A ground-loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The size and performance of this heat exchanger is highly dependent on ground thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U-tube configurations on ground effective thermal conductivity. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device with 9-different ground-loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground-loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. Among the various grouting materials, the bentonite-based grout with silica sand shows the largest thermal conductivity value.
Park, Si-Sam;Na, Sang-Min;Park, Jong-Hun;Rhee, Keon-Joong;Kim, Tae-Won;Kim, Sung-Yub
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.588-591
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2009
Ground source heat pump system; GSHPs is close to most practical use for early stage investment cost and energy efficiency in new renewable energies, and currently considered utilizing to the heat and cooling system of a building. Particularly, the case to utilize 'Standing Column well heat source gathering method' in the open standards process to have the excellent capability of gathering geothermal source is increased. But the research for the optimal design technology and the assessment of a pollution level of the ground to utilize a single well for gathering geothermal is insignificant and the design is insufficient. The heating and cooling system and the equipment to utilize a large size residential development to have over 1000 households have not developed yet. Therefore, our company developed 'geothermal hybrid system' which can construct the heat and cooling system using geothermal energy for a large size residential development of over 1000 households and conducted the evaluation of economic feasibility. Moreover we developed automatic equipment for gathering geothermal source and PLC (Programmable logic controller) to have optimal efficiency and FCU (fan coil unit) considering the floors of large size apartments.
Kim, Yu Jin;Lee, Kwang-Seob;Lee, Euy-Joon;Kang, Eun-Chul
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.40
no.2
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pp.1-10
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2020
Korea government published renewable energy obligation policy that public building must be supplied some part of total consumption energy (2019: 27%, 2020: 30%). RETScreen is freely available global energy tool that developed by Canadian National Energy Laboratory to quantify energy saving to compare conventional system. This program can be performed energy modeling, cost analysis, greenhouse gas emission analysis and financial analysis. In this study, GSHP (Ground source heat pump) heating and cooling system were studied for the energy deliverly and ROI (Return On Investment) in an office building. Three cases were studied according to the number of HP (Heat pump) units for the 1,000㎡ office building located in Daejeon. Results indicated that the energy delivery of the case 1 (1 HP unit) covered 57% of the office building heating and cooling energy consumption. The case 2 (2 HP units) covered 87.8% and the case 3 (3 HP units) covered 96.8% of the office building energy consumption. The ROI of the case 1 indicated 7.9 years. While 8.2 years for the case 2 and 9.7 years for the case 3.
The principal intention of this experimental work is to confer upon the exergy study of GSHP associated with horizontal earth heat exchanger for space heating. The exergy analysis recognizes the assessment of the tendency of various energy flows and quantifies the extensive impression of inefficiencies in the system and its components. Consequently, this study intends to provide the enlightenment for well interpretation of exergy concept for GSHP. This GSHP system is composed of heat pump cycle, earth heat exchanger cycle and fan coil cycle. All the required data were measured and recorded when the experimental set up run at steady state and average of the measured data were used for exergy investigation purpose. In this study the rate at which exergy destructed at all the subsystems and system has been estimated using the analytical expression. The overall rational exergetic efficiency of the GSHP system was evaluated for estimating its effectiveness. Hence, we draw the exergy flow diagram by using the various calculated results. The result shows that in the whole system the maximum exergy destruction rate component was compressor and minimum exergy flow component was earth heat exchanger. Consequently, compressor and earth heat exchanger need to be pay more attention.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.4
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pp.83-92
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2016
The Korean government has been making efforts to use renewable energy to reduce the consumption of fossil fuels for the heating system in greenhouses. The number of greenhouses that installed a geothermal heat pump system is 201 EA with the volume of 132.8 ha and 108,467kW from 2010-2014. The geothermal system, called a shallow geothermal system, with the temperature of $10-20^{\circ}C$ has accessories composed of a BHE and heat pump. Moreover, it is necessary to have a wide area to install the BHE and to drill to the depth of 200 m. On the other hand, even though the deep geothermal system needs a high drilling cost to obtain the temperature of $40-150^{\circ}C$, the system has the advantages of the small area required for the BHE and operation without a heat pump. In this study, the temperature of the return water and heat capacity were measured to obtain the geothermal energy efficiently on the condition of the water flow being changed in the BHE. The temperature according to the return water changes through the heat conduction based on the increase of ground temperature up to the underground depth has been calculated to conduct a simulation and is compared with the field experiment test results.
