본 연구에서는 파급효과가 큰 공동주택에서 지열 냉난방 시스템의 경제성을 아파트 분양평형, 운전시간, 냉난방 및 급탕 설치형태별로 구분하여 초기 공사비 증가, 운전비 절감액, 초기 투자비 회수기간등을 산정하였다. 냉난방 및 급탕 운전시간이 많을수록 초기 공사비 증가액에 비해 운전비용 절감액이 커 초기 투자비 회수기간이 단축되었다. 전용면적이 클수록 투자회수 기간이 길었으며 냉난방 및 급탕 설치형태에서는 냉난방을 지열원, 급탕을 폐열회수한 경우가 초기 투자 회수기간이 가장 짧았다. 기존 시스템(패키지 에어콘, LNG 난방 및 급탕)에 비해 냉난방, 급탕을 모두 지열로 이용하는 경우, 냉난방은 지열, 급탕은 폐열을 이용하는 경우, 냉난방은 지열, 급탕은 LNG인 경우에 공사비가 $m^2$당 각각 약 72,000원, 66,900원, 62,300원 정도 증가하였다.
In this research, a heat pump system with a heat source network is suggested which utilizes solar heat and ground heat as heat source for cooling and heating. This paper describes the summary of the suggested system and the results of the annual energy simulation. The heating and cooling loads, the electric consumption and the COP were calculated by TRNSYS 16 and evaluated in the cases of different local conditions and different system compositions. In the results, the superiority of the suggested system has been quantitatively evaluated comparing with the conventional heat pump system using one heat source. Furthermore, it was more significant in cold climate, in which the heating COP was 146% increased compared the air source heat pump system, than it in subtropical climate, 119% increased.
The ground source heat pump (GSHP) system is a kind of the temperature differential energy system using relatively stable underground temperature as heat source of space heating and cooling. This system can achieve higher performance of system than it of conventional air source heat pump systems. However, its superiority of the system performance is different according to installation location or local climate, because the system performance depends on the underground condition which is decided by annual average air temperature. In this study, in order to estimate the feasibility of the ground source heat pump system according to the local climate, numerical simulation was conducted using the ground heat transfer model and the surface heat balance model. The case study was conducted in the condition of Seoul, Daejeon, and Busan, In the result, the heat exchange rate of Busan was 34.33 W/m as the largest in heating season and it of Seoul was 40.61 W/m as the largest in cooling.
The Effluent ground water overflows in deep and broad ground space building. Temperature of effluent ground water is in 12$\sim$18$^{\circ}C$ annually and the quality of that water is as good as living water. Therefore if the flow rate of effluent ground water is sufficient as source of heat pump, that is good heat source and heat sink of heat pump. Effuent ground water contain the thermal energy of surrounding ground. So this is a new application of ground source heat pump. In this study open type and close type heat pump system using effluent ground water was installed and tested for a church building with large and deep ground space. The effluent flow rate of this building is 800$\sim$1000 ton/day. The heat pump capacity is 5RT each. The heat pump system heating COP was 3.0$\sim$3.3 for the open type and 3.3$\sim$3.8 for the close type system. The heat pump system cooling COP is 3.2$\sim$4.5 for the open type and 3.8$\sim$4.2 for close type system. This performance is up to that of BHE type ground source heat pump.
Recently, the use of renewable energy has been increased due to growing concern on the energy-saving at buildings and the reduction of $CO_2$ emission. In the field of architecture, to reduce the energy consumption of heating, cooling and hot water supply, heat pump systems with renewable energy has been developed and used in various applications. However, there have been many of researches on the large-scale commercial heat pump systems, but the research and the field application of a compact heat pump system is rare. Therefore, in order to develop the compact heat pump for the small-scale residential building, this study conducted the performance test and feasibility study for a hybrid heat pump using the heat source of air, solar and ground. In the results of experiments through a trial product, the average COP of cooling mode with ground heat source was 4.75, and it of heating mode was 4.03. Furthermore, the average COP of cooling mode with air heat source was 2.60, and it of heating mode was 2.92. Finally, payback period of the system was calculated as 9.2 years.
