A vertical closed loop ground source heat pump (GSHP) is used to produce heat from the low-grade energy source such as the outside air and ground source. It is known that a heat pump system type has better efficiency comparing to the electric heating system. This study only demonstrates that the vertical closed loop GSHP system is a feasible choice for space cooling of air conditioning. The coefficient of performance (COP) is the ratio of heat output to work supplied to the system in the form of electricity. For the vertical closed loop GSHP system in a cooling mode, the COP is the most commonly used way for judging the efficiency. For the purpose of this experiment, vertical closed loop GSHP system was installed in the laboratory and the experiment was executed. As a result, an average COP of vertical-closed loop GSHP system was 3.62 when the outside average temperature was $33^{\circ}C$.
The regulator problem can be considered as some impulsive disturbance rejection one. In this point of view, the rate of decay is one of important factors for regulation and depends on how negative the real parts of the eigenvalues of closed-loop system. The algorithm that the closed-loop system has eigenvalues lying within a vertical. strip is useful for rapid disturbance rejection. This paper presents a design method for a linear quadratic regulator of two-time scale system with eigenvalues in a vertical strip by use of time-scale separation property.
This paper presents a series of numerical simulations on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) equipped in a geothermal heat pump system (GHP). A 3-D finite volume analysis (Fluent) was used to simulate the operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger by considering the effect of the thickness of HDPE pipe and grout thermal properties, distance between the inflow and outflow pipes, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system. It was observed that the thermal interference between the two strands of U-loop is of importance in determining the efficiency of the ground heat exchanger, and thus it is highly recommendable to modify the cross section configuration of the conventional U-loop system by including a thermally insulating latice between the two strands.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.5
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pp.43-50
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2018
The temperature of underground water generally remains constant regardless of the season. therefore, it is possible to get plenty of energy if we use characteristics of underground water for both cooling and heating. This study evaluates efficiency of real size coaxial and U-tube type complex geothermal system which is combined with underground water well. This study also evaluates relative efficiency/adaptability through comparison with existing geothermal systems(vertical closed loop system, open loop system(SCW)). The heat exchange capacity of complex geothermal system according to temperature difference between circulating water and underground water shows very high significance by increasing proportionally. The temperature change of underground water according to injection energy, shows very high linear growth aspect as injection thermal volume heightens. As a result of evaluation of heat exchange volume between complex geothermal system and comparative geothermal system, coaxial type has 26.1 times greater efficiency than comparative vertical closed type and 2.8 times greater efficiency than SCW type. U-tube type has 26.5 tims greater efficiency than comparative vertical closed type and 2.8 times greater than SCW type as well. This means complex geothermal system has extremely outstanding performance.
Kim, Min-Ji;Do, Sung-Lok;Choi, Jong-Min;Lee, Kwang Ho
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.11
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pp.81-87
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2018
Among various types of geothermal heat pump systems, Vertical Closed-Loop Geothermal Heat Pump (VGSHP) has received increasing attention due to a variety of advantages such as the potential to be installed in a relatively small space and improved energy efficiency. In this research, the performance of VGSHP system coupled with heat storage tank was evaluated, by analyzing operational behavior of heat storage tank, the variations of heat pump energy performance due to the connection with heat storage tank, part load ratios characteristics of heat pump and the corresponding energy cost, compared to chiller and boiler based conventional system. The results of this study showed that the VGSHP system coupled with heat storage tank showed an energy saving effect of about 18% for cooling and about 73% for heating, and annual heating/cooling energy cost reduction of 43,000,000 KRW ($ 39,000), compared to the conventional air conditioning system. In addition, after considering both energy cost and initial investment cost including equipment, installation and auxiliary device expenses, payback period of approximately 11.8 years was required.
Recently, Vertical-Closed Loop system using geothermal which is the most efficient among the building cooling and heating systems is coming into wide spread due to assistance of domestic policies. However, there is a limitation that a design of ground heat exchanger taking 60% of construction cost is done by GLD and GLHEPRO programs without specific guidelines and consideration on Entering Water Temperature(EWT). For getting an optimal EWT, we analyzed the costs for construction of ground heat exchanger and cooling and heating for 15 years. In the results, reduction of construction costs as the length of ground heat exchanger shortens was much greater than increase of the electrical power consumption as COP gets low. EWT that COP of heat pump can be 3.76 or above was below $31^{\circ}C$ in cooling and was over $5^{\circ}C$ in heating.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.29
no.3
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pp.119-126
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2017
Recently, ground source heat pump systems are being used in buildings for cooling and heating to reduce greenhouse gas and save energy. However, ground source heat pump systems mainly use the vertical closed-loop geothermal system design rather than the open-loop geothermal system design. This is due to a lack of knowledge and few research feasibility studies. In this research, a dynamic thermal analysis numerical simulation based on a standard house model was conducted for an open-loop geothermal system. Based on heating load analysis results, the life cycle costs of a standard house using an open two-well geothermal system were analyzed and compared with a vertical closed-loop geothermal system, and a diesel boiler. As a result, it was found that using an open two-well geothermal system shows economic return on investment after three years.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1638-1646
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2008
This paper presents a series of numerical simulations on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) equipped in a geothermal heat pump system (GHP). A 2-D finite element analysis, ANSYS, was employed to evaluate the temperature distribution on the borehole cross section involving HDPE pipe/grout/soil formation to compare the sectional efficiency between the conventional U-loop and a new latticed HDPE pipe system which is equipped with a thermally insulating latice in order to reduce thermal interference between the inflow and outflow pipes. In addition, a 3-D finite volume analysis (Fluent) was used to simulate the operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger by considering the effect of grout's thermal properties, rate of circulation pump, distance between the inflow and outflow pipes, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system. It was observed that the thermal interference between the two strands of U-loop is of importance in determining the efficiency of the ground heat exchanger, and thus it is highly recommendable to modify the cross section configuration of the conventional U-loop system by including a thermally insulating latice between the two strands.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.385-395
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2009
In this study, a series of numerical analysis has been accomplished on the thermal performance and sectional efficiency of a closed-loop vertical ground heat exchanger (U-loop) in a geothermal heat pump system (GHP) considering the circulating fluid, pipe, grout and soil formation. A finite element analysis program, ABAQUS, was employed to evaluate the temperature distribution on the cross section of the U-loop system involving HDPE pipe/grout/formation and to compare sectional efficiency between the conventional U-loop and a new latticed HDPE pipe system. Especially, the latticed pipe is equipped with a thermal insulation zone in order to reduce thermal interference between the inflow pipe and the outflow pipe. Also, a thermal stress analysis was performed with the aid of ABAQUS. 3-D finite volume analysis program, FLUENT, was adapted to analyze a coupled system between fluid circulation in the pipe and heat transfer and simulate an operating process of the closed-loop vertical ground heat exchanger. In this analysis, the effect of the thermal properties of grout, rate of circulation pump, distance between the inflow pipe and the outflow pipe, and the effectiveness of the latticed HDPE pipe system are taken into account.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.779-781
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2005
In this paper, Firstly, it is shown that the bending mode vibration source of vertical pump system is comparatively large because resonance. Secondly in order to reduce the bending mode vibration of vertical pump, The improvement of some boundary condition have been developed and its effectiveness is investigated as appling it at the vertical pump system pratically.
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