o lin g   s y s tem   b y   in co r p o r atin g   p ar af f i n   in to   th e   lin in g   o f   th e   h o t  s to r a g e  tan k   to   s tab ilize  th e  tan k   te m p er atu r e  at  th e  p ar af f i n ' s   m eltin g   p o in t.   Par af f in ,   h av in g   th e  p r o p er ties   s h o wn   i n   T a b le  1 ,   with   an   o p tim u m   v o l u m e  to   wate r   s to r ag e   tan k   r atio   o f   1 0 %,  is   u s ed   as  a   f iller   to   en h an ce   t h er m al  s to r ag e  s tab ilit y ,   b ased   o n   a  m ath em atica l  m o d el  th at   ap p lies   th er m al  eq u ilib r i u m   p r in cip les.  T h e  s y s tem   co n s is ts   o f   p ar a b o lic  tr o u g h   s o lar   co lle cto r s ,   a  h o t  s to r ag e  tan k ,   an d   th e  a b s o r p tio n   s y s tem ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 .   T h e  ch ar g in g   p r o ce s s   o f   war m in g   t h e  h o t  s to r a g e  tan k   is   s h o wn   in   Fig u r e  2 ( a) ,   wh ile  Fig u r e  2 ( b )   illu s tr ates e n er g y   d is ch ar g e  f r o m   th e  h o t sto r ag e   tan k .   T h er m o m eter s   ar e  i n s talled   to   m ea s u r e  tem p er atu r es  at  v ar i o u s   lo ca tio n s ,   in clu d in g   in s id e  th e  tan k ,   with in   th e  p ar af f i n ,   o n   t h e  tan k   wall,   an d   ac r o s s   co m p o n en t s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   s u ch   as  th e  g en er ato r ,   co n d en s er ,   e v ap o r ato r ,   a n d   a b s o r b er .   A  th e r m o m eter   is   al s o   p o s itio n ed   to   m ea s u r e  th e   tem p er atu r e  o f   th e  f lu id   e x itin g   t h e  h ea t  ex c h an g er   b etwe en   th e   g en e r ato r   an d   th e  ab s o r b er .   E n v i r o n m e n tal  p ar am eter s   s u ch   as   am b ien t  tem p er at u r e,   win d   v elo city ,   an d   s o lar   r ad iatio n   a r e  r ec o r d ed   u s in g   s en s o r s   co n n ec ted   to   a  d ata   lo g g er ,   wh ic h   tr an s m its   th e  d a ta  to   a  co m p u ter   f o r   h o u r l y   lo g g in g .   T h e  co o lin g   lo ad   o f   th e   r o o m ,   wh ic h   v ar ies  th r o u g h o u t  t h e  d ay   d ep e n d in g   o n   am b ie n t  co n d itio n s ,   is   also   ca lcu lated ,   r e p r esen tin g   th e   co o lin g   ca p ac ity   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem .   T h is   e x p er im en tal  d ata  e n ab les  th e  h o u r ly   ca lc u latio n   o f   t h e  ab s o r p tio n   cy cle’ s   C OP  d u r in g   ac tu al  o p er atio n .   Ad d it io n ally ,   th e  ex p e r im en tal  s tu d y   ev alu ates  th e  o p er atin g   tim e  o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   d ep en d in g   o n   th e  h o t  s to r ag e  tan k ,   with   an d   with o u t  PC M  p ar af f in ,   as   s h o wn   in   T ab le  1 .   T h e  ac tu al  o p er atin g   h o u r s   ar e   th e n   co m p ar ed   with   th e  th e o r etica l  v alu e s   d er iv ed   f r o m   h ea t  b ala n ce   e q u atio n s .   T h e  C OP  is   ca lcu lated   f o r   ea ch   o p er ati n g   h o u r   u s in g   ex p er im en tal  d ata  an d   th eo r etica l  m o d els  to   ass es s   th e  lev el  o f   ag r ee m en t a n d   id en tif y   an y   d e v iatio n s   b etwe en   th em .       ( a)     ( b )       Fig u r e  2 .   Sch em atic  o f   th e  h o t   s to r ag e  tan k   d u r in g   ( a)   ch ar g in g   an d   ( b )   d is ch ar g in g   m o d es       T ab le  1 .   Simu latio n   r esu lts   N o .   C r i t e r i a   o t   t h e   m o st   i m p o r t a n t   d a t a   Ty p i c a l   v a l u e s   1   M e l t i n g   a r e a   82 – 8 5   ° C   2   H e a t   st o r a g e   c a p a c i t y   1 7 0   k J / k g   3   S p e c i f i c   h e a t i n g   c a p a c i t y   2   k J/ ( k g · K )   4   D e n si t y   s o l i d   0 . 8 8   k g / L   5   D e n si t y   l i q u i d   0 . 7 7   k g / L   6   H e a t   c o n d u c t i v i t y   ( b o t h   p h a ses)   0 . 2   W / ( m· K )   7   V o l u me   e x p a n s i o n   1 2 . 5 %   8   F l a s h   p o i n t   <   2 0 0   ° C   9   M a x .   