This study was conducted to monitor microbial species dynamics within the aquifer due to long term operation of geothermal heat pump system. The species were identified by molecular biological methods of 16S rDNA. Groundwater sample was collected from both open (S region) and closed geothermal recovery system (J region) along with the control. J measured and control as well as S measured found Ralstonia pickettii as dominant species at year 2010. In contrast, Rhodoferax ferrireducens was dominantly observed for the control of S. In 2011, Sediminibacterium sp. was universely identified as the dominant species regardless of the monitoring places and type of sample, i.e., measured or control. The difference in the dynamics between the measured and the control was not critically observed, but annual variation was more strikingly found. It reveals that possible environmental changes (e.g. ORP and DO) due to the operation of geothermal heat recovery system in aquifer could be more exceedingly preceded to differentiate annual variation of microbial species rather than positional differences.
Understanding the thermohydraulic processes in the aquifer is necessary for a proper design of the aquifer thermal energy utilization system under given conditions. Experimental and numerical test were accomplished to evaluate the relationship between the geothermal heat exchanger operation and hydrogeological conditions in the open-loop geothermal system. Sand tank experiments were designed to investigate the open-loop geothermal system. Water injection and extract ion system as open-loop borehole heat exchanger was applied to observe the temperature changes in time at injection well, extraction well and ambient groundwater. The thermohydraulic transfer for heat storage was simulated using FEFLOW for two cases of extraction and injection phase operation in sand tank model. As one case, the movement of the thermal plume was simulated with variable locations of injection and extraction well. As another case, the simulation was performed with fixed location of injection and extraction well. The simulation and experimental results showed that the temperature distribution depends highly on the injected water temperature and the length of injection time and the groundwater flow and pumping rate sensitively affect the heat transfer.
Park, Youngyun;Song, Jae-Yong;Lee, Geun-Chun;Kim, Ki-Joon;Mok, Jong-Koo;Park, Yu-Chul
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.22
no.5
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pp.23-29
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2017
This study was conducted to evaluate performance of geothermal heat exchanger (GHE) in the combined well and open-closed loops geothermal (CWG) systems. The CWG systems were designed to combine open loop geothermal heat pumps and closed loop geothermal heat pumps for high energy efficiency. GHE of the CWG systems could be installed at pumping wells for agricultural usage. To get optimal heat exchange capacity of GHE of the CWG systems, 4 GHEs with various materials and apertures were tested at laboratory scale. Polyethylene (PE) and stainless steel (STS) were selected as GHE materials. The maximum heat exchange capacity of GHEs were estimated to be in the range of 33.0~104 kcal/min. The heat exchange capacity of STS GHEs was 2.4~3.2 times higher than that of PE GHE. The optimal cross section area of GHE and flow rate of circulating water of GHE were estimated to be $2,500mm^2$ and 113 L/min, respectively. For more complicated GHE of the CWG systems, it is necessary to evaluate GHEs at various scales.
Kim, Hyoung-Soo;Seo, Min-Woo;Jung, Woo-Sung;Song, Yoon-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.11a
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pp.591-594
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2005
Geothermal energy becomes to be one of the promising energy sources. In this study, technology using water thermal energy from riverbank filtration system(including alluvial and riverbed deposit) is reviewed and checked as an energy resources. The objects of this study are (1) long-term monitoring of alluvial and riverbed sites, (2) preliminary design of cooling and heating system at riverbank filtration facility, and (3) calculation of potential groundwater heat energy, including riverbank filtration system. Measuring data of alluvial and riverbank filtration show slight fluctuations comparing to temperature of atmospheric air which indicates that groundwater obtained from the riverbank filtration system have a sufficient potential as a source of cooling and heating energy.
Kim, Heejung;Lee, Siwon;Park, Junghee;Joun, Won-Tak;Kim, Jaeyeon;Kim, Honghyun;Lee, Kang-Kun
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.4
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pp.550-556
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2016
Groundwater heat pump (GWHP) systems must consider phenomena such as clogging to improve system efficiency and maintenance. In this study, we evaluated the prokaryotic diversity in a boring slime sample obtained at a depth of 10 m, which represented an undisturbed sample not affected by aquifer drawdown. Bacteria belonging to the phyla Proteobacteria (20.8%), Acidobacteria (18.8%), Chloroflexi (16.9%), and Firmicutes (10.2%) were found. Additionally, 144 species were identified as belonging to the genus Koribacter. Archaeal phyla were detected including Thaumarchaeota (42.8%), Crenarchaeota (36.9%), and Euryarchaeota (17.4%) and the class level comprised the miscellaneous Crenarchaeota group (MCG), Finnish forest soil type B (FFSB), and Thermoplasmata, which collectively accounted for approximately 69.4% of the detected Archaea. Operational taxonomic units (OTUs) were analyzed to reveal 3,565 bacterial and 836 archaeal OTUs, with abundances of 7.81 and 6.68, and richnesses of 5.96E-4 and 2.86E-3, respectively. The distribution of the groundwater microbial community in the study area showed a higher proportion of non-classified or unidentified groups compared to typical communities in surface water and air. In addition, 135 (approx. 1.9%) reads were assigned to a bacterial candidate associated with clogging.
