• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.600-603
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• 2009

We compared relative importance of thermal conductivity and initial ground temperature in designing borehole heat exchanger network and also we test accuracy of ground temperature estimation in thermal response test using a proven 3-D T-H modeler. The effect of error in estimating ground temperature on calculated total length of borehole heat exchanger was more than 3 times larger than the case of thermal conductivity in maximum 20% error range. Considering 10% of error in estimating thermal conductivity is generally acceptable, we have to define the initial ground temperature within 5% confidence level. Utilizing the mean annual ground surface temperature and the geothermal gradient map compiled so far can be a economic way of estimating ground temperature with some caution. When performing thermal response test for estimating ground temperature as well as measuring thermal conductivity, minimum 100 minutes of ambient circulation is required, which should be even more in case of very cold and hot seasons.

• 지질공학
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• 제21권1호
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• pp.35-43
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• 2011

본 연구에서는 원주에 위치한 상지대와 괴산에 위치한 중원대의 여름철 지열히트펌프 가동에 따른 지하수 특성 변화를 이해하기 위해 각 관측정의 2010년 5월 21일에서 10월 12일까지의 수위, 수온, 전기전도도에 대하여 시계열분석을 실시하였다. 지하수를 직접 이용하는 수주지열정 방식의 지열히트펌프가 설치된 상지대의 경우 지열히트펌프 가동에 따른 영향을 많이 받아 지하수 특성이 많이 변화하였다. 반면에 유체를 통해 열교환을 하는 수직밀폐형 방식의 지열히트펌프가 설치된 중원대의 경우 지열히트펌프 가동에 영향을 많이 받지 않아 지하수의 특성 변화가 일어나지 않았다. 이와 같은 결과는 지열 히트펌프시스템의 설치 종류에 따른 지하수 특성 변화를 이해하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 설비공학논문집
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• 제27권11호
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• pp.581-586
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• 2015

In this study, an analysis was performed on the performance of the solar water heating system with geo-thermal heat pump for a detached house. This system has a flat plate solar collector ($8\;m^2$) and a 3 RT heat pump. The heat pump acts as an auxiliary heater of the solar water heating system. These systems were installed at four individual houses with the same area of $100\;m^2$. The monitoring results for one year are as follows. (1) The average daily operating time of the solar system appeared to be 313 minutes in spring (intermediate season), and 135 minutes and 76 minutes in winter and summer respectively. The reason for the short operating time in summer is the high storage temperature due to low water heating load. The high storage temperature is caused by a decrease in collecting efficiency as well as by overheating. (2) The geothermal heat pump as an auxiliary heater mainly operates on days of poor insolation during the winter season. (3) Despite controlling for total house area, hot water consumption varies greatly according to the number of people in the family, hot water usage habits, etc. (4) The yearly solar fraction was 69.8 to 91.5 percent, which exceeds the maximum value of 80% as recommended by ASHRAE. So the solar collector area of $8\;m^2$ appeared to be somewhat greater for the house with an area of $100\;m^2$. (5) The observed annual efficiency of solar systems was relatively low at 13.5 to 23.6%, which was analyzed to be due to the decrease in thermal efficiency and the overheating caused by a high solar fraction.

• 터널과지하공간
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• 제21권1호
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• pp.11-19
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• 2011

지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 km 심도에서 최소 $100^{\circ}C$의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 $180^{\circ}C$의 지열저류층에서 유량 40 kg/s 이상의 지열수를 활용하는 MW급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러 기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2009년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.91-96
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• 2009

First, the base model of multi-family residential buildings are selected, and then the $CO_2$ reduction building technologies that are applicable for multi-family residential buildings are induced by analyzing the examples and then an optimal plan for when the $CO_2$ reduction building technologies can be integrated and applied to the base model was formulated. In the results of converting the energy consumption and reduction amount from the building technologies into $CO_2$ emissions to analyze the distribution ratio compared to the entire $CO_2$ emissions; the heat recovery ventilator is 0.5%, the photovoltaic system is $1.9%{\sim}5.9%$, the solar hot water heating system is $6.3%{\sim}13.1%$ and the ge thermal heat-pump system is 39.0% when both heating and hot water heating are applied. An optimally integrated application method for the building technologies is in charge of heating and hot water heating through the geothermal source heat pump system and in charge of the electricity load through the photovoltaic system(45.2%).

