• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.512-520
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• 2020

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.

• 설비공학논문집
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• 제11권3호
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• pp.339-348
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• 1999

A computer model was developed in order to predict the temperature distribution and the performance of the vertical tube-in-tube ground coil heat exchanger. This model has been validated by experimental results conducted by ORNL. The heat exchanger performance with the variation of the length is calculated and compared. As results, the heat exchanger performance is proportional to the length but the performance per unit length decreases. The minimum performance of 70m - PVC heat exchanger during cyclic operation for a week is obtained 20,054kJ/h for cooling operation and 13,915kJ/h for heating operation. And minimum temperature difference is $4.64^{\circ}C$ for cooling operation and $2.64^{\circ}C$ for heating operation. In each case, it is noted that the temperature difference between the pipe and the far-field occurs within 0.8m from the heat exchanger.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.1-9
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• 2011

Storing and transferring heat in soils is governed by the soil thermal properties and these properties are therefore needed in many engineering applications, including horizontal ground heat exchanger for ground-coupled heat pumps. This paper presents the evaluation results of the ground subsurface temperature and apparent thermal diffusivity of soils by using ground temperature data collected at the depths of 0.5 m, 1.0 m, 1.5 m, 3.0 m, and 5.0 m at four sites. The existing correlation assuming that the soil was homogeneous and of constant thermal diffusivity was applied to calculate the subsurface temperature and two analytical equations, amplitude and phase equation, were also used to evaluate the soil apparent thermal diffusivity. Comparison of the estimated and of the measured values of the subsurface temperature has shown that the empirical correlation predicts quite accurately the ground temperature at various depths. Based on the one-dimensional heat conduction equation, the apparent thermal diffusivity can be estimated by the two equations.

• 한국작물학회지
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• 제46권3호
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• pp.229-235
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• 2001

사용된 멀칭자재의 광학적 특성, 작물군락의 형성 등에 의하여 토양표면의 에너지 수지는 달라지며, 이러한 토양표면 에너지 수지의 차이에 의해 변화되는 지중열류가 토양온도 변화의 원인이 된다. 본 연구에서는 일사량, 밀칭표면의 순복사, 지중열류, 멀칭 내외면 온도, 토양온도 등을 연속적으로 측정하였으며, 실측된 자료를 이용하여 토양표면의 에너지 수지 및 지중열류를 추정하여 멀칭처리에 따른 토양온도 변화의 원인을 분석하였다. 감자 출아전인 1998년 8월 30일의 무멀칭처리에서는 지표면의 순복사(10.0 MJ$m^{-2}$${day}^{-1}$ )는 높았지만, 대류에 의한 현열이나 수분증발에 의한 잠열로 대부분의 에너지(9.65MJ m$^{-2}$ day$^{-1}$)가 지면으로부터 빠져나가 토양으로 흐르는 지중열류는 0.36MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 이었다. 흑색 폴리에틸렌 필름 멀칭에서는 지표면의 순복사는 2.4 MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 이었지만 멀칭면과 토양표면의 대류에 의한 지표면의 에너지 손실이 1.39 MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 로 적어져 지중열류는 1.02 MJ$m^{-2}$${day}^{-1}$ 로 무멀칭처리보다 많이 높았다. 종이멀칭처리에서의 지표면의 순복사는 1.30 MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 로 다른 처리에 비해 낮았고, 멀칭면과 지표면의 대류에 의한 에너지 교환에 의하여 지표면으로부터 1.36 MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 의 에너지가 손실되어 지중열류는 -0.06 MJ $m^{-2}$${day}^{-1}$ 로 흑색 폴리에틸렌 필름 멀칭이나 무멀칭보다 낮았으며, 특히 주간의 상위층 토양온도가 다른 처리에 비해 많이 낮아졌다. 군락이 형성된 9월 27일의 경우, 멀칭처리에서의 지표면 순복사는 군락이 없는 8월 30일의 경우와 큰 차이가 없었지만 무멀칭처리에서는 군락의 일사 차단으로 순복사가 현저히 낮아졌으며, 흑색 플라스틱 필름 멀칭처리에서는 현열 및 잠열에 의한 손실이 작아 지중열류는 다른 처리에 비해 높았으며, 무멀칭처리에서는 현열 및 잠열에 의한 에너지 손실이 많아 지중열류는 작았다. 이러한 지중열류의 차이에 의해 흑색 플라스틱 필름 별칭처리에서의 지온이 다른 처리에 비해 높아졌고, 종이멀칭처리에서의 지온은 군락이 형성되지 않은 초기에는 무멀칭에 비해 낮았지만 군락이 형성된 후기에는 그 차이가 거의 없었다. 군락의 형성여부와 관계없이 일 최저기온 및 최고기온이 나타나는 시각의 토심에 따른 토양온도의 변화는 비슷한 경향을 보였으며, 일 최고기온이 나타나는 시각에 흑색 플라스틱 필름 멀칭처리에서의 온도는 지표에 가까울수록 급격하게 높았으며, 그 증가추세는 종이멀칭이나 무멀칭에 비해 현저하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권9호
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• pp.31-41
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• 2013

