A ground-loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The Size and performance of this heat exchanger is highly dependent on ground thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U-tube configurations on ground effective thermal conductivity. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device with 9-different ground-loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground-loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. Among the various grouting materials, the bentonite-based grout with silica sand shows the largest thermal conductivity value.
The design of a ground-source heat pump system includes specifications for a ground loop heat exchanger where the heat transfer rate depends on the thermal conductivity of the ground. To evaluate this heat transfer property, in-situ thermal response tests on four vertical test boreholes with different grouting materials were conducted by adding a monitored amount of heat to water over various test lengths. By measuring the water temperatures entering and exiting the loop, water flow rate, and heat load, effective thermal conductivity values of the ground were determined. The effect of increasing thermal conductivity of grouting materials from 0.82 to 1.05 W/m$^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective ground thermal conductivity by 25.8% to 69.5%.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.2
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pp.95-102
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2011
A ground loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. A proper design requires certain site specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U tube configurations on ground effective thermal conductivity and borehole thermal resistance. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device to 9 different ground loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. The results of this experiment shows that higher thermal conductivity of grouting materials leads to the increase effective thermal conductivity from 22 to 32%. Also, mounting spacers have increased by 14%.
A ground heat exchanger in a GSHP system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The Size and performance
of this heat exchanger is highly dependent on the thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This paper is part of a research project aiming at constructing a database of these site-specific properties, especially ground effective thermal conductivity. The objective was to develop and evaluation method, and to provide this knowledge to design engineers. To achieve these goals, thermal response tests were conducted using a testing device at nearly 150 locations in Korea. The in-situ thermal response is the temperature development over time when a known heating load imposed, e.g. by circulating a heat carrier fluid through the test exchangers. The line-source model was then applied to the response test data because of its simplicity. From the data analysis, the range of ground effective thermal conductivity at various sites is $1.5{\sim}4.0\;W$/mK. The results also show that the ground effective thermal conductivity varies with grouting materials as well as regional geological conditions and groundwater flow.
A ground-loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The size and performance of this heat exchanger is highly dependent on ground thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U-tube configurations on ground effective thermal conductivity. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device with 9-different ground-loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground-loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. Among the various grouting materials, the bentonite-based grout with silica sand shows the largest thermal conductivity value.
A simple transient simulation of ground source heat pump system was carried out to investigate the effects of ground thermal conductivity on its performance. The TRNSYS code with a simple water to water heat pump model was used to compare the COP variation of the system. A new ground heat exchanger called by semi-closed loop was proposed and constructed in the real site. The effective thermal conductivity was measured using the test equipment developed by according to the line source model. The simulation results showed that highly efficient thermal conductivity of the grout material could increase the performance of the heat pump system very well. And the new ground heat exchanger showed the increased effective thermal conductivity as the penetration water flow rate(PWFR) was increased. Therefore, the performance improvement of the heat pump system using the proposed ground heat exchanger can be expected.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.19
no.7
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pp.512-520
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2007
The design of a ground-source heat pump system includes specifications for a ground loop heat exchanger where the heat transfer rate depends on the effective thermal conductivity of the ground and the effective thermal resistance of the borehole. To evaluate these heat transfer properties, in-situ thermal response tests on four vertical test boreholes with different grouting materials were conducted by adding a monitored amount of heat to circulating water. The line-source method is applied to the temperature rise in an in-situ test and extended to also give an estimate of borehole effective thermal resistance. The effect of increasing thermal conductivity of the grouting materials from 0.818 to $1.104W/m^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective thermal conductivity by 15.8 to 56.3% and reductions in effective thermal resistance by 13.0 to 31.1%.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.19
no.5
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pp.580-586
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2008
The prediction of a system coverage is required to install or operate a base station of the differential global positioning system(DGPS). However, the predicted results differ from the measured results when those are analyzed using ITU-R effective ground conductivity values. Thus, in this paper, the coverages of DGPS reference stations are analyzed using the modified effective ground conductivity values. The modified effective ground conductivity is based on the effective ground conductivity of ITU-R and modified to minimize the error between the measured electric fields and the predicted electric fields by using a statistical method. Then, the DGPS system coverages are analyzed by using the modified effective ground conductivity values, and the system stability is verified with a various analysis.
A semi-closed loop ground heat exchanger is proposed and its performance is compared through the measuring the effective thermal conductivity of the ground. In-situ tests based on the line source model are carried out to evaluate the thermal characteristics of each ground heat exchanger which has different penetration water flow rate. The test results show the increasing effective thermal conductivity of ground as the penetration water flow rate(PWFR) is increased. Therefore, the higher thermal performance of the proposed semi-closed ground heat exchanger can be expected.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.20
no.4
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pp.406-412
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2009
In this work, a new method to obtain the effective ground conductivity value in the middle frequency band where the informations of soil characteristics are insufficient was proposed. The proposed method obtained the effective ground conductivity values with the measured field strength from sea reference stations and general attenuation model in the middle frequency band. In addition, the proposed method used statistical method to minimize the error between the measurements and the predictions. Then, the effective ground conductivity in Korea peninsular was obtained by using the proposed method. Finally, it was verified that the effective ground conductivity using the proposed method is useful to predict electric field strength in the middle frequency band.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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