• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권6호
• /
• pp.2381-