Performance analysis of a solar-assisted ground source heat pump with a single vertical U-tube ground heat exchanger
Notice bibliographique
Résumé
• SAGSHP operations for optimal cold climate performance are presented. • Realistic building energy and solar loads are coupled with a single U-tube SAGSHP. • Influence of solar collector tilt angle and GHE configurations are investigated. • The highest annual heating COP and energy savings are achieved with 45° tilt angle. • Single U-tube SAGSHP performs better for heating operations but not for cooling. Owing to higher heat loads than cooling loads in cold climates, the performance of ground source heat pumps (GSHPs) can significantly degrade over time, leading to eventual system failure for systems not properly sized or when there is insufficient regeneration. Solar-assisted ground source heat pump (SAGSHP) systems are receiving increasing interest as a means of enhancing heating performance and maintaining ground thermal balance in cold regions. However, a critical gap remains in the literature: no study has comprehensively analyzed configurations of SAGSHP systems to enhance their overall performance considering long-term performance and realistic operating conditions. For this purpose, a comprehensive investigation of the long-term performance of single U-tube and double U-tube ground heat exchangers (GHEs) for solar-assisted ground source heat pump systems (SAGSHPs) was carried out and compared with the conventional GSHP. The effect of collector tilt angles (0–90°) on the performance of the single U-tube SAGSHP was also examined. A finite volume computational fluid dynamic model was developed and coupled with an actual building energy load profile and a solar irradiation profile based on Calgary’s weather conditions using a novel custom-coded thermodynamic model. Results show that the yearly average heating coefficient of performance (COP) increases by a factor of 1.21 and 1.18 for the single U-tube SAGSHP and double U-tube SAGSHP, respectively, when compared with the conventional GSHP. However, the average annual cooling COP reduces by 0.65 for the single U-tube and 0.72 for the double U-tube SAGSHPs. Moreover, considering the effect of tilt angle on the single U-tube SAGSHP, it is possible to improve the cooling COP when the collector tilt angle is 90°, at the expense of lower heating COP. However, the highest heating COP and annual energy savings are achieved with a tilt angle of 45°. This study provides practical insight into SAGSHP performance enhancements in cold climates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».