Steel-pipe civil structures, including steel-pipe energy piles and cast-in-place piles (CIPs), utilize steel pipes as their primary reinforcements. These steel pipes facilitate the circulation of a working fluid through their annular crosssection, enabling heat exchange with the surrounding ground formation. In this study, the cooling performance of a ground source heat pump (GSHP) system that incorporated steel-pipe civil structures was investigated to assess their applicability. First of all, the thermal performance test was conducted with steel-pipe CIPs to evaluate the average heat exchange amount. Subsequently, a GSHP system was designed and implemented within an office container, considering the various types of steel-pipe civil structures. During the performance evaluation tests, parameters such as the coefficient of performance (COP) and entering water temperature (EWT) were closely monitored. The outcomes indicated an average COP of 3.74 for the GSHP system and the EWT remained relatively stable throughout the tests. Consequently, the GSPH system demonstrated its capability to consistently provide a sufficient heat source, even during periods of high cooling thermal demand, by utilzing the steel-pipe civil structures.
본 연구는 온실 난방시스템의 연소 체임버에 부착된 연소가스 배출연통에 열회수기를 장착하여 배출가스로부터 열을 회수하는 열회수장치의 성능에 대해 실험·분석하였다. 열회수시스템은 LPG 연소 체임버와 두 개의 열회수기로 구성되어있다. 열회수기-A는 배기가스 연통에 직접 연결되어 있으며 열회수기-B는 열회수기-A에 직렬로 연결되어 있다. 회수되는 열량은 가스의 질량흐름율과 두 측점간의 엔탈피 차이로서 산정하였으며 5가지의 송풍전압별로 각 열회수기의 성능을 검토하였다. 각 열회수기의 공기튜브 다발에 공급된 공기와 튜브 다발에 가로질로 통과하는 연소가스간의 열교환, 열회수기 유·출입부간의 압력감소, 열회수기의 총열회수성능 등으로 온실의 연통을 통해 낭비되는 열을 회수하여 연료 절감 효과를 얻을 수 있는 최적의 열회수장치 설계용 기초자료 확보에 본 연구의 목적이 있다.
Recently, the use of renewable energy has been attracted due to the interest in energy-saving and the reduction of CO2 emission. In order to reduce the energy consumption of the cooling and the heating in the field of the architectural engineering, heat pump systems using renewable energy have been developed and used in various applications. In many researches, integrated heat pump systems are suggested which use solar and geothermal heat as the heat source for cooling and heating. However, it is still difficult to predict the performance of the systems, because the characteristic of heat exchange in each system is complicated and various. In this system, the performance prediction simulation of the heat pump was developed using a dynamic simulation model. This paper describes the summary of the suggested systems and the result of the simulation. The average temperature of the heat source, heating loads and COP were calculated with the cases of different local conditions, different system composition and different operation time by TRNSYS 17.
본 연구에서는 핀-관형 히트파이프와 평행류형 히트파이프 제작하여 시험하였으며 분리형 히트파이프의 작동유체의 충진량은 40~60(% vol.), 풍량은 300~1,400 사이에서 변화시켜가며 온도교환 효율, 열회수량, 공기측 압력강하를 비교하였다. 온도교환 효율은 두 종류의 히트파이프 모든 경우에서 저 풍량에서는 작동유체 충진량이 40(%vol.)일 때가 가장 높았으며 풍량이 증가함에 따라 최대 효율을 가지는 작동유체 충진량이 다름을 알 수 있었고, 환기량이 작을수록 온도교환 효율이 높게 나타났다. 평행류형 히트파이프 60(%vol.)의 실험결과에서 보는 것과 같이 작동 유체를 너무 많이 충진하게 되면 오히려 낮은 온도교환 효율을 보이는데 이는 관벽의 액막이 두터워지면서 열전달 효과를 악화시킨 결과로 최적 충진량이 40~50(%vol.) 사이에 있음을 알 수 있다. 풍량 변화에 따른 공기측 압력강하 비교에서는 증발부 히트파이프가 응축부 히트파이프 보다 크게 계측 되었는데 증발부 표면에 생긴 결로수의 영향으로 생각된다. 평행류형 히트파이프는 핀-관형 히트파이프와 비교하여 냉매 충진량은 48%, 체적은 41%에서 동등이상의 성능을 보였으며, 공기측 압력강하도 37% 정도로 좋은 성능을 나타내었다.
