<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
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        FONT-SIZE: 9pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: Geneva,Arial,Helvetica,sans-serif; BACKGROUND-COLOR: #ffffff
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<META content="MSHTML 6.00.2900.3354" name=GENERATOR></HEAD>
<BODY id=compText>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>A&nbsp;couple of 
clarifications and my opinions regarding GSHP in hot 
climate.</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>1. "200 well feet 
per ton"</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>The "200 well 
feet per ton" is not a universal rule for sizing ground heat exchanger (GHX). 
According to a veteran of GSHP industry, "200 well feet per ton" was originally 
developed based on calculation/experience for single family house at Stillwater, 
Oklahoma, which has near-balanced heat rejection and extraction loads and thus 
there is no concern of heat built up in long term (in the scale of multi years). 
In addition, the undisturbed ground temperature is around 63F. For other 
buildings in different locations, GHX has to be sized based on both peak and 
cumulative heating and cooling loads, geology information, heat pump 
performance, layout of borehole field, and etc. In addition, long-tern heat 
built-up needs to be&nbsp;accounted for if unbalanced ground heat rejection and 
extraction exists. I'm not sure whether "200 well feet per ton" was used for 
sizing GHX of the GSHP systems in Phoenix mentioned in Dan's earlier e-mail. If 
it was the case,&nbsp;I will not be&nbsp;surprised about the 
failed&nbsp;systems. A simple eQUEST simulation can approve 
this.</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>2. Ground (loop) 
temperature</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>I agree with 
Dan's analysis of heat transfer in the ground and the resulting variation of 
fluid temperature in the GHX. Only one addition: due to the fluctuation of the 
building loads, the ground may be able to "have&nbsp;some rest" to recover from 
the increased/decreased temperature when the loads is reduced from its peak 
(i.e. the surrounding ground temperature of a GHX will go down in the summer 
night, or during summer break if the building is a school). These factors should 
also be accounted for when assessing the feasibility of GSHP and/or sizing the 
GHX. </SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>3.&nbsp;E</SPAN></FONT><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>nergy efficiency of GSHP in hot 
climate</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN class=464521518-12082008>While climate 
zone 1 may be the extreme for GSHP systems, many GSHP systems have 
been&nbsp;working well and energy efficiently in regions with hot summer and 
cold winter, such as Oklahoma City and Dallas. For a properly designed GSHP 
system, the leaving fluid temperature will rarely exceed 90F, but the daytime 
ambient air temperature could be above 90F for couple of months in summer. It 
makes the GSHP system more energy efficient than air-cooled chiller when cooling 
loads are peaked. To further improving energy efficiency of GSHP system in 
cooling mode, following practices are usually taken:</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>&nbsp;&nbsp;&nbsp; - hybrid GHX with supplemental heat 
rejection</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>&nbsp;&nbsp;&nbsp; - decentralize the borehole field 
(to reduce the effect of thermal coupling among boreholes) and the pumping 
system (in lieu of variable speed pumping)</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;-&nbsp;utilize energy recovery 
ventilation</SPAN></FONT></DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008></SPAN></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT color=#0000ff size=2><SPAN 
class=464521518-12082008>Xiaobing</SPAN></FONT></DIV>
<BLOCKQUOTE dir=ltr style="MARGIN-RIGHT: 0px">
