• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.119-119
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• 2010

무한 지속 가능한 지열 에너지를 활용한 공조시스템인 지열원 냉난방 시스템은 기존의 공조 시스템보다 열원이 안정적이기 때문에 높은 효율과 우수한 성능을 가지므로, 기후변화협약 대응의 주요수단으로서 기술개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템에 대한 실증 연구를 통하여 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 하절기 냉방 성능을 분석하였다. 대수층 축열 냉난방 시스템은 주입정과 양수정의 2개의 우물공이 설치되어 있으며, 겨울 난방 운전 중에 한 개의 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입한 후 낮은 온도의 지하수를 타 우물공에 축열하고, 하절기에 겨울에 저온으로 축열된 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입하여 온도가 증가된 지하수를 타 우물공에 주입한다. 즉, 계절별로 열펌프에서 생성된 냉수와 온수의 대수층 축열을 위하여 계절별로 주입정과 양수정이 바뀌게 된다. 본 연구의 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 2009년 8월의 주요일자별 시스템 운전 중의 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 각각 4.7과 3.4이상의 우수한 성능을 나타냈다. 또한, 모든 일자에 대하여 외기온도가 $31.6^{\circ}C$서 $22^{\circ}C$까지 변화가 크게 나타났지만 열펌프 유닛 COP와 시스템 COP의 변화는 미소하였다. 이는 양수정으로부터의 지중 순환수가 운전기간 중에 $17.5^{\circ}C$로 일정하게 유지되었기 때문이다. 양수정과 주입정 사이에 5개의 관측공을 설치하였으며, 양수정 측에 인접한 관측공의 온도는 거의 변화가 없었으며, 단기간이지만 널리 사용되고 있는 수직밀폐형 시스템과 달리 지속적인 냉방운전 중의 양수 온도의 증가는 발생하지 않아 안정적인 성능을 나타냈다. 주입정에 인접한 모니터링 홀의 온도는 심도가 깊은 곳의 온도가 낮은 곳보다 높게 나타났다. 이는 냉방 운전 시 열펌프 유닛의 실외열교환기에서 지중 순환수가 냉매로부터 열을 취득하여 온도가 상승하면서 주입정측에 온열이 축열이 진행되었기 때문으로 분석되며, 하절기의 냉방 운전 시간이 증가할 경우 축열 효과는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 양수정과 주입정 중간의 모니터링 홀의 온도는 2009년 8월 가동 중에 온도변화는 없었는데, 이는 양수정과 주입정 사이의 열간섭이 발생하지 않았기 때문으로 분석된다. 일자별로 운전 중의 열펌프 유닛 COP는 차이가 없었지만, 운전 및 정지 시간을 모두 포함한 시스템 소비전력과 냉방용량을 모두 합산하여 산정한 일일 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 일자별로 다소 차이가 발생하였는데, 이는 각 일자별로 열펌프 유닛 가동율의 차이로 인하여 열펌프 유닛 가동 전에 먼저 작동되는 지중순환펌프의 운전 소비전력의 차이와 열펌프의 단속운전 시의 열손실과 추거 소비전력의 차이 때문이다.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.21 no.1
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• pp.35-43
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• 2011

Time series analysis was applied to groundwater level, water temperature, and electrical conductivity data obtained from monitoring wells around ground-source heat pumps at Sangji University of Wonju (standing column well type) and at Jungwon University of Goesan (closed loop type), from 21 May to 12 October 2010. We found large temporal variations in the characteristics of groundwater at Wonju, but only minor variations at Goesan. These results may improve our understanding of the effects of ground-source heat pumps on the characteristics of surrounding groundwater, according to the installation method for the pumps.

• Economic and Environmental Geology
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• v.40 no.6
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• pp.833-841
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• 2007

The groundwater heat pump system(GWHP) is one of the most efficient ground source heat pump system(GSHP) which uses low grade and shallow geothermal energy for cooling and heating purpose. The GWHP system shall be designed properly based on peak block load performance and optimum pumping rate of groundwater comparable to ground coupled heat pump system(GCHP). The optimum pumping rate depends on groundwater temperature at a specific site, size of plate heat exchanger, and total head loss occurred by whole system comprising pumps and pipings. The required optimum flow rates of the system per RT are ranged from 3.8 to 9.8lpm being less than the typical building loop flow of 9.5 to 11.4lpm.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.460-465
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• 2007

유출지하수는 지하공간이 깊고 넓게 분포하는 건물에서 자연적으로 유출되어 배출되는 낮은 심도의 지하수이다. 본 연구에서는 신축된 교회건물에서 유출되는 지하수를 열원으로 밀폐형태와 개방형태의 열교환기를 활용하여 각각 5RT급 히트펌프시스템을 난방모드로 운전한 결과를 정리하였다. 실험은 난방순환수의 온도를 $43{\sim}49$ $^{\cdot}C$ 범위에서 제어하면서 진행하였으며, 시스템 COP에 있어서 밀폐형은 $4.12{\sim}4.75$, 개방형은 $3.42{\sim}3.98$의 범위에서 측정되었다. 이는 기존의 지열히트펌프시스템의 COP와 대동 소이한 우수한 성능이라고 판단된다. 또한 펌프동력을 제외한 히트펌프 자체 난방COP에 있어서 밀폐형은 $4.69{\sim}5.81$, 개방형은 $4.38{\sim}5.43$의 범위에서 나타났다. 유출지하수의 온도가 겨울철에도 약 $12{\sim}14^{\cdot}C$를 유지하므로 히트펌프와 시스템전체의 COP가 매우 우수한 값을 나타내고 있음이 확인되었다.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.10 no.4
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• pp.54-61
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• 2005

