The objective of this study is to develope ground heat exchanger using PHC pile used to building foundation, and it's element technology. So we made PHC piles into ground heat exchanger and evaluate it's performance. First, we studied PHC pile type, heat exchanger pipe, grouting materials, and present apartment house's foundation condition for PHC ground heat exchanger. As a result we designed BIGS(Building Integrated Geothermal System) prototype. Second, we applied BIGS to apartment houses' utility building in Osan built by Daelim. Third, we monitored heating performance of winter season. 1be result of heating performance was so good to apply to heat & cooling system in building.
The objective of this study is to develope ground heat exchanger using PHC file used to building foundation, and it's element technology. So we construct PHC ground heat exchanger in the apartment house's PHC foundation and evaluate it's performance. First, we study PHC file type, heat exchanger pipe, grouting materials, and present apartment house's foundation condition for PHC ground heat exchanger and design it's proto type. Second according to grouting materials, we estimate construction convenience, and it's performance. Construction convenience side, PB 22 A pipe and sand grouting with moisture was good for PHC ground heat exchanger elements. Experiment result is very superior. Thermal conductivity B, C type(sand, gravel) was respectively 32.4 W/m$^{\circ}C$, 36.5 W/m$^{\circ}C$, D(concrete) Type 27.8 W/m$^{\circ}C$, E(bentonite) Type 19.6 W/m$^{\circ}C$. Thermal interference for 4 day experiment period in 3.8 m was very small. So PHC file is good for using ground heat exchanger.
Ground source heat pump systems (GSHP) can achieve higher performance of the system, by supplying more efficient heat source to the heat pump, than the conventional air-source heat pump system. But building clients and designers have hesitated to use GSHP systems, due to expensive initial cost, and uncertain economic feasibility. In order to reduce the initial cost, many researches have focused on the energy-pile system, using the structure of the building as a heat exchanger. Even though several experimental studies for the energy-pile system have been conducted, there was not enough data of quantitative evaluation with economic analysis and comprehensive analysis for the energy-pile. In this study, a prediction method has been developed for the energy pile system with barrette pile, using the ground heat transfer model and ground heat exchanger model. Moreover, a feasibility study for the energy pile system with barrette pile was conducted, by performance analysis and LCC assessment. As a result, it was found that the heat exchange rate of a barrette pile was 2.55 kW, and the payback period using LCC analysis was 8.8 years.
To purpose of this research is to develop the numerical model for simulating performance of ground heat exchanger with high prediction accuracy. This paper describes the development of a numerical model that simulates the heat transfer between ground and circulation water in ground heat exchanger. Furthermore, we propose the estimating technique of soil properties, such as thermal conductivity, heat capacity and hydraulic conductivity, based on ground investigation. Comparison between experiment and numerical analysis based on the model developed above was conducted under the condition of the experiment in 2004. The result of analysis agreed well with the experimental result.
Ground-source(Geothermal) heat pump(GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump(ASHP) systems. However, GSHP systems are not widespread because of their expensive installation costs. The authors have developed a GSHP system that employs the cast-in-place concrete pile foundations of a building as heat exchangers in order to reduce the initial cost. In this system, eight U-tubes are arranged around the surface of a cast-in-place concrete pile foundation. The heat exchange capability of this system, subterranean temperature changes and heat pump performance were investigated in a full-scale experiment. As a result, the average values for heat rejection were 186~201 W/m(per pile, 25 W/m per pair of tubes) while cooling. The average COP of this system was 4.6 while cooling; rendering this system more effective in energy saving terms than the typical ASHP systems.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제16권4호
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pp.109-116
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2008
Ground temperature restoration characteristics are the crucial factors to evaluate whether a ground source heat pump system can keep long time steady operation. They are mainly dependent on soil thermal properties, layout of pile group, operation/shutoff ratio, cooling/heating load, thermal imbalance ratio and so on. On the one hand, several types of vertical pile foundation heat exchangers are intercompared to determine the most efficient one by performance test and numerical method. On the other hand, according to the layout of pile group of a practical engineering and running conditions of a GSHP system in Shanghai, the temperature distribution during a period of five years is numerically studied. The numerical results are analyzed and are used to provide some guidance for the design of large-scale GSHP system.
