• 설비공학논문집
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• 제19권7호
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• pp.512-520
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• 2007

The design of a ground-source heat pump system includes specifications for a ground loop heat exchanger where the heat transfer rate depends on the effective thermal conductivity of the ground and the effective thermal resistance of the borehole. To evaluate these heat transfer properties, in-situ thermal response tests on four vertical test boreholes with different grouting materials were conducted by adding a monitored amount of heat to circulating water. The line-source method is applied to the temperature rise in an in-situ test and extended to also give an estimate of borehole effective thermal resistance. The effect of increasing thermal conductivity of the grouting materials from 0.818 to $1.104W/m^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective thermal conductivity by 15.8 to 56.3% and reductions in effective thermal resistance by 13.0 to 31.1%.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.107-115
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• 2010

본 연구에서는 수직 밀폐형 지중열교환기 뒤채움 용도로, 기존 벤토나이트 그라우트의 대안으로서 시멘트 그라우트의 적용성을 검토하였다. 실내 시험을 통하여 물/시멘트 비, 천연규사 첨가비 흑연 첨가비의 변화에 따른 시멘트 그라우트 열전도도 및 유동성에 미치는 영향을 평가하였으며 배합비에 따른 시멘트 그라우트의 일축압축강도를 측정하였다. 실제 지중열교환기용 파이프내 순환유체의 온도변화가 시멘트 그라우트의 재료적 안정성에 미치는 영 향을 검토하기위해 $-5^{\circ}C$와 $50^{\circ}C$를 한 주기로 하여 일축압축강도를 반복적으로 측정하였다. 또한, 시멘트 그라우트가 지중에서 양생된 후, 냉난방 운전에 따른 순환수의 계절적 변화에 의한 시멘트 그라우트와 순환파이프의 접촉면의 양호한 부착성 유지 여부를 판단하기 위해 시멘트 그라우트에 HDPE 파이프를 삽입한 시료의 등가투수계수를 flexible wall penneameter) 이용하여 장기간 측정하였다.

• 설비공학논문집
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• 제20권11호
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• pp.739-745
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• 2008

This paper presents the measurement of ground thermal conductivity and the characteristics of ground thermal diffusion by a ground heat exchanger(GHE). A borehole is installed to a depth of 175 m with a diameter of 150 mm. To analyze the thermal diffusion property of the GHE, thermocouples are installed under the ground near the GHE. The outdoor temperature, the ground temperature, and the water temperature of the GHE are monitored for evaluating the characteristics of ground thermal diffusion. The ground thermal conductivity is evaluated by the in-situ thermal response tester and the line source model. It is found to be 3.08 W/$m^{\circ}C$ in this study. The ground temperature is greatly dependent on the outdoor temperature from the ground surface to 2.5 m in depth and is stable below 10 m in depth. The surface temperature of the GHE varies as a function of the temperature of circulating water. But the ground temperature at 1.5 m far from the GHE is not changed in accordance with the temperature of circulating water.

• 설비공학논문집
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• 제17권2호
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• pp.173-182
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• 2005

The Performance of U-tube ground heat exchanger for geothermal heat Pump systems depends on the thermal properties of the soil, as well as grout or backfill materials in the borehole. In-situ tests provide a means of estimating some of these properties. In this study, in-situ thermal response tests were completed on two vertical boreholes, 130 m deep with 62 mm diameter high density polyethylene U-tubes. The tests were conducted by adding a monitored amount of heat to water over a $17\~18$ hour period for each vertical boreholes. By monitoring the water temperatures entering and exiting the loop and heat load, overall thermal conductivity values of grout/soil formation were determined. Two parameter estimation models for evaluation of thermal response test data were compared when applied on the same temperature response data. One model is based on line-source theory and the other is a numerical one-dimensional finite difference model. The average thermal conductivity deviation between measured data and these models is of the magnitude $1\%$ to $5\%$.

• 설비공학논문집
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• 제17권8호
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• pp.695-703
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• 2005

The objective of this study is to determine the effective thermal conductivity and thermal resistance values in test boreholes with three different fill materials. To evaluate these heat transfer properties, in-situ tests on four vertical boreholes were conducted by adding a monitored amount of heat to water over various test lengths. Two parameter estimation models, line-source and numerical one-dimensional models, for evaluation of thermal response test data were compared when applied on the same four data sets. Results show that the average thermal conductivity deviation between measured data and these two models is in the range of $3.03\%$ to $4.45\%$. The effect of increasing grout thermal conductivity from 1.34 to 1.82 $W/m^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective formation thermal conductivity by $11.1\%$ to $51.9\%$ and reductions in borehole thermal resistance by $11.6\%$ to $26.1\%$.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.93-106
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• 2010

