Performance comparison of single and double U-tube borehole heat exchangers in ground source heat pump systems
Notice bibliographique
Résumé
As global energy demand for heating and cooling continues to rise, largely driven by increasing temperatures and reliance on air conditioning, sustainable alternatives such as ground source heat pump (GSHP) systems are critical to reducing dependence on fossil fuels and mitigating grid instability. This study develops a numerical model to evaluate the thermal performance of single and double U-tube borehole heat exchangers (BHEs), namely sBHE and dBHE, integrated with a heat pump. The model examines the impact of borehole depth, mass flow rate of the circulating fluid, and heating and cooling loads of a building on system efficiency. Three different cases of dBHE consistently outperform the base case of a 75-m sBHE with a total mass flow rate of 0.2 kg/s and a constant building demand of 3.52 kW (1 ton) for heating and cooling. These results are obtained under identical soil, grout, pipe and working fluid thermal properties for all cases, including the base case, as well as identical borehole size, U-tube size and shank spacing.In Case 1, a 75-m dBHE with a 50% reduced mass flow rate (0.1 kg/s in total) improves entrance water temperature (EWT) to the heat pump from -0.13°C to 3.22°C in heating mode and from 30.5°C to 25.7°C in cooling mode, while increasing heating coefficient of performance (COP) by 2.8% and cooling COP by 10.9%. In Case 2, when subjected to higher building loads (4.22 kW (1.2 tons) instead of 3.52 kW), a dBHE can still sustain system efficiency for both heating and cooling modes, while increasing heat extraction by 25.2% and heat rejection by 21.6%. In Case 3, a 60-m dBHE can achieve comparable performance to the 75-m sBHE, with a minor 0.6% increase in heating COP and less than a 2% decrease in cooling COP, suggesting that the depth of a dBHE can be reduced by up to 20% without sacrificing performance. These findings highlight the superior efficiency, adaptability, and cost-saving potential of dBHE for GSHP applications, enabling optimized performance across various design constraints.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,001 |
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 tête enseignante, 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 ».