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.
In this study, a test bed was constructed in order to evaluate thermal efficiency of the energy pile which carries out combined roles of a structural foundation and of a heat exchanger. The energy pile in this study is designed as a large-diameter drilled shaft equipped with the heat exchange pipes which configures a W-shape and an S-shape. The drilled shaft reached to the depth of 60 m whilst the heat exchange pipes were installed to about 30 m deep from the ground surface. The W-shaped and S-shaped heat exchange pipes were installed in the opposite sections of the same drilled shaft. In-situ thermal response tests were performed for both the shapes of heat exchange pipes. To avoid underestimating the thermal performance due to hydration heat of concrete inside the drilled shaft, the in-situ thermal response tests for the energy pile were performed after four weeks since the installation of the energy pile.
에너지파일이란 새로운 형식의 지중열교환기로서, 건물의 기초 구조물인 말뚝 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프 내부로 유체를 순환시켜 지반과 말뚝 매질사이의 열교환을 유도한다. 에너지파일은 기존의 기초 구조물을 활용하여, 구조물의 지지 기능과 지중열교환기로서의 기능을 동시에 수행하는 에너지 구조체이다. 본 연구에서는 에너지파일의 실증연구를 위하여 총 6가지 형태의 열교환 파이프가 삽입된 실규모 현장타설 에너지파일을 시험 시공하였다. 열교환 파이프의 형태는 다양한 형태별 성능 및 시공성 비교를 위해 병렬 U형 3본(5쌍, 8쌍, 10쌍), 코일형 2본(피치간격 200mm와 500mm), S형 1본으로 선정하였다. 총 6가지 형태의 열교환 파이프를 시공하면서 시공 소요시간, 인력 소요, 필요 부대시설, 특이사항 등을 정리하여 각 형태별 시공성을 평가하였다. 또한 시공된 현장타설 에너지파일에 대한 열교환 성능 평가시험을 수행하였다. 열교환 성능 평가시험은 실제 상업 건물의 냉방 부하를 모사하기 위하여 8시간 가동 16시간 휴지의 간헐적 가동을 통하여 수행하였다. 열교환 성능 평가시험 결과를 통하여 각 현장타설 에너지파일의 열교환량을 산정하였으며, 이를 에너지파일 근입 깊이 및 열교환 파이프 길이로 정규화하여 각 형태별 열교환 효율을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 경제성을 분석하기 위하여 각 형태별 에너지파일의 시공비와 에너지파일 단위 길이 당 열교환 성능을 통해 1W/m 당 소요 비용을 산정하였다.
에너지파일은 기존의 수직밀폐형 지중열교환기를 경제적으로 대체할 수 있는 새로운 형태의 지중열교환기이다. 즉, 에너지파일은 건물의 기초 구조물과 지중열교환기의 역할을 동시에 수행하는 에너지 구조체로서, 말뚝 기초 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프를 통해 유체를 순환시켜 지반과의 열교환을 유도한다. 본 연구에서는 병렬 U형(5쌍, 8쌍, 10쌍)의 열교환 파이프를 대구경 현장타설 에너지파일에 삽입하여, 3본의 에너지파일을 실규모로 시공하였다. 또한 현장 열응답 시험(In-situ thermal response tests, TRTs)을 수행하고 시공된 현장타설 에너지파일과의 열교환 효율을 비교하기 위하여 30m 깊이의 수직밀폐형 지중열교환기를 별도로 시공하였다. 병렬 U형 현장타설 에너지파일에 대해서는 냉난방 부하를 인공적으로 주입하는 열교환 성능 평가시험을 수행하여 열교환 성능(heat exchange rate)을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 적용성 평가를 위해 산정된 상대 열교환 효율(relative heat exchange efficiency) 및 열교환 성능을 선행 연구 결과와 비교하였으며, 본 연구에서 시공된 현장타설 에너지파일은 안정적이고 효율적인 열성능을 보이는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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