• 자원환경지질
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• 제39권3호
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• pp.255-268
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• 2006

58개 기상관측소에서 최근 22년간(1981-2002) 측정된 기상 자료를 이용하여 국내의 기온(SAT) 및 지면온도(GST)의 시공간적 변동 경향을 분석하였다. 먼저 관측 자료로부터 각 관측소의 평균기온(MSAT)과 평균지면온도(MGST)를 계산하였으며, 다중선형회귀분석을 통해 MSAT와 MGST를 예측할 수 있는 회귀식을 산정하였다. 회귀모형의 회귀변수는 관측소의 위도 및 고도이다. 회귀모형의 추정치와 실제 관측값의 결정계수($R^2$)는 각각 0,92와 0.94로 나타나 모형의 예측 정확성이 매우 높은 것으로 분석되었다. MGST는 지열펌프 시스템 설계의 주요 입력 변수이므로 최근 지열에너지자원 활용 분야에서 매우 중요하게 다루어지는 변수이다. 따라서 제시된 회귀모형은 신뢰할만한 관측 자료가 없는 지역에서 MGST를 추정하는데 매우 유용하게 이용될 수 있을 것으로 예상된다. SAT 자료에 대한 선헝회귀분석을 통해 지구온난화 및 도시화에 기인한 기온 상승의 장기 추세 변동성을 탐색하였다. 1개 관측소를 제외한 57개 관측소에서 $0.005{\sim}0.088^{\circ}C/yr$ 범위의 기온증가율을 가지는 추세 변동이 확인되었다. 또한 GST에 영향을 미치는 기상요소로서 일사량, 지구복사, 강수량 및 적설량 자료를 분석하였다. GST는 주로 SAT 및 일사량에 의하여 결정되지만 강수 및 증발에 의한 토양의 열용량 변화, 적설에 의한 대기와 지표면 차단, 지구복사에 영향을 줄 수 있는 대기의 조건 변화 등이 복합적인 변동 요인으로 작용하는 것으로 나타났다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권4호
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• pp.54-61
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• 2005

대수층 축열 에너지(ATES) 시스템은 지반의 특성과 이용량에 따라 매우 경제적인 새로운 대체에너지로 이용될 수 있다. 적절한 ATES 시스템 설계를 통하여 주어진 수리지질 특성에 적합한 ATES 시스템을 개발하기 위해서는 대수 층내 수리열역학적 과정의 이해가 필수적이다. 본 논문에서는 지하수 양수 및 열펌프에 이용된 불을 재주입하는 방식의 지하수 열펌프 운영에 대한 두 가지 시나리오를 통하여 두 개의 층으로 이루어진 대수층 모델에 적용하여 대수층내 열 저장에 대한 수리열역학적 현상을 시뮬레이션하였다. 첫 번째 시나리오에서는 양수 우물과 주입 우물을 계절에 따라 서로 교대로 시스템을 운영한 경우에 열 거동에 의한 온도 분포와 지하수위를 시뮬레이션 하였으며, 두 번째는 주입과 양수 우물 위치를 고정하여 시뮬레이션 하였다. 356일 이후 주입 우물 주변의 온도 분포는 주입수의 온도와 주입정으로 부터의 거리에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 지표온도 분포는 30과 50 m 심도의 온도 분포에 비하면 미미한 변화만 나타났으며, 각 층에서의 열 거동은 공극률과 지하수의 유동 특성에 따라 매우 민감한 것으로 나타났다. 그리고 양수와 주입우물에서의 지하수위와 온도변화를 모니터링하여 열펌프 운영 방식에 따른 효율성을 실험하고, 두 우물간의 열 간섭현상을 분석하였다.

