An Analysis on the Bleeding Effect of SCW Ground Heat Exchanger using Thermal Response Test Data

Recently, the applications of the standing column well (SCW) ground heat exchanger (GHX) have increased significantly in Korea as a heat transfer mechanism of ground source heat pump systems (GSHP) because of its high heat capacity and efficiency. Among the various design and operating parameters, bleeding was found to be the most important parameter for improving the thermal performance, such as ground thermal conductivity and borehole thermal resistance. In this study, a bleeding analysis model was developed using the thermal response test data, and the effects of bleeding rates and bleeding locations on the thermal performance of anSCW were investigated. The results show that, when the ground water flows into the top of anSCW, the time variation of circulating water temperature decreased with increasing bleeding rate, and the ground thermal conductivity increases by as much as 179% with a 30% bleeding rate. When the ground water flows into the bottom of the SCW, the circulating water temperatures become almost constant after the increase in the beginning time because the circulating water exchanges heat with the ground structure before mixing with the ground water at the bottom.

열응답시험 데이터를 이용한 SCW형 지중열교환기 블리딩 효과 분석

개방형 지중열교환기(SCW)는 수직 밀페형 지중열교환기에 비해 높은 용량과 효율을 갖고 있어 최근에 우리나라에서 많이 보급되고 있는 추세이다. SCW형 지중열교환기의 여러 설계 및 운전변수 중 블리딩 운전이 지중 열전도율, 보어홀 열저항 등 열성능 개선에 가장 효과가 큰 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 SCW형 지중열교환기가 설치된 현장의 열응답시험 결과를 기반으로 블리딩해석 모델을 정립하고 블리딩율 및 지하수 유입수의 위치변화가 SCW형 지중열교환기 열성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 고찰하였다. 해석결과 지하수가 지중열교환기 상부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수의 시간에 따른 온도증가는 블리딩율이 증가함에 따라 낮아지는 경향을 보였으며, 지중 열전도율은 30% 블리딩율에서 179% 증가하는 결과를 보였다. 반면에 지하수가 지중열교환기 하부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수는 지중과 먼저 열교환을 한 후 유입수와 하단에서 혼합되기 때문에 지중열교환기 순환수의 온도증가는 상부 유입의 경우보다 적으며 블리딩율이 약 10%를 초과하면 일정하게 유지되는 경향을 보였다.