Ground-source (Geothermal) heat pump (GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump (ASHP) systems. However, GSHP systems are not widespread in Japan because of their expensive boring costs. The authors have developed a GSHP system that employs the cast-in-place concrete pile foundations of a building as heat exchangers in order to reduce the initial boring cost. In this system, eight U-tubes are arranged around the surface of a cast-in-place concrete pile foundation. The heat exchange capability of this system, subterranean temperature changes and heat pump performance were investigated in a foil-scale experiment. As a result, the average values for heat rejection were 186${\sim}$201 W/m (for pile, 25 W/m per Pair of tubes) while cooling. The average COP of this system was 4.6 while cooling; rendering this system more effective in energy saving terms than the typical ASHP systems. The initial cost of construction per unit for heat extraction and rejection is ${\yen}$72/W for this system, whereas it is f300/W for existing standard borehole systems.
Understanding the exhaust gas recirculation (EGR) cooler fouling in diesel engine is important factor in the durability characteristic of a EGR system. We develope a test rig and PM feeder using carbon black to examine the effect of fouling on EGR cooler devices those were consisted of flat and shell & tube type. The EGR cooler fouling process is a complex interaction involving heat exchanger shape, boundary condition, constitutes, chemistry and operating mode. As the soot deposited to EGR cooler, these formed a thin deposit layer that was less heat exchange than the fresh status of tube enclosing the exhaust gas, resulting in lower heat exchange effectiveness in both type coolers. But these deposits caused different results in pressure drop, it is increased in flat type, but decreased in Shell & tube type of EGR cooler. A cause was estimated from a change of the flow structure and a decrease of contact area as the EGR cooler fouling.
The most crucial point of reducing building energy is application of high performance envelope. The amount of heat exchange through window is highest in comparison of other envelopes so that heat exchange through window influence directly with building energy consumption. The window energy performance can be define with thermal, leakage and optical performance. In previous study we can confirmed that not only thermal performance but also optical performance are considered, 11% to 15% of building energy consumption can be reduced. Smart window system has potential of energy saving so that many industry field use smart window system including architectural area and these aspect causes smart window market continuous growth year by year. In this study, building energy consumption has been analyzed which consist of smart window that dynamically control optical states. The consideration of standard commercial building model for research, the reference medium size commercial building model of DOE (Department Of Energy, USA) has been used. The building energy simulation result of 4 axis in 8 regions in Korea shows 8% to 22% reduction of building energy consumption by application of smart window system.
Ground-source(Geothermal) heat pump(GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump(ASHP) systems. However, GSHP systems are not widespread because of their expensive installation costs. The authors have developed a GSHP system that employs the cast-in-place concrete pile foundations of a building as heat exchangers in order to reduce the initial cost. In this system, eight U-tubes are arranged around the surface of a cast-in-place concrete pile foundation. The heat exchange capability of this system, subterranean temperature changes and heat pump performance were investigated in a full-scale experiment. As a result, the average values for heat rejection were 186~201 W/m(per pile, 25 W/m per pair of tubes) while cooling. The average COP of this system was 4.6 while cooling; rendering this system more effective in energy saving terms than the typical ASHP systems.
Recently, energy recovery ventilators (ERVs) have been installed for energy saving in many multi-residential buildings in Korea. The performance of the heat exchanger of an ERV is analyzed in this study under specific indoor and outdoor conditions in a test-cell measurement. However, the performance of the heat exchanger varies according to the indoor and outdoor condition. In this study, the performance of energy recovery of the ventilation system was therefore analyzed in actual weather conditions using field measurement. Experiments were conducted under winter conditions in a multi-residential building for 20 days. Based on the measurement results, the characteristics of sensible heat and latent heat exchange rates were analyzed.
In this paper, study on performance analysis of bubble pump on the domestic solar water heater system is presented. Device of this experiment is consisted of bubble pump, solar collector and heat exchanger. At the mean time, this system have attached temperature sensors and pressure sensors at bubble pump. In addition, the flow meter was installed at outlet of heat exchanger. And then result of experimental study, average value of the heat exchange amount in heat exchanger was about 7.9kcal/hr, the maximum value of the heat amount in water tank($0.4m^3$) was 489.7kcal/hr and the maximum value of the mass flow rate in bubble pump was about $0.5{\ell}/min$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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