The geothermal heat pump system is designed for cooling and heating for three stories building (2,435 $m^2$) includes total 79 heat pumps. Therefore, the monitoring system is installed for each floor and the data is automatically transmitted to the monitoring system. Heat exchange rate and temperature of a geothermal heat pump system have been monitored for a long period. The seasonal operation of geothermal heat pump shows the different shape of heat exchange rate for cooling and heating. Ground water flow can influence on heat exchange rate and thermal storage of the system. In order to define the hydraulic characteristics and groundwater temperature variation, the relationships among air temperatures, groundwater temperatures, water table, and precipitation are analysed.
This paper reports an experimental study on the performance evaluation of air-to-air heat exchanger with rotary type newly developed in this study. Air flow rate is varied from 10 to 120 m3/h. The range of RPM of the porous rotating discs mounted inside the heat exchanger unit is 0 to 50. The temperature of the return air side is set by adjusting heat supply at heater. The material of the porous rotating discs is cooper and its thickness is 1.0 mm. The heat transfer rate increased with the increase in air flow rate. It was found that the heat transfer rate, as the temperature of the return air side was increased, was improved due to higher temperature difference. The heat exchange performance increased with the increase in the temperature of the return air side at the conditions of the same RPM. The sensible heat exchange efficiency was maximum 68 to 76 percent, and enthalpy exchange efficiency 64 to 74 percent.
For efficient use of solar energy in plastic greenhouse, thermal storage system was developed. The system was constructed with the counter-flow type air-water heat exchanger using a thin polyethylene film as a medium of heat exchange parts. Experiments were carried out to investigate the heat exchange rate, optimum water flow rate, overall heat transfer coefficient, and the effectiveness of the counter-flow type air-water heat exchanger with polyethylene film bags. Mathematical model to predict air temperature leaving heat exchanger was developed. The results obtained in the present study are summarized as follows. 1. Heat exchange rate in the counter-flow type air-water heat exchanger with polyethylene film bags was compared to that of polyethylene film. Heat exchange rate was almost identical at air velocity of 0.5m/s on polyethylene film surface. But, heat exchange rate of heat exchanger with polyethylene film bag was $32{\sim}55KJ/m^2$ hr higher than that of polyethylene film at air velocity of 1.0m/s. 2. Considering the formation of uniform water film and the sufficient heat exchange rate of polyethylene film bags, optimum water flow rate in polyethylene film bags was $3.0{\sim}6.0{\ell}/m^2$ min. 3. The overall heat transfer coefficient of polyethylene film bags was found to be $35.0{\sim}130.0KJ/m^2\;hr\;^{\circ}C$ corresponding to the air velocity ranging 0.5 to 4.0 m/s on polyethylene film surface. And the overall heat transfer coefficient showed almost linearly increasing tendency to the variation of air velocity. 4. Mathematical model to predict air temperature leaving the heat exchanger was developed, resulting in a good agreement between the experimental and predicted values. But, the experimental results were a little lower than predicted. 5. Effectiveness of heat exchanger for the experiment was found to be 0.40~0.81 corresponding to the number of transfer units due to the variation of air velocity ranging 0.6 to 1.7 m/s.
The ground source heat pump (GSHP) system has attracted attention, because of its stability of heat production, and the high efficiency of the system. However, there are few studies on the prediction method of the heat exchange rate for a horizontal GSHP system. In this research, in order to predict the performance of a horizontal GSHP system, coupled simulation with a ground heat transfer model and a heat exchanger circulation model was developed, and calculation of heat exchange rate was conducted by the developed tool. In order to optimally design the horizontal GSHP system, the flow rate of circulation water, and the depth and buried spaces of heat exchangers were considered by the case study. As a result, the temperature of circulation water and the heat exchange rate of the system were calculated in each case.