• 설비공학논문집
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• 제28권10호
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• pp.402-407
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• 2016

Ground-coupled heat pump systems have been widely used, as they are regarded as a renewable energy source and ensure a high annual efficiency. Among the system components, borehole heat exchangers (BHE) play an important role in decreasing the entering water temperature (EWT) to heat pumps in the cooling season, and consequently improve the COP. The optimal sizing of the BHEs is crucial for a successful project. Other than the existing sizing methods, a simulation-based design tool is more applicable for modern complex geothermal systems, and it may also be useful since design and engineering works operate on the same platform. A simulation-based sizing method is proposed in this study using the well-known Duct STorage (DST) model in Trnsys. TRNOPT, the Trnsys optimization tool, is used to search for an optimal value of the length of BHEs under given ground loads and ground properties. The result shows that a maximum EWT of BHEs during a design period (10 years) successfully approaches the design EWT while providing an optimal BHE length. Compared to the existing design tool, very similar lengths are calculated by both methods with a small error of 1.07%.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권8호
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• pp.65-73
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• 2013

지중 열교환 시스템은 지속적인 에너지 효율의 개선으로 공간 냉난방을 위한 친환경적 에너지 기술로 주목받고 있다. 지중에 매설된 파이프는 내부 유체 순환을 통하여 인접한 지반과 열적 상호작용으로부터 직접적인 열에너지 교환을 수행한다. 하지만, 파이프의 수치모델링에서 열-수리가 연관된 난류해석과 파이프의 긴 세장비에 의한 메쉬사이즈의 부적합성은 열교환 시스템의 적절한 수치해석을 어렵게 하고 있다. 본 논문에서는 파이프 내부 유체흐름에 대한 에너지 보존의 법칙을 적용하여 지배방정식을 유도하였으며, Galerkin수식화와 시간적분을 통하여 열-수리 연동일차원 파이프 요소를 개발하였다. 그리고 제안된 파이프 요소를 기 개발된 다공질 재료를 위한 열-수리-역학(Thermo-Hydro-Mechanical) 해석을 위한 유한요소 프로그램과 결합하였다. 개발된 요소를 이용한 수치해석 결과는 열응답 시험(Thermal Response Test) 결과로부터 주위지반의 유효 열전도도를 평가하기 위하여 사용하는 선형 열원 모델이 인접 파이프간의 열적상호작용과 파이프의 단부효과에 의하여 지반의 열전도도를 과다 평가하는 것으로 보여주었다. 따라서 열응답 시험 해석 결과에 대한 역해석을 적용하여 최적의 수렴성을 보여주는 변환행렬을 제시하였다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제16권3호
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• pp.205-215
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• 2010

지열히트펌프를 이용한 축사용 냉난방시스템을 개발하고 농장 적용성을 검토하기 위하여 330 $m^2$ 규모의 농장에 개발 시스템을 설치하여 돈사에서의 난방 이용효과를 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 1. 지열 난방시 부하량은 24,104 kcal이었으며 농장시험 지열이용 냉난방시스템의 제원은 히트펌프 용량은 10 USRT 였으며, 상부 덕트형 30,000 kcal 홴코일유니트를 사용하였으며 FCU의 풍량은 90 $m^3$/분 이었다. 2. 지열 난방 1주령시 외부 최고기온 $14.2^{\circ}C$, 최저 영하 $9.3^{\circ}C$일때 시험구는 평균 $21.5^{\circ}C$로서 대조구 $19.8^{\circ}C$에 비하여 높았다. 3. 지열 난방 시험돈사의 먼지 농도는 PM10 185.3, PM2.5 40, PM1.0 $23.4{\mu}g/m^3$으로 대조구 PM10 481.4, PM2.5 47, PM1.0 $28.2{\mu}g/m^3$에 비하여 낮았다.4. 지열 난방 시험돈사의 유해가스농도는 $CO_2$ 1,470, $NH_3$ 10.6, $H_2S$ 0.05 ppm으로서 대조구 $CO_2$ 2,025, $NH_3$ 23.3, $H_2S$ 0.69 ppm에 비하여 유의적으로 (p<0.05) 낮았다. 5. 지열난방시 복당 이유두수는 10.5두로 대조구 10.4두에 비하여 높았으며 이유시체 중도 6.93 kg으로 대조구 6.86 kg에 비하여 컸으며 특히 온도가 낮은 대조구에서 모돈사료 섭취량이 99.6 kg으로 시험구 88.2 kg 보다 유의적으로 (p<0.05) 많았다. 6. 지열 난방시 외부기온과 지하수 순환량에 있어서 외부기온이 낮을 경우 1일간 8.4-12.9톤으로 지하수 순환량이 많았다.