Ground-Coupled Heat Pump (GCHP) systems are now becoming very popular in both residential and commercial applications because of their great advantages as compared to conventional electrical air conditioning systems. They require less energy for operation, conserving the energy, and the most important reason is that these are environmentally-friendly systems.
Currently, there are four types of heat exchangers introduced to practical application; however, there are no commercial programs that can depict the operating behavior of all the four heat exchangers. Based on an equivalent diameter introduced by Gu and O’Neal (1998), this thesis suggests an equivalent diameter model to estimate the borehole thermal resistance. Moreover, this thesis gives the assessment of other variables in sizing and operating GCHP systems for all types of heat exchangers.
One of the most important problems in evaluating the GCHP systems is optimizing the Life Cycle Cost (LCC) of GCHP systems. Yeung (1996) firstly proposed LCC optimization model to roughly estimate the LCC of GCHP systems with single U-type heat exchangers. However, in this optimization, only single U-type heat exchanger was considered. Moreover, the optimization did not take into account the effect of pipe sizes on the heat pump and neither considered the capacity of the heat pump. In this thesis, a new model of LCC optimization with new improvements was proposed to optimize the LCC of GCHP systems in consideration with the effect of pipe size and capacity of the heat pump for not only single U-type heat exchanger but also for double, triple U type and coil-type heat exchangers.
Ground-Coupled Heat Pump (GCHP) 시스템이 전기를 이용한 기존의 냉난방 시스템에 비교하여 여러가지 장점을 가지고 있어 주택과 상업의 용도의 이용이 크게 늘고 있다. GCHP 시스템은 에너지 소비가 적어 운영 비용이 적을 뿐만 아니라 친환경 에너지라는 큰 장점이 있다.
최근 들어, 4 종류 ( U-type, double U-type, triple U-type, coil-type)의 지중열 교환기가 사용되고 있지만 상용 프로그램들 중 이런 지중열 교환기의 운영 거동을 고려한 프로그램은 없는 실정이다. 본 논문는 보어홀 열저항을 추정하기 위하여 Gu & O`Neal (1998)의 Equivalent diameter method를 기초로 한 Equivalent diameter model을 제안하였다. 또한 본 논문는 4 종류의 지중열 교환기의 크기와 GCHP 시스템 운영에 대한 평가를 하였다.
GCHP 시스템을 평가할 때 가장 중요한 문제는 Life Cycle Cost (LCC) 최적화이다. Yeung (1996)은 U-type 지중열 교환기를 이용한 GCHP 시스템의 LCC를 산출하는 LCC 최적화 모델을 처음으로 제안하였다. 하지만 이 모델은 U-type 지중열 교환기에 제한되어 있고 히트펌프의 순환수 속도와 열용량 효과를 고려하지 못한다. 본 논문에서는 U-type 지중열 교환기를 이용한 GCHP 시스템뿐만 아니라 double U-type, triple U-type, coil-type 지중열 교환기를 이용한 GCHP 시스템에 대하여 히트펌프의 순환수 속도와 열용량 효과를 고려할 수 있는 새로운 LCC 최적화 모델을 개발하였다.