본 연구에서는 현장타설 에너지파일의 열교환 파이프 배치 형태별 열교환율을 전산유체해석 프로그램(FLUENT)을 이용하여 평가하고, 이를 이용하여 에너지파일의 설계법을 제시하였다. 등가열교환율을 산정하기 위해 동일한 현장타설말뚝 제원에 대해 열교환파이프 배치 형태를 W-형(직렬), 복합 U-형(병렬 4쌍), 나선형의 3가지로 고려하였다. 건물측 부하조건은 여름철 냉방운용를 모사하기 위해 순환수의 에너지파일 유입온도, 즉 히트펌프 유출온도(Leaving water temperature, LWT)를 $35^{\circ}C$로 일정하게 유지하여 에너지파일 유출온도, 즉 히트펌프 유입온도(Entering water temperature, EWT) 변화를 관찰하였다. 지반에 최대 가상부하를 적용한 경우(100시간 연속 냉방부하 조건)에는 3가지 열교환기 형태가 유사한 열교환율을 보인 반면, 실제 히트펌프 가동에 의한 건물 냉방운용을 모사하기 위해 간헐적으로 일일 8시간 운용-16시간 정지를 7일간 반복 해석한 경우에는 W-형(직렬연결)과 복합 U-형(병렬 4쌍) 열교환기는 유사한 열교환율을 보이나, 나선형 열교환기는 파이프 루프 상호 간 열간섭으로 인해 복합 U-형 열교환기에 비해 약 86%의 열교환율을 갖는 것으로 평가되었다. 전산유체해석에 의해 계산된 열교환파이프 배치 형태별 에너지파일의 등가열교환율을 에너지파일 설계프로그램(PILESIM2)에 적용하여 다양한 형상의 현장타설 에너지파일에 대한 설계법과 대표적인 설계변수에 대한 설계도표를 제시하였다.
The experimental investigation was carried out to evaluate the performance of air-to-air heat exchanger with rotating porous plates newly developed in this study. The rotating porous plates are mounted with an equal interval of 18 mm inside the heat exchanger where the hot and cold airs enter at opposite ends. When flowing in opposite directions by the separating plate installed in the center of the rotating porous plates, the airs give and receive the heat each other. The material of the porous plate is cooper and its thickness is 1.0 mm. Air flow rate is varied from 10 to 120 m3/h. From the experiment of air-to-air heat exchanger with the rotating porous plates, the heat exchange performance increased with the increase in RPM of the porous rotating discs at the conditions of the same air flow rate. The sensible heat exchange efficiency was maximum 60 to 70 percent, and enthalpy exchange efficiency 50 to 60 percent.
The ground source heat pump (GSHP) system has attracted much of attention, because of its stability of heat production and the high efficiency of the system. Performance of the heat exchanger is dependent on the soil temperature, the ground thermal conductivity, the operation schedule, the pipe placement and the design temperature. However, in spite of the many variables of these systems, there have been few research on the effect of the systems on system performance. In this study, analysis of the heat exchange rate according to soil temperature and grout material was conducted by numerical simulation. Furthermore, the heat distribution around the ground heat exchanger was presented on the different conditions of grout and underground temperature by the simulation.
Exhaust gas of an industrial furnace used at such as metallurgy or ceramic manufacturing usually contains thermal energy with high temperature which can be recycled by heat exchanger. However, when the temperature of the exhaust gas is high such as more than $1,000^{\circ}C$, ordinary metallic heat exchanger cannot fully recover the heat due to the limitation of operating temperature depending on the material property. In the present study, a compact ceramic heat exchanger of cross flow type is introduced and evaluated by heat exchange rate and operating temperature. The ceramic heat exchanger can endure the gas temperature more than $1,300^{\circ}C$, and its volumetric heat exchanging rate exceeds 1 MW/$m^3$. The experimental data is also compared with the previous numerical result which shows reasonable agreement. Meanwhile, the gas leakage rate is measured to be about 3~4%, and heat loss to environmental air is about 23~26% of the fuel energy.
Ground source heat pump system can achieve high efficiency of performance by utilizing annually constant underground temperature to provide heat source for space heating and cooling. Generally, the depth of constant-temperature zone under the ground depends on surface heat flux and soil properties. The deeper the ground heat exchanger is installed, the higher the heat exchange rate can be acquired. However, in order to optimally design the system, it is necessary to consider both the installation cost and the system performance. In this study, performance analysis of ground source heat pump system according to the depth has been conducted through the case study.
Thermal conductivity of rocks is one of the most important parameters in designing a geothermal heat pump system, because heat exchange rate depends primarily on thermal conductivity of rocks. In this paper, the measurement methods of thermal conductivity, thermal conductivity of rocks, and heat exchange rate are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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