Journal of the Korean Geotechnical Society (한국지반공학회논문집)

Korean Geotechnical Society (한국지반공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Effect of Group Spacing of Energy Piles on Thermal Analysis

말뚝 간격에 따른 에너지 파일의 열적 거동분석

  • 민혜선 (연세대학교 토목환경공학과) ;
  • 윤태섭 (연세대학교 토목환경공학과) ;
  • 정상섬 (연세대학교 토목환경공학과)
  • Received : 2011.04.12
  • Accepted : 2011.07.29
  • Published : 2011.08.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study was conducted to analyze the thermal behavior of a PHC energy pi1e system in saturated soil conditions, various seasonal and flow-speed conditions during 100 hours of operation through numerical analysis. The examination was a1so conducted with a single pile as well as with group pils. For the operation of 100 hours, the average heat exchange rate appeared 55 W/m, 47 W/m during winter and summer respectively. An increase in flow-speed was associated with a rise in the heat exchange rate. And thermal behavior analysis results during winter season show that thermal efficiency has increased when there are more free thermal planes. For the operation in group pile as 3D and 5D pile spacing (D: pile diameter), average heat exchange rate increased as pile spacing grows. Compared with the heat exchange rate of single pile, thermal exchange efficiency of group pile decreased by 89% (for 3D spacing) and 93% (for 5D spacing).

본 논문에서는 지열을 이용한 PHC 말뚝형 에너지 파일의 계절별 유속변화에 따른 열교환율과 단독말뚝의 열교환율을 100시간 운용 시 포화지반 조건에 한정하여 수치해석을 수행하였다. 해석결과 동절기 및 하절기일 때 100시간 운용 시 평균 열교환율은 약 55 W/m, 47 W/m로 나타났으며, 순환수 유속이 증가할수록 전체적인 열교환율이 상승하였다. 동절기에 말뚝간격 3D 및 5D(D:말뚝직경) 배치 시 0.6m/s의 순환수 유속에 따른 열적거동을 분석결과 지반과의 열적 자유면이 많은 외곽부일수록 열효율이 증가하였다. 또한, 3D 및 5D 간격의 평균 열교환율은 약 48.5 W/m, 51 W/m로 말뚝간격이 증가할수록 열교환율이 향상되는 것으로 나타났으며, 단독말뚝의 열교환율 대비 상대적으로 3D 및 5D 간격의 군말뚝은 각각 89% 및 93%보 떨어지는 것을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. 과학기술부 (2006), 심부지열 에너지 개발 사업, 한국지질자원연구원
  2. 김도현 (2010), "지반 조건을 고려한 에너지 파일의 열전달 거동 분석", 석사학위논문, 연세대학교.
  3. 박용부, 박종배, 임해식 (2007), "지열 냉난방 시스템에서 에너지 파일을 이용한 지중 열교환기 시공법", 대한토목학회지, Vol.55, No.7, pp.41-46.
  4. 백성권 (2004), "중공 말뚝을 이용한 지열 냉난방 시스템 개발에 관한 연구", 박사학위논문, 부산대학교.
  5. 산업자원부 (2006), 고성능 저가하여 지중열교환기 개발 연구보고서, 코오롱건설(주).
  6. 송진영 (2011), "PHC 에너지 파일의 열적 및 구조적 특성 연구", 석사학위논문, 연세대학교
  7. Bose, J. E., J. D. Parker, and F. C. McQuiston (1985), "Design/ data manual for closed-loop ground-coupled heat pump system", Atlanta: ASHRAE.
  8. Charles P. Remund (1999), "Borehole Thermal Resistance: Laboratory and Field Studies", ASHREA CH-99-2-1.
  9. Environmental Protection Agency (1993), Health Effects of Passive Smoking : Lung Cancer and Other Disorders.
  10. Fluent Inc. (2006), User's Guide in Flunet 6.3.26.
  11. Liu Jun, Zhang Xu, Gao Jun, Yang Jie. (2009). "Evaluation of heat exchange rate of GHE in geothermal heat pump system." Renewable Energy 34, pp.2898-2904. https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.04.009
  12. Bourne-Webb, B. Amatya, K. Soga, T. Amis, C. Davidson, P. Payne (2009), "Energy pile test at Lambeth College, London: geotechnical and thermodynamic aspects of pile response to heat cycles", Geotechnique, Vol.59, Issue 3, pp.237-248. https://doi.org/10.1680/geot.2009.59.3.237
  13. Yasuhiro Hamada, Hisashi Saitoh, Makoto Nakamura, Hideki Kubota, Kiyoshi Ochifuji. (2007). "Field performance of an energy pile system for space heating", Energy and Buildings 39, pp.517-524. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.09.006

Cited by

  1. Analysis of Construction Cost and Influence Factors on Horizontal Ground Heat Exchangers vol.10, pp.3, 2014, https://doi.org/10.7849/ksnre.2014.10.3.006
  2. PHC 에너지파일의 열응력에 따른 축하중-침하 수치해석 vol.29, pp.5, 2013, https://doi.org/10.7843/kgs.2013.29.5.5
  3. 지중 열교환기의 보어홀 열저항 산정에 관한 연구 vol.29, pp.10, 2011, https://doi.org/10.7843/kgs.2013.29.10.49