Geothermal heat pump systems use the earth as a heat source in heating mode and a heat sink in cooling mode. These systems can be used for heating or cooling systems in farm facilities such as greenhouses for protected horticulture, cattle sheds, mushroom house and etc. A horizontal type means that a geothermal heat exchanger is laid in the trench buried in 1.2 to 1.8 m depth. Because a horizontal type has advantages of low installation, operation and maintenance costs compared to a vertical type, it is easy to be adopted to agriculture. In this study, to heat and cool farm facilities and obtain basic data for practical application of horizontal geothermal heat pump system in agriculture, a horizontal geothermal heat pump system of 10 RT was installed in greenhouse. Heating and cooling performance of this system was estimated. The horizontal geothermal heat pump used in this study had heating COP of 4.57 at soil temperature of $14^{\circ}C$ with depth of 1.75m and heating COP of 3.75 at soil temperature of $7^{\circ}C$ with the same depth. The cooling COP was 2.7 at ground temperature at 1.75m depth of $25.5^{\circ}C$ and 2.0 at the temperature of $33.5^{\circ}C$.
In order to reduce the energy consumption of the building, much effort is being made. The problems are that excessive solar radiation in summer and the heat loss in winter by the increase of window area. To prevent this problems, government limited the window area ratio or the performance of windows in new buildings. In order to reduce energy consumption of the existing buildings, the window film insulation is spotlight because the window film insulation was simple to installation. This study confirmed the performance of the window film insulation and affect to heating & cooling load of buildings. The impact of the window film insulation coating was confirmed by experiment. And this study confirmed the annual heating & cooling load by simulation. As a results, the surface temperature of coated window was higher than the surface temperature of existing window. The window film insulation was increased surface temperature of window. And this study confirmed that the increased surface temperature was slightly affected the room air temperature through experiment of the insulation box. The results of the heating and cooling load by simulation, this study confirmed that the case of coated window film insulation decreased cooling load in summer and increased heating load in winter. Also the annual total heating & cooling load was increased a little in the case of coated the window film insulation.
Application of geothermal energy in buildings has been gaining popularity as it provides the benefits of both heating and cooling a building. Among the various types of geothermal energy systems, ground-coupled heat pump system is the most commonly applied one in South Korea. A ground heat exchanger plays an important role as a heat source in winter and a heat sink in summer. For the stable operation of a ground-coupled heat pump system, a ground heat exchanger should be sized so that it provides sufficient heating and cooling energy. Heating and cooling energies generated in ground heat exchangers mainly depend on the temperature difference between the heating medium in ground heat exchangers and the surrounding ground. In addition, the performance of ground heat exchangers influences the change in ground temperature. Therefore, it is necessary to consider this interrelation between the change in the ground temperature and the performance of ground heat exchanger for an accurate estimation of its performance. However, previous thermal analysis models for ground heat exchangers are not competent enough to allow a complete understanding of this interrelation. Therefore, this study proposes a three-dimensional equivalent, transient ground heat exchanger analysis model. First, a previous thermal analysis model for ground heat exchangers, including an analytical model, a g-function, and a numerical model are analyzed. Next, to overcome the limitations of the previous models, a three-dimensional equivalent, transient ground heat exchanger model is proposed. Finally, this study validated the proposed model with the measurement data of the thermal response test, sandbox test, and TRNSYS DST model. All validation results showed a good agreement. These findings helped us to investigate the thermal performance of ground heat exchangers more accurately than the analytical models, and faster than the numerical models. Furthermore, the proposed model contributes to the design of ground heat exchangers by considering the different operation conditions of buildings.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.33
no.12
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pp.91-98
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2017
In this study, the effect of window installation position in the residential building with the external insulation was numerically investigated in terms of insulation performance and heating/cooling energy consumption. For different window positions, 2-D heat transfer simulation was conducted to deduce the linear thermal transmittance, which was inputted to the dynamic energy simulation in order to analyze heating/cooling energy consumption. Simulation results showed that the linear thermal transmittance ranges from 0.05 W/mK to 0.7 W/mK, and is reduced as the window is installed near the external finish line. Indoor surface temperature and TDR analysis showed that the condensation risk is the lowest when the window is installed at the middle of the insulation and wall structure. It was also found that the window installation near the external finish can reduce the annual heating/cooling energy consumption by 12~16%, compared with the window installation near the interior finish. Although the window installation near the external finish can achieve the lowest heating/cooling energy consumption, it might lead to increased condensation risks unless additional insulation is applied. Thus, it can be concluded that the window should be installed near the insulation-wall structure junction, in consideration of the overall performance including energy consumption, condensation prevention and constructability.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.13
no.4
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pp.14-20
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2017
Refrigerant having high global warming potentials will be phased out due to environmental protection issues. R410A has been widely used in geothermal heat pump. However, it has a little high GWP by 2088 value. One of the recommended substitute for R410A refrigerant is R452B which having a GWP by 698 value. In this paper, the heating and cooling performance of the water-to-water geothermal heat pump unit with R452B was experimentally investigated. The performance of the heat pump adopting R452B was also compared with the system applying R410A. The heating and cooling capacity of R452B heat pump system showed a slightly lower values within 2% comparing with R410A system. However, the R452B system's coefficient of performance was enhanced by 5.2% and 13.7% at heating and cooling mode, respectively.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.3
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pp.156-163
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2013
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.