A water-source heat pump system has been developed for cooling and heating of a green house on the waterfront in Jinju. In order to supply a heat source/sink of water in alluvium aquifer to the heat pump system, the riverbank filtration facility (two pumping wells and one recharge well) for water intake and injection has been constructed. To pump and recharge water sufficiently, the geometric design such as depth and diameter for the wells have been completed, and details of the well such as slot size and length of the screen and filter pack size have been designed based on the practical and theoretical design method including D30 technique. For the investigation of the hydrogeological characteristics, step-drawdown test, long-term pumping test, and recovery test have been carried out for two developed pumping wells. Step-drawdown test has been performed on 4 step flowrates of 150, 300, 450, $600m^3$/day for 1 hour, and long-term pumping test on flowrate of $500m^3$/day for 24 hours, and recovery test for 6 hours. Since the underground water filtrated by riverbank is flowing smoothly into the well, the water level goes down slightly for the long-term test. Consequently, the stable pumping flowrate for two pumping well has been predicted at least over $1,647m^3$/day which is larger than the flowrate of $1,000m^3$/day for a 60 RT heat pump system.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.2
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pp.95-102
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2011
A ground loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. A proper design requires certain site specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U tube configurations on ground effective thermal conductivity and borehole thermal resistance. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device to 9 different ground loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. The results of this experiment shows that higher thermal conductivity of grouting materials leads to the increase effective thermal conductivity from 22 to 32%. Also, mounting spacers have increased by 14%.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.3
no.1
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pp.11-16
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2007
The purpose of this study is to use the CFD(Computational Fluid Dynamics) method for the ground source heat pump(GSHP) system with vertical U-tube ground heat exchangers. In order to predict LWT(leaving water temperature) in the length of time, This simulation is used by utilizing FLUENT which is commercial CFD code. It was performed by based on four boreholes in the field. Comparing with the results of CFD and field measurement for LWT, the results of CFD was presented very good agreement with 1.0% average difference.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.13
no.2
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pp.22-29
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2017
This study is performed to performance of the combined system the GSHP (Ground Source Heat Pump) system with the Earth tube system using EnergyPlus program. The Earth tube system using fan is characteristics as supply lower (higher) air temperature than outdoor air temperature in cooling and heating seasons, the GSHP system is characteristics as small indoor air temperature variation range. As the results of Earth tube + GSHP system simulation, GSHP power can be reduced than the GSHP single operation as 17.3% in cooling seasons and 32.5% in heating seasons, the GSHP design capacity can be replaced more small size.
It has become a big matter of concerns that the skill and measures against reduction of energy and cost for heating a protected horticultural greenhouse were prepared. But in these days necessity of cooling a protected horticultural greenhouse is on the rise from partial high value added farm products. In this study, therefore, a horizontal type geothermal heat pump system with 10 RT scale to heat and cool a protected horticultural greenhouse and be considered to be cheaper than a vertical type geothermal heat pump system was installed in greenhouse with area of $240\;m^2$. And cooling performances of this system were analysed. As condenser outlet temperature of heat transfer medium fluid rose from $40^{\circ}C$ to $58^{\circ}C$, power consumption of the heat pump was an upturn from 11.5 kW to 15 kW and high pressure rose from 1,617 kPa to 2,450 kPa. Cooling COP had the trend that the higher the ground temperature at 1.75 m went, the lower the COP went. The COP was 2.7 at ground temperature at 1.75 m depth of $25.5^{\circ}C$ and 2.0 at the temperature of $33.5^{\circ}C$ and the heat extraction rate from the greenhouse were 28.8 kW, 26.5 kW respectively at the same ground temperature range. 8 hours after the heat pump was operated, the temperature of ground at 60 cm and 150 cm depth buried a geothermal heat exchanger rose $14.3^{\circ}C$, $15.3^{\circ}C$ respectively, but the temperature of ground at the same depth not buried rose $2.4^{\circ}C$, $4.3^{\circ}C$ respectively. The temperature of heat transfer medium fluid fell $7.5^{\circ}C$ after the fluid passed through geothermal heat exchanger and the fluid rejected average 46 kW to the 1.5 m depth ground. It analyzed the geothermal heat exchanger rejected average 36.8 W/m of the geothermal heat exchanger. Fan coil units in the greenhouse extracted average 28.2 kW from the greenhouse air and the temperature of heat transfer medium fluid rose $4.2^{\circ}C$after the fluid passing through fan coil units. It was analyzed the accumulation energy of thermal storage thank was 321 MJ in 3 hours and the rejection energy of the tank was 313 MJ in 4 hours.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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