Good plant-growth conditions can be achieved by means of using greenhouses. One of the main issues in greenhouse cultivation is energy savings through the development of high efficient heating and cooling system. GSHPs are one of the recommended systems to cope with this pending need. The aim of this study is to investigate the heating performance of ground source multi-heat pump system installed in a greenhouse under part load conditions. Daily average heating COP of the heat pump unit was very high by at least 7.4, because of relatively large condenser, evaporator, and mass flow rate through ground loop heat exchanger. However, the system COP, overall heating coefficient of the performance of the system with heat pump unit and GLHX, decreased drastically due to relatively large power consumption of circulating pump under part load condition. It is suggested that the technology to enhance the performance of the ground source multi-heat pump system for a greenhouse under part load conditions should be developed.
본 연구는 지열원 물 대 물(water to water)히트 펌프 시스템의 냉방 및 난방 운전시 성능 특성과 경제성 평가에 관한 것이다. 5개의 보어홀당 지중 100m의 깊이로 밀폐 수직형 지중 열교환기(closed-vertical ground source)가 설치된 냉난방 시스템이 적용된 건축물에 대하여 냉난방 운전성능을 평가하였으며, 연간 소비전력을 측정하여 실제 시스템의 경제성을 분석하였다. 또한, 순환수의 입구온도에 따른 시스템의 운전 성능을 분석한 결과 난방시에는 COP가 3.0에서 4.2로 증가한 반면, 냉방시에는 5.0에서 3.7로 감소하였다. 본 실험을 통해서,대상 건축물에 대한 지열 냉난방 시스템의 수명주기비용은 기존 냉난방 시스템(보일러+에어컨)에 비해서 68%까지 절감되었으며, 시스템의 경제성을 고려해 볼 때 기존 건축물에도 지열원 냉난방 시스템을 적용하는 것이 타당하다.
Recently, ground source heat pump (GSHP) systems have attracted much attention, according to the enhanced social demand of renewable energy. GSHP systems can achieve higher coefficient of performance than the conventional air-source heat pump systems by utilizing stable underground temperature. However, the initial cost of GSHP system is higher than that of the conventional systems, especially, in the small-size buildings. Therefore, it is necessary to develop small-size ground heat exchanger with low cost and quick installation. In this study, a unit-type ground heat exchanger was developed and heat exchange rate was calculated by the numerical simulation. As a result, 27.45 W/m of heat exchange rate was acquired in the condition of $0.5m{\times}0.2m{\times}2m$ unit.
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.
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.
The air temperature is gradually increasing owing to global warming, especially in summer, therefore, the performance of an air source heat pump (ASHP) is expected to be decreased. Accordingly, the performance gap between the ASHP and ground source heat pump (GSHP) should be increased, however, the quantitative comparison has not been yet investigated. In this study, impact of global warming on the performance of the ASHP and GSHP is investigated based on the climate data for 1930, 1980, and 2030. The coefficient of performance (COP) as well as annual power consumption of the ASHP and GSHP are compared and analyzed. In the case of COP, the COP of GSHP hardly changes over the years owing to the constant ground temperature, while that of ASHP decreases by 3.7% for cooling and increases by 0.71% for heating. In the case of annual power consumption, the cooling and heating power consumption of GSHP increases by 12.69% and decreases by 15.58%, respectively, over the year owing to the changes in heating and cooling loads. As for the ASHP, the cooling and heating power consumption increases by 16.64% and decreases by 17.8%, respectively. For a more accurate comparison, power consumption ratio is introduced and shows that total annual power consumption of the GSHP to ASHP decreased from 68% in 1930 to 65% in 2030. Therefore, as global warming accelerates, the effect of reducing power consumption by using GSHP compared to ASHP is expected to be increasing.
Ground source heat pump(GSHP) systems have been attracted as high-efficient energy-saving technology, but the building clients and designers have hesitated to use GSHP systems which is a expensive initial installation and a uncertain economic feasibility. Therefore In order to reduce the initial cost, many researchers have focused on the energy-pile system using the structure of the building as a heat exchanger. Even though many of experimental studies for energy pile system have been conducted, there was not enough data of a quantitative evaluation with the economic analysis and comprehensive analysis for energy-pile. In this study, the feasibility study for the energy pile system with a barrette pile was conducted by the performance analysis and LCC assessment.
Ground Source Heat Pump (GSHP) systems utilize geothermal energy as a thermal source or sink, for heating, cooling and domestic hot water. It is well known that GSHP is environmentally friendly, and saves energy dramatically. For this reason, many investigative researches have been conducted on commercial and governmental buildings. However, studies on residential GSHP are few, because of the small capacity and cost. In this study, we experimented with the characteristic performance of heating, cooling and seasonal performance factor for a residential GSHP system, which consisted of two 180 m deep u-tube ground heat exchangers, a heat pump and measurement instruments. The installed capacity of the heat pump was 5RT, and the conditioning area was $62.23m^2$. From the experimental results, the cooling COP of the heat pump was 4.13, and the system COP was 3.51, while the CSPF was 3.32. On the other hand, the heating COP of the heat pump was 3.87, and the system COP was 3.39, while the HSPF was 3.39. Also, in-situ cooling COP and capacity were 93.7% and 96.4% compared with the EWT certification data, respectively, and that of heating were 98.3% and 95.7%, respectively.
Ground heat pump systems utilize the annually stable underground temperature to supply heat for space heating and cooling. The underground temperature affects not only the underground ecosystem, but also the performance of these systems. However, in spite of the widespread use of these systems, there have been few researches on the effect of the systems on underground temperature. In this research, case studies with numerical simulation have been conducted, in order to estimate the effect of ground heat pump systems on underground temperature. The simulation was coupled with the ground water-ground heat transfer model and the ground surface heat transfer model. In the result, it was found that the underground change depends on the heat transfer from the ground surface, the heat exchange rate, and the heat conductivity of soil.
지열원 히트펌프 시스템은 난방과 냉방부분에서 두드러진 관심을 보이고 있다. 국내에 설치된 지열원 히트펌프 시스템의 대부분은 수직형 방식으로 연구대상 또한 수직형이 주류이다. 본 연구에서는 수평형 지열원 시스템을 시설하우스에 설치하여 성능을 조사하였다. 연구결과, 히트펌프만 고려한 난방성능계수는 3.64이고 지열순환펌프를 포함한 성능계수는 3.31로 나타났다. 응축기 제거열에 대한 순환펌프의 동력은 28.0 W/kW이고, 열교환기길이는 53.3m/kW였다. 지중으로부터의 평균채열량은 14.58 W/m이고, 응축열에 대한 열교환기가 매립된 트렌치길이는 27.7m/kW였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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