• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.193-193
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• 2011

현재까지 대부분의 지열원 열펌프 시스템에 관한 연구는 열펌프 유닛과 지중열교환기에 대해 개별적으로 수행되었으며, 열펌프 유닛과 지중열교환기 설계 및 최적화의 공통변수인 지중순환수 유량에 따른 시스템 전체에 대한 연구성과는 매우 미미한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 인증되어 보급되고 있는 물매물 지열원 열펌프 유닛의 성능 자료를 분석하고, 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 열펌프 유닛의 성능 실험 및 지중열교환기 형상에 관한 설계 및 분석을 수행하여 지열원 열펌프 시스템 최적화에 관한 기반 기술 확보하고자 하였다. 현재 국내의 물대물 지열원 열펌프 유닛의 냉방 및 난방 조건에서의 최소 인증 COP는 각각 4.1과 3.45이다. 다양한 용량 및 성능을 갖는 국내 인증 물대물 지열원 열펌프 유닛에 대한 정량적 성능 분석을 위하여 3.5kW(1RT) 용량당의 지중순환수 유량과 COP를 고찰하였다. 냉방운전시 3.5kW 단위 용량당 열펌프 유닛의 지중순환수 유량은 10.73에서 18.52LPM을 나타냈으며, 난방운전에는 10.41에서 18.16LPM을 나타냈다. 이때, 냉방 COP는 4.1에서 5.4의 값을 나타냈으며, 난방 COP는 각각 3.5에서 4.2를 나타냈다. 인증 열펌프 유닛에서 지중순환수 유량과 열펌프 유닛의 냉난방 성능은 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 지중순환수 유량에 따른 지열원 열펌프 유닛과 시스템의 성능을 정량적으로 분석하고자 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 지열원 열펌프 유닛 성능 실험을 수행하고 이를 기반으로 지중열교환기를 설계 및 분석하였다. 냉난방 각 운전모드에서 ISO 13256-2 규격과 NRGT 101 규격을 기준으로 지중순환수와 부하측 유량 6LPM 에서 36LPM 사이에서 변화시키며 성능 실험을 수행하였다. 냉방 및 난방모드 모두 유량이 증가함에 따라 열펌프 유닛 COP가 증가하였으나, 유량 증가에 따른 열펌프 유닛 COP 증가율은 감소하였다. 지중순환수 유량이 18LPM 이상에서는 COP 상승폭은 미소하였다. 기존문헌의 부하 산정자료와 열펌프 유닛 실험 성능 데이터를 이용하여 지식경제부 고시 2009-332호에 준하여 수직밀폐형 지중열교환기를 설계하고 순환펌프 소요동력을 이용하여 시스템 COP를 분석하였다. 지중열교환기 설계 시 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 상용지중열교환기 설계프로그램인 GLD 프로그램을 사용하였다. 지중순환수와 부하측 2차 유체 유량 증가 시에 열펌프 유닛 COP 증가율 대비 시스템 COP 증가율은 감소하였으며, 난방모드에서는 일정 유량 이상에서는 열펌프 유닛 COP는 증가하였으나, 시스템 COP는 감소하였다. 또한, 지중순환수 유량 증가에 따라 지중열교환기 길이가 증가하였으며, 냉난방시의 지중열교환기 길이차이가 증가하였다. 지열원 열펌프 시스템의 고효율화 및 시공비 절감을 통한 경제성 확보를 위해서는 지열원 열펌프 유닛 성능과 지중열교환기 형상 공통 변수인 지중순환수 유량을 함께 고려하여 시스템을 설계하여야한다.

• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2006.06a
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• pp.1238-1243
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• 2006

최근 열펌프 시스템 설치가 해마다 평균 10-30% 정도 꾸준히 증가하고 있다. IEA HP Annex 28, 29('열펌프 성능평가 기술', '열펌프 시장 현황 현안')등 국제공동연구를 통한 꾸준한 지열원 열펌프 시스템 응용분야의 발전은 기존의 지열원 시스템에 비해 비용과 더불어 보다 많은 에너지 절감효과를 가져왔다. 지열기술의 성공적 사용여부는 기술의 견실함, 설계기술의 개발, 기반시설설치, 히트펌프와 부품제조업자의 반응에 기인한다. 최근 주요 연구동향은 토양열전도 측정, 지열히트펌프 시스템 전주기 성능평가, 하이브리드 시스템의 초기비용 절감과 이러한 열펌프 시스템 설계방법분야 개발에 대해 초점이 맞춰지고 있다. 본 기술현안 보고서는 최근 국내외 연구동향을 정리하여 본다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.15 no.3 s.47
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• pp.194-201
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• 2006

Greenhouses should be heated during nights and cold days in order to fit growth conditions in greenhouses. Ground source heat pump (GSHP) systems are recognized to be outstanding heating and cooling systems. A horizontal GSHP system with thermal storage tank was installed in greenhouse and investigated the performance characteristics. The reasons for using thermal storage tank were discussed in detail. Thermal storage tank can provide heat for heating load that is larger than GSHP system heating capacity. The results of study showed that the heating coefficient of performance of the heat pump system was 2.69.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.120-120
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• 2010