Studies of the thermal properties of various rock types obtained from several locations in Korea have revealed significant differences in thermal conductivities in the thermal response test (TRT), which has been applied to the design of a ground-source heat pump system. In the present study, we aimed to compare the thermal conductivities of the samples with those obtained by TRT. The thermal conductivities of soil and rock samples were 1.32W/m-K and 2.88 W/m-K, respectively. In comparison, the measured TRT value for thermal conductivity was 3.13W/m-K, which is 10% higher than that of the rock samples. We consider that this difference may be due to groundwater flow because abundant groundwater is present in the study area and has a hydraulic conductivity of 0.01. It is natural to consider that the object of TRT is to calculate the original thermal conductivity of the ground, following the line source theory. Therefore, we conclude that the TRT applied to a domestic standing column type well is not suitable for a line source theory. To solve these problems, values of thermal conductivity measured directly from samples should be used in the design of ground-source heat pump systems.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1475-1486
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2008
Bentonite-based grouting has been popularly used to seal a borehole installed for a closed-loop vertical ground heat exchanger in a geothermal heat pump system (GHP) because its high swelling potential. However, if the bentonite-based grouting is conducted in coastal areas, the salinity of groundwater changes in the mineral fabric of bentontie. In order words, an increase of cation concentration in groundwater leads to a reduction in the diffuse double-layer thickness in the bentonite mineral structure, and thus the volume of bentointe-based grouts will decrease proportional to the salinity of groundwater. In this paper, the effect of salinity (i.e., NaCl 0.5M, 0.25M, and 0.1M) on the change of swelling potential for bentonite-based grouts has been quantitatively evaluated for seven bentonite grouts from different product sources. In addition, in case of using addictives such as a silica sand to increase the thermal conductivity of bentonite-based grouts, the possibility of particle segregation has been studied considering the viscosity of grouts and salinity of groundwater.
Moon, Jong Pil;Kang, Geum Choon;Kim, Hyung Gweon;Lee, Tae Seok;Oh, Sung Sik;Jin, Byung Ok
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.59
no.6
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pp.127-135
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2017
In this study, a cold well and a warm one with the distance of 100 m were installed in the alluvial aquifer. Groundwater used as the heat and the cold source of heat pump was designed to flow into the warm and the cold well with a diameter of 200 mm. In order to increase the heat and cold storage in aquifer, six auxiliary wells with the diameter of 50 mm and the depth of 30 m were installed at an interval of 5 m from the main well. Also, heat pump 50 RT, the thermal tank $40m^3$, and a remote control and monitoring system were installed in three single-span greenhouses ($2,100m^2$) for growing tomato in Buyeo, Chungcheongnam-do. According to the aquifer heat storage test which had been conducted from Aug. 31 to Sep. 22, 2016, warm water of $850m^3$ was found to flow into warm well. The temperature of the injected water was $30^{\circ}C$ (intake temperature : $15^{\circ}C$), and the heat of 12.8 Gcal was stored. The greenhouse heating test in winter had been conducted from Nov. 21, 2016 to Apr. 30, 2017. On Nov. 21, 2016 when heating greenhouse started, the aquifer temperature of the warm well was $18.5^{\circ}C$. The COP for heating with water source at $18.5^{\circ}C$ was 3.8. The intake water temperature of warm well was gradually lowered to the temperature of $15^{\circ}C$ on Jan. 2, 2017 and the heat pump COP was measured to be 3.2 at that time. As a result, the heat pump COP was improved by 18 %. and retrieval heat was 8 Gcal, the retrieval rate of heat stored in aquifer was estimated at 63 %.
Cement mortar and concrete can be used as grouts but problems regarding shrinkage and the discord of coefficients of thermal expansion between grouts and HDPE pipes has to be solved. Thermal conductivities of wet condition two times larger than those of dry condition, except for pure cement mortar. The addition of sand into the cement grouts greatly increases the thermal conductivity. The addition of bentonite into the cement grouts reduces thermal conductivity thus reducing the density. Bentonite grouting must be used only below the groundwater table since bentonite grouts possesses high shrinkage property in dry condition. The addition of sand prevents the shrinkage of bentonite grouts. Bentonite manufactured in Korea can be used since they possess similar thermal conductivities with imported products. The addition of sand into the bentonite grouts greatly increases the thermal conductivity.
The green house on the waterfront is air-conditioned by a water-source heat pump system with riverbank filtration water. In order to supply riverbank filtration water in alluvium aquifer, the riverbank filtration facility for water intake and recharge, two pumping wells and one recharge well, has been constructed. The research site in Jinju, Korea was chosen as a good site for riverbank filtration water supply by the surface geological survey, electrical resistivity soundings, and borehole surveys. In the results of two boreholes drilling at the site, it was revealed that the groundwater table is about 3 m under the ground, and that the sandy gravel aquifer layer in the thickness of 6.5 m and 3.5 m occurs at 5 m and 7 m in depth below the ground level respectively. To prevent the recharge water from affecting the pumped water which might be used as heat source or sink, the distance between pumping and recharge wells is designed at least 70 m with a quarter of recharged flow rate. It is predicted that the transfer term, the recharge water affects the pumping well, is over 6 months of heating season. Hydrogeological simulation and underground water temperature measurement have been carried out for the pumping and recharge well positions in order to confirm the capability of sustainable green house heating and cooling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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