• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.168.2-168.2
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• 2010

The growing market for geothermal heat pump system requires great consideration of quality control and assurance in design and construction. The borehole heat exchanger of GHP system should be sustainable, economical and ecological. Thermal Response Test (TRT) is a useful method for site investigation to obtain reliable data for a optimal system design from the technical and economical aspect. Intensive researches combined with exchange of experiences on an international level within the IEA ECES Annex 21 improved the technology. Major subjects on the interpretation of TRT are development of improved evaluation models, evaluation of the TRT with respect to geological layers and investigation of the influence of ground water. Current status of TRT in South Korea, as well as a new version of the Korean TRT standard test procedure was presented. TRT is mostly used for governmental supported projects with corresponds to more than 100 GCHP systems per year. More than 200 tests are applied, mostly on single U-tube heat exchangers (about 95%). Bentonite is the most common grouting to be used. KIGAM (Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources) is also keeping a GIS geological and geothermal database. In the institute also laboratory measurements of rock properties are carried out. About 90% of the laboratory measurements of the rock heat conductivity shows higher values than the in-situ TRT.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.195.2-195.2
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• 2011

The borehole heat exchanger of Geothermal Heat Pump (GHP) system should be sustainable and cost effective for long term operation. To guaranty the performance of the system thermal Response Tests (TRTs) with simple recommended procedures have been applied in many countries. Korea government developed a standard TRT procedure in order to control the quality on GHP projects. In the TRT procedure interpretation method has a rule that data set has to be interpreted by the line source model(LSM). The LSM employes some assumptions that surrounding medium is homogeneous and the line source is infinite and constant heat flux, however real ground condition is unisotropic and heterogeneous, and showing regional or local ground water flows in many cases. We need to develope improved evaluation models to estimate accurate ground thermal conductivity with respect to geological and influence of ground water because current TRT standard test procedure has limitations to be applied for every locations and system. This study surveyed the uncertainty of the thermal parameters from the interpretation method considering different evaluation period. The interpretation of 208 TRT data sets represents limitations of LSM application that some obtained ground thermal conductivities are statistically unstable and convergence time of ground thermal conductivity over test period shows trends responding the length of test period. This evaluation study will be helpful to provide some effective procedure for the thermal parameter estimation and to complement current TRT standard procedure.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.389-398
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• 2013

국내에서 열물성에 관한 연구는 지역별, 암종별 열물성 파악을 위주로 진행되었으나, 지열냉난방시스템 설계 시에 실시하는 TRT (thermal response test)의 열전도도와 차이가 크게 나타남에 따라 본 연구에서는 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 시료를 통한 열전도도와 TRT를 통한 열전도도를 비교하였다. 토양 시료의 열전도도는 1.32 W/m-K, 암석 시료의 열전도도는 2.88 W/m-K로 나타났으며, TRT로 측정된 열전도도는 3.13 W/m-K로 나타나 암석 시료보다 약 10% 정도 높게 나타났다. 연구지역은 지하수가 풍부하고 0.01의 수리경사를 가지고 있어 이 차이는 지하수 흐름에 의한 영향이라고 판단된다. 라인소스(line source) 이론에 따르면 TRT는 지반의 순수한 열전도도를 산정하는 것이 목적이므로, 국내 SCW (standing column well)형의 TRT는 라인소스 이론에 적합하지 않으며 지열냉난방시스템 설계 시에는 시료를 통한 열전도도값을 사용하는 것이 타당하다고 판단된다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2381-2384
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• 2008

