Performance evaluation of a horizontal ground source heat pump system

Abstract

The heat pumps are generally applications of vapor compression refrigeration systems where the rejected heat from the cycle is used as a heat supply and the added heat is taken from a colder source. Optimum performance is achieved by minimizing the amount of work required for a specified amount of heat delivered to the higher temperature region. Ground source heat pumps (GSHPs), also known as geothermal heat pumps (GHPs) are usually used for heating or cooling of commercial and residential buildings. In general, temperature of the soil during the year is almost stable; however, temperature of the soil is greatly affected by the type of soil and moisture content. The aim of this study is to investigate the effects of the parameters such as the burying depth of earth coupled heat exchanger (1 and 2 meter depth) and mass flow rate of the water-ancifreeze solution on the performance of a ground source heat pump (GSHP). The performance evaluation of a GSHP with horizontal heat exchanger used for heating of a test room is presented. The GSHP system is connected to a test room (16.24 m2 floor area) of the Technical Education Faculty in Fırat University, Elazığ (latitude 38.41° N, longitude 39.14° E). The heating load of the test room was 2.5 kW at design conditions. The system was commissioned in October 2002 and long-term performance tests have been conducted. The experimental results were obtained during November to March within the heating season of 2002-2003. the monthly average performance coefficients (COPS) of the system for GHE (1) and GHE (2) were found to be 2.68 and 2.82, respectively.

Özet

Isı pompaları çevrimden atılan ısının kullanıldığı ve bu ısının daha soğuk bir kaynaktan alındığı genellikle buhar sıkıştırmalı bir soğutma uygulamasıdır. Optimum performans, daha yüksek sıcaklıktaki bir bölgeye belirli miktardaki ısıyı atmak için gerekli işin minimuma indirilmesi ile elde edilmektedir. Jeotermal ısı pompaları olarak da bilinen toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP) daha çok ticari binalar ve konutların ısıtılması veya soğutulması için kullanılmaktadır. Toprak sıcaklığı genellikle yıl boyunca kararlı olmakla birlikte büyük oranda toprak cinsine ve nem içeriğine bağlı olarak değişmektedir. Bu çalışmada, toprak ısı değiştiricisinin (TID) derinliği (1 ve 2 m) ile su-antifıriz karışımının debisinin TKIP sisteminin performansı üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Yatay TID'lı TKIP sistemi ısıtma amaçlı olarak bir test odasında kurulmuştur. Test odası (16.24 m2 taban alanlı), Elazığ (enlem 38.41° K, boylam 39.14° D) Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesindedir. Odanın ısıtma yükü 2.55 kW olarak hesaplanmıştır. Isıtma sistemi 2002 yılı Ekim ayında kurulmuş ve uzun süreli performans değerlendirmesi yapılmıştır. Bu çalışmadaki deneysel sonuçlar, 2002-2003 ısıtma sezonunun Kasım-Mart ayları arasında elde edilmiştir. Sistemin aylık ortalama performans (COPS) değeri sırasıyla TID (1) ve TID (2) için 2.68 ve 2.82 olarak hesaplanmıştır.