o p e r a t i o n   t e m p e r a t u r e     1 0 0   ° C       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   Fig u r e  3   illu s tr ates  th e  d aily   v ar iatio n   in   d r y   b u lb   am b ien t   tem p er atu r e  a n d   s o lar   r a d iatio n   in   th e   s tu d y   ar ea ,   T ik r it  C ity ,   lo ca t ed   in   ce n tr al  I r a q ,   o n   J u ly   2 1 ,   2 0 2 4 ,   d u r in g   th e  s u m m e r   s ea s o n .   Sig n if ican t   f lu ctu atio n s   in   d r y   b u lb   tem p e r atu r e  ar e  o b s er v e d   f r o m   s u n r is e  to   s u n s et,   p ar ticu lar ly   b etwe en   9 :0 0   a. m .   an d   4 :0 0   p . m . ,   with   p ea k   tem p er at u r es  o cc u r r in g   ap p r o x im ately   two   h o u r s   af ter   n o o n .   T h e   f ig u r e  also   s h o ws  th e   h o u r ly   v ar iatio n   i n   s o lar   r ad i atio n   o n   th e  s am e  d ay .   So lar   r ad iatio n   in ten s ity   in cr ea s es  af ter   s u n r is e,   p ea k s   ar o u n d   m id d ay ,   a n d   g r ad u ally   d ec lin es  to war d   s u n s et.   T h e  m ax im u m   s o lar   r ad iatio n   is   r ec o r d ed   n ea r   n o o n ,   ty p ically   p r ec e d in g   th e  p ea k   d r y   b u lb   tem p er at u r e  b y   a b o u t  two   h o u r s .   So lar   r ad iatio n   r em ain s   m in im al  o r   ab s en t  d u r in g   th e  ea r ly   m o r n in g   an d   n ig h ttime   h o u r s .   T h ese  clim atic  co n d itio n s ,   ch ar ac ter ized   b y   h ig h   am b ien t  tem p e r atu r es  [2 7 ] ,   [ 28 ]   an d   in te n s e  s o lar   r a d iatio n ,   ar e  f av o r ab le  f o r   th e  o p er ati o n   o f   s o lar - d r iv e n   ab s o r p tio n   c o o lin g   s y s tem s ,   wh ich   r ely   o n   th er m al  en e r g y   f r o m   t h e  s u n .   As  a  r esu lt,   s u ch   s y s tem s   ar e   p ar ticu lar ly   ef f ec tiv e  an d   well - s u ited   f o r   p r o v id in g   c o o lin g   in   th is   r eg io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,  Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   1 0 1 1 - 1 0 2 2   1016   Fig u r es  4   to   7   illu s tr ate  th e  v a r iatio n   o f   m ea s u r ed   wate r   tem p er atu r e  o v er   tim e  in   a   o n e - cu b ic - m eter   h o t  wate r   tan k   a n d   a n   eq u iv alen t  1 0 - s q u ar e - m eter   p a r ab o lic  co n ce n tr ic  c o llecto r   ar ea   u s ed   f o r   air   co n d itio n in g   a  r o o m   with   an   ab s o r p tio n   s y s tem .   T h e  r o o m ' s   co o lin g   lo ad   v ar ies  h o u r ly   d ep e n d in g   o n   en v ir o n m en tal  c o n d itio n s   th r o u g h o u t  t h e  d a y .   E ac h   f ig u r e   in clu d es  two   cu r v es,  o n e  wi th   an d   o n e  with o u t  Pra r af in e  PC M,   co r r esp o n d in g   to   d if f er en t  PC M  v o lu m e  p er ce n tag es  r a n g in g   f r o m   5 %  to   2 0 %.  Fig u r e   3   s h o ws  th at  th e  tem p er atu r e  o f   th e  wate r   co n tain in g   5 %  p ar af f in   r em ain s   lo wer   th an   th at  o f   th e  wate r   with o u t  p ar af f in   d u r i n g   th e   d ay tim e,   e s p ec ially   wh en   s o lar   r a d iatio n   is   at  its   p ea k .   T h is   b eh a v io u r   o cc u r s   b ec au s e  th e   p ar af f in   ab s o r b s   h ea t  u n til  it  r ea ch es  its   m eltin g   p o in t,  wh ich   r em ain s   co n s tan t  wh ile  s to r in g   en er g y   as  laten t   h ea t.  T h e   p ar af f in   co n tin u es  t o   ab s o r b   h ea t  at  a   co n s tan t  te m p er atu r e   o f   8 5   °C   f o r   ap p r o x im ately   two   h o u r s ,   with o u t  d is r u p tin g   th e  o p er ati n g   co n d itio n s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem .   On ce   f u lly   m elted ,   th e  PC M  r em ain s   liq u id   an d   s to r es  th e  ex ce s s   h ea t  as  s en s ib le  h ea t.  Af ter   s u n s et,   th e  tem p er atu r e  d r o p s   to   s atu r atio n   an d   s tay s   th er e  f o r   an   ad d itio n al  th r ee   h o u r s ,   en ab li n g   th e   ab s o r p tio n   s y s tem   to   co n tin u e  o p er a tin g   u n d er   s u itab l e   th er m al  co n d itio n s .             