In order to solve the increasing deterioration of the energy shortage problem, ground-source heat pump (GSHP) systems have been widely installed. The control method is a significant component for maintaining the long-term performance and for reducing operation cost of GSHP systems. This paper presents the measurement and analysis results of the cooling performance of a GSHP system using capacity control with outdoor air temperature. For this, we installed monitoring equipments including sensors for measuring temperature, flow rate and power consumption, and then monitored operation parameters from July 9, 2021 to October 2, 2021. From measurement results, we analyze the effect of capacity control with outdoor air temperature on the cooling performance of the system. The average performace factor (PF) of the heat pump was 6.95, while the whole system was 5.54 over the measurement period. Because there was no performance data of the existing GSHP system, it was not possible to directly compare the existing control method and the outdoor air temperature method. However, it is expected that the performance of the entire system will be improved by adjusting the temperature of cold water produced by the heat pump, that is, the temperature of cold water on the load side according to the outside air temperature.
This paper presents the heating performance analysis results of a heat pump system using a dual heat source. In this paper, a dual heat source refers to the ground-coupled heat exchanger using both a surface water heat exchanger (SWHE) and a vertical ground heat exchanger (VGHE). In order to evaluate the system performance, we installed a monitoring system to measure the temperature and power consumption of a heat pump and then collected operation data with 4 different load burdened ratios of the dual heat source heat exchanger. During the whole measurement period, the average heating capacity of a water-to-water heat pump unit was 37.3 kW. In addition, the compressor of the heat pump consumed 9.4 kW of power, while the circulating pump of the dual heat source heat exchanger used 6.7 kW of power. Therefore the average heating coefficient of performance (COP) for the heat pump unit was 4.0, while the entire system including the circulating pump was 2.7. Finally, the parallel use of SWHE and VGHE was beneficial to the system performance; however, further researches are needed to optimize the design data for various load ratios of the dual heat source heat exchanger.
최근 들어 경제적인 에너지 활용을 위하여 지열에너지 필요성이 증대되고 있다. 특히 보편적으로 사용되고 있는 U자형 지중열교환기보다 열교환 면적이 넓어 더 높은 열 교환 효율을 보이는 코일형 지중열교환기의 적용이 확대되고 있다. 본 논문에서는 다양한 피치 간격에 따른 코일형 지중열교환기의 실험적 연구를 수행하였다. $5m{\times}1m{\times}1m$ 크기의 모형 토조 내에 주문진 모래가 균질하게 조성되었으며 열응답 시험이 수행되었다. 코일형 지중열교환기 내를 순환하는 순환수 온도값을 이용하여 선형 열원 이론과 고리-코일 열원 모델을 적용하여 지반의 열전도도를 도출하였다. 또한 모형 토조 내의 코일에서 일정한 거리의 계측 온도값과 이론해를 비교하였으며 고리-코일 열원 모델이 선형 열원 모델과 원통형 열원 모델보다 코일형 지중열교환기가 설치된 지반의 온도값을 보다 정확하게 예측함을 알 수 있다.
본 연구는 제주도에 설치된 제주형 지중열교환기의 열적 특성을 분석하기 위해서 시험 방법 및 평가 방법을 정립하고, 열응답시험 (TRT)을 통하여 다양한 지역에 설치된 지중열교환기의 지중온도와 열적 특성을 분석하였다. 제주도는 화산암반층으로 이루어져 지하수의 유동이 잘 발달되어 있으며, 제주형 지중열교환기는 보어홀을 굴착 한 이후에 지하수 수위로 부터 30 m 까지 지중열교환기를 설치할 수 있다. 지중열교환기는 여러개의 파이프가 보어홀 내부에 삽입되는 구조로 되어있다. 제주형 지중열교환기의 특성을 살펴보기 위해 제주도 관내 4곳 (표선, 제주, 남원, 한림)에 설치된 지중열교환기에 대한 시험을 수행하였다. 분석결과 제주형 지중열교환기의 경우 열교환기에 열량을 투입 후 1 ~ 3시간 안에서 지중 순환수 온도가 안정화 되었으며, 열교환기가 설치된 지역에 따라서 투입열량에 따른 지중 순환수 온도 상승이 다르게 나타났다. 한림의 경우 지중열교환기 용량이 73.4 kW (냉방) / 82.8 kW (난방)로 가장 높게 나타났으며, 제주의 경우 34.1 kW (냉방) / 23.3 kW (난방)로 가장 작게 계산되었다.