에너지 절약적 차원에서 한 대의 실외기에 다수의 실내기가 접속되는 개별공조형 멀티 열펌프에 관한 연구 및 개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 복수의 실내기를 갖고 가변속 압축기를 채용한 지열원 물대공기 멀티열펌프시스템을 학교 현장에 설치하여 제조사의 운전 제어 알고리즘에 따라 일일 냉난방 실증 성능 특성을 분석하였다. 2008년 9월 30일의 냉방부하가 낮은 일자에 대하여 시간에 따른 부하 변동에 따라 압축기의 용량가변으로 실내기 냉방용량은 정격용량 대비 17.1%에서 111.3%의 범위에서 변이되었으나, 열펌프 유닛의 일일 최대 COP는 6.2를 나타냈으며, 일일 평균 열펌프 유닛 COP는 4.5로 열펌프 유닛 인증 기준 이상의 성능을 나타냈다. 2008년 11월 10일 대비 2008년 12월 15일에는 시스템 가동 중의 평균 외기온도가 $9.6^{\circ}C$ 감소하였으나, 각 재실공간의 용도별 부분 부하특성으로 11월 10일 보다 난방 부하량이 작게 나타났다. 하지만, 12월 15일에는 부하량이 매우 작아서 11월 10일보다 잦은 압축기 가변에 따른 손실로 일일 평균 COP가 낮게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 정격 용량대비 94%의 부하율로 11월 10일과 12월 15일 대비 4배 이상의 부하량으로 압축기 용량 가변율이 작아서 난방용량과 COP 변화율이 작게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 지중순환수의 실외열교환기 유입온도가 2008년 12월 15일보다 감소하고, 시스템의 난방용량 증가로 상대적으로 응축기와 증발기 크기가 감소한 효과로 히트펌프 유닛 COP가 감소하였으나, 본 지열원 열펌프 제조사에서 생산하고 있는 본 지열원 시스템과 동일한 압축기 등을 채용한 동일 용량의 공기열원 열펌프의 1월 12일 외기온도 $-10^{\circ}C$에서의 열펌프 유닛 COP 대비 70% 우수한 성능을 나타냈다. 본 지열원 히트펌프의 2008년 11월 10일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP는 외기온도가 낮고 일일 부하량이 크게 나타난 1월 12일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP 대비 37% 높게 나타났으나, 지중순환펌프의 정속운전으로 시스템 요구 지중순환수 유량 증가에 따른 성능 향상보다 소비전력 증가 영향이 커서 1월 12일의 시스템 COP 보다 33.3% 작은 값을 나타냈다. 본 연구의 용량 가변형 압축기를 채용한 지열원 멀티 히트펌프 유닛을 지열원 냉난방 시스템의 히트펌프 유닛으로 사용할 경우 시스템 최적화를 통한 시스템 COP 향상과 연간에너지 절감을 이루기 위해서는 히트펌프의 용량 변화 시에 지중순환펌프의 순환 유량 최적화를 위한 효율적 운전 제어 알고리즘 개발이 요구된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.202-205
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• 2006

최근 지열원 열펌프 시스템 설치가 해마다 평균 10-30%젓도 꾸주히 증가하고 있다 주요 연구동향은 토양열전도 측정, 지열히트펌프 시스템 전주기 성능평가 하이브리드 시스템의 초기비용 저감과 이러한 지열원 열펌프 시스템 설계방법분야 개발에 대해 초점이 맞춰지고 있다. 특히 국내에서 현재 시공되어진 많은 시스템들이 부실시공의 문제에 노출되고 있으며 이러한 시점에서 현재의 저가 입찰제도 보다는 외국 사례와 같은 성능확인 제도로의 전환 및 많은 연구가 필요하다. 성능확인제도는 사전 성능 예측과 사후 성능 확인 검증으로 구성되며 본 기술현안 보고서는 최근 국내외 연구동향 및 사전 성능 예측과 사후 성능 검증 관하여 정리하여 본다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.15 no.3 s.47
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• pp.160-165
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• 2006

Ground source heat pump (GSHP) or geothermal heat pump systems (GHPs) are recognized to be outstanding heating and cooling systems. Most of GSHP systems installed and studied in korea are vertical GSHP systems. A horizontal GSHP system was installed in greenhouse and investigated for the performance characteristics. The results of the study showed that the heating coefficient of performance of the heat pump was 3.64 and the overall heating coefficient of performance of the system was 3.31. The pumping power was obtained as 28.0 W/kW and the required ground heat exchanger length was 53.3 m/kW of rejection heat of condenser. The heat extraction rate was, on average, 14.58 W/m of ground heat exchanger length and trench length is 27.7 m/kW of rejection heat of condenser.

• Korea Journal of Geothermal Energy
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• v.1 no.2
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• pp.75-83
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• 2005

• Korea Journal of Geothermal Energy
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• v.7 no.1
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• pp.43-50
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• 2011

• Korea Journal of Geothermal Energy
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• v.5 no.4
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• pp.16-22
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• 2009

• Korea Journal of Geothermal Energy
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• v.9 no.4
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• pp.20-38
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• 2013