Fig u r e   3 .   T h e  v ar iatio n   in   tem p er atu r e  a n d   s o lar   r a d iatio n   in ten s ity   th r o u g h o u t th e  d a y     Fig u r e   4 .   T h e  tem p er at u r e  v a r iatio n   o f   wate r   with   an d   with o u t  5 % PC M  th r o u g h o u t th e  d ay       Fig u r e  5   s h o ws  th at   th e   tem p e r atu r e  o f   th e  wate r   co n tain in g   1 0 %  p ar a f f in   r em ain s   lo wer   t h an   th at   o f   th e  wate r   with o u t  p a r af f in   d u r in g   th e  d a y tim e.   T h e  PC M  p ar af f in   ab s o r b s   h ea t   u n til  it   r ea ch es  its   m eltin g   p o in t,  wh ich   r em ain s   co n s tan t  wh ile  s to r in g   en e r g y   as  laten t  h ea t.  T h is   o p e r atio n   d o es  n o t  in ter f er e  with   th e   wo r k in g   co n d itio n s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem .   On ce   th e  p ar a f f in   co m p letely   m elts ,   th e  PC M  r em ain s   s o lid   if   th er e  is n ' t e n o u g h   h ea t to   co n t in u e  with   f u r th er   p h ase  ch an g e.   I t sto r es e x ce s s   h ea t a s   s en s i b le  h ea t w h en   s o lar   in ten s ity   d ec r ea s es  b ef o r e   s u n s et.   At  s u n s et,   th e  tem p er atu r e   r ea ch es  a   s atu r atio n   p o i n t  an d   r em ain s   th er e   f o r   a  f ew  h o u r s ,   allo win g   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   to   o p er ate  u n d e r   o p tim al  th er m al  co n d itio n s .   F ig u r e  6   s h o ws  th at  th e  tem p er atu r e  o f   th e   wate r   co n tain in g   1 5 %  p ar af f i n   r em a in s   lo wer   th an   th at  o f   t h e  wat er   with o u t  p ar af f in   d u r in g   th e  d a y .   T h e  PC M  p ar af f in   ab s o r b s   h ea t  u n til  it  r ea c h es  its   m eltin g   p o in t  o f   8 5   °C .   At  th is   p o in t,  th e   tem p er atu r e  s tab ilizes  as  th e  p ar af f in   s to r es  e n er g y   as  laten t h ea t.  T h is   h ea t   ab s o r p tio n   p r o ce s s   d o es  n o t  af f ec t  th e  o p er atin g   c o n d itio n s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem .   On ce   th e   p ar af f in   is   f u lly   m elted ,   t h e  PC M  r em ain s   s o lid   wh en   th e  av ailab le  h ea t  is n ' t  en o u g h   to   ca u s e  f u r th er   p h ase  ch an g e.   I t  s to r es  ex tr a  h ea t   as  s en s ib le  h ea t  as   s o lar   ir r ad ian ce   d im in is h es  ap p r o ac h in g   s u n s et.   T h e  tem p er atu r e  s tay s   s tead y   at  ap p r o x im ately   8 5   °C   f o r   n ea r ly   th r ee   h o u r s ,   wh ich   is   en o u g h   t o   k ee p   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   r u n n in g   d u r in g   th is   p e r io d .             Fig u r e   5 .   T h e  tem p er at u r e  v a r iatio n   o f   th e   h o t  s to r ag e  tan k   wate r   with   a n d   w ith o u t 1 0 % PC M  th r o u g h o u t t h e  d ay     Fig u r e   6 .   T h e  tem p er at u r e  v a r iatio n   o f   wate r   with   a n d   with o u t 1 5 % PC M  th r o u g h o u t   th e  d ay     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I mp r o ve   th e  th erma l p erfo r ma n ce   o f th e  c o mb in ed   w a ter - p a r a ffin   h o t sto r a g e  ta n k  …   ( Ma k i H a j Za id a n )   1017   Fig u r e  7   s h o ws  th at  th e  wate r   co n tain in g   2 0 %  p ar af f i n   r em ain s   lo wer   th an   th e  wate r   with o u t  p ar af f in   d u r in g   th e  d ay ,   as  th e  in cr ea s ed   p ar af f in   co n ten t  r eq u ir es  m o r e  h ea t  to   r aise  its   tem p er atu r e.   T h e   PC M  p ar af f in   ab s o r b s   h ea t   u n til  its   m eltin g   p o in t   o f   8 5 °C .   Du e  to   th e   g r ea ter   am o u n t  o f   p ar af f in ,   ad d itio n al   h ea t  an d   tim e  ar e  n ee d ed   f o r   th e  tem p er atu r e  to   s tab ilize  a s   th e  p ar af f in   s to r es  en er g y   in   th e  f o r m   o f   laten t   h ea t.  T h is   h ea t   ab s o r p tio n   p r o ce s s   af f ec ts   th e  o p er atio n   o f   t h e  ab s o r p tio n   s y s tem   d u r in g   d ay lig h t  h o u r s .   