The heat exchange between the Borehole Heat Exchanger(BHE) and the surrounding ground depends directly on ground thermal conductivity k at the certain site. The k is thus a key parameter in designing BHE and coupled geothermal heat pump systems. Currently, although a thermal hydraulic Response Test(TRT) is mostly used in practice, the thermal hydraulic TRT needs additional power and is generally time-consuming. A new, simple wireless probe for hi-speed k determination was introduced in this paper. This technique using a wireless probe is less time-consuming and requires no external source of energy for measurement and predicts local thermal properties by measuring soil temperatures along the depth. Measured temperature data along the depth was analyzed. As a result, the electronic wireless probe can replace the conventional hydraulic TRT method after carrying out the additional research on a lot of local heat flow, etc.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2008년도 동계학술발표대회 논문집
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• pp.39-44
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• 2008

The heat exchange between the Borehole Heat Exchanger(BHE) and the surrounding ground depends directly on ground thermal conductivity k at the certain site. The k is thus a key parameter in designing BHE and coupled geothermal heat pump systems. Currently, although a thermal hydraulic response test(TRT) is mostly used in practice, the thermal hydraulic TRT needs additional power and is generally time-consuming. A new, simple wireless P/T probe for a hi-speed k determination was introduced in this paper. This technique using a wireless P/T probe is less time-consuming and requires no external source of energy for measurement and predicts local thermal properties by measuring soil temperatures along the depth. Measured temperature data along the depth was analyzed. In order to verify the new technique for the determination of ground thermal conductivity, ground thermal conductivity k that calculated from the measured temperature data using a wireless P/T probe was compared with one obtained from conventional hydraulic TRT. When comparing the average k of two methods, the relative error was approximately 10%. As a result, the electronic TRT can replace the conventional hydraulic TRT method after carrying out the additional research on a lot of sites.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.24-30
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• 2016

현재까지 지열 열펌프 시스템의 지중열교환기는 수직 밀폐형과 개방형 지중열교환기가 주로 설치되어 열응답시험을 이용한 열특성 평가가 수행되어 왔다. 본 논문에서는 열응답시험과 선형열원법을 이용하여 수평형 지중열교환기의 열특성을 분석하였다. 또한 지열 열펌프 시스템은 매일 단속 운전되어지므로 일일부하시험을 수행하여 수평형 지중열교환기의 지중온도 및 순환수 평균온도 일별 변화를 고찰하였다. 시험을 위해 경기도 안산에 직선식 수평형 지중열교환기(심도 2 m, 길이 50 m 8줄)를 설치하였다. 시험결과 수평형 지중열교환기의 지중 열전도율은 연중 $1.43{\sim}1.64W/m{\cdot}K$ 범위로 비교적 큰 변화가 없으며 12월에 최대값을, 5월에 최소값을 갖는 것으로 나타났다. 12일간 지중 열교환기로 하루 10시간동안 6.0 kW의 열량을 투입하는 연속 부하시험을 6월, 9월, 12월에 수행한 결과 지중온도는 이 기간 동안 각각 $4.31^{\circ}C$, $3.14^{\circ}C$, $1.21^{\circ}C$ 상승하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권7호
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• pp.5-14
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• 2016

최근 들어 경제적이고 친환경적인 에너지 활용을 위하여 지열에너지의 필요성이 점차 증대되고 있다. 특히 지열히트펌프 시스템(geothermal heat pump system)으로 불리는 지열 냉난방 시스템의 적용성이 계속 확대되고 있다. 이러한 지열히트펌프 시스템에서 지반의 열전도도와 열확산계수와 같은 지중 열물성은 설계 과정에서 매우 중요한 변수이기에 현장 열응답 시험(thermal response test)을 통해 지반의 열전도도를 산출해야 한다. 본 논문에서는 U와 2U 타입의 지중 열교환기를 매립지 지반에 설치한 후 48시간 동안 현장 열응답 시험을 수행하였으며 지반의 열전도도 뿐만 아니라 지반의 열확산계수를 비선형 회귀분석을 통해 산정할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 지중 열교환기가 설치된 지반의 시료를 채취하여 실내 열물성 실험을 수행하였으며 이를 현장 열응답 시험을 통해 도출된 지반의 열전도도 및 열확산계수 값과 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.93-99
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• 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.

• 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.