• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.122.1-122.1
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• 2010

수평형 지중열교환기의 지중온도 및 지중열전도도를 분석하기 위해서 경기테크노파크 화단에 수평형 지중열교환기를 설치하였다. 수평형 지중열교환기는 수평 길이 50m, 폭 2.7m, 깊이 2m에 파이프 규격 30mm, 파이프 길이 400m 1본을 매설하였다. 2009년 7월부터 2010년 5월까지 총 7회에 걸쳐 현장열응답방식을 이용하여 지중열전도도를 측정하였다. 측정결과를 분석해보면 수평형 지중열교환기의 지중온도는 계절적인 영향을 많이 받았으며, 지중열전도도는 계절적인 요인과는 무관하게 $1.51{\pm}0.1W/mk$ 범위에서 잘 일치함을 보였다. 이러한 결과로서 수평형 지중열교환기의 현장열응답시험은 현장설치 조건을 모두 반영한 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.2
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• pp.32-38
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• 2020

This study summarizes test methods and evaluation methods for examining the thermal characteristics of Jeju-type ground heat exchangers (GHXs) installed on Jeju Island, and analyzes the ground temperature and thermal characteristics of ground heat exchangers installed in various regions by using thermal response tests (TRT). Jeju Island is composed of volcanic rock layers, and the groundwater flow is well developed. A Jeju-type GHX can be installed up to 30 m from groundwater level after drilling a borehole. The ground heat exchanger has a structure in which several pipes are inserted into the borehole. In order to examine the characteristics of the Jeju-type GHX, tests were conducted on ground heat exchangers installed in four places on Jeju Island (Pyoseon, Jeju, Namwon, and Hallym). As a result of the analysis of the Jeju-type ground heat exchanger, the ground circulating water temperature stabilized according to the heat injection, depending on the installed location, and was formed within one to three hours. The ground heat exchanger capacity in Hallym was highest at 73.4 kW (cooling) and 82.8 kW (heating), and the Jeju-type calculation was lowest at 34.1 kW (cooling) and 23.3 kW (heating).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.167.1-167.1
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• 2010

본 연구에서는 수직 밀폐형 지중열교환기 뒤채움용 그라우트의 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 지중열교환기의 성능을 비교 평가하기 위해 현장 시험 시공과 현장 열응답 시험을 수행하였다. 뒤채움용 그라우트재는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가제로는 천연규사와 흑연을 적용하였다. 지중열교환기 파이프 단면은 일반적으로 시공되는 U-loop 파이프 단면과 파이프 사이의 열간섭 효과를 최소화 한 3공형 파이프 단면이 적용되었다. 시멘트-천연규사 그라우트재가 벤토나이트-천연규사 그라우트재 보다 큰 지중 유효열전도도를 보이고 흑연을 첨가한 그라우트는 시멘트와 벤토나이트 모두에서 천연규사만 첨가하였을 때 보다 지중 유효열전도도가 높게 나타났다. 3공형 파이프 단면의 경우 단면에 따른 영향을 비교하기 위해 그라우트는 시멘트-천연규사와 벤토나이트-천연규사를 사용하였으며 지중 유효열전도도 측정결과 각각 3.64 W/mK, 3.40 W/mK으로 일반 U-loop 파이프 단면을 사용하였을 때 보다 높게 나타났다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.1
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• pp.512-520
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• 2020

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.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.17 no.3
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• pp.24-30
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• 2016

Vertical and standing column well ground heat exchangers have mostly been installed for ground source heat pump systems (GSHP) and thermal response tests (TRT) have been applied to evaluate the thermal characteristics for these heat exchangers. In this paper, the TRT coupled with a line source method was applied to evaluate the thermal characteristics of the horizontal ground heat exchanger (HGHX). Load tests of a HGHX were also performed to examine the daily variations of the ground and fluid temperatures associated with the daily intermittent operation of GSHP. For this test, the straight HGHX (depth 2 m, length 50 m, 8 line) was installed in Ansan city. The results showed that the variations of ground thermal conductivity of HGHX during one year were relatively small with the range of $1.43{\sim}1.64W/m{\cdot}K$, and the maximum and minimum values appeared in December and May, respectively. Load tests with heat injection rate of 6.0 kW for 10 hours per day to HGHX during twelve days were performed in June, September and December, and resulted in a ground initial temperature rise of $4.31^{\circ}C$, $3.14^{\circ}C$, and $1.21^{\circ}C$ during these days, respectively.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.5C
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• pp.177-183
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• 2012

The use of energy pile foundation has been increased for economic utilization of geothermal energy. In particular, a coil-shaped ground heat exchanger (GHE) is preferred than conventional U-shaped heat exchanger to ensure better efficiency of heat exchange rate. This paper presents experimental results by changing different pitch spaces of spiral coils. Joomunjin sand was filled in a steel box of which the size was $5m{\times}1m{\times}1m$. Thermal response tests (TRTs) were conducted to measure the ground thermal conductivity with temperatures of circulating water using line source model and ring coil model. Experimental results and analytical solutions were compared to validate the applicability of these models. Ring coil model showed more accurate similar results with experimental data rather than line source model and cylindrical source model.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.6
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• pp.2393-2400
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• 2013

This research presents an experimental study of heat exchange rate of U, W, 2U and coil type ground heat exchangers (GHEs) measured by thermal performance tests (TPTs). The four types of GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit of Incheon International Airport area. Thermal response tests (TRTs) were conducted for U, W and 2U type GHEs to deduce the ground thermal conductivity. Besides, TPTs were also conducted for U, W, 2U and coil type GHEs to evaluate heat exchanger rates under 100-hr continuous and 8-hr intermittent operation conditions for five days. Coil shaped GHE showed about twice higher thermal performance than the others GHEs. Furthermore, intermittent operation condition showed 30~40% higher heat exchange rates than continuous operation condition.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.14 no.7
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• pp.3164-3169
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• 2013

In this study, a series of CFD analysis was performed in order to predict the leaving water temperature and the slope of in-situ thermal response tests of the vertical-type geothermal heat exchangers. The geothermal heat exchanger and surrounding ground formation were modeled using GAMBIT and simulation was used by utilizing FLUENT which is commercial CFD code. Comparing with the results of CFD and in-situ thermal response tests, the results of CFD was presented good agreement with $0.5^{\circ}C$ difference of Leaving Water Temperature and with 1.6% difference of the Slope.

• Transactions of the KSME C: Technology and Education
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• v.4 no.1
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• pp.49-56
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• 2016

Commercial buildings are generally cooling-dominated and therefore reject more heat to a vertical ground heat exchanger(GHE) than they extract over the annual cycle. Shallow ponds can provide a cost-effective means to balance the thermal loads to the ground and to reduce the length of GHE. The objective of this work has been to develop a design tool for surface water heat exchanger(SWHE) submerged in shallow pond. This paper presents the analysis results of the impact of design parameters on the length of SWHE and its application effect on geothermal heat pump(GHP) system using vertical GHE. In order to analysis, We applied ${\epsilon}-NTU$ method on designing the length of SWHE. Analysis results show that the required pipe length of SWHE was decreased with the increase of approach temperature difference and with the decrease of pipe wall thickness. In addition, when the SWHE was applied to the GHP system, the temperature of vertical GHE was more stable than that of standalone GHE system.