Sin c e   th e  av ailab le  h ea t  is   in s u f f icien t  to   co m p lete  th e  p h ase  ch an g e,   th e  PC M  r em ain s   s o lid   an d   s to r es  ex ce s s   h ea t   as  s en s ib le  h ea t  as  s o lar   in ten s ity   d ec r ea s es  to war d   s u n s et.   T h e  tem p e r atu r e   s tab ilizes  at  ar o u n d   8 5   °C   f o r   less   th an   th r ee   h o u r s ,   wh ich   is   in s u f f icien t  f o r   s u s tain ed   s y s tem   o p er atio n   d u r i n g   th at  p e r io d .   Ad d itio n ally ,   t h e   s y s tem   m ay   n o t  r ea ch   th e  d es ir ed   tem p er atu r e  d u r in g   th e  e ar ly   d ay lig h t  h o u r s .   T h is   b eh a v io u r   en h an ce s   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  s o lar   co ll ec to r s   b y   ex ten d in g   th eir   ef f ec tiv e  o p er atin g   r a n g e  an d   p r ev en tin g   th e  wate r   f r o m   r ea c h in g   its   b o ilin g   p o in t   ar o u n d   m id d ay .   Fig u r es  8 – 1 1   illu s tr ate  th e  r elatio n s h ip   b etwe en   th e  n u m b er   o f   o p er atio n al  h o u r s   at  a  wate r   tem p er atu r e  ( 8 3 – 8 5   °C ) ,   s u itab le  f o r   ab s o r p tio n   c y cle  o p er a tio n ,   an d   th e   tem p er atu r e  in   a   1 - cu b ic - m eter   h o t   wate r   tan k .   T h e  en e r g y   b alan ce   was  ca lcu lated   u s in g   a   r ea l   co o lin g   lo ad   th at  v ar ies  with   am b ien t  co n d itio n s   an d   a  1 0 - s q u ar e - m eter   p ar a b o lic  co n ce n tr ic  co llecto r   s u p p ly in g   th e  ab s o r p tio n   s y s tem .   T h ese  f ig u r es  in clu d e   s tatis t ical  b ar s   r ep r esen tin g   th e  s y s tem ’ s   o p er atin g   tem p e r atu r e,   b o th   with   an d   with o u t  PC M,   f o r   PC M   v o lu m e  f r ac tio n s   r an g in g   f r o m   5 %  to   2 0 %.   Fig u r e  8   s h o ws  th at  d u r in g   th e  ea r ly   m o r n in g   h o u r s ,   th e  h o t   s to r ag e  tan k   m ain tain s   wate r   at  8 5   °C   f o r   a   s h o r ter   d u r atio n   in   th e  ta n k   c o n tain in g   5 %  p ar af f in   th an   in   th e   tan k   with o u t  p ar af f in .   T h e  o n s et  o f   th e  o p tim al  o p e r atin g   te m p er atu r e  is   d elay e d   b y   a p p r o x im ately   o n e  h o u r ;   h o wev er ,   th is   p er i o d   e x ten d s   b y   s ev er al   ad d itio n al   h o u r s   in   th e  af ter n o o n .   T h is   b eh a v io r   is   d u e  t o   p a r af f in ,   wh ich   ac ts   as  a   PC M.   T h e  P C M  ab s o r b s   h ea t  u n til  i t  r ea c h es  its   m eltin g   p o in t,  s to r in g   en er g y   as  laten t  h ea t  wh ile  m ain tain in g   a  c o n s tan t  tem p er atu r e  o f   8 5   °C .   I t  co n ti n u es  to   ab s o r b   h ea t  at  th is   te m p er atu r e  f o r   s o m e   tim e,   th en   r em ain s   in   a   liq u i d   s tate  an d   s to r es  a d d itio n al  en er g y   as  s en s ib le  h ea t,  with o u t  d is r u p tin g   th e   o p er atio n   o f   th e  ab s o r p tio n   c o o lin g   s y s tem .   As  s o lar   r ad ia tio n   d ec r ea s es  an d   th e  tem p e r atu r e  d r o p s   in   th e   af ter n o o n ,   th e  PC M  s tar ts   to   s o lid if y   at  its   m eltin g   p o in t.   T h is   p h ase  tr an s itio n   h elp s   s u s tain   th e  s y s tem ’ s   o p er atio n   at  t h e  o p tim al  tem p e r atu r e  o f   8 5   °C   f o r   ap p r o x im at ely   two   ad d itio n al  h o u r s .   Fig u r e  9   s h o ws  th at   d u r in g   t h e  p r e - af ter n o o n   p e r io d ,   th e   wate r   tem p er atu r e  in   th e   h ea t ed   s to r ag e   tan k   r em ai n s   ar o u n d   8 5   °C   f o r   m o r e  h o u r s   i n   th e   tan k   co n tain in g   1 0 %  p a r af f in   co m p a r ed   to   th e  tan k   with   wate r   o n ly .   T h is   is   d u e  to   th e  p r o p er ties   o f   p ar af f i n   as  a   PC M.   T h e  PC M  is   h ea ted   u n til  it   m elts   at  its   m eltin g   p o in t,  w h er e  t h e  en e r g y   is   s to r ed   as   laten t  h ea t,   m ain tain i n g   a   co n s tan t   tem p er atu r e  o f   8 5   °C .   