• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권8호
• /
• pp.37-51
• /
• 2013

에너지파일은 말뚝 내부에 열교환을 위한 순환파이프를 설치하여 파이프 내에 열전달 유체를 순환시킴으로써 주변 지반의 열에너지와 말뚝 간의 열교환을 가능하게 한 구조물이다. 에너지파일은 기존의 지중 열교환기와 비교하여 경제적, 시공적인 측면에서 많은 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 코일형 PHC 에너지파일을 시공하여 그 열적거동을 실험 및 수치해석을 통하여 평가하였으며, 해당 에너지파일의 예비설계를 수행하였다. 현장 시공된 코일형 PHC 에너지파일에 대한 현장 열응답시험(thermal response test, TRT)를 실시하고, 이 결과를 Man et al.(2010)이 제안한 개선된 원통형 열원 모델(solid cylinder source model) 결과와 비교하였다. 또한 현장 열응답 시험 결과를 FLUENT를 이용한 전산유체(computational fluid dynamics, CFD) 수치해석을 통해 모사함으로써, 대상 지반의 열전도도를 역해석을 통해 산정하였다. 코일형 PHC 에너지파일에 설치된 코일형 열교환 파이프의 파이프 루프 간 간격에 따른 열간섭을 평가하기 위하여 코일피치에 변화를 주며 수치해석을 수행하였으며, 결과를 통해 코일피치에 따른 에너지파일의 열거동 및 열교환 효율을 평가하였다. 마지막으로 수치해석을 통해 코일형 PHC 에너지파일과 일반적인 복합 U-형 열교환 파이프가 삽입된 PHC 에너지파일 간의 열교환 효율을 비교하여 코일형 PHC 에너지파일의 등가 열교환율(또는 등가 환산계수)을 제시하였고, 이를 PILESIM2를 이용한 설계 알고리즘에 적용함으로써 해당 에너지파일의 예비설계를 수행하였다.

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

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제30권4호
• /
• pp.93-99
• /
• 2014

최근 들어 경제적인 지열에너지 활용을 위하여 에너지 파일의 적용이 확대되고 있다. 특히 더 높은 열 교환 효율을 확보하고자 에너지 파일의 경우 통상적인 U자형 또는 W자형과 같은 라인형 지중 열교환기가 아닌 코일형 지중 열교환기를 매입하는 경우가 늘어나고 있다. 본 연구에서는 매립지 부지에 PHC 코일형 열교환기 형태의 에너지 파일을 설치하고 240시간 동안 현장 열응답 시험(thermal response test)을 실시하였다. 또한 현장에서 지층별로 시료를 채취하여 실내에서 현장 지층 물성으로 시료를 재조성한 후 비정상 탐침법(non-steady state probe method)을 이용하여 지층별 열전도도와 열확산계수를 측정하였고 등가의 열물성으로 환산하였다. 실험 결과 현장 열응답 시험에 의한 지반의 열전도도와 실내 탐침법으로 측정된 지반의 열전도도는 5%내에서 일치하였으며 아울러 지반의 또 하나의 중요한 설계인자인 등가 열확산계수의 측정방법도 제시하였다.