Open loop geothermal heat pumps have great potential where the groundwater resources are sufficient. Performance of open loop geothermal heat pump systems is considered higher than that of ground source heat pumps. Head and power calculation of submersible pumps, heat pump units, and piping are numerically based on regression data. Results shows that the system performance drops as the water level drops, and the lowest flow rates generally achieve the highest system COPs. The highest achievable cooling system COPs become 6.34, 6.12, and 5.95 as the groundwater levels are 5m, 15m, and 25m. The highest heating system COPs also become 4.59, 4.37, and 4.20. Groundwater level and submersible pump selection greatly influence the system performance of open loop geothermal heat pumps. It needs to be analysed during the design process of open loop geothermal heat pump system, possibly with analysis tools that include wide range of pump product data.
The geothermal heat pump system is designed for cooling and heating for three stories building (2,435 $m^2$) includes total 79 heat pumps. Therefore, the monitoring system is installed for each floor and the data is automatically transmitted to the monitoring system. Heat exchange rate and temperature of a geothermal heat pump system have been monitored for a long period. The seasonal operation of geothermal heat pump shows the different shape of heat exchange rate for cooling and heating. Ground water flow can influence on heat exchange rate and thermal storage of the system. In order to define the hydraulic characteristics and groundwater temperature variation, the relationships among air temperatures, groundwater temperatures, water table, and precipitation are analysed.
Alluvium is sedimentary stratum and composed of gravel, sand, silt, clay. Permeability of alluvium is the higher. If alluvium have lots of aquifer, will be of great use heat source and heat sink of heat pump. Alluvium aquifer contain the thermal energy of surrounding ground. Also geothermal heat pump using alluvium aquifer reduce expenses than general geothermal heat pump, because geothermal heat pump using alluvium aquifer make use of single well. In this study geothermal heat pump using alluvium aquifer was installed and tested for a building. The heat pump capacity is 30USRT. Temperature of ground water is in $12{\sim}17^{\circ}C$ annually and the quality of the water is as good as living water. The heat pump cooling COP is 4.4 ~ 4.7. The system cooling COP is 3.25 ~ 3.6. This performance is as good as BHE type ground source heat pump.
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 $33.5^{\circ}C$.
Importance of substitute energy has been increasing due to environmental issues and lack of fossil fuels. In addition, heating cost that occupies from 30 to $40\%$ of the total production cost in Korean protected cultivation needs to be reduced for profitability and global competition. But, studying on substitute energy to solve these problems has not been activated for Korean protected cultivation. Therefore, this study was conducted to develop a geothermal heat pump system for cool ing and heat ing of greenhouses at a lower cost than conventional hot air heater and air conditioner. Fundamental test of heat transfer characteristics in soil was conducted by computer simulation and controlled tests for its verification. Based on the results of the theoretical and empirical investigations, an optimum heat pump system was developed and the performance was evaluated for practical use in a greenhouse at the Pusan Horticultural Experiment Station. The system was compared with a conventional hot air heating system through a cucumber growing test and economic feasibility analysis. Results of the application test of the geothermal heat pump showed that with an initial setting of $15^{\circ}C$ the inside temperature of the greenhouse could be maintained between 15 and $17^{\circ}C$. Results of the cucumber growing test showed that there were no significant differences in average height, leaf length, leaf width, number of nods, leaf area, dry weight and yield between the plots wi th the geothermal heat pump system and a conventional hot air heater. Economic feasibility analysis indicated that the variable cost of the hot air heater could be saved $81.2\%$ using the geothermal heat pump system. It was concluded that the geothermal heat pump system might be a pertinent heating and cooling system for greenhouses because of the low operating cost and the use of environment-friendly geothermal energy.
