Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.11a
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pp.139-140
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2013
Ground source heat pump systems can achieve the energy saving of building and reduce CO2 emission by utilizing stable ground temperature. However, they have many barriers such as high cost of installation, incompletion of design tool, lack of recognition as heating and cooling systems. In order to solve the problems, the building integrated geothermal system (BIGS) developed by several researches which use building foundation as a heat exchanger. In order to establish the optimum design tool of BIGS with the horizontal heat exchanger, the prediction method of ground heat exchange rate developed with numerical simulation model. In this study, the economic analysis for BIGS was conducted based on simulation results and the optimal design method was suggested. As a result, it was found that the case of 32 A, piping space 0.3 m, piping deep 0.5 m and flow rate 9.52 L/min was the best case as 50.1 W/m2 of heat exchange rate. In this case the initial cost was reduced to 115 million won.
Bae, Sangmu;Jeon, Jae-Young;Kwon, Young Sik;Nam, Yujin
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.16
no.4
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pp.24-30
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2020
Ground source heat pump (GSHP) systems are actively introduced as cooling and heating conditioning systems of buildings due to annual stable performance and easily maintenance. However, ground temperature imbalance is occurred when the GSHP is used for a long period. Therefore, in this study, we proposed the operation method of the system that considered the recovery time of heat source temperature. The entering water temperature (EWT) and heat exchange rate (HER) were comparatively analyzed according to the continuous and intermittent operation. Furthermore, the underground thermal environment was evaluated by numerical analysis model. As the result, the intermittent operation was a maximum of 12.3% higher HER during the heating period than the continuous operation. In addition, the overall ground heat source temperature at the intermittent operation was higher than it at the continuous operation.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09b
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pp.104-112
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2010
The thermal influential factor of energy pile system is investigated by considering the seasonal effect, saturation of ground, and fluid velocity based on the finite volume method. Analysis includes the evaluation of thermal resistance and corresponding heat exchange rate for each case. It is shown that the efficiency of heat exchange rate is more pronounced with higher fluid velocity due to the larger number of circulation for a given period. Through the parametric studies, it is also found that the degrees of saturation a little influenced thermal effect during 8 hours of operational scenario.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2393-2400
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2013
This research presents an experimental study of heat exchange rate of U, W, 2U and coil type ground heat exchangers (GHEs) measured by thermal performance tests (TPTs). The four types of GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit of Incheon International Airport area. Thermal response tests (TRTs) were conducted for U, W and 2U type GHEs to deduce the ground thermal conductivity. Besides, TPTs were also conducted for U, W, 2U and coil type GHEs to evaluate heat exchanger rates under 100-hr continuous and 8-hr intermittent operation conditions for five days. Coil shaped GHE showed about twice higher thermal performance than the others GHEs. Furthermore, intermittent operation condition showed 30~40% higher heat exchange rates than continuous operation condition.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.20
no.2
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pp.11-23
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2024
In order to design a standing column well (SCW) for a sustainable groundwater curtain system for greenhouse heating, we conducted parameter sensitivity tests. These tests simulated the outlet temperature changes of the SCW in a groundwater recirculating greenhouse cultivation system. Our modeling considered ground thermal conductivity and hydrogeological conditions. Specifically, we examined several factors, including SCW length, enhanced thermal conductivity of the ground, and groundwater circulation rate. The simulation results indicated that there was not a significant difference in the heat exchange rate based on the characteristics of enhanced thermal conductivity. However, we anticipate a substantial difference in the case of varying SCW lengths. Therefore, we conclude that the simulation results are primarily influenced by conductive heat exchange values, as the circulating water remains at a constant groundwater level.
