Heat pumps play a crucial role in achieving the 2050 Net-Zero targets in many countries worldwide. This study addresses this issue by modifying simulation conditions and selecting relevant cases to determine optimal COP conditions using Simulink. By analyzing the efficiency of heat pump heating, utilizing Simulink models provided by MATLAB, and evaluating economic feasibility, we aim to identify the key factors influencing heat pump performance, including the heat source type, refrigerant, heating set temperature, and piping. Our goal is to establish optimal conditions for maximizing the efficiency of these eco-friendly systems while considering economic factors. In this study, it was confirmed that the heat exchanger flow arrangement of the air-source heat pump using R407c was set to cross-flow, and the diameter of the heat exchanger inner tube was set to 0.95 times the existing size, which was found to be optimal for maximizing efficiency. The COP was approximately 4.07 under these conditions.
Kim, Min-Sung;Woo, Joung-Son;Baik, Young-Jin;Jang, Jea-Chul;Kim, Ji-Young;Ra, Ho-Sang
한국태양에너지학회:학술대회논문집
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2012.03a
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pp.534-542
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2012
Vertical closed-loop ground source heat pump systems(GSHP) have been installed widely in Korea since it can extract moderate temperature level of geothermal heat in a small area. As a ground heat exchanger, a vertical closed-loop type with brine circulation is mostly preferred since it is simple and less harmful to ground environment. However, it requires a secondary heat exchange loop between the refrigerant in a heat pump and the brine. By adding a geothermal heat exchanger in the secondary heat exchange loop, circulation pumps should be attached and the temperature difference between refrigerant and ground is increased, which are important parts of performance degradation. In this paper, annual and seasonal performances of direct expansion(DX) geothermal heat pump were estimated mathematically as an alternative of classical indirect geothermal heat pump based on the annual performance evaluation. As a result, DX geothermal heat pump showed 43% higher annual performance than the classical U-tube geothermal heat pump.
Vertical closed-loop ground source heat pump systems(GSHP) have been installed widely in Korea since it can extract moderate temperature level of geothermal heat in a small area. As a ground heat exchanger, a vertical closed -loop type with brine circulation is mostly preferred since it is simple and less harmful to ground environment. However, it requires a secondary heat exchange loop between the refrigerant in a heat pump and the brine. By adding a geothermal heat exchanger in the secondary heat exchange loop, circulation pumps should be attached and the temperature difference between refrigerant and ground is increased, which are important parts of performance degradation. In this paper, annual and seasonal performances of direct expansion(DX) geothermal heat pump were estimated mathematically as an alternative of classical indirect geothermal heat pump based on the annual performance evaluation. As results, DX geothermal heat pump showed 43% higher annual performance than the classical U-tube geothermal heat pump.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.17
no.4
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pp.68-78
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2021
In order to solve the increasing deterioration of the energy shortage problem, ground-source heat pump (GSHP) systems have been widely installed. The control method is a significant component for maintaining the long-term performance and for reducing operation cost of GSHP systems. This paper presents the measurement and analysis results of the cooling performance of a GSHP system using capacity control with outdoor air temperature. For this, we installed monitoring equipments including sensors for measuring temperature, flow rate and power consumption, and then monitored operation parameters from July 9, 2021 to October 2, 2021. From measurement results, we analyze the effect of capacity control with outdoor air temperature on the cooling performance of the system. The average performace factor (PF) of the heat pump was 6.95, while the whole system was 5.54 over the measurement period. Because there was no performance data of the existing GSHP system, it was not possible to directly compare the existing control method and the outdoor air temperature method. However, it is expected that the performance of the entire system will be improved by adjusting the temperature of cold water produced by the heat pump, that is, the temperature of cold water on the load side according to the outside air temperature.
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.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.3
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pp.230-239
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2012
Ground-coupled heat pump (GCHP) systems utilize the immense renewable storage capacity of the ground as a heat source or sink to provide space heating, cooling, and domestic hot water. The main objective of the present study is to investigate the cooling and heating performance of a small scale GCHP system with horizontal ground heat exchanger (HGHE). In order to evaluate the performance, a water-to-air ground-source heat pump unit connected to a test room with a net floor area of 18.4 m2 and a volume of 64.4 m3 in the Korea Institute of Construction Technology ($37^{\circ}39'N$, $126^{\circ}48'E$) was designed and constructed. This GCHP system mainly consisted of slinky-type HGHE with a total length of 400 m, indoor heat pump, and measuring devices. The peak cooling and heating loads of the test room were 5.07 kW and 4.12 kW, respectively. The experimental results were obtained from March 15, 2011 to August 31, 2011 and the performance coefficients of the system were determined from the measured data. The overall seasonal performance factor (SPF) for cooling was 3.31 while the system delivered heating at a daily average performance coefficients of 2.82.
Ground source heat pump systems are used for heating, ventilating and air-conditioning systems in commercial buildings, schools, and factories because of low operating and maintenance costs. These systems use the earth as a heat source in heating mode and a heat sink in cooling mode. Ground heat exchangers are classified by a horizontal type and vertical type according to the installation method. A horizontal type means that a heat exchanger is laid in the trench bored in 1.2 to 1.8 m depth. The solar heat and the rainwater are affected by the performance of heat exchanger and causes mutual influence among heat exchangers. In this study, to evaluate the performance of straight type, slinky type, and spiral type of horizontal ground heat exchangers designed on 1 RT scale, test sections are buried on the earth and experimental apparatus is installed. Therefore the performance of these is estimated.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.8
no.2
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pp.61-69
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2012
Geothermal heat pump(GHP) systems have been shown to be an environmentally-friendly, efficient alternative to traditional cooling and heating systems in both residential and commercial applications. Although some experimental work related to performance evaluation of GHP systems with vertical borehole ground heat exchangers for commercial buildings has been done, relatively little has been reported on the performance simulation of these systems. The aim of this study is to evaluate the cooling and heating performance of the GHP system with 30 borehole ground heat exchangers applied to an commercial building($1,210m^2$) in Seoul. For this purpose, a typical design procedure was involved with a combination of design parameters such as building loads, heat pump capacity, circulating pump, borehole diameter, and ground effective thermal properties, etc. The cooling and heating performance prediction of the system was conducted with different prediction methods and then each result is compared.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.155-157
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2013
Ground source heat pump(GSHP) systems have been attracted as high-efficient energy-saving technology, but the building clients and designers have hesitated to use GSHP systems which is a expensive initial installation and a uncertain economic feasibility. Therefore In order to reduce the initial cost, many researchers have focused on the energy-pile system using the structure of the building as a heat exchanger. Even though many of experimental studies for energy pile system have been conducted, there was not enough data of a quantitative evaluation with the economic analysis and comprehensive analysis for energy-pile. In this study, the feasibility study for the energy pile system with a barrette pile was conducted by the performance analysis and LCC assessment.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.1
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pp.65-74
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2008
In Korea, air source heat pump system is less efficient than conventional heat source facilities, such as ground source, river water, because the air temperature in winter season is so low that COP of air source heat pump system drops below 3.0. Therefore, the study on the application of heat pump heating and cooling systems is crucial for the efficient popularization of heat pump. In this work, we present the dynamic analysis of energy consumption for the large resident building by heat resistance-capacitance method. The system simulation of water storage air source heat pump is additionally performed by changing of sizes and locations of the hospital building. The computed results show that energy cost of water storage air source heat pump is low, so it is more economical than absorption chiller & heater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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