Government Geothermal Cooling-Heating Projects has made efforts to reduce GHG(Greenhouse Gas) emissions and to manage cost of greenhouse farm households. This study evaluated the economic benefits of heating load rate of change by comparing Geothermal Cooling-Heating System with the existing system(greenhouse diesel heating) in the Government Geothermal Cooling-Heating Projects. Economic analysis results shows that, 1) When installing the Cooling-Heating system according to the ratio of 70% heating load in policy standards, the geothermal cooling-heating system has economic efficiency with greenhouse type or scale independent because the investment cost is recovered within 7 years. And It was more economic efficiency the ratio of 50% heating load than70% heating load. 2) When installing the Cooling-Heating system according to the glass greenhouse of the ratio of 90% heating load, pay period of investment cost is recovered within 5 years. Therefore it is necessary to apply flexible heating sharing according to greenhouse type or scale.
The purpose of this study is to present the simulation results and an overview of the performance assessment of the Ground-Source Heat Pump(GSHF) system. The calculation was performed for two design factors: the spacing between boreholes and the depth of the vertical ground heat exchangers. And the simulation was carried out using the thermal simulation code TRNSYS with new model of water to water heat pump developed by this study. As a result, it was anticipated that the yearly mean COPs of heat pump for heating and cooling are about 3.7 and 5.8 respectively and the heat pump can supply 100% of heating and cooling load all the year around.
In this study, the performance of the single heat source system and the hybrid system was comparatively analyzed. Case 1 is a ground heat source system, and Case 2 is a water heat source system. Case 3, a hybrid system, reduced the capacity of the ground heat source and applied a water heat source as an auxiliary heat source, and Case 4 was composed of a system that applied a water heat source as an auxiliary heat source to the ground heat source system. As a result of the simulation, in case 3, energy consumption was reduced by up to 2.67% compared to ground sources for cooling. In Case 4, COP was improved by up to 10.02% compared to ground sources during cooling, and EST was calculated to be 2.42℃ lower. During heating, 0.83% was improved compared to the water heat source. At this time, the EST was calculated to be 2.25℃ higher than the water heat source.
In this study,the compact type solar thermal and ground coupled heat pump hybrid system for space heating/cooling and hot water supply has been developed. This hybrid system was installed in Zero Energy Solar House(ZeSH) in KIER for the demonstration. The thermal performance and operational characteristics of this hybrid system were analysed especially. The results are as follows. (1) This hybrid system was designed in order to address the existing disadvantages of solar thermal/ground coupled heat pump system. For this design, all parts except solar collector and ground coupled heat pump were integrated into a single product in a factory. The compact type unit includes two buffer tanks, an expansion tank, pumps, valves, a controller, etc. This system has an advantage of easy installation with simple plumbing work even in narrow space. (2) The thermal charging and discharging time of the buffer tanks and its characteristics by ground coupled heat pump, and heat pump COP according to geo-source temperature and buffer storage temperature have been studied. This system was found to meet well to the heat load without any other auxiliary heating equipment. (3) The operating hours of the ground coupled heat pump as a backup device of solar thermal can be reduced significantly by using solar heat. It was also found that the minimum heating water supply setting temperature and maximum cooling water supply setting temperature make an influence on the heat pump COP. The lower heating water and the higher cooling water temperature, the higher COP. In this respect, the hybrid system's performance can be improved in ZeSH than conventional house.
The purpose of this study is to present the simulation results and an overview of the performance assessment of the Ground-Source Heat Pump(GSHP) system. The calculation was performed for two design factors. the spacing between boreholes and the depth of the vertical ground heat exchangers. And the simulation was carried out using the thermal simulation code TRNSYS with new model o( water to water heat pump developed by this study. As a result, it was anticipated that the yearly mean COPs of heat pump for heating and cooling are about 3.7 and 5.8 respectively and the heat pump can supply 100% of heating and cooling load all the year around.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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