Park, Sangwoo;Kim, Byeongyeon;Sung, Chihun;Choi, Hangseok
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.2
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pp.361-375
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2015
An energy pile is one of the novel ground heat exchangers (GHEX's) that is a economical alternative to the conventional closed-loop vertical GHEX. The combined system of both a structural foundation and a GHEX contains a heat exchange pipe inside the pile foundation and allows a working fluid circulating through the pipe, inducing heat exchange with the ground formation. In this paper, a group of energy piles equipped with parallel U-type (5, 8 and 10 pairs) heat exchange pipes was constructed in a test-bed by fabricating in large-diameter cast-in-place concrete piles. In addition, a closed-loop vertical GHEX with 30m depth was constructed nearby to conduct in-situ thermal response tests (TRTs) and to compare with the thermal performance of the cast-in-place energy piles. A series of thermal performance tests was carried out with application of an artificial cooling and heating load to evaluate the heat exchange rate of energy piles. The applicability of cast-in-place energy piles was evaluated by comparing the relative heat exchange efficiency and heat exchange rate with preceding studies. Finally, it is concluded that the cast-in-place energy piles constructed in the test-bed demonstrate effective and stable thermal performance compared with the other types of GHEX.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.10
no.1
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pp.14-19
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2014
This paper presents a preliminary experimental and computational study on the evaluation of thermal performance and initial cost of U, W and coil type ground heat exchangers (GHEs). Heat exchange rate of the individual GHE was evaluated from the thermal resperformance test (TPT) results, and the construction cost was also calculated. For more information, GLD (ground loop design) simulations of various piping size are carried out. From simulation results, the optimized GHE was suggested based on the thermal performance and construction cost as well. Besides, the required borehole length of U and W type GHEs was calculated considering a real construction condition using GLD program.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.8
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pp.427-431
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2013
Ground heat pump systems utilize the annually stable underground temperature to supply heat for space heating and cooling. The underground temperature affects not only the underground ecosystem, but also the performance of these systems. However, in spite of the widespread use of these systems, there have been few researches on the effect of the systems on underground temperature. In this research, case studies with numerical simulation have been conducted, in order to estimate the effect of ground heat pump systems on underground temperature. The simulation was coupled with the ground water-ground heat transfer model and the ground surface heat transfer model. In the result, it was found that the underground change depends on the heat transfer from the ground surface, the heat exchange rate, and the heat conductivity of soil.
To investigate a method for calculation of the heating load for environmental designs of horticultural facilities, measurements of total heating load, infiltration rate, and floor heat flux in a large-scale plastic greenhouse were analyzed comparatively with the calculation results. Effects of ground heat exchange and infiltration loss on the greenhouse heating load were examined. The ranges of the indoor and outdoor temperatures were $13.3{\pm}1.2^{\circ}C$ and $-9.4{\sim}+7.2^{\circ}C$ respectively during the experimental period. It was confirmed that the outdoor temperatures were valid in the range of the design temperatures for the greenhouse heating design in Korea. Average infiltration rate of the experimental greenhouse measured by a gas tracer method was $0.245h^{-1}$. Applying a constant ventilation heat transfer coefficient to the covering area of the greenhouse was found to have a methodological problem in the case of various sizes of greenhouses. Thus, it was considered that the method of using the volume and the infiltration rate of greenhouses was reasonable for the infiltration loss. Floor heat flux measured in the center of the greenhouse tended to increase toward negative slightly according to the differences between indoor and outdoor temperature. By contrast, floor heat flux measured at the side of the greenhouse tended to increase greatly into plus according to the temperature differences. Based on the measured results, a new calculation method for ground heat exchange was developed by adopting the concept of heat loss through the perimeter of greenhouses. The developed method coincided closely with the experimental result. Average transmission heat loss was shown to be directly proportional to the differences between indoor and outdoor temperature, but the average overall heat transfer coefficient tended to decrease. Thus, in calculating the transmission heat loss, the overall heat transfer coefficient must be selected based on design conditions. The overall heat transfer coefficient of the experimental greenhouse averaged $2.73W{\cdot}m^{-2}{\cdot}C^{-1}$, which represents a 60% heat savings rate compared with plastic greenhouses with a single covering. The total heating load included, transmission heat loss of 84.7~95.4%, infiltration loss of 4.4~9.5%, and ground heat exchange of -0.2~+6.3%. The transmission heat loss accounted for larger proportions in groups with low differences between indoor and outdoor temperature, whereas infiltration heat loss played the larger role in groups with high temperature differences. Ground heat exchange could either heighten or lessen the heating load, depending on the difference between indoor and outdoor temperature. Therefore, the selection of a reference temperature difference is important. Since infiltration loss takes on greater importance than ground heat exchange, measures for lessening the infiltration loss are required to conserve energy.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.5
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pp.321-326
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2011
Recently, ground source heat pump (GSHP) systems have been introduced in many modem buildings which use the annually stable characteristic of underground temperature as one of the renewable energy uses. However, all of GSHP systems cannot achieve high level of energy efficiency and energy-saving, because their performance significantly depends on thermal properties of soil, the condition of groundwater, building loads, etc. In this research, the effect of thermal properties of soil on the performance of GSHP systems has been estimated by a numerical simulation which is coupled with ground heat and water transfer model, ground heat exchanger model and surface heat balance model. The thermal conductivity of soil, the type of soil and the velocity of groundwater flow were used as the calculation parameter in the simulation. A numerical model with a ground heat exchanger was used in the calculation and, their effect on the system performance was estimated through the sensitivity analysis with the developed simulation tool. In the result of simulation, it founds that the faster groundwater flow and the higher heat conductivity the ground has, the more heat exchange rate the system in the site can achieve.
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