  <DIV class=OutlookMessageHeader dir=ltr align=left><FONT face=Tahoma 
  size=2>-----Original Message-----<BR><B>From:</B> 
  bldg-sim-bounces@lists.onebuilding.org 
  [mailto:bldg-sim-bounces@lists.onebuilding.org]<B>On Behalf Of </B>Dan 
  Nall<BR><B>Sent:</B> Saturday, August 09, 2008 3:29 PM<BR><B>To:</B> 
  Edward.A.Decker@jci.com<BR><B>Cc:</B> 
  bldg-sim@lists.onebuilding.org<BR><B>Subject:</B> Re: [Bldg-sim] GSHP in hot 
  climate<BR><BR></FONT></DIV>
  <STYLE>BODY {
        FONT-SIZE: 9pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: Geneva,Arial,Helvetica,sans-serif; BACKGROUND-COLOR: #ffffff
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  <META content="MSHTML 6.00.6000.16674" name=GENERATOR>
  <STYLE>BODY {
        FONT-SIZE: 9pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: Geneva,Arial,Helvetica,sans-serif; BACKGROUND-COLOR: #ffffff
}
</STYLE>

  <META content="MSHTML 6.00.6000.16674" name=GENERATOR>This is a heat balance 
  problem.&nbsp; While the sol-air temperature cycle (diurnal or seasonal) may 
  have little impact some distance below the surface, the annual average surface 
  temperature will have a big impact.&nbsp; The average temperature underground 
  reflects the balance of heat transfer between the surface and the very hot 
  depths.&nbsp; So, the temperature 30 ft. below grade in Alaska is very much 
  colder than the temperature 30 ft. below the surface in the Arabian 
  desert.&nbsp; Lateral heat transfer (equi-depth) has little effect unless 
  there is a local heat source or sink, like a geoexchanger.&nbsp; There is no 
  magic underground temperature.&nbsp; It is a product of the local heat balance 
  through a somewhat conductive continuous medium (the ground), between the 
  surface and the core of the earth.&nbsp; Because the core is so far down, it 
  has little effect until you get very deep, like miles.&nbsp;Recommended 
  minimum horizontal spacing between vertical wells is on the order of&nbsp; 30 
  ft.&nbsp; There is a significant loss of performance when that distance is 
  reduced to 20 ft.&nbsp; 
  <P>In the&nbsp; case of a hot climate, think about where the heat goes.&nbsp; 
  It is being delivered at a continuous, but varying rate over the course of the 
  year.&nbsp; There is little or no extraction of heat from the ground by the 
  heat pump.&nbsp; The usual assumption is that closed loop wells need about 200 
  well feet per ton.&nbsp; In Phoenix, for a residence, you might 
  expect&nbsp;&nbsp;2000 full load hours for the year.&nbsp; So, a vastly 
  simplified calculation would yield that each foot of well has to lose 
  approximately&nbsp;17 Btu/hr on average over the year.&nbsp; Some of that heat 
  will&nbsp;be conducted away and some will (temporarily, until equilibrium is 
  reached) serve to raise the temperature of the local earth.&nbsp;&nbsp;The 
  actual thermal mass of the earth is large compared with the&nbsp;heat 
  conduction coefficient, so that it takes a few years to heat up the ground. 
  &nbsp;Do the calculation and figure out what the average temperature at the 
  well has to be to drive that much heat flow, once the system is in 
  equilibrium, using the concentric pipe insulation formula to calculate the 
  logarithmic mean heat trtansfer surface area.&nbsp;&nbsp;I think you will be 
  surprised at how high it is.&nbsp; </P>
  <P>David Schaetzle, a former professor at ASU, has some on-hands experience 
  with this phenomenon, and first brought it to my attention at the Cooling 
  Frontiers Workshop organized by the late Jeff Cook in 2001.&nbsp; <BR></P>
  <BLOCKQUOTE 
  style="PADDING-LEFT: 5px; MARGIN-LEFT: 0px; BORDER-LEFT: #0000ff 2px solid">-----Original 
    Message----- <BR>From: Edward.A.Decker@jci.com <BR>Sent: Aug 8, 2008 2:08 PM 
    <BR>To: Dan Nall <DANNALL@MINDSPRING.COM><BR>Subject: Re: [Bldg-sim] GSHP in 
    hot climate <BR><BR><BR><FONT face=sans-serif size=2>The sol-air temperature 
    stops affecting the ground temperature at a distance of 5 meters (roughly). 