Optimization of a rectangular profile annular fin with variable pipe inside radius is presented. This optimum procedure is based on fixed fin height and is made by using variables separation method. The optimum heat loss, corresponding optimum fin length and optimum fin efficiency are presented as a function of pipe inside radius, fin half height, inside fluid convection characteristic number and ambient convection characteristic number. One of results shows that the optimum fin length increases linearly with increase of pipe inside radius for fixed fin height and fin base radius.
Most researches done on heat pumps have been on heat pumps for refrigeration, cooling and heating. There is therefore the need for more research on hot water heat pumps, especially for high temperature. Even though the cascade heat pump cycle has a great potential more efficient hot water generation even at low evaporating temperatures, it has been researched least for this purpose. In this study, the heating performance of a variable speed cascade heat pump was investigated by varying operating conditions. For the same heating capacity values, it was found that increasing the low stage compressor speed was more suitable for enhancing the performance of the system to get a higher temperature.
The aim of this study is to investigate the influence of the secondary fluid flow rate through GLHX on a GSHP system with vertical single U-tube type GLHXs. The COP of a GSHP system with large flow rate was lower than it with small flow rate due to large power consumption of ground loop circulating pump. It is suggested that the heat pump unit with high COP and low flow rate through the GLHX have to be selected in order to enhance the performance of the system and reduce the length of GLHX.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권2호
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pp.131-139
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1999
An experimental study was conducted to investigate the fouling effects of geothermal water scale deposited onto a heating surface upon its forced convection heat transfer characteristics. Scales deposited onto the heating surfaces of heat exchangers seriously reduce the heat transfer perfor-mance and also increase the hydrodynamic drag. Accordingly fouling is an important problem in the design and operation of heat exchangers. The cylinders were settled in tandem with equal dis-tance between neighbouring cylinders and only the test cylinder was heated under the condition of constant heat flux. The Reynolds number was varied from 13000310 through 50003100. It is found that the heat transfer of the in-line tube banks greatly varies with the fouling of geothermal water scale especially its scale height. Further the local and average Nusselt numbers strongly depend upon the cylinder spacing and the Reynolds number.
Energy foundations and other thermo-active ground structure, energy wells, energy-slab, and pavement heating and cooling represent an innovative technology that contributes to environmental protection and provides substantial long-term cost savings and minimized maintenance. This paper focuses on earth-contact concrete elements that are already required for structural reasons, but which simultaneously work as heat exchangers. Pipes, energy slabs, filled with a heat carrier fluid are installed under conventional structural elements, forming the primary circuit of a geothermal energy system. The natural ground temperature is used as a heat source in winter and a heat sink in summer. The geothermal heat pump system with energy-slab represented very high heating and cooling performance due to the stability of EWT from energy slab. However, the performance of it seemed to be affected by the atmospheric air temperature.
Ground source heat pumps(GSHPs) are among the most efficient and comfortable heating and cooling technologies currently available, because they use the earth's natural heat to provide heating, cooling, and often, water heating. And Building Integrated Geothermal System(BIGS) is one of GSHPs which install ground heat exchanger(GHE) in energy pile without borehole to save the investment cost. Therefore, the experiment is to evaluate the heating performance of BIGS in Korea. The experimental results indicate that the average heat pump COP and overall system's COP values are approximately 4.4 and 3.0 in one week. This study shows that the BIGS could be used for heating in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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