Go, Gyu Hyun;Yoon, Seok;Park, Do Won;Lee, Seung-Rae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2381-2391
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2013
In general, ground's thermal properties, types of heat exchanger, operational method, thermal interference between piles can be considered as key factors which affect the thermal performance of energy pile. This study focused on the effect of these factors on the performance by a numerical model reflecting a real ground condition. Depending on the degree of saturation of ground, pile's heat transfer rate showed a maximum difference of three times, and the thermal resistance of pile made a maximum difference of 8.7%. As for the type of heat exchanger effects on thermal performance, thermal efficiency of 3U type energy pile had a higher value than those of W and U types. The periodic operation (8 hours operation, 16 hours pause) can preserve about 20% of heat efficiency compared to continuous operation, and hence it has an advantage of preventing the thermal accumulation phenomenon. Thermal interference effect in group piles may vary depending on the ground condition because the extent decreases as the ground condition varies from saturated to dry. The optimal separation distance that maintains the decreasing rate of heat efficiency less than 1% was suggested as 3.2D in U type, 3.6D in W type, and 3.7D in 3U type in a general ground condition.
Ground source heat pump systems are used for heating, ventilating and air-conditioning systems in commercial buildings, schools, and factories because of low operating and maintenance costs. These systems use the earth as a heat source in heating mode and a heat sink in cooling mode. Ground heat exchangers are classified by a horizontal type and vertical type according to the installation method. A horizontal type means that a heat exchanger is laid in the trench bored in 1.2 to 1.8 m depth. The solar heat and the rainwater are affected by the performance of heat exchanger and causes mutual influence among heat exchangers. In this study, to evaluate the performance of straight type, slinky type, and spiral type of horizontal ground heat exchangers designed on 1 RT scale, test sections are buried on the earth and experimental apparatus is installed. Therefore the performance of these is estimated.
Kim, Yong-Hwan;Hyun, Myung-Taek;Kang, Eun-Chul;Park, Yong-Jung;Lee, Euy-Joon
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.26
no.4
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pp.1-7
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2006
This study is to develop a model to predict the soil temperature variation in Korea Institute of Energy Research using its thermal properties, such as thermal conductivity and diffusivity. Soil depth temperature variation is very important in the design of a proper Ground Source Heat Pump (GSHP) system. This is because the size of the borehole depends on the soil temperature distribution, and this can decrease GSHP system cost. If the thermal diffusivity and thermal conductivity are known, the soil temperature can be predicted by either the Krarti equation or the Spitler equation. Then a comparison with the Krarti equation and Spitler equation data with the real measured data can be performed. Also, the thermal properties can be reasonably approximated by performing a fit of the Krarti and Spitler equations with measured temperature data. This was done and, as a result, the Krarti equation and Spitler equation predicted values very close to the measured data. Although there is about a $0.5^{\circ}C$ difference between the deep subsurface prediction (16m - 60m), with this equation, were expected to have model this Non-Homogeneous Soil Temperature phenomenon properly. So, it has been shown that a prediction of non-homogeneous soil temperature variation influenced by solar radiation can be achieved with a model.
Sewon, Kim;Sangyeong, Park;Jongmuk, Won;YoungSeok, Kim
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.21
no.4
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pp.31-40
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2022
Recently, the Arctic resource development project, where undeveloped energy resources (oil, natural gas, etc.) are deposited, is actively being promoted for the perspective of diversifying the construction market and developing future energy resources. However, the frozen ground always has problems such as sinking and frost-heaving due to extreme weather. Therefore, it is necessary to analyze the thermal characteristics of the frozen soil to secure the stability of the ground structure. In this study, a series of laboratory tests were performed to evaluated the thermal characteristics of frozen soil samples in the oil sand field in Alberta, Canada. In additon, it was compared with the results of domestic(Gangwond-do) sample performed under the same conditions. As a comparison results of the experiments, it was clarified that the different frozen water content and thermal conductivity characteristics by temperature after completion of freezing could affect the frozen soil behavior.