    If you are installing a vertical well, that temperature fluctuation should 
    not have a significant effect on the performance of the well. I also believe 
    that the new equilibrium temperature that you are referring too is localized 
    to within a meter (roughly) of the well. Can't this ground temperature 
    stabilization can be off-set by increasing the spacing of the vertical 
    wells?<BR></FONT><FONT size=3></FONT>
    <P>
    <TABLE>
      <TBODY>
      <TR>
        <TD vAlign=top><FONT face=Arial size=1><B>Edward A. Decker 
          </B></FONT><BR><FONT face=Arial size=1>Project Development 
          Engineer</FONT> <BR><FONT face=Arial size=1>Building Efficiency</FONT> 
          <BR><FONT face=Arial color=blue size=1>&nbsp;</FONT> <BR><FONT 
          face=Arial color=blue size=1><B>Johnson Controls </B></FONT><BR><FONT 
          face=Arial size=1>1001 Lower Landing Road</FONT> <BR><FONT face=Arial 
          size=1>Suite 409</FONT> <BR><FONT face=Arial size=1>Blackwood, NJ 
          08012</FONT> <BR><FONT face=Arial size=1>Tel : 610-675-9603</FONT> 
          <BR><FONT face=Arial size=1>Fax : 856-228-6296</FONT> <BR><FONT 
          face=Arial size=1>Email : </FONT><A 
          href="mailto:edward.a.decker@jci.com" target=_blank><FONT face=Arial 
          color=blue size=1><U>edward.a.decker@jci.com</U></FONT></A> <BR><FONT 
          face=Arial size=1>URL : </FONT><A 
          href="http://www.johnsoncontrols.com/" target=_blank><FONT face=Arial 
          color=blue size=1><U>http://www.johnsoncontrols.com</U></FONT></A> 
          <DIV align=center><BR><FONT size=1>&nbsp;</FONT> <BR><FONT 
          size=1>&nbsp;</FONT> <BR><FONT size=1>&nbsp;</FONT></DIV><BR><FONT 
          size=3>&nbsp;</FONT> 
        <TD vAlign=top><IMG src="cid:_2_067C6E74067C6A8C0063AD7D8525749F"> 
        <TD><FONT size=3>&nbsp;</FONT> 
      <TR>
        <TD vAlign=top>
          <DIV align=center><FONT size=1></FONT>&nbsp;</DIV>
        <TD vAlign=top><FONT face=Arial size=1><B>&nbsp;</B></FONT> 
        <TD><FONT size=3>&nbsp;</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
    <P><FONT face="Times New Roman" size=3></FONT><BR><BR><BR>
    <TABLE width="100%">
      <TBODY>
      <TR vAlign=top>
        <TD width="40%"><FONT face=sans-serif size=1><B>Dan Nall 
          &lt;dannall@mindspring.com&gt;</B> </FONT>
          <P><FONT face=sans-serif size=1>08/08/2008 01:26 PM</FONT> 
          <TABLE border=1>
            <TBODY>
            <TR vAlign=top>
              <TD bgColor=white>
                <DIV align=center><FONT face=sans-serif size=1>Please respond 
                to<BR>Dan Nall 
            &lt;dannall@mindspring.com&gt;</FONT></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE><BR></P>
        <TD width="59%">
          <TABLE width="100%">
            <TBODY>
            <TR vAlign=top>
              <TD>
                <DIV align=right><FONT face=sans-serif size=1>To</FONT></DIV>
              <TD><FONT face=sans-serif size=1>yizhao1@vt.edu, 
                Edward.A.Decker@jci.com</FONT> 
            <TR vAlign=top>
              <TD>
                <DIV align=right><FONT face=sans-serif size=1>cc</FONT></DIV>
              <TD><FONT face=sans-serif 
                size=1>bldg-sim@lists.onebuilding.org</FONT> 
            <TR vAlign=top>
              <TD>
                <DIV align=right><FONT face=sans-serif 
                size=1>Subject</FONT></DIV>
              <TD><FONT face=sans-serif size=1>Re: [Bldg-sim] GSHP in hot 
                climate</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
          <TABLE>
            <TBODY>
            <TR vAlign=top>
              <TD>
              <TD></TD></TR></TBODY></TABLE><BR></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR><BR><FONT 
    size=2><TT>The ground temperature is not a constant if it is subjected to 
    heat fluxes from a local underground source such as a geoexchanger. 
    &nbsp;think of the ground as a large thermal storage medium, with fluxes at 
    its extreme bottom and top boundaries. &nbsp;At the bottom is the hot core 
    of the earth. &nbsp;At the top is the fluctating air temperature and radiant 
    flux at the surface. &nbsp;In general, the average temperature below ground 
    is going to be approximately the average sol-air temperature of the surface. 
    &nbsp;The deeper you go, the smaller is the variation over time, and the 
    more delayed is that variation from what is going on at the surface. 
