Investigation of the effective soil thermal conductivity(k) is the first step in designing the ground loop heat exchanger(borehole) of a geothermal heat pump system. Another important factor is the borehole thermal resistance($R_b$). Thermal response tests offer a good method to determine the ground thermal properties for the total heat transport in the ground. This is done by supplying a constant heat power into a borehole heat exchanger. There are two methods to supply a constant heat power. One is to employ the electricity provided by Korea Electric Power Corporation(KEPCO). The other is to use electricity generated by a generator. In this study, the power supply regulation was found to reduce when the electricity generated by the generator was used. This is because the generator evaluated with the power supply characteristically reduces the power supply regulation between an overload and a complex using. But it sometimes occurs a power supply regulation in In-situ thermal response test. In this case getting of k,$R_b$ requires delay times and restored normal state. However, the effect of the delay times and restored normal state on the soil thermal conductivity and borehole thermal resistance is very small. Therefore it is possible to use a generally accepted delay times and restored normal state in the analysis. In this work, it is also shown that an acceptable range of ${\Delta}k$, ${\Delta}R_b$ for normal state and regulation state might be approximately 0.01-0.16W/m k, and -0.004-0.007m K/W, respectively. Thus, restored normal state of power supply regulation is valuable to recommend.
This study is to perform economic analysis of a PVT-GSHP (Photovoltaic Thermal-Ground Source Heat Pump) system compared to the conventional system which consists of a boiler and a chiller. This research has simulated, developed and analyzed four systems for application in a residential and an office building which was based on the hourly EPI (Energy Performance Index, $kWh/m^2yr$). Case 1 includes a boiler and a chiller to meet heating and cooling demands for a house. Case 2 is the same conventional system as Case 1 for a office. Case 3 is simple summation of Case 1 and 2. And Case 4 is utilizing a PVT-GSHP to meet the combined loads of the house and office. The economic evaluation study was based on IEA ECBCS Annex 54 subtasks C economic assessment methods. This study indicated that PVT-GSHP system can save a building's energy up to 53.9%. Also the SPB (Simple Payback) of the PVT-GSHP system with 0%, 50% initial incentive was 14.5, 6.7 year respectively.
Cho, Yong;Park, Jin-Hoon;Kim, Youngjoon;Park, Tae Jin
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.170.2-170.2
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2010
The amount of the heating and cooling energy of water source heat pump using the raw water from the Paldang water intake station is investigated in the study. The Han river water is conveyed in the large-size shallowly buried pipe. Averaged water temperature at the position, 27 km from the Paldang water intake station, is increased by $1.11^{\circ}C$ due to the geothermal energy transfer under the ground, therefore the raw water has more thermal energy than the river water. To estimate of the thermal energy for the raw water, it is assumed that the water source heat pump is used for the heating and cooling ventilation. When $5.0^{\circ}C$ temperature difference energy of the raw water is used in the heat pump system all the year except for the January and February in which $3.0^{\circ}C$ temperature difference energy is used. It is predicted that total 5,766.3 Tcal could be used in the metropolitan area a year, which is about 3.0% of the river water unutilized energy resources.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.1
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pp.28-36
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2013
The aim of this study is to evaluate the performance of the GHP system with 45 cast-in-place energy piles(CEP) for a commercial building. In order to demonstrate the feasibility of a sustainable performance of the system, transient simulations were conducted over 1-year and 20-year periods, respectively. The 1-year simulation results showed that the maximum and minimum temperatures of brine returning from the CEPs were $23.91^{\circ}C$ and $6.66^{\circ}C$, which were in a range of design target temperatures. In addition, after 20 years' operation, these returning temperatures decreased to $21.24^{\circ}C$ and $3.68^{\circ}C$, and finally reached to stable state. Annual average extraction heat of cast-in-place energy piles was 94.3 MWh and injection heat was 65.7 MWh from the 20 years of simulation results. Finally, it is expected this GHP system can operate with average heating SPF of more than 3.45 for long-term.
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.
Park, Byeong-Hak;Joun, Won-Tak;Lee, Bo-Hyun;Lee, Kang-Kun
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.20
no.4
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pp.41-50
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2015
Open-loop groundwater heat pump (GWHP) system generally has benefits such as a higher coefficient of performance (COP), lower initial cost, and flexible system size. The hydrogeological conditions in Korea have the potential to facilitate the use of the GWHP system because a large number of monitoring wells show stable groundwater temperatures, shallow water levels, and high well yields. However, few studies have been performed in Korea regarding the GWHP system and the most studies among them dealt with Standing Column Well (SCW). Because the properties of the aquifer have an influence on designing open-loop systems, it is necessary to perform studies on various hydrogeological settings. In this study, the hydrogeological and thermal properties were estimated through various tests in the riverside alluvial layer where a GWHP system was installed. Under different groundwater flow velocities and pumping and injection rates, a sensitivity analysis was performed to evaluate the effect of such properties on the design of open-loop systems. The results showed that hydraulic conductivity and thermal dispersivity of the aquifer are the most sensitive parameters in terms of performance and environmental aspects, and sensitivities of the properties depend on conditions.
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%.
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 growing market for geothermal heat pump system requires great consideration of quality control and assurance in design and construction. The borehole heat exchanger of GHP system should be sustainable, economical and ecological. Thermal Response Test (TRT) is a useful method for site investigation to obtain reliable data for a optimal system design from the technical and economical aspect. Intensive researches combined with exchange of experiences on an international level within the IEA ECES Annex 21 improved the technology. Major subjects on the interpretation of TRT are development of improved evaluation models, evaluation of the TRT with respect to geological layers and investigation of the influence of ground water. Current status of TRT in South Korea, as well as a new version of the Korean TRT standard test procedure was presented. TRT is mostly used for governmental supported projects with corresponds to more than 100 GCHP systems per year. More than 200 tests are applied, mostly on single U-tube heat exchangers (about 95%). Bentonite is the most common grouting to be used. KIGAM (Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources) is also keeping a GIS geological and geothermal database. In the institute also laboratory measurements of rock properties are carried out. About 90% of the laboratory measurements of the rock heat conductivity shows higher values than the in-situ TRT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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