최근 들어 경제적인 지열에너지 활용을 위하여 에너지 파일의 적용이 확대되고 있다. 특히 더 높은 열 교환 효율을 확보하고자 에너지 파일의 경우 보다 높은 열효율을 얻기 위해 통상적인 U자형 지중 열교환기가 아닌 코일형 지중열교환기를 매입하는 경우가 늘어나고 있다. 본 논문에서는 PHC 에너지 파일에 의한 지중 열 전달 거동에 대한 수치해석 및 실험적 연구를 수행하였다. 화강풍화토로 이루어진 현장에 PHC 에너지 파일을 설치하고 W자형과 코일형 지중 열교환기를 설치한 후 이에 대한 현장 열성능 실험을 수행하였다. 또한 3차원 유한요소해석을 수행하여 지중온도 및 지중 열교환기 내 순환수 온도 변화를 예측하였고 이를 실험값과 비교하였다. 냉방 부분 가동 조건 하에서 코일형 열교환기 이용시 W자형을 이용했을 때보다 10~15% 열교환율이 상승되는 것을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.28-35
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• 2016

지열원 히트펌프 시스템에서 지중 열교환기 설계를 위해 수행하는 현장 열응답 시험은 많은 시간과 비용이 수반되기 때문에 조건 변화에 따른 출구온도 예측이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 주로 사용하는 수직형 지중 열교환기의 열전달 성능을 예측하기 위한 방안으로 3차원 CFD 해석 기법을 제안하고, 2개소의 현장 열응답 시험의 출구온도와 기울기 값을 비교하여 CFD 해석 방법의 신뢰성을 확인하였다. CFD 해석 결과, 2개소의 현장 열응답 시험의 출구온도는 $0.5^{\circ}C$ 이내에서 예측하였고, 기울기 값은 1.6% 이내에서 적절히 예측하였다. 이를 통해 CFD 해석 방법의 신뢰성을 확인하고, 2개소의 현장 열응답 시험의 유량 및 지중 유효 열전도도 조건을 각각 ${\pm}20%$ 변화시키면서 현장 열응답 시험의 출구온도를 예측하였다. 첫 번째 현장(Case 1)의 경우 유량 변화에 따라 $28.0^{\circ}C$(-20%)와 $29.6^{\circ}C$(+20%), 지중 유효 열전도도 변화에 따라 $29.6^{\circ}C$(-20%)와 $28.0^{\circ}C$(+20%)로 현장 열응답 시험의 출구온도를 예측하였으며, 두 번째 현장(Case 2)의 경우 유량 변화에 따라 $28.4^{\circ}C$(-20%)와 $29.8^{\circ}C$(+20%), 지중 유효 열전도도 변화에 따라 $29.7^{\circ}C$(-20%)와 $28.4^{\circ}C$(+20%)로 현장 열응답 시험의 출구온도를 각각 예측하였다.

• 설비공학논문집
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• 제25권8호
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• pp.427-431
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• 2013

Ground heat pump systems utilize the annually stable underground temperature to supply heat for space heating and cooling. The underground temperature affects not only the underground ecosystem, but also the performance of these systems. However, in spite of the widespread use of these systems, there have been few researches on the effect of the systems on underground temperature. In this research, case studies with numerical simulation have been conducted, in order to estimate the effect of ground heat pump systems on underground temperature. The simulation was coupled with the ground water-ground heat transfer model and the ground surface heat transfer model. In the result, it was found that the underground change depends on the heat transfer from the ground surface, the heat exchange rate, and the heat conductivity of soil.

• 설비공학논문집
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• 제26권9호
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• pp.401-408
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• 2014

This paper proposes an optimum operation method for open type ground heat exchangers. A series of TRTs and artificial heating/cooling operations were carried out while monitoring temperature in the hole of SCW. The ground temperature naturally increases with depth, but a switch between the cooling/heating mode results in a change in the distribution of ground temperature. The effect of the mode change was evaluated by performing LMTD and COMSOL multiphysics analysis for a reduced model with the depth of 150 m. As a result, in the cooling mode, the upstream operation is more efficient than the downstream operation and reduces EWT by $2.26^{\circ}C$. On the other hand, in the heating mode, the downstream operation is advantageous over the upstream operation and increases EWT by $3.19^{\circ}C$. The merit of the optimum operation will be enhanced for the typical dimension of SCW with a depth of 400~500 m. In the future, an open type ground heat exchanger system adopting the optimum operation with variation in the ground temperature will be used in practice.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.442-444
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• 2006

On long time scale and over large areas ground surface temperatures (GSTs) track surface air temperatures (SATs). Additionally, GST changes penetrate into the subsurface and are recorded as transient temperature perturbation to the background thermal filed. Therefore, climate change can be reconstructed from borehole temperature measurements We present GST hi story reconstructed from temperature measurements in a borehole at Pocheon The result shows that GST cold period in the late 19th century and then increased by about 2K to 1990. GST history matches well with surface air temperatures measured from 1907 to 2001 at the Seoul Meteorological Station and GST history reconstructed from temperature measurements in three boreholes at Ulsan.

• 동력기계공학회지
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• 제16권2호
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• pp.30-35
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• 2012

The geothermal energy is one of the renewable energy sources which can contribute in accomplishing a vision and goal of the national plan on energy for a government suggestion. Especially, the geothermal energy is evaluated as the nearly unlimited resources. The yearly underground temperature distribution by depth is very important to the design of air-conditioning system which uses a geothermal energy. Furthermore, there has no data for comparisons to numerical analysis. In this study, the yearly underground temperature is measured under the depth of 2 m in Tongyeong, and these data are compared with numerical analysis results for checking the accuracy. The results showed that the experimental temperature and numerical results had a good agreements and these results will be utilized to predict a performance of air-conditioning system for using a geothermal energy.