W h en   f u ll y   m elted   an d   wh en   s o lar   r ad iatio n   d ec r ea s es,  ca u s in g   th e  wate r   tem p er atu r e  to   f all  in   th e  af ter n o o n ,   th e  PC M  b eg in s   to   s o lid if y   at  its   m eltin g   p o in t.   T h is   p h ase  tr an s itio n   r elea s es  th e  tr ap p ed   laten t   h ea t,  h elp in g   to   k ee p   th e  h o t sto r ag e   tan k   at  th e   r eq u ir ed   8 5   °C   f o r   ab o u t f o u r   h o u r s   lo n g er .           Fig u r e   7 .   T h e  tem p er at u r e  v a r iatio n   o f   wate r   with   a n d   with o u t 2 0 % PC M  th r o u g h o u t th e   d ay           Fig u r e  8 .   T h e  wate r   tem p e r atu r e  v ar iatio n s   with   an d   with o u t  5 % PC M  an d   th e  o p er atin g   h o u r s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   th r o u g h o u t  th e  d ay       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,  Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   1 0 1 1 - 1 0 2 2   1018   Fig u r e  1 0   s h o ws  th at  d u r in g   th e  p r e - af ter n o o n   h o u r s ,   th e  s to r ag e  tan k   with   1 5 %   p ar af f in   co n ten t   m ain tain s   a  wate r   tem p er atu r e  o f   8 5   °C   an d   d o es  n o t  ex ce ed   it.  Un lik e  wate r - o n ly   tan k s ,   th e  PC M   ab s o r b s   ex ce s s   h ea t  f r o m   th e   s o lar   co l lecto r s   d u r in g   its   p h ase  t r an s itio n   f r o m   s o lid   to   liq u id .   T h e  PC M  ab s o r b s   h ea t   u n til  it  r ea ch es  its   m eltin g   p o i n t,  s to r in g   t h e  en e r g y   as  laten t  h ea t  wh ile  m ain tain i n g   a  co n s tan t  tem p er atu r e   o f   85   °C .   On ce   f u lly   m elted ,   an d   as  s o lar   ir r ad ian ce   d ec r ea s es  i n   th e  af ter n o o n ,   th e  PC M  b eg in s   to   s o lid if y   at  it s   m eltin g   p o in t.  T h is   p h ase  tr an s itio n   r elea s es  th e  s to r ed   laten t  h ea t,  allo win g   th e  h ea ted   s to r ag e  tan k   to   m ain tain   th e  o p tim al  tem p er at u r e  o f   8 5   °C   f o r   ap p r o x im atel y   th r ee   ad d itio n al  h o u r s .   Ho w ev er ,   in cr ea s in g   th e   PC M  co n ten t  ab o v e  1 5 %  d id   n o t  s ig n if ican tly   im p r o v e  h e at  s to r ag e,   in d icatin g   th at  th e  ad d itio n al  p ar af f in   h ad   litt le  ef f ec t o n   th e  to tal  am o u n t o f   h ea t sto r ed .   Fig u r e  1 1   s h o ws th at  d u r in g   th e  p r e - n o o n   h o u r s ,   th e  h ea ted   s to r ag e  tan k   m ain tain s   a  wate r   tem p er atu r e  o f   8 5   °C   f o r   a  s h o r ter   p er io d   in   th e  tan k   co n tai n in g   2 0 %  p a r af f in ,   co m p ar ed   t o   th e  tan k   c o n tain i n g   1 5 %  p a r af f in   a n d   th e  tan k   with o u t  p ar af f i n .   T h is   is   b ec au s e  th e  ad d itio n al  p ar af f in   r eq u ir es  m o r e  h ea t  to   h ea t  it  to   its   m eltin g   tem p er a tu r e.   T h e  PC M  co n tin u es  to   a b s o r b   h ea t  u n til  it  r ea ch es  its   m eltin g   p o in t,  s to r in g   th e  en er g y   as  laten t  h ea t  wh ile  m ain tain in g   a  co n s tan t  te m p er atu r e  o f   8 5   °C .   Ho wev er ,   as   s o lar   ir r ad ian ce   d ec r ea s es,  th e  PC M  b e g in s   to   s o lid if y   at  its   m eltin g   p o in t,   allo win g   th e   s y s tem   to   m ain tain   th e  o p tim al  tem p er atu r e  o f   8 5   °C   f o r   th e  s am e  p er io d .   Ho wev e r ,   in cr ea s in g   th e  PC M  co n ten t  ab o v e  2 0 % d id   n o t im p r o v e  h ea t sto r ag e,   in d icatin g   th at  th e   ad d itio n al  p ar af f in   d id   n o t a f f ec t th e  to tal  am o u n t  o f   h ea t sto r ed .           Fig u r e   9 .   Day tim e  o p er atin g   ti m e  o f   th e  a b s o r p tio n   s y s tem   an d   wate r   tem p e r atu r e  ch a n g es  with   an d   with o u t  1 0 % PC M           Fig u r e   1 0 .   