• 설비공학논문집
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• 제17권8호
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• pp.695-703
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• 2005

The objective of this study is to determine the effective thermal conductivity and thermal resistance values in test boreholes with three different fill materials. To evaluate these heat transfer properties, in-situ tests on four vertical boreholes were conducted by adding a monitored amount of heat to water over various test lengths. Two parameter estimation models, line-source and numerical one-dimensional models, for evaluation of thermal response test data were compared when applied on the same four data sets. Results show that the average thermal conductivity deviation between measured data and these two models is in the range of $3.03\%$ to $4.45\%$. The effect of increasing grout thermal conductivity from 1.34 to 1.82 $W/m^{\circ}C$ resulted in overall increases in effective formation thermal conductivity by $11.1\%$ to $51.9\%$ and reductions in borehole thermal resistance by $11.6\%$ to $26.1\%$.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.28-35
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• 2016

지열원 히트펌프 시스템에서 지중 열교환기 설계를 위해 수행하는 현장 열응답 시험은 많은 시간과 비용이 수반되기 때문에 조건 변화에 따른 출구온도 예측이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 주로 사용하는 수직형 지중 열교환기의 열전달 성능을 예측하기 위한 방안으로 3차원 CFD 해석 기법을 제안하고, 2개소의 현장 열응답 시험의 출구온도와 기울기 값을 비교하여 CFD 해석 방법의 신뢰성을 확인하였다. CFD 해석 결과, 2개소의 현장 열응답 시험의 출구온도는 $0.5^{\circ}C$ 이내에서 예측하였고, 기울기 값은 1.6% 이내에서 적절히 예측하였다. 이를 통해 CFD 해석 방법의 신뢰성을 확인하고, 2개소의 현장 열응답 시험의 유량 및 지중 유효 열전도도 조건을 각각 ${\pm}20%$ 변화시키면서 현장 열응답 시험의 출구온도를 예측하였다. 첫 번째 현장(Case 1)의 경우 유량 변화에 따라 $28.0^{\circ}C$(-20%)와 $29.6^{\circ}C$(+20%), 지중 유효 열전도도 변화에 따라 $29.6^{\circ}C$(-20%)와 $28.0^{\circ}C$(+20%)로 현장 열응답 시험의 출구온도를 예측하였으며, 두 번째 현장(Case 2)의 경우 유량 변화에 따라 $28.4^{\circ}C$(-20%)와 $29.8^{\circ}C$(+20%), 지중 유효 열전도도 변화에 따라 $29.7^{\circ}C$(-20%)와 $28.4^{\circ}C$(+20%)로 현장 열응답 시험의 출구온도를 각각 예측하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.3401-3406
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• 2007

This study was performed to acquire the reliable in-situ thermal conductivity of closed type ground heat exchanger used in ground source heat pump. We selected four sites(Cheonan, Daejeon, Daegu, Gwangju) which are central area of South Korea. Test results show that the effective thermal conductivities are 2.33 W/m$^{\circ}C$, 2.50 W/m$^{\circ}C$, 2.75 W/m$^{\circ}C$ and 2.86 W/m$^{\circ}C$. From this data, we can see that thermal conductivity varies about the range of 23% with the sites. Also, thermal conductivity increases up to 20% by changing grouting material from low salica sand to high one.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제4권1호
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• pp.11-19
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• 2008

Groundwater flow in confined aquifer and heat transport in underground geologic media are using same governing equation(line source) like well fuction. Therefore the conventional slope method using only later data obtained from in-situ thermal response test to determine the thermal conductivity of vertical geothermal heat exchanger(GHEX) is basically identical with one of Theis straight line method of aquifer test under artesian condition. In case that the pumping rate(Q, $m^3$/d) and drawdown(s,m) which are used for input data of existing hydrogeologic computer programs for aquifer test are replaced and converted to supplying heat energy per unit length of bore hole(Q/L,w/m or Kcal/h.m) and temperatures (T,$^{\circ}C$)measured at in and out-let of GHEX as in put data respectively, thermal conductivity around geothermal heat exchanger can be easily estimated without any special modification of the existing hydrogeologic computer program. Two numbers of time series temperature variation data obtained from in situ geothermal response test are analized using Theismethods(standard curve and straight line method) by using existing aquifer test program and conventional Slope method proposed by ASHRAE. The results show that thermal conductivity values estimated by two straight methods are identical and the difference of estimated values between standard curve methods and Slope method are also within acceptable ranges. In general,the thermal conductivity estimated from Theis straight linemethod gives more accurate value than the one of Slope method due to that Slope method uses only visual matching otherwise Theis method uses automatic curve matching estimation with reducing RSS.

• 설비공학논문집
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• 제26권10호
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• pp.460-466
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• 2014

This paper uses in-situ thermal response tests to present the characteristics of the ground thermal conductivities of three different SCW GHX. These SCW GHXs were installed in the same site in Seojong City. The three different cases are distinguished by the flow direction and the presence of a filler. The first type (A) is constructed for water to flow downstream. The second (B) and third (C) types are designed for water to flow upstream, and a filler is additionally inserted into the third type. The results of the in-situ thermal response tests, indicate that the ground thermal conductivity for types (A), (B) and (C) are of $4.84W/m{\cdot}K$, $3.40W/m{\cdot}K$, and $11.62W/m{\cdot}K$, respectively.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.123.2-123.2
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• 2010

