• 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.

• 설비공학논문집
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• 제18권6호
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• pp.493-500
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• 2006

This paper concerns the measurement of thermal conductivity of grouting materials for ground loop heat exchanger. A thermal conductivity meter, QTM-500 based on modified transient hot wire method was used to measure the thermal conductivity of neat bentonite and mixtures of bentonite and various additives. Relative to the total mixture mass, as the percent additive was increased the mixture thermal conductivity increased. For the bentonite-silica sand mixtures, the higher density of the sand particles resulted in much higher mixture thermal conductivity. The quartzite and silica sands produced the largest increases in mixture thermal conductivity, while common masonry and limestone sands produced lower thermal conductivity increases.

• 자원환경지질
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• 제32권2호
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• pp.169-175
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• 1999

The water leakage of reservoir embankment usually occurs through water vein, which gives little influence on the embankment in a normal state. However, the embankment can be destroyed when the water level of reservoir increases with heavy rain in summer. Investigating the water vein and its path is therefore very important from the viewpoint of disater prevention and embankment protection. This paper presents survey results of one-meter-depth ground temperature and multi-point temperature logging in an embankment in Japan to delineate water veins and permeable formations. Four water veins have been predicted in the embankment by comparing measured one-meter-depth ground temperatures with the background ones which have no effect of water vein. The multi-point temperature logging was carried out in the borehole drilled at one of the predicted water veins. Depth and thickness of the permeable formation in the borehole can be determined from temperature restoration ratios with elapsed time. From these results we can find that the water leakage of reservoir embankment mainly occurs in sandy soil formation in the embankment.

• 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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• 제34권10호
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• pp.29-38
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• 2018

굴착공 저면에 형성된 슬라임은 현장타설말뚝의 과도한 침하 및 지지력 감소를 야기하므로 콘크리트 타설 전 해당 슬라임에 대한 조사가 요구된다. 본 연구에서는 굴착공 내 전기적 특성을 이용하여 굴착공 저면에 형성된 슬라임을 평가하기 위한 기법으로써 슬라임미터(slime meter)를 개발하였다. 슬라임미터는 전극 및 온도센서가 설치된 프로브 및 로터리엔코더가 설치된 프레임으로 구성되어 굴착공 심도에 따라 온도영향이 고려된 전기비저항을 평가할 수 있다. 슬라임미터의 적용을 위하여 직경 3m, 심도 46.9m의 굴착공에 대해 시험시간 및 위치가 서로 다른 총 3회의 현장실험이 수행되었다. 3회의 현장실험 모두 굴착공 내 유체에서 일정한 전기비저항이 측정되었으나 슬라임 표면이 존재하는 심도에서 전기비저항이 급격히 증가하는 결과를 보였으며, 해당 심도 및 지반 굴착심도의 차를 이용하여 슬라임의 두께를 산정할 수 있었다. 슬라임 두께 산정 결과, 동일 실험위치에서의 슬라임 두께는 시간 경과에 따라 증가하였으며 가장자리에서의 슬라임이 중앙부의 슬라임보다 두껍게 평가되었다. 본 연구에서 개발된 슬라임미터는 간소화된 장비구성으로 굴착공 내 전기비저항을 평가하여 슬라임 두께를 산정하므로 향후 굴착공 저면의 슬라임 평가를 위한 기법으로써 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 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.

• 지질공학
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• 제16권3호
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• pp.255-263
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• 2006

지표가 불규칙한 지형에서 경사시추공을 이용한 단극-쌍극자 배열 전기비저항 토모그래피 탐사를 보면, 우리는 시추공안에 있는 전류원과 지표의 지형기복 사이의 최단거리에 위치한 전위전극에서의 극성변화, 지형기복에 따른 거리계수와 포텐셜의 변화 및 모델링에서 경사 시추공에 위치한 전극과 절점의 공간적인 불일치 등을 고려할 수 있다. 요소분할 방법은 시추공이 곡선이거나 경사져 있을 경우와 하나의 요소에 여러 개의 전극이 있을 때 각 전극에 대한 절점 좌표를 지정할 수 있기 때문에 매우 효과적인 방법이라고 본다. 시추공과 지형기복이 동일한 경사를 갖는 경우에서의 역산 결과는 매우 좋은 영상으로 나타났으며 최소자승근의 오차가 안정적으로 수렴되는 경향을 보였다.