Lim, Hee Won;Kim, Dong Yun;Lee, Soo Man;An, Jung Hyuk;Yoon, Jong Ho;Shin, U Cheul
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.30
no.4
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pp.159-166
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2018
The Korean fenestration energy consumption efficiency rating system only considers thermal performance of the heat transfer coefficient (U-value) and airtightness excluding optical characteristics of the solar heat gain coefficient (SHGC). This study analyzed annual heating and cooling energy requirements on the middle floor of apartment by optical and thermal performance of windows to evaluate the suitability of the rating system. One hundred and twenty-eight windows were analyzed using THERM and WINDOW 7.4, and energy simulation for a reference model of an apartment house facing south was performed using TRNSYS 17. The results showed that window performance was the main factor in the heating and cooling load. The heating load of the reference model was 539 kWh to 2,022 kW, and the cooling load was 376 kWh to 1,443 kWh. The coefficient of determination ($R^2$) of the heating and cooling loads driven from the SHGC were 0.7437 and 0.9869, which are more compatible than those from the U-value, 0.0558 and 0.4781. Therefore, it is not reasonable to evaluate the energy performance of windows using only the U-value, and the Korean fenestration energy consumption efficiency rating system requires a new evaluation standard, including SHGC.
The aim of this study was to analysis the Heating/cooling performance of movable insulation system built in apartments. The process of this study is as follows: 1) Test-cells of movable insulation are designed through the investigation of previous paper and work. The type of the movable insulation used in test-cell is low emissivity(5%) insulation, measured for heating season and the thermal effects are analyzed. 2) The simulation program(Design Builder) was used in energy performance analysis. the reference model of simulation was made up to analysis energy performance on movable insulation system. 3) Selected reference model(Floors:15, Area of Unit:115.5$m^2$) for heating/cooling energy analysis, Energy performance simulation with various variants, such as slate angle of movable insulation(5$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 50$^{\circ}$) and position of movable insulation. Consequently, When movable insulation system is equipped with balcony window of Apartment, Annual heating energy of reference model was cut down at the average of 5.4kWh/$m^2$ or 4.6% of heating/cooling energy.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.19
no.5
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pp.372-378
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2007
GHX (Geothermal Heat Exchanger) design which determines the performance and initial cost is the most important factor in ground source heat pump system. Performance of GHX is strongly dependent on the thermal resistance of soil, grout and pipe. In general, GHX design is based on the static simulation program. In this study, dynamic simulation has been peformed to analyze the variation of system performance for various GHX parameters. Line-source theory has been applied to calculate the variation of ground temperature. The averaged weather data measured during a 10-year period $(1991\sim2000)$ in Seoul is used to calculate cooling and heating loads of a building with a floor area of $100m^2$. The simulation results indicate that thermal properties of borehole play significant effect on the overall performance. Change of grout thermal conductivity from 0.4 to $3.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 9.4% and cooling by 17%. Change of soil thermal conductivity from 1.5 to $4.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 13.3% and cooling by 4.4%. Change of GHX(length from 100 to 200 m increases COP of heating by 10.6% and cooling by 10.2%. To study long term performance, dynamic simulation has been conducted for a 20-year period and the result showed that soil temperature decreases by $1^{\circ}C$, heating COP decreases by 2.7% and cooling COP decreases by 1.4%.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.8
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pp.746-756
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2001
An experimental study was conducted to investigated the effect of refrigerant flow control on the performance of a variable-speed heat pump operating in both cooling and heating mode. For this purpose, cooling and heating capacity, EER and refrigerant mass flow rate corresponding to an electronic valve as well as a capillary tube were measured as functions of compressor speed, length of capillary tube (or valve opening of the electronic valve), refrigerant charge, and outdoor temperature. From the comparison of experimental results, it was found that the performance variation due to the electronic valve opening became significant as the operating conditions(outdoor temperature and compressor speed) deviated from the standard condition at which heating capacity and EER were rated for the indicated capillary tube.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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