현장 열응답 시험을 통해 지중 유효 열전도도를 산출하여 각 보어홀의 성능을 비교하기 위해 강원도 원주 현장에 6개의 보어홀을 시험 시공하였다. 6개의 보어홀은 그라우트 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 영향을 검토하도록 시공되었다. 그라우트 재료는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가재는 천연규사와 흑연, 파이프 단면은 기존 U-tube 파이프 단면과 유입과 유출 파이프 사이에 파이프를 추가로 삽입한 새로운 3공형 파이프 단면을 적용하였다. 현장 열응답 시험으로 산정한 지중 유효 열전도도 결과는 시멘트 그라우트로 시공한 보어홀의 경우가 벤토나이트 그라우트로 시공한 경우에 비해 전열 성능이 향상됨을 보였으며 흑연을 추가로 사용한 경우가 천연규사만 사용한 경우보다 높은 효율을 보였다. 또한, 유입과 유출 파이프 사이에 물을 채워 부분적 단열 구간을 형성한 새로운 3공형 파이프 단면의 경우가 기존 U-tube 파이프 단면에 비해 높은 효율을 보였다. 가상 건물에 대한 지중열교환기 설계를 수행하여 지중열교환기 시공비를 비교한 결과, 시멘트 그라우트에 첨가재로 천연규사와 흑연을 함께 사용한 경우가 벤토나이트 그라우트에 첨가재로 천연규사를 사용한 기존의 시공방법 보다 낮은 시공비로 설계가 가능하였다. 마지막으로 본 현장 열응답 시험결과를 바탕으로 일련의 경제성 분석을 통하여 새로이 제시된 첨가제와 3공형 파이프 단면의 적용성을 평가하였다.

• 신재생에너지
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• 제3권4호
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• pp.38-46
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• 2007

In order to characterize the thermal conductivity and viscosity of grout materials used for backfilling ground heat exchangers, nine bentonite grouts and cement grouts being adapted in the United State have been considered in this study. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or filler (silica sand). In addition, material segregation can be observed when the viscosity of grout is relatively low. The saturated cement grouts appear to possess much higher thermal conductivity than the saturated bentonite grouts, and the reduction of thermal conductivity in the cement grouts after drying specimens is less than the case of the bentonite grouts. Maintaining the moisture content of grouts is a crucial factor in enhancing the efficiency of ground heat exchangers.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.529-532
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• 2007

In order to characterize the thermal conductivity and viscosity of grout materials used for backfilling ground heat exchangers, nine bentonite grouts and cement grouts being adapted in the United State have been considered in this study. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or filler (silica sand). In addition, material segregation can be observed when the viscosity of grout is relatively low. The saturated cement grouts appear to possess much higher thermal conductivity than the saturated bentonite grouts, and the reduction of thermal conductivity in the cement grouts after drying specimens is less than in case of the bentonite grouts. Maintaining the moisture content of grouts is a crucial factor in enhancing the efficiency of ground heat exchangers.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.169-176
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• 2023

이 연구는, 프리팩트 콘크리트 공법을 적용하여, 상대적으로 높은 열전도도를 가진 굵은 골재를 먼저 채우고 이 사이를 고유동성 그라우트로 충전하는 개념의 열전도도성 되메움재를 개발하는 것을 목표로 한다. 열전도도가 개선된 되메움재는 지중열 교환기 혹은 지중 송전설비의 열교환 효율을 높일 수 있다. 부순 콘크리트를 골재로, 그라우트는 플라이애시 기반으로 설정하였으며, 소량의 시멘트를 사용하여 고화하였다. 연구 결과, ASTM D 6103 기준 플로우 450 mm 이상의 유동성을 갖는 플라이애시-시멘트-가는 모래 기반 그라우트를 사용하여 최대 25 mm 크기의 자갈을 충전할 수 있음을 확인하였다. 또한 자갈로 충전된 되메움재의 열전도도는 1.7 W/m·K 이상으로, 자갈 없이 유동화된 그라우트로는 달성할 수 없는 높은 열전도도를 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.456-459
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• 2007

Thermal conductivities (TC) of 57 Jurassic muscovitic granite samples (KIGAM) and 149 porphyritic granite samples (Yeonki: BE-2, BE-3) were measured with LFA-447. Ranges of TC values are $2.429{\sim}3.878$ W/mK (KIGAM), $2.220{\sim}3.767$ W/mK (Yeonki, BE-2) and $2.019{\sim}3.990$ W/mK (Yeonki, BE-3); arithmetic means are 2.924 W/mK (KIGAM), 2.907 W/mK (Yeonki, BE-2), and 2.881 W/mK (Yeonki, BE-3), respectively. In this study, harmonic mean values were calculated to estimate the average value of TC. Harmonic mean values are 2.883 W/mK (KIGAM), 2.886 W/mK (Yeonki, BE-2), and 2.866 W/mK (Yeonki, BE-3), respectively. Heat extraction rates of a borehole heat exchanger strongly depend on TC values. Heat-extraction rates from re values are expected to be a little lower than 84 W/m in all sites. However, considering ground water flow, it is expected that actual heat extraction rate would be higher than the expected value.