본 논문에서는 2008년 4월 이후 지열원 열펌프가 설치되어지는 현장에 시험공의 지중열전도도를 현장열응답법을 이용하여 측정하였으며, 그간에 측정된 지중열전도도를 이용하여 전국의 지중온도 및 지중열전도도의 산포도를 정리하였다. 지중열교환기의 심도가 150m일 때 지중온도 분포는 약 $12.0{\sim}19^{\circ}C$의 넓은 분포를 보였으나 대부분의 지중온도가 $15.0{\sim}17.0^{\circ}C$의 범위에 분포하였으며, 지중열전도도의 경우도 마찬가지로 1.50 ~ 9.00 W/mk 값으로 아주 넓은 분포를 보였으나 2.30 ~ 2.90W/mk 값이 가장 많이 나타냈다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.8-15
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• 2019

In order to design coaxial-type Ground Heat Exchangers (GHEXs) efficiently, the effect of components (i.e, heat exchange pipe and grouting material) on the thermal performance of coaxial-type GHEXs should be identified in advance. In this paper, three coaxial-type GHEXs with different configurations were constructed in a test bed. Then, the effect of heat exchange pipes and grouting materials on the thermal performance of coaxial-type GHEXs was investigated by performing in-situ thermal response tests (TRTs) and thermal performance tests (TPTs). In the TRTs, the effective thermal conductivities of the coaxial-type GHEXs with concrete grouting and STS pipes were improved by 6.15 and 22.7%, respectively compared to those of bentonite grouting and HDPE pipes. Additionally, in the TPTs, the use of concrete grouting and STS pipes in the coaxial-type GHEXs enhanced the in-situ thermal performance by 15 and 33.8%, respectively.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2008년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.769-775
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• 2008

The objective of this report is to determine the difference of thermal response that grouted two different materials, and compare the simulation result of the length of total ground heat exchanger length that using the ground thermal conductivity. And also to know heat exchange variation of ground heat exchanger temperature that measured with various test depth. The result shows that the test hole grouted with water permeable material got better thermal response than grouted with water impermeable material. However, with consideration of ingnore for the initial 12 hour data, the test hole grouted with impermeable material has larger thermal conductivity than the other. By former thermal conductivity, simulated data by engineering program shows only 3.4% difference or less. This result shows that ground thermal conductivity is not the main variables for the design program of ground heat exchanger. At the cooling or heating mode, base on the depth of -150m, the ground heat exchanger has best temperature at $-90{\sim}-60m$ and than getting worse because of entering water heat exchanged with leaving water in the same hole.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권12호
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• pp.5-15
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• 2012

본 연구에서는 일련의 현장 열응답 시험결과를 동일한 지중열교환기와 지반 조건에 대한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 수치해석 결과와 비교하고 역해석을 통해 지반의 열전도도를 평가하였다. 총 6개의 보어홀을 원주에 소재하고 있는 시험시공 현장에 설치하였으며 순환 파이프의 형상과 그라우트 재료에 대한 수직 밀폐형 지중열교환기의 성능을 비교하기 위해 일반적인 U형 순환 파이프와 새롭게 개발된 3공형 순환 파이프를 보어홀 내 시공하였다. 수치해석은 CFD 해석 프로그램인 FLUENT를 적용하여 3차원 열전달 거동 해석을 수행하였으며 각각의 보어홀에 대해 시간에 따른 순환수의 유입, 유출 온도 차이와 지반의 깊이별 온도변화를 User Define Function (UDF)을 이용하여 실제 조건을 모사하였다. 주어진 보어홀 조건과 실내시험을 통해 시험시공 현장의 열 물성을 입력치로 적용하여 수치 해석을 수행하였으며, 현장 열응답 시험에서 측정된 시간에 따른 유입, 유출 순환수의 온도 변화를 모사하였다. 수치해석 결과, 지반의 열전도도를 3W/mK로 적용하였을 때 보다 4W/mK일 때 현장 열응답 시험과 유사한 결과를 얻었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.93-106
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• 2010

현장 열응답 시험을 통해 지중 유효 열전도도를 산출하여 각 보어홀의 성능을 비교하기 위해 강원도 원주 현장에 6개의 보어홀을 시험 시공하였다. 6개의 보어홀은 그라우트 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 영향을 검토하도록 시공되었다. 그라우트 재료는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가재는 천연규사와 흑연, 파이프 단면은 기존 U-tube 파이프 단면과 유입과 유출 파이프 사이에 파이프를 추가로 삽입한 새로운 3공형 파이프 단면을 적용하였다. 현장 열응답 시험으로 산정한 지중 유효 열전도도 결과는 시멘트 그라우트로 시공한 보어홀의 경우가 벤토나이트 그라우트로 시공한 경우에 비해 전열 성능이 향상됨을 보였으며 흑연을 추가로 사용한 경우가 천연규사만 사용한 경우보다 높은 효율을 보였다. 또한, 유입과 유출 파이프 사이에 물을 채워 부분적 단열 구간을 형성한 새로운 3공형 파이프 단면의 경우가 기존 U-tube 파이프 단면에 비해 높은 효율을 보였다. 가상 건물에 대한 지중열교환기 설계를 수행하여 지중열교환기 시공비를 비교한 결과, 시멘트 그라우트에 첨가재로 천연규사와 흑연을 함께 사용한 경우가 벤토나이트 그라우트에 첨가재로 천연규사를 사용한 기존의 시공방법 보다 낮은 시공비로 설계가 가능하였다. 마지막으로 본 현장 열응답 시험결과를 바탕으로 일련의 경제성 분석을 통하여 새로이 제시된 첨가제와 3공형 파이프 단면의 적용성을 평가하였다.