    &nbsp;At a few meters below the surface, temperature variation is very 
    small. &nbsp;Deeper still, the temperature will begin to rise. With a 
    geoexchanger, however, local heat flux from gthe device can cause 
    significant variations in temperature. If seasonal flux is not balanced, 
    over time, the ground local to the geoexchanger will conform to a new 
    equilibrium temperature, sufficiently variant from the "average" 
    subterranean temperature to disperse that local heat flux into the 
    surrounding earth. &nbsp;Given that the thermal conducitivity of "earth" is 
    not enormous, that temperature differential could be quite 
    large.<BR><BR>Ground source heatpumps were initially very popular in 
    Phoneix. Within a year or two, they "heat soaked' the ground surrounding 
    their wells, and the heat pumps ceased operating. &nbsp;Most of them ahve 
    been abandoned, or supplemented by evaporative heat rejection 
    devices.<BR><BR>Think of geoexchangers as annual thermal storage devices, 
    not as unlimited heat sources or sinks.<BR><BR>-----Original 
    Message-----<BR>&gt;From: yizhao1@vt.edu<BR>&gt;Sent: Aug 8, 2008 12:45 
    PM<BR>&gt;To: Edward.A.Decker@jci.com<BR>&gt;Cc: 
    bldg-sim@lists.onebuilding.org<BR>&gt;Subject: Re: [Bldg-sim] GSHP in hot 
    climate<BR>&gt;<BR>&gt;According to the source we got, &nbsp;the ground 
    temperature is 85F, although the<BR>&gt;ground temper in a lots of other 
    locations in the world are about 55F.<BR>&gt;<BR>&gt;Do you have some other 
    source for the ground 
    temperature?<BR>&gt;<BR>&gt;Thanks,<BR>&gt;<BR>&gt;Ying<BR>&gt;<BR>&gt;Quoting 
    Edward.A.Decker@jci.com:<BR>&gt;<BR>&gt;&gt; For a GSHP, the surface 
    temperature of the earth should not matter...<BR>&gt;&gt; isn't the 
    temperature below the surface what makes the GSHP work? A<BR>&gt;&gt; 
    constant temperature of ~55 deg F.<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; 
    Edward A. Decker<BR>&gt;&gt; Project Development Engineer<BR>&gt;&gt; 
    Building Efficiency<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; Johnson Controls<BR>&gt;&gt; 
    1001 Lower Landing Road<BR>&gt;&gt; Suite 409<BR>&gt;&gt; Blackwood, NJ 
    08012<BR>&gt;&gt; Tel : 610-675-9603<BR>&gt;&gt; Fax : 
    856-228-6296<BR>&gt;&gt; Email : edward.a.decker@jci.com<BR>&gt;&gt; URL : 
    http://www.johnsoncontrols.com<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; 
    yizhao1@vt.edu<BR>&gt;&gt; Sent by: 
    bldg-sim-bounces@lists.onebuilding.org<BR>&gt;&gt; 08/06/2008 11:50 
    PM<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; To<BR>&gt;&gt; 
    bldg-sim@onebuilding.org<BR>&gt;&gt; cc<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; 
    Subject<BR>&gt;&gt; [Bldg-sim] GSHP in hot 
    climate<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; 
    Hi-<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; We modeled a building with GSHP in a hot climate 
    (zone 1), so it is almost<BR>&gt;&gt; used<BR>&gt;&gt; for cooling only. The 
    air-side is PVAVS. water-cooled condenser with GSWL.<BR>&gt;&gt; 
    The<BR>&gt;&gt; cooling COP input is ~5. However, the system performs almost 
    the same as<BR>&gt;&gt; ordinary air-cooled 
    chillers.<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; We think the reason may be the high earth 
    temperature (~85 F is used due<BR>&gt;&gt; to the<BR>&gt;&gt; 
    local<BR>&gt;&gt; climate).<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; GSHP does not appear to 
    be a solution for hot climate? Any one has some<BR>&gt;&gt; 
    resource<BR>&gt;&gt; of real data for this?<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt; 
    Thanks,<BR>&gt;&gt; Ying<BR>&gt;&gt; 
    _______________________________________________<BR>&gt;&gt; Bldg-sim mailing 
    list<BR>&gt;&gt; 
    http://lists.onebuilding.org/listinfo.cgi/bldg-sim-onebuilding.org<BR>&gt;&gt; 
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    to<BR>&gt;&gt; 
    BLDG-SIM-UNSUBSCRIBE@ONEBUILDING.ORG<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;&gt;<BR>&gt;<BR>&gt;<BR>&gt;_______________________________________________<BR>&gt;Bldg-sim 
    mailing 
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