Geothermal-energy has been getting popular as a natural energy source for green buildings these days. Public building with gross area more than $3000m^2$, planned after March, 2005, should spend about 5% of total building cost for equipment run by natural energy source (e.g. geothermal, solar heat, solar power, etc) according to renewable energy promotion law in Korea. As a result geothermal-energy using heat pump system is emerging as a effective alternative for realistic and economic plan although design guidelines and construction code for the system is in progress and technical data is far from sufficient. The quantitative analysis on the performance of geothermal-energy using heat pump system is insufficient for appropriate design of it. In this paper, cooling performance of geothermal-energy using heat pump system of residential and retail etc. mixed-use building has been analyzed on the basis of temperature comparison between inlet and outlet of heat exchangers of the operating system. Additionally, dry-bulb temperature and relative humidity have been measured and analyzed together as an index of indoor thermal environment.
In this study, comparative analysis of energy performance in Taebaek city, a test area, by applying hydrothermal, geothermal source and hybrid heat pump system to office, school and smart farms with different internal heat loads. The conclusion is as follows. In the load characteristics by use of buildings, it was found that office had a large cooling load compared to heating load, school had a large heating load compared to cooling load, and smart farm had only cooling load year-round. Performance analysis of the heat pump system in office shows that the cooling COP of the hydrothermal source is 5.12% and the heating COP is 3.22% lower based on the geothermal source, the cooling COP of the hybrid is 0.41% higher, and the heating COP is the difference in performance appeared sparsely. The performance analysis of the heat pump system in school showed that the cooling COP of the hydrothermal source was 10.44% and the heating COP 3.22% lower based on the geothermal source, and the performance difference between the hybrid cooling and heating COP was insignificant. Heat pump system performance analysis in smart farm only occurred with cooling load. Based on geothermal sources, the cooling COP of the hydrothermal source was 46% and the cooling COP of the hybrid was 19.65%, respectively.
This study was carried out in order to reduce the installation expense of heating system for greenhouse comparing to geothermal heat pump and develope the coefficient of performance (COP) for a heat pump. For getting plenty of heat flux from geothermal energy. Surface water in river channel was used for getting a lots of geothermal heat by penetrating water through underground soil layer of the river bank that make heat transmission to passing water. The range of water temperature after the process of Ground filtration is 13~18 degrees celsius which is very similar to low heat source of geothermal heat pump system and the plenty amount of heat source from that make the number of geothermal heat exchanging hole and the expense for geothermal heat exchanger construction reduced. Drainage well is also used for returning filtration water to the aquifer that keep the water good recirculation from losing geothermal heat and water resource. For the COP improvement of Heat pump, thermal storage tank with separating insulation plate according to the temperature difference make the COP of Heat pump that is similar to thermal storage tank with diffuser. Developed thermal storage tank make construction expense cheaper than customarily used one's. and that sand filter and oxidation sand (FELOX) are going to be used for improving ground filtration water quality that make heat exchanger efficiency better. All above developed component skill are going to be set on the Ground filtration water source heat pump system and applied for medium, large scale for protected greenhouse in riverside area and on-site experiment is going to do for optimizing the heating system function and overcome the problem happening in the process of on-site application afterward.
Geothermal heat pump system has been spotlighted as an efficient building energy system, because it has great potentials for reducing energy in building air conditioning and reducing $CO_2$ emissions. However, higher initial cost is a barrier to the promotion of its use. Energy-pile and energy-slab are known as low cost ground heat exchangers comparing with conventional ground heat exchangers, because they utilize building structures as ground heat exchangers. This paper presents the daily cooling performance of a geothermal heat pump system with energy-pile and energy-slab. The energy-piles and the energy-slabs are connected to heat pump units in parallel. The cooling capacity of the system was nearly constant due to the stability of the ground heat exchangers. The stability of the energy-pile was a little higher than that of the energy-stab as a heat sink.
The objectives of this study are to analyze the performance of a heat pump system with the various heat source and to carry out economic assessment for the heat pump system. The COP of the river water and ground source heat pump system was 20% higher than that of the air source heat pump system because river water and geothermal provide stable operating temperature compared with air temperature throughout the year. In addition, the economic assessment of a heat pump system using air, river water, and geothermal as a heat source was carried out. The ratio of the life cycle operating cost to the life cycle cost increased with the increase of building capacity. The payback period was found to be less than 3.3 and 4.5 years, respectively when the capacity of the river water and ground source heat pump was larger than 10 RT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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