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.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.15
no.4
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pp.16-23
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2019
Renewable energy systems are essential for the realization of zero energy building (ZEB). Moreover, the integrated system using solar and geothermal energy has been developed for heating, cooling and power of the building. However, there are few studies considering various design factors for system design. In this study, in order to develop the optimal design method for the system, the performance of the system was quantitatively compared and analyzed through dynamic simulation. Moreover, economic analysis was conducted based on the results of system performance. Through the performance and economic analysis results, the optimal design method of the tri-generation system was proposed.
Kim, Yong-Hwan;Hyun, Myung-Taek;Kang, Eun-Chul;Park, Yong-Jung;Lee, Euy-Joon
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.26
no.4
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pp.1-7
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2006
This study is to develop a model to predict the soil temperature variation in Korea Institute of Energy Research using its thermal properties, such as thermal conductivity and diffusivity. Soil depth temperature variation is very important in the design of a proper Ground Source Heat Pump (GSHP) system. This is because the size of the borehole depends on the soil temperature distribution, and this can decrease GSHP system cost. If the thermal diffusivity and thermal conductivity are known, the soil temperature can be predicted by either the Krarti equation or the Spitler equation. Then a comparison with the Krarti equation and Spitler equation data with the real measured data can be performed. Also, the thermal properties can be reasonably approximated by performing a fit of the Krarti and Spitler equations with measured temperature data. This was done and, as a result, the Krarti equation and Spitler equation predicted values very close to the measured data. Although there is about a $0.5^{\circ}C$ difference between the deep subsurface prediction (16m - 60m), with this equation, were expected to have model this Non-Homogeneous Soil Temperature phenomenon properly. So, it has been shown that a prediction of non-homogeneous soil temperature variation influenced by solar radiation can be achieved with a model.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.3
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pp.24-30
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2016
Vertical and standing column well ground heat exchangers have mostly been installed for ground source heat pump systems (GSHP) and thermal response tests (TRT) have been applied to evaluate the thermal characteristics for these heat exchangers. In this paper, the TRT coupled with a line source method was applied to evaluate the thermal characteristics of the horizontal ground heat exchanger (HGHX). Load tests of a HGHX were also performed to examine the daily variations of the ground and fluid temperatures associated with the daily intermittent operation of GSHP. For this test, the straight HGHX (depth 2 m, length 50 m, 8 line) was installed in Ansan city. The results showed that the variations of ground thermal conductivity of HGHX during one year were relatively small with the range of $1.43{\sim}1.64W/m{\cdot}K$, and the maximum and minimum values appeared in December and May, respectively. Load tests with heat injection rate of 6.0 kW for 10 hours per day to HGHX during twelve days were performed in June, September and December, and resulted in a ground initial temperature rise of $4.31^{\circ}C$, $3.14^{\circ}C$, and $1.21^{\circ}C$ during these days, respectively.
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.
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.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.27
no.7
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pp.369-374
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2015
This study analyzed analyzes the energy performance of six houses in Daejeon completed which were built in 2011. Observed The observed houses, which were all designed and constructed inof the same size and structure, are were highly insulated with triple Low-E coating windows; the insulation level of the walls is was $0.13W/m^2K$ and that of the roof is was $0.10W/m^2K$. As electric houses, all of the energy supplied to the houses, including for cooking, is was supplied by electricity. A and 3~4 kWp of photovoltaic system and a 3~5 kW of ground source heat pump (GSHP) were installed in each house tofor providing provide space heating/and cooling and hot water are installed. We constructed a Web-based remote monitoring system in order to understand energy consumption and the dynamic behavior of the energy system. T, and the results of our metering data analysis of 2013 are as follows. First, the annual residential energy consumption is was 4,400 kWh (${\sigma}=1,209$) and GSHP energy consumption is was 5,182 kWh (${\sigma}=1,164$). Second, residential energy consumption ranked highest in average energy usage, with at 45% of the total, followed by heating with at 30%, hot water supply with at 17% and cooling with at 6%. Third, the average energy independence rate is was 51.8%, the GFA (Gross gross floor area) criteria average energy consumption unit is was $48.7kWh/m^2yr$ (${\sigma}=10.1$), and the net energy consumption unit (except the energy yield of the PV systems) is was $24.7kWh/m^2yr$ (${\sigma}=8.8$).
Kim, Hong kyo;Bae, Sangmu;Nam, Yujin;Jeoun, Oun;Oh, Jong Hyun;Lee, Byong Ho
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.30
no.4
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pp.186-194
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2018
A ground-source heat pump system (GSHP) is more energy efficient than other heat-source systems because it uses annual constant underground and water temperatures. Especially, two-well geothermal systems using groundwater as the heat source can achieve higher performance than closed-loop geothermal systems. However, performance of two-well geothermal systems is decreased by occurring overflow according to scale during long-term operations. Therefore, this study presents a two-well pairing geothermal system that controls the groundwater level of a diffusion well. In addition, a two-well pairing geothermal system and an SCW geothermal system were installed, and a comparative analysis of cooling performance depending on system operation under the same load conditions was conducted. The result was that the average heat pump coefficient of performance (COP) of the two-well pairing system was 6.5, and the entire system COP was 4.3.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.6
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pp.337-344
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2010
Good plant-growth conditions can be achieved by means of using greenhouses. One of the main issues in greenhouse cultivation is energy savings through the development of high efficient heating and cooling system. GSHPs are one of the recommended systems to cope with this pending need. The aim of this study is to investigate the heating performance of ground source multi-heat pump system installed in a greenhouse under part load conditions. Daily average heating COP of the heat pump unit was very high by at least 7.4, because of relatively large condenser, evaporator, and mass flow rate through ground loop heat exchanger. However, the system COP, overall heating coefficient of the performance of the system with heat pump unit and GLHX, decreased drastically due to relatively large power consumption of circulating pump under part load condition. It is suggested that the technology to enhance the performance of the ground source multi-heat pump system for a greenhouse under part load conditions should be developed.
For the reasonable use of low grade-shallow geothermal energy by Standing Column Well(SCW) system, the basic requirements are depth-wise increase of earth temperature like $2^{\circ}C$ per every 100m depth, sufficient amount of groundwater production being about 10 to 30% of the design flow rate of GSHP with good water quality and moderate temperature, and non-collapsing of borehole wall during reinjection of circulating water into the SCW. A closed loop type-vertical ground heat exchanger(GHEX) with $100{\sim}150m$ deep can supply geothermal energy of 2 to 3 RT but a SCW with $400{\sim}500m$ deep can provide $30{\sim}40RT$ being equivalent to 10 to 15 numbers of GHEX as well requires smaller space. Being considered as an alternative of vertical GHEX, many numbers of SCW have been widely constructed in whole country without any account for site specific hydrogeologic and geothermal characteristics. When those are designed and constructed under the base of insufficient knowledges of hydrgeothermal properties of the relevant specific site as our current situations, a bad reputation will be created and it will hamper a rational utilization of geothermal energy using SCW in the near future. This paper is prepared for providing a guideline of SCW design comportable to our hydrogeothermal system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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