T h e  o p er atin g   h o u r s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   th r o u g h o u t th e  d ay   a n d   th e  wate r   tem p er atu r e  v ar iatio n s   with   an d   with o u t 1 5 % PC M           Fig u r e   1 1 .   T h e  o p er atin g   h o u r s   o f   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   th r o u g h o u t th e  d ay   a n d   th e  wate r   tem p er atu r e  v ar iatio n s   with   an d   with o u t 2 0 % PC M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I mp r o ve   th e  th erma l p erfo r ma n ce   o f th e  c o mb in ed   w a ter - p a r a ffin   h o t sto r a g e  ta n k  …   ( Ma k i H a j Za id a n )   1019   Fig u r e  1 2   s h o ws  th e  o p er ati n g   h o u r s   o f   a  h o t  tan k   co n tain in g   d if f er e n t  PC M  co n ce n tr atio n s .   T y p ically ,   t h e  wate r   tan k   n o t  o n ly   m ain tain s   a   tem p er at u r e  o f   8 5   °C ,   b u t   also   ex ce e d s   it  a n d   m a y   e v en   r ea ch   th e  b o ilin g   p o i n t  o f   wate r .   Me an wh ile,   a  tan k   with   5 %  PC M   m ain tain s   a  tem p er atu r e  b elo w  th e  b o ilin g   p o in t   o f   wate r .   T h e  m o s t  ex ten d ed   s y s tem   r u n tim e  is   o b s er v e d   at  1 0 %  PC M.   Alth o u g h   t h e   o n s et  o f   o p tim al  o p er atin g   tem p er atu r e   is   d ela y ed   b y   ab o u t  an   h o u r   b ef o r e   n o o n ,   th e   s y s tem   co n tin u es  to   o p e r ate  f o r   s ev e r al  ad d itio n al  h o u r s   af ter   s u n s et.   Af ter   th e  PC M  co n ce n tr atio n   ex ce ed s   1 0 %,  1 5   %,  a n d   2 0 %,  o p er atin g   h o u r s   d ec r ea s e;  th is   d ec r ea s e  is   attr ib u ted   to   th e  in c r ea s ed   h ea t   r eq u ir e d   to   m elt  th e  ad d itio n al  p ar af f in ,   wh ic h   ex ce ed s   th e  c u r r en t   d esig n   c ap ac ity   o f   th e  c o llecto r .   W h il e  in cr ea s in g   th e   co llecto r   ar e a  m ay   a d d r ess   th is   lim itatio n ,   it  r esu lts   in   a  tr ad e - o f f   b etwe en   ex ten d e d   o p er ati n g   h o u r s ,   co llecto r   s ize,   an d   PC M  r atio   co n ten t.  T h e  g o al  is   to   d eter m i n e  an   o p tim al  d esig n   th at  m ee ts   th e  r eq u ir ed   co o lin g   ca p ac ity   b ased   o n   th e  r o o m ' s   co o lin g   lo ad .   T h e  p h ase  ch a n g e  m ater ial  ab s o r b s   h ea t u n til it r ea ch es its   m eltin g   p o in t,  s to r in g   it a s   laten t h ea t   wh ile  m ain tain in g   a   co n s tan t   tem p er atu r e  o f   8 5   °C .   T h is   p r o ce s s   p r e v en ts   th e   h o t   tan k   f r o m   o v er h ea ti n g   d u r in g   t h e  af ter n o o n   wh e n   s o lar   r ad iatio n   in ten s ity   in cr ea s es.  On ce   th e  PC M  is   co m p letely   m elted ,   th e  en er g y   is   s to r ed   as   s en s ib le  h ea t   with o u t  af f ec tin g   th e  ab s o r p tio n   co o lin g   s y s tem ' s   o p er atio n ,   as  lo n g   as  it  d o es  n o t  ex ce ed   th e   b o ilin g   p o in t  o f   wate r .   As  s o lar   r a d iatio n   d e cr ea s es  an d   am b ien t  tem p er atu r es  d r o p   in   th e  af ter n o o n ,   th e  PC M  b eg in s   to   s o lid if y   at  its   m eltin g   p o in t.  Du r in g   th is   p h ase  tr an s itio n ,   th e   s to r ed   laten t  h ea t  is   r elea s ed ,   h elp in g   to   m ain tain   th e  s y s tem ' s   o p tim al  o p er ati n g   tem p er atu r e  o f   8 5   °C .   T h is   ex ten d s   th e  co o lin g   s y s tem ' s   o p er atio n   f o r   s ev er al  h o u r s   in to   t h e  ev e n in g ,   e v en   a f ter   s u n s et.           Fig u r e   1 2 .   T h e  v ar iatio n   in   o p er atin g   h o u r s   f o r   d if f e r en t PC M  r atio       Fig u r e  1 3   illu s tr ates  th e  v ar i atio n   in   th e  C OP  o v er   a  d ay   b ased   o n   ex p er im en tal  an d   th eo r etica l  r esu lts .   T h e  h o u r ly   c o ef f icien t   o f   p er f o r m an ce   is   ca lcu lated   f r o m   ex p er im en tal  m ea s u r em e n ts   tak en   wh en   th e   wate r   tem p er atu r e  in   th e  h o t ta n k   r ea ch es 8 5   °C ,   wh ich   is   th e  o p er atin g   tem p e r atu r e  n ee d ed   f o r   th e  ab s o r p ti o n   s y s tem .   