• 한국지반공학회논문집
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• 제30권7호
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• pp.55-61
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• 2014

최근 들어 경제적이고 친환경적인 에너지 활용을 위하여 지열에너지 필요성이 증대되고 있다. 수평형 지중 열교환기는 설치 비용이 저렴하여 비용 대비 효율면에서 우수하다. 수평형 지중 열교환기의 타입에는 여러 가지가 있으나 이 중 슬링키형과 코일형이 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 논문에서는 $5m{\times}1m{\times}1m$ 크기의 모형 토조내에 수평 슬링키형과 코일형 지중 열교환기를 각각 설치한 후 열교환율을 실험적으로 측정하였다. 모형 토조 내에는 건조 상태의 주문진 모래가 조성되었으며 수평 슬링키형과 코일형의 피치 간격에 따라 열교환율을 측정하기 위해 30시간 동안 연속으로 열응답 시험을 실시하였다. 실험 결과 코일형 지중 열교환기 이용시 수평 슬링키형 보다 약 30, 40% 정도의 높은 파이프 단위 길이당 열교환율을 보였다. 또한 수평 슬링키형과 코일형 이용시 피치 간격이 넓을 때(피치/직경 = 1)가 좁을 때(피치/직경 = 0.2)보다 약 200, 250% 정도의 높은 파이프 단위 길이당 열교환율을 나타냈다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.195.1-195.1
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• 2011

This paper presents an experimental study on a new potential geothermal energy source obtained from tunnel structures. An "energy textile", which is a textile-type ground heat exchanger, was fabricated between a shotcrete layer and a guided drainage geotextile in the tunnel lining system. To examine the long-term thermal behavior of the energy textile, the difference in temperatures of the inlet and outlet fluid circulating through the heat exchange pipe within the energy textile was monitored using a constant-temperature water bath. Daily heat exchange rate of the energy textile during cooling operation was estimated from the measured temperatures of the inlet and outlet fluid through the energy textile. The air and ground temperature was also continuously monitored. The operation of the energy textile as a ground heat exchanger was simulated using a 3D numerical CFD model (Fluent). The thermal conductivity of shotcrete and concrete lining components and temperature variation of air in the tunnel were incorporated in the model. The numerical analysis shows a good agreement with the long-term monitoring result.

• KIEAE Journal
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• 제17권4호
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• pp.33-39
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• 2017

Purpose: The use of renewable energy system is essential for building energy independence and saving energy consumption in the building sector. Among renewable energy technologies, ground source heat pump(GSHP) system is more energy-efficient and environmental-friendly than other heat source systems due to utilize stable ground heat source. However, the GSHP system requires a high initial installation cost and installation space in limited urban area, so it is difficult to have superiority in the market of heat source system. Therefore, it is necessary to develop the installation method of low-cost and improve system performance. This paper aims to evaluate the performance of double u-tube ground heat exchanger(GHX) and verify system feasibility through real-scale experiment. Method: In this study, the real-scale experiment of vertical closed-type GSHP system was conducted using double u-tube GHX and high-efficiency grout. Through the verification experiment, heat source temperature, heat exchange rate(HER) and seasonal performance factor(SPF) were measured according to the long-term operation. In addition, the feasibility analysis was conducted comparing to the single u-tube system. Result: In the results of experiment, average HER was 136.27 W/m and average SPF was 5.41. Furthermore, compared to the single u-tube, the installation cost of the developed system could be reduced about 70% in the same heating load condition.

• 설비공학논문집
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• 제25권11호
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• pp.600-605
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• 2013

Ground source heat pump systems (GSHP) can achieve higher performance of the system, by supplying more efficient heat source to the heat pump, than the conventional air-source heat pump system. But building clients and designers have hesitated to use GSHP systems, due to expensive initial cost, and uncertain economic feasibility. In order to reduce the initial cost, many researches have focused on the energy-pile system, using the structure of the building as a heat exchanger. Even though several experimental studies for the energy-pile system have been conducted, there was not enough data of quantitative evaluation with economic analysis and comprehensive analysis for the energy-pile. In this study, a prediction method has been developed for the energy pile system with barrette pile, using the ground heat transfer model and ground heat exchanger model. Moreover, a feasibility study for the energy pile system with barrette pile was conducted, by performance analysis and LCC assessment. As a result, it was found that the heat exchange rate of a barrette pile was 2.55 kW, and the payback period using LCC analysis was 8.8 years.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권9호
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• pp.31-41
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• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.451-454
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• 2006