• 설비공학논문집
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• 제20권11호
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• pp.739-745
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• 2008

This paper presents the measurement of ground thermal conductivity and the characteristics of ground thermal diffusion by a ground heat exchanger(GHE). A borehole is installed to a depth of 175 m with a diameter of 150 mm. To analyze the thermal diffusion property of the GHE, thermocouples are installed under the ground near the GHE. The outdoor temperature, the ground temperature, and the water temperature of the GHE are monitored for evaluating the characteristics of ground thermal diffusion. The ground thermal conductivity is evaluated by the in-situ thermal response tester and the line source model. It is found to be 3.08 W/$m^{\circ}C$ in this study. The ground temperature is greatly dependent on the outdoor temperature from the ground surface to 2.5 m in depth and is stable below 10 m in depth. The surface temperature of the GHE varies as a function of the temperature of circulating water. But the ground temperature at 1.5 m far from the GHE is not changed in accordance with the temperature of circulating water.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.427-432
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• 2005

This study treats the advantage of in situ line source method measuring the heat transfer capacity of a borehole, using mobile equipment, to determine the thermal properties of the entire borehole system such as thermal conductivity, diffusiveity. volumetric heat capacity, and borehole thermal resistance. The results from the response test include not only the thermal properties of the ground and the borehole, but also conditions that are difficult to estimate, e,g. natural convection in the boreholes, asymmetry in the construction, etc. In this study, 1) theoretical in situ methods for assessing working fluid temperature variation in V-type PE tube have been introduced, and 2) TRTE(Thermal Response Test Equipment) has been built based on these kinds of theoretical in situ methods. Basically TRTE consists of a pump, a heater and temperature sensors for measuring the inlet and outlet temperatures of the borehole. In order to make equipment easily transportable it is set up on a small trailer. Since the response test takes above two days to execute, the test was fully automatic in recording measured data using Labview DAS(Data acquisition system) program. The test was demonstrated in the course of intensive research in this field through the one site at Ulsan city in Korea. From this kind of thermal properties test of borehole systems in situ, the design of the borehole system can be optimized regarding the total geological, hydro-geological and technical conditions at the location.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.32-38
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• 2020

본 연구는 제주도에 설치된 제주형 지중열교환기의 열적 특성을 분석하기 위해서 시험 방법 및 평가 방법을 정립하고, 열응답시험 (TRT)을 통하여 다양한 지역에 설치된 지중열교환기의 지중온도와 열적 특성을 분석하였다. 제주도는 화산암반층으로 이루어져 지하수의 유동이 잘 발달되어 있으며, 제주형 지중열교환기는 보어홀을 굴착 한 이후에 지하수 수위로 부터 30 m 까지 지중열교환기를 설치할 수 있다. 지중열교환기는 여러개의 파이프가 보어홀 내부에 삽입되는 구조로 되어있다. 제주형 지중열교환기의 특성을 살펴보기 위해 제주도 관내 4곳 (표선, 제주, 남원, 한림)에 설치된 지중열교환기에 대한 시험을 수행하였다. 분석결과 제주형 지중열교환기의 경우 열교환기에 열량을 투입 후 1 ~ 3시간 안에서 지중 순환수 온도가 안정화 되었으며, 열교환기가 설치된 지역에 따라서 투입열량에 따른 지중 순환수 온도 상승이 다르게 나타났다. 한림의 경우 지중열교환기 용량이 73.4 kW (냉방) / 82.8 kW (난방)로 가장 높게 나타났으며, 제주의 경우 34.1 kW (냉방) / 23.3 kW (난방)로 가장 작게 계산되었다.