T h e  s y s tem   u s es  a  1 - cu b ic - m eter   h o t   tan k ,   a  1 0 - s q u ar e - m eter   s o lar   co llecto r   ar e a,   an d   co n tain s   1 0 %   p ar af f in .   T h e   n u m b e r   o f   o p er atin g   h o u r s   is   r ec o r d ed ,   an d   a f ter   m ea s u r in g   t h e  tem p er atu r es  o f   t h e  a b s o r p tio n   s y s tem   co m p o n e n ts ,   th e  c o e f f icien t  o f   p er f o r m a n ce   is   d eter m in ed   u s in g   ( 8 )   to   ( 16 ) .   T h e  th e o r etica l  co ef f icien t  o f   p er f o r m an ce   is   ca lcu lated   u n d er   t h e  s am e  d esig n   an d   en v ir o n m en tal  co n d itio n s   b u t  b ased   o n   a   th er m al  b alan ce   p er f o r m ed   u s in g   ( 1 )   to   ( 16 ) .   Gen er ally ,   b o th   cu r v es  b eg in   at  r elativ ely   h ig h   v alu es  b ef o r e   n o o n   a n d   th en   d ec lin e,   r ea ch i n g   th eir   lo west  p o in t  ar o u n d   2 :0 0   p . m . ,   wh en   am b ien t  tem p er atu r es  p ea k .   T h e   C OP v alu es th en   r is e  ag ain   as th e  af ter n o o n   p r o g r ess es.  T h is   tr en d   is   attr ib u ted   t o   th e  ab s o r p tio n   s y s tem   u s in g   am b ien t  air   to   c o o l  its   co n d en s er .   As  th e  am b ie n t  tem p e r atu r e  in cr ea s es,  th e   tem p er atu r e  d if f er en ce   b etwe en   th e  co n d e n s er   an d   th e  s u r r o u n d in g   en v ir o n m en t  d ec r ea s es,  r ed u cin g   t h e  s y s tem ' s   h ea t  r ejec tio n   ca p ac ity   an d   co n s eq u en tly   lo we r in g   th e  C OP.  C o n v er s ely ,   h ea t  r ejec tio n   im p r o v es  as  th e  tem p er atu r e   d if f er en ce   in c r ea s es   later   in   th e  d ay ,   r esu ltin g   in   a  h ig h er   C OP.  T h e  d is cr ep an cy   b etwe en   th e  th eo r etica l  an d   e x p er im en tal  r esu lts   is   s lig h t  ( less   th an   5 %),   in d ica tin g   a  h ig h   d eg r ee   o f   ac c u r ac y   in   th e   th er m al  b ala n ce .   T h is   s u b tle  d if f er en ce   is   ex p ec ted   a n d   ca n   b e  attr ib u te d   to   th e  p r ec is io n   o f   t h e  m ea s u r em en t  i n s tr u m en ts   an d   th e   a s s u m p tio n s   m ad e  i n   th e  th eo r etica l th er m al  a n aly s is .   Fig u r e  1 4   d is p lay s   th e   d aily   v ar iatio n   o f   th e   ac tu al  C OP  o f   th e   ab s o r p tio n   r ef r i g er atio n   cy cle.   T h e   s y s tem   b eg in s   at  1 0 :0 0   a. m . ,   o p er atin g   with   o n ly   th e  h o t  wate r   tan k ,   an d   at  1 1 :0 0   a. m . ,   it  o p er ates  with   a  tan k   co n tain in g   1 0 %  m o r e  p ar af f i n .   T h is   d elay   is   d u e   to   th e   ad d it io n al  tim e  n ee d ed   t o   h ea t   th e  e x tr a  p ar a f f in   i n   th e   tan k .   Alth o u g h   s o lar   r ad iatio n   in ten s if ies  to war d   m id d ay ,   th e  f u n ctio n al  C OP  d ec r ea s es  as  th e  d ay   ad v a n ce s .   T h is   d ec lin e  is   ca u s ed   b y   th e  r is in g   am b ien t a ir   tem p er atu r e,   wh ich   im p ac ts   th e  h ea t d is s ip a tio n   p r o ce s s   in   th e   ab s o r p tio n   s y s tem ’ s   co n d en s e r .   T h e  s y s tem   ac tiv ates  wh en   th e  tan k   tem p er atu r e  r ea ch es  8 5   °C ,   s u f f icien t  to   in itiate  th e  ab s o r p tio n   r ef r ig e r atio n   cy cle  g en er at o r .   W h ile   th e  g en er ato r ’ s   tem p er atu r e   r em ain s   r elativ ely   s tab le,   th e  ac tu al   C OP  v ar ies  with   th e  p ar af f i n   a n d   s to r ag e   tan k   co n d itio n s .   C h an g es  i n   a m b ien t  tem p er atu r e   th r o u g h o u t  th e   d ay ,   esp ec iall y   in   th e  af ter n o o n ,   in f lu e n ce   th e  co n d e n s er ’ s   ab ilit y   to   r e lease  h ea t  in to   th e  en v ir o n m en t.  