• 한국지반신소재학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.143-147
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• 2013

지열 에너지는 지구에 저장된 활용하기 쉬운 재생에너지 이며, 열교환 배관 시스템을 통해 수집될 수 있다. 본 연구에서는 터널 주변 라이닝에 지열 에너지를 포집할 수 있는 열교환 파이프 루프를 간편하게 설치할 수 있는 시스템을 개발하였다. 터널 세그먼트에 결합된 열 교환 파이프 루프 시스템은 수송 유체 순환을 통해, 지중 주변의 열을 인근 구조물 또는 지역의 냉난방 열원으로 사용할 수 있다. 터널 세그먼트에 통합 연결된 열 교환 파이프 루프 시스템을 에너지 라이닝 세그먼트(Energy Lining Segment)이라고 명하도록 하겠다. 유럽에서는 터널 라이닝에 열 교환 파이프 루프 시스템을 통합한 수차례의 사례가 있다. 본 연구에서는 에너지 라이닝 세그먼트에 대한 적용성 평가를 위해, 독일 사례와 유럽 도시에 적용된 사례를 조사해 보았다. 또한, 에너지 라이닝 세그먼트의 열 전도특성을 파악하기 위해, 전산유체해석(CFD)을 수행해 보았다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.13-18
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• 2014

This paper proposes an optimum pipe material (PVC vs. PE) design & selection for open loop ground heat exchangers. Heat exchange efficiency and/or workability, and the need for trench insulation were investigated by comparing EWT (cooling mode) of each system. CFD simulations for the PVC and PE pipe with the same inner diameter show similar EWT. This is because the PVC pipe has a small thickness but a low thermal conductivity as compared to the PE pipe, and thus these two properties tend to offset each other. However, a hypothetically insulated pipe led to a meaningful drop of EWT. This means pipe insulation is of importance in performance of ground heat exchangers. From analyzing climate data and system operation, it is not advantageous to insulate trench pipes due to construction difficulties and ground temperature characteristics that are seasonally varied.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.361-375
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• 2015

에너지파일은 기존의 수직밀폐형 지중열교환기를 경제적으로 대체할 수 있는 새로운 형태의 지중열교환기이다. 즉, 에너지파일은 건물의 기초 구조물과 지중열교환기의 역할을 동시에 수행하는 에너지 구조체로서, 말뚝 기초 내부에 열교환 파이프를 삽입하고 파이프를 통해 유체를 순환시켜 지반과의 열교환을 유도한다. 본 연구에서는 병렬 U형(5쌍, 8쌍, 10쌍)의 열교환 파이프를 대구경 현장타설 에너지파일에 삽입하여, 3본의 에너지파일을 실규모로 시공하였다. 또한 현장 열응답 시험(In-situ thermal response tests, TRTs)을 수행하고 시공된 현장타설 에너지파일과의 열교환 효율을 비교하기 위하여 30m 깊이의 수직밀폐형 지중열교환기를 별도로 시공하였다. 병렬 U형 현장타설 에너지파일에 대해서는 냉난방 부하를 인공적으로 주입하는 열교환 성능 평가시험을 수행하여 열교환 성능(heat exchange rate)을 평가하였다. 마지막으로 현장타설 에너지파일의 적용성 평가를 위해 산정된 상대 열교환 효율(relative heat exchange efficiency) 및 열교환 성능을 선행 연구 결과와 비교하였으며, 본 연구에서 시공된 현장타설 에너지파일은 안정적이고 효율적인 열성능을 보이는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.23-33
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• 2015

본 연구에서는 인천국제공항 3단계 건설 사업에 포함된 지중열시스템에 대한 적정 지중열교환기 선정을 위해 현장 부지내 시스템의 열원(지중열원, 지하수), 채움재(벤토나이트, 콩자갈), 열교환 파이프 형태(U, D-U)별로 지중열교환기를 설치하여 지중열전도도, 시공성, 경제성을 평가하였다. 이를 위해 벤토나이트 그라우트에 single U형의 열교환파이프가 삽입된 일반수직밀폐형-I, 열교환 파이프의 접촉면적을 늘려 열교환율을 높이기 위해 single U형 열교환파이프를 두 개 삽입한 Double U형 일반수직밀폐형-II, 일반수직밀폐형-I의 채움재를 벤토나이트 대신 콩자갈로 적용한 개량수직밀폐형 및 SCW(standing column well)에 채움재를 넣은 함몰방지개방형(geohil)을 시험시공하였다. 초기비용에 대한 비용 비교분석결과 일반수직밀폐형-I 대비 개량수직밀폐형, 일반수직밀폐형-II의 경우 초기비용이 절감되었지만 시공성(채움재 주입, 열교환 파이프 삽입) 및 시공일수를 고려할 때 높은 경제성을 기대하기 어려우리라 판단된다. 또한 Geohil의 경우 초기 비용이 더 늘어났다.