In performing a series of in-situ thermal response tests, the effective thermal conductivities of six vertical closed-loop ground heat exchangers were experimentally evaluated and compared one another, which were constructed in a test bed in Wonju. To compare thermal efficiency of the ground heat exchangers in field, the six boreholes were constructed with different construction conditions: grouting materials (cement vs. bentonite), different additives (silica sand vs. graphite) and the shape of pipe-sections (general U-loop type vs. 3 pipe-type). From the test results, it can be concluded that cement grouting has a higher effective thermal conductivity than bentonite grouting, and the efficiency of graphite better performs than silica sand as a thermally-enhancing addictive. In addition, a new 3 pipe-type heat exchanger provides less thermal interference between the inlet and outlet pipe than the conventional U-loop type heat exchanger, which results in superior thermal performance. Based on the results from the in-situ thermal response tests, a series of economic analyses have been made to show the applicability of the new addictives and 3 pipe-type heat exchanger.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2393-2400
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2013
This research presents an experimental study of heat exchange rate of U, W, 2U and coil type ground heat exchangers (GHEs) measured by thermal performance tests (TPTs). The four types of GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit of Incheon International Airport area. Thermal response tests (TRTs) were conducted for U, W and 2U type GHEs to deduce the ground thermal conductivity. Besides, TPTs were also conducted for U, W, 2U and coil type GHEs to evaluate heat exchanger rates under 100-hr continuous and 8-hr intermittent operation conditions for five days. Coil shaped GHE showed about twice higher thermal performance than the others GHEs. Furthermore, intermittent operation condition showed 30~40% higher heat exchange rates than continuous operation condition.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.1030-1038
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2010
In order to design and construction of the Antarctic Continental Station at the Terra Nova Bay in the East Antarctic, ground characteristics for soil samples taken from the Antarctic. A series of laboratory tests were performed to investigate the variations of the thermal conductivity, the unfrozen water content according to the temperature change of the soil taken from the Antarctic. The temperature were low down below zero.
Park, Du-Hee;Kim, Kwang-Kyun;Kwak, Dong-Yeop;Chang, Jae-Hoon;Na, Sang-Min
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.26
no.2
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pp.45-54
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2010
The SCW numerical model described in the companion paper was used to carry out a comprehensive parametric study to evaluate the performance of the SCW. The five ground related parameters, which are porosity, hydraulic conductivity, thermal conductivity, specific heat, geothermal gradient, and five SCW design parameters, which are pumping rate, well depth, well diameter, dip tube diameter, bleeding rate, were used in the study. Two types of numerical simulations were performed. The first type was used to perform short-term (24-hour) simulation, while the second type 14 day simulation. The study results indicate that the parameters that have important influence on the performance of SCW were hydraulic conductivity, thermal conductivity, geothermal gradient, pumping rate, and bleeding rate. The thermal conductivity had the most important influence on the performance of the SCW. With the increase in the geothermal gradient, the performance increased in the heat mode, but decreased in the cooling mode. The hydraulic conductivity influenced the performance when the value was larger than $10^{-4}m/s$. The depth of the well increased the performance, but at the cost of increased cost of boring. The bleeding had an important influence on SCW, greatly enhancing the performance at a limited increased cost of operation. Overall, this study showed that various factors had a cumulative influence on the performance of the SCW, and a numerical simulation can be used to accurately predict the performance of the SCW.
Bentonite-based grout has been widely used to seal a borehole constructed for a closed-loop vertical ground heat exchanger in a geothermal heat pump system (GHP) because of its high swelling potential and low hydraulic conductivity. Three types of bentonites were compared one another in terms of viscosity and thermal conductivity in this paper. The viscosity and thermal conductivity of the grouts with bentonite contents of 5%, 10%, 15%, 20% and 25% by weight were examined to take into account a variable water content of bentonite grout depending on field conditions. To evaluate the effect of salinity (i.e., concentration of NaCl : 0.1M, 0.25M, and 0.5M) on swelling potential of the bentonite-based grouts, a series of volume reduction tests were performed. In addition, if the viscosity of bentonite-water mixture is relatively low, particle segregation can occur. To examine the segregation phenomenon, the degree of segregation has been evaluated for the bentonite grouts especially in case of relatively low viscosity. From the experimental results, it is found that (1) the viscosity of the bentonite mixture increased with time and/or with increasing the mixing ratio. However, the thermal conductivity of the bentonite mixture did not increase with time but increased with increasing the mixing ratio; (2) If bentonite grout has a relatively high swelling index, the volume reduction ratio in the saline condition will be low; (3) The additive, such as a silica sand, can settle down on the bottom of the borehole if the bentonite has a very low viscosity. Consequently, the thermal conductivity of the upper portion of the ground heat exchanger will be much smaller than that of the lower portion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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