Design Guidlines of Geothermal Heat Pump System Using Standing Column Well

For the reasonable use of low grade-shallow geothermal energy by Standing Column Well(SCW) system, the basic requirements are depth-wise increase of earth temperature like $2^{\circ}C$ per every 100m depth, sufficient amount of groundwater production being about 10 to 30% of the design flow rate of GSHP with good water quality and moderate temperature, and non-collapsing of borehole wall during reinjection of circulating water into the SCW. A closed loop type-vertical ground heat exchanger(GHEX) with $100{\sim}150m$ deep can supply geothermal energy of 2 to 3 RT but a SCW with $400{\sim}500m$ deep can provide $30{\sim}40RT$ being equivalent to 10 to 15 numbers of GHEX as well requires smaller space. Being considered as an alternative of vertical GHEX, many numbers of SCW have been widely constructed in whole country without any account for site specific hydrogeologic and geothermal characteristics. When those are designed and constructed under the base of insufficient knowledges of hydrgeothermal properties of the relevant specific site as our current situations, a bad reputation will be created and it will hamper a rational utilization of geothermal energy using SCW in the near future. This paper is prepared for providing a guideline of SCW design comportable to our hydrogeothermal system.

수주지열정(SCW)을 이용한 천부지열 냉난방시스템 설계지침

내 수문지열계 가운데 수주지열정(SCW)시스템을 합리적으로 설치이용할 수 있는 조건들은 심도별 지온증가율이 명확하고($2^{\circ}C/100m$심도), 기존의 지하수 열펌프가 필요로 하는 순환수의 유량에 비해 최소 $10{\sim}30%$의 중온의 심부지하수가 산출될 수 있어야 하며, 순환수를 공내로 재주입시 공내붕괴가 일어나지 않는 견고한 암석들이 존재 하여야 한다. 수주지열정의 1개공당 굴착심도는 평균 $400{\sim}500m$이며, 이로 부터 개발가능한 지열에너지는 공당 약 $30{\sim}40RT$ 규모인데 비해 1개 수직지중열교환기가 공급가능한 지열에너지는 $2{\sim}3RT$ 정도이다. 즉 수주지열정 1개공은 $10{\sim}15$개의 수직지중열교환기 역할을 한다. 따라서 이 방식은 수직루프 설치장소의 공간 문제를 해소할 수 있는 유일한 대안으로 인식되어, 현재 전국 각지에서 많은 수의 SCW들이 무분별 하게 비과학적으로 설치되고 있다. 이와 같이 해당지역 수문지열계의 수리 지질학적인 특성과 열적인 특성을 명확히 파악하지 않은 상태에서 수주지열정을 설계 시공하는 경우에 나타날 문제점들은 추후 합리적인 천부지열 개발 이용에 지대한 장애요인이 될 것이다. 따라서 본고는 국내 수문지열계에 적합한 수주지열정을 설계 하는데 있어 필요한 일종의 지침서를 제시하기 위해 작성되었다.