An aquifer thermal energy storage (ATES) system can be very cost-effective and renewable energy sources, depending on site-specific parameters and load characteristics. In order to develop the ATES system which has certain hydrogeological characteristics, understanding the thermohydraulic process of an aquifer is necessary for a proper design of an aquifer heat storage system under given conditions. The thermohydraulic transfer for heat storage was simulated according to two sets of simple pumping and waste water reinjection scenarios of groundwater heat pump system operation in a two-layered aquifer model. In the first set of the scenarios, the movement of the thermal front and groundwater level was simulated by changing the locations of injection and pumping wells in a seasonal cycle. However, in the second set the simulation was performed in the state of fixing the locations of pumping and injection wells. After 365 days simulation period, the shape of temperature distribution was highly dependent on the injected water temperature and the distance from the injection well. A small temperature change appeared on the surface compared to other simulated temperature distributions of 30 and 50 m depths. The porosity and groundwater flow characteristics of each layer sensitively affected the heat transfer. The groundwater levels and temperature changes in injection and pumping wells were monitored and the thermal interference between the wells was analyzed to test the effectiveness of the heat pump operation method applied.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.10 no.7
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• pp.93-101
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• 2009

Standing column well (SCW) heat pump system produces geothermal energy by the heat exchange of the groundwater. If SCW system changed the temperature of soil and groundwater, it could also change species or population of microorganisms. Therefore it is needed to research about the effect of temperature change on microorganisms to use eco-friendly geothermal energy. We produced the simulative heat pump system (SHPS) and observed the change of the soil temperature in SHPS. Characteristic analysis of microorganisms isolated from soil was performed and groundwater temperature variation was evaluated. Also the bleeding effect in SHPS was investigated and the results are included. As the results, the population of microorganisms was increased about 90%, as the groundwater temperature increased 2-3 celsius degree. However the species of microorganism was little influenced by the temperature change of the soil.

• New & Renewable Energy
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• v.2 no.2 s.6
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• pp.86-93
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• 2006

유출지하수나 지표수를 열원으로 지열히트펌프의 지초자료로 활용하기 위하여 Pond Loop형 열교환기를 설계, 제작하여 유동이 없는 수조 내에서 수조의 온도가 변화함에 따라 일정한 열교환기 입구온도를 유지하면서 열전달량을 측정하였다. 그 결과 수조를 Heat Source로 사용하는 경우 $5,500{\sim}4,500kcal/h$의 열량이 전달되었고 수조를 Heat Sink로 사용할 경우 $5,200{\sim}3,500kcal/h$의 열량이 전달되었다. 또한 열교환기 관내 유속이 증가함에 따라 열전달량이 증가하는 경향성을 확인할 수 있었고 이는 동시에 열교환기 입출구의 차압을 증가시킴을 알 수 있었다. 열교환기의 설계단계에서 사용하였던 열전달관계식으로 구한 총괄열전달계수, U와 실험값을 통해 유추한 U값을 비교한 결과 실험에 의해 유추된 U값이 $24{\sim}27%$ 설계치보다 크게 나타났다. 본 연구를 통하여 유출지하수 뿐만 아니라 하수 및 하천수를 이용한 지열히트펌프의 기초자료를 확보할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.445-450
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• 2006

유출지하수나 지표수를 열원으로 하는 지열히트펌프의 기초자료로 활용하기 위하여 Pond Loop형 열교환기를 설계, 제작하여 유동이 없는 수조 내에서 수조의 온도가 변화함에 따라 일정한 열교환기 입구온도를 유지하면서 열전달량을 측정하였다. 그 결과 수조를 Heat Source로 사용하는 경우 $5,500{\sim}4,500kcal/h$의 열량이 전달되었고, 수조를 Heat Sink로 사용할 경우 $5,200{\sim}3,500 kcal/h$의 열량이 전달되었다. 또한 열교환기 관내 유속이 증가함에 따라 열전달량이 증가하는 경향성을 확인할 수 있었고, 이는 동시에 열교환기 입출구의 차압을 증가시킴을 알 수 있었다. 열교환기의 설계단계에서 사용하였던 열전달관계식으로 구한총괄열전달계수, U와 실험값을 통해 유추한U값을 비교한 결과 실험에 의해 유추된 U값이 $24{\sim}27%$ 설계치보다 크게 나타났다. 본 연구를 통하여 유출지하수 뿐만 아니라 하수 및 하천수를 이용한 지열히트펌프의 기초자료를 확보할 수 있었다.

• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2004.11a
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• pp.80-80
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• 2004

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2006.04a
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• pp.365-368
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• 2006

전 세계적으로 에너지 소비가 계속적으로 증가함에 따라 화석 에너지를 대체하기 위한 다양한 기술개발이 이루어지고 있으며, 지열 및 수온차 에너지 개발도 대체 에너지의 하나로 주목받고 있다. 본 연구에서는 이러한 지열 및 수온차 에너지의 개발 가능 에너지량을 산정하기 위하여 장기간에 걸쳐 하천수 및 충적층 온도 모니터링을 수행하고 이를 바탕으로 개발 가능 에너지량을 산정하였다. 모니터링 결과 충적층이나 하상에서의 온도변화가 대기 온도에 비하여 작음을 확인하였으며, 또한 충적층의 온도 변화가 하천수보다는 온도변화 폭이 작게 나타났다. 향후 이러한 수온차를 이용한 냉난방용 열펌프시스템을 활용하여 친환경적이고도 경제적인 에너지를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.