• 자원환경지질
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• 제49권6호
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• pp.459-467
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• 2016

300 m 이상의 장심도 지중열교환기는 도심지나 넓은 부지를 확보가기 어려운 지역에 지열냉난방 시스템을 경제적으로 설치하는데 유리하다. 그러나 실제 시공에서는 여러 가지 문제들로 인하여 보편적으로 시도되지 않았고, 일반적으로 100 ~ 200m 심도로 설치되어 왔다. 본 연구에서는 일반적인 시추공 직경 150 mm에 U 파이프는 50A 규격으로 외경 50 mm의 300 m 심도로 지중열교환기를 설치하였다. 고밀도 PE관은 단위 길이당 비중이 $0.94{\sim}0.96g/cm^3$으로 지열공 내부에 채워진 지하수 영향으로 부력이 존재하여, 이를 개선하기 위해 4.6 kg 무게의 금속으로 제작된 하중밴드 10개조를 설치하여 부력의 영향을 감소시켰다. 지중열교환기의 길이 산정 및 성능평가를 위한 기초조사로서 지반조사 및 열응답실험이 실시되었다. 지반내 온도구배는 100 m 심도까지는 주변 지하수 이용에 의한 영향 등으로 $15^{\circ}C$ 정도의 분포를 보이며 그 하부는 $1.9^{\circ}C/100m$의 지온증온율을 나타내고 있다. 열응답실험은 기존에 설정된 표준 방식으로 48 시간 진행되었으며 평균 주입전력은 17.5 kW이며 평균 순환수 유량은 28.5 l/min, 그리고 평균 입출구 온도차는 $8.9^{\circ}C$로 나타났다. 측정된 지중열전도도는 3.0 W/mk이며, 공내열저항은 0.104 mk/W로 나타났다. Stepwise 평가에서 지중열전도도 변화는 초기 13시간을 제외한 이후에는 표준편차가 0.16으로 매우 안정된 값으로 수렴한 것으로 나타났다. 그리고 공내열저항의 민감도를 분석한 결과 파이프의 구경과 그라우팅 물질의 열전도도가 증가함에 따라 그 값이 미미하게 감소하는 경향을 나타내었다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2008년도 동계학술발표대회 논문집
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• pp.33-38
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• 2008

A ground-loop heat exchanger in a ground source heat pump system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The Size and performance of this heat exchanger is highly dependent on ground thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This study was performed to investigate the effect of some parameters such as borehole lengths, various grouting materials and U-tube configurations on ground effective thermal conductivity. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device with 9-different ground-loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground-loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. Among the various grouting materials, the bentonite-based grout with silica sand shows the largest thermal conductivity value.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2007년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.46-46
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• 2007

• 설비공학논문집
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• 제28권7호
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• pp.293-298
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• 2016

A three-dimensional (3D) numerical model of the vertical ground-coupled heat exchanger is useful for analyzing the modern ground source heat pump system. Furthermore, a detailed description of the inner side of the exchanger allows to account for the effects of the thermal capacity. Thus, both methods are included in the proposed numerical model. For the ground portion, a FDM (Finite Difference Method) scheme has been applied using the Cartesian coordinate system. Cylindrical grids are applied for the borehole portion, and the U-tube configuration is adjusted at the grid, keeping the area and distance unchanged. Two sub-models are numerically coupled at each time-step using an iterative method for convergence. The model is validated by a reference 3D model under a continuous heat injection case. The results from a periodic heat injection input show that the proposed thermal capacity model reacts more slowly to the changes, resulting in lower borehole wall temperatures, when compared with a thermal resistance model. This implies that thermal capacity effects may be important factors for system controls.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.512-520
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• 2020