Fiber optic distributed temperature sensing and thermal line sensor are applied in an observation borehole and a loom deep borehole heat exchanger. For the case of permanently installed system fiber optic DTS is very useful. By comparing with TLS, fiber optic DTS shows good accuracy and reliability. Ground water flow can give influences at heat exchange rate of the heat pump system. According to the hydraulic characteristics and temperature-depth profile, we consider that temperature-depth profile do not seem to be dependent on ground water flow. A permanent installation of fiber optic cable is expected as a reliable temperature measurement technique in a borehole heat exchanger system.

• 설비공학논문집
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• 제27권4호
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• pp.207-212
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• 2015

The use of groundwater and ground_heat is one of the ways to use natural and renewable energy, and it has been considered as a technology to reduce greenhouse gas emissions and increase energy-saving. There are a few researches on the optimum design for the open-loop geothermal system. In this study, to develop the optimal design method numerical simulation of the open-loop geothermal system with two-wells was performed by a groundwater and heat transfer model. In this paper, a study was performed to analyze the system performance according to well distance and pumping flow rate. In the result, average heat exchange rate and heat source temperature were calculated and it was found that they were dependent on the pumping rate.

• 토지주택연구
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• 제3권2호
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• pp.169-175
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• 2012

최근, 지열 냉난방 시스템의 초기 공사비를 절감하기 위해 연구되고 있는 에너지 파일의 열교환량을 산정하기 위해 2종류(부속연결형, 슬링키형)의 현장타설말뚝형(PRD, 시공심도 4.5m, 직경 1,200mm) 에너지 파일을 시험시공하고 수치 시뮬레이션에 의해 효율을 상호 비교하였다. 상호 비교결과에 의하면 지중 교환량은 운전시작과 함께 채열에 의한 지중온도의 저하에 의해 점점 감소하였고 부속연결형의 평균 열원수의 온도차는 난방운전에서 $0.37^{\circ}C$, 냉방운전에서 $0.34^{\circ}C$로 나타났다. 또, 부속연결형의 난방운전시 열교환량 231.4W/m보다 냉방운전의 방열량은 252.2W/m로서 9% 높았고 슬링키형은 난방 기간 평균 열교환량이 168.0W/m로 부속연결형에 비해 약 27% 낮은 열교환량을 얻었다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.1-7
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• 2016

This paper presents a design method for the horizontal straight ground heat exchanger (GHE) based on the Kavanaugh design method. In order to examine suitability of the suggested design method, a horizontal line type GHE was installed in a steel box of which the size was $5m{\times}1m{\times}1m$ filled with dried Joomunjin standard, and a thermal response test (TRT) was conducted for 21 hours. A numerical analysis was performed for a simulation of a peak month operation and for its verification by finite element method (FEM). According to the simulation results, it was concluded that the suggested design method for a horizontal straight GHE is reliable for the estimation of a design length.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.69-77
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• 2012

일반적으로 지열 에너지파일 및 수평형 지열교환기는 기존의 연직형 지열히트펌프에 비하여 지표면에서 가까운 깊이에 설치되며, 이 경우 지열교환기의 열 교환 거동은 토사층에서의 열전도도에 많은 영향을 받게 된다. 기존의 연구에 따르면 지하수위 상부에 놓인 흙의 열전도도는 에너지파일의 열 교환 성능에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이는 부분적으로 포화된 흙의 열전도도는 함수비에 큰 영향을 받기 때문이다. 본 연구에서는 국내에 널리 분포하고 있는 화강풍화토의 열전도도 예측에 대한 연구를 수행하였다. 5개 지역에서 채취한 화강풍화토 시료의 간극율과 포화도를 바꾸어가며 탐침법 기반 열전도도 측정시험을 수행하였고, 기존의 열전도도 추정 모델들의 적합성을 평가하였다. 마지막으로 국내 화강풍화토에 적합한 경험적 예측식을 제안하고 이를 토대로 실험자료를 분석해 보았으며 기존 문헌에 실린 실험결과에 적용하여 그 적절성을 살펴보았다.