T h e  in clu s io n   o f   p ar af f i n   en h a n ce s   th e  s y s tem ’ s   th er m al  s to r ag e  ef f icien cy   d u e  to   th e   p r o p er ties   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g ,  Vo l.  1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   1 0 1 1 - 1 0 2 2   1020   o f   th e  PC M.   T h e  laten t  h ea t   s to r ed   in   th e  p ar af f in   h elp s   m ain tain   th e  tan k ’ s   tem p er atu r e  n ea r   th e  p h ase   ch an g e  p o in t,  allo win g   th e  s y s tem   to   o p er ate  f o r   e x ten d e d   p e r io d s .   T h is   also   ex p an d s   th e  ef f ec tiv e  ar ea   o f   th e   s o lar   co llecto r ,   wh ich   h ea ts   th e  h o t w ater   tan k   with o u t r ea ch in g   a  b o ilin g   p o in t.  C o n s eq u e n tly ,   th e  s y s tem   ca n   o p er ate  u n til  ar o u n d   1 0 : 0 0   P M  with   th e  p ar af f in - en r ich e d   tan k ,   co m p ar ed   to   a b o u t  6 :0 0   PM  with   th e  wate r   tan k .   Usi n g   p ar af f in   m ar k ed l y   in cr ea s es  th e   h ea t  s to r a g e  ca p ac ity ,   en a b lin g   m o r e   co n s is ten t  an d   ex te n d ed   o p er atio n   o f   th e   ab s o r p tio n   r ef r ig er atio n   c y cle  with   an   im p r o v ed   co ef f icien t o f   p er f o r m an c e.             Fig u r e   1 3 .   C o m p ar is o n   b etwe en   ex p er im e n tal  an d   th eo r etica l COP     Fig u r e   1 4 .   T h e  v ar iatio n   in   C OP th r o u g h o u t th e  d ay   d ep en d s   o n   th e  p r esen ce   o f   a  wate r   s to r ag e  tan k ,   b o th   with o u t a n d   with   1 0 % PC M       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   co n f ir m ed   th at  a d d in g   a  p ar a f f in   PC M  ( 1 0 %  o f   tan k   v o lu m e)   to   a   s o lar   ab s o r p tio n   co o lin g   s y s tem   s ig n if ican tly   im p r o v ed   th e r m al  ef f icien c y .   T h e  PC M  m ain tain ed   a  s tead y   8 5   °C   tan k   tem p er atu r e,   p r ev en tin g   o v er h ea tin g   d u r in g   in ten s e  r ad iatio n   an d   ex ten d in g   d aily   o p er ati o n   b y   4   h o u r s   ( to tal  1 1   h o u r s )   co m p ar ed   to   wate r - o n ly   s etu p s .   L aten t  h ea t  s to r ag e  ac ted   as  a   b u f f er   b y   s to r in g   ex ce s s   s o lar   en er g y   d u r in g   th e  d ay   an d   r elea s in g   it  af ter   s u n s et,   s tab ilizin g   th e  s y s tem .   E x p er im en tal  r esu lts   v al id ated   th e  th er m al   m o d el,   s h o win g   less   th an   5 %  v ar iatio n   in   C OP  v alu es  an d   p ea k   ef f icie n cy   d u r in g   co o ler   m o r n in g   an d   ev en in g   tim es.  T h e  an aly s is   id en tifie d   1 0 %  PC M  as  o p tim al;  lo wer   p er ce n tag es  ( 5 %)  o f f er ed   m in im al   im p r o v em e n ts ,   wh ile  h ig h er   p er ce n tag es  ( 1 5 - 2 0 %)  r eq u i r e d   m o r e  h ea t  in p u t.  T h ese  f in d in g s   s u p p o r t  u s in g   PC M  in   h ig h - s o lar - latitu d e  r eg io n s   lik e   I r a q ,   w h er e  it   e x ten d s   o p er atio n   with o u t   lar g er   c o llecto r s .   T h e  r esear ch   p r o v id es  p r ac tical  r ec o m m en d atio n s   f o r   d e p lo y i n g   PC M - ass i s ted   co o lin g   s y s tem s   p o wer ed   b y   r en ewa b le  en e r g y .   Fu tu r e  s tu d ies  co u ld   ex p lo r e  h y b r id   PC M  m ix tu r es  o r   in co r p o r ate  co ld   s to r ag e  to   en h an ce   s y s tem   p er f o r m a n ce   f u r th er .       ACK NO WL E DG M E N T S    W e  s in ce r ely   th an k   th e  C o lleg e  o f   E n g in ee r in g   at  T ik r it  U n iv er s ity   f o r   its   co m p r eh en s iv e  s u p p o r t  i n   co m p letin g   th is   r esear ch .       F UNDING   I NF O R M A T I O N    T h er e  is   n o   f u n d i n g   f o r   th is   s tu d y .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ma k i H aj  Z aid an   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓       ✓     T h am ir   Kh alil I b r ah im       ✓     ✓   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     ✓   Hu s s am   S.  Dh ey ab   ✓     ✓         ✓       ✓   ✓     ✓       C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.