개방형 지중열교환기(SCW)는 수직 밀페형 지중열교환기에 비해 높은 용량과 효율을 갖고 있어 최근에 우리나라에서 많이 보급되고 있는 추세이다. SCW형 지중열교환기의 여러 설계 및 운전변수 중 블리딩 운전이 지중 열전도율, 보어홀 열저항 등 열성능 개선에 가장 효과가 큰 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 SCW형 지중열교환기가 설치된 현장의 열응답시험 결과를 기반으로 블리딩해석 모델을 정립하고 블리딩율 및 지하수 유입수의 위치변화가 SCW형 지중열교환기 열성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 고찰하였다. 해석결과 지하수가 지중열교환기 상부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수의 시간에 따른 온도증가는 블리딩율이 증가함에 따라 낮아지는 경향을 보였으며, 지중 열전도율은 30% 블리딩율에서 179% 증가하는 결과를 보였다. 반면에 지하수가 지중열교환기 하부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수는 지중과 먼저 열교환을 한 후 유입수와 하단에서 혼합되기 때문에 지중열교환기 순환수의 온도증가는 상부 유입의 경우보다 적으며 블리딩율이 약 10%를 초과하면 일정하게 유지되는 경향을 보였다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2008년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.776-781
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• 2008

A ground heat exchanger in a GSHP system is an important unit that determines the thermal performance of a system and its initial cost. The Size and performance of this heat exchanger is highly dependent on the thermal properties. A proper design requires certain site-specific parameters, most importantly the ground effective thermal conductivity, the borehole thermal resistance and the undisturbed ground temperature. This paper is part of a research project aiming at constructing a database of these site-specific properties, especially ground effective thermal conductivity. The objective was to develop and evaluation method, and to provide this knowledge to design engineers. To achieve these goals, thermal response tests were conducted using a testing device at nearly 150 locations in Korea. The in-situ thermal response is the temperature development over time when a known heating load imposed, e.g. by circulating a heat carrier fluid through the test exchangers. The line-source model was then applied to the response test data because of its simplicity. From the data analysis, the range of ground effective thermal conductivity at various sites is $1.5{\sim}4.0\;W$/mK. The results also show that the ground effective thermal conductivity varies with grouting materials as well as regional geological conditions and groundwater flow.

• 설비공학논문집
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• 제19권5호
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• pp.372-378
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• 2007

GHX (Geothermal Heat Exchanger) design which determines the performance and initial cost is the most important factor in ground source heat pump system. Performance of GHX is strongly dependent on the thermal resistance of soil, grout and pipe. In general, GHX design is based on the static simulation program. In this study, dynamic simulation has been peformed to analyze the variation of system performance for various GHX parameters. Line-source theory has been applied to calculate the variation of ground temperature. The averaged weather data measured during a 10-year period $(1991\sim2000)$ in Seoul is used to calculate cooling and heating loads of a building with a floor area of $100m^2$. The simulation results indicate that thermal properties of borehole play significant effect on the overall performance. Change of grout thermal conductivity from 0.4 to $3.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 9.4% and cooling by 17%. Change of soil thermal conductivity from 1.5 to $4.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 13.3% and cooling by 4.4%. Change of GHX(length from 100 to 200 m increases COP of heating by 10.6% and cooling by 10.2%. To study long term performance, dynamic simulation has been conducted for a 20-year period and the result showed that soil temperature decreases by $1^{\circ}C$, heating COP decreases by 2.7% and cooling COP decreases by 1.4%.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제4권1호
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• pp.43-47
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• 2016

지열 히트펌프 시스템은 환경 친화적이고 에너지 절감 시스템으로 알려져 있다. 특히 지중 열교환기는 초기투자비와 시스템 성능을 결정하는 매우 중요한 요소다. 수직형 지열 시스템 설계를 위해서는 현장 열응답 테스트를 통해 지중 유효 열저항을 고려해야 한다. 본 연구에서는 지열이용검토서를 통해 접수된 전국의 지중 열전도도를 지역별로 분석하였다. 전국 평균 지중 열전도도는 2.56 W/mK로 분석되었다. 지중 열전도도가 가장 높은 지역은 서울로 평균 2.68 W/mK이고, 가장 낮은 지역은 부산으로 2.28 W/mK다. 또한 해안을 접하고 있는 지역의 열전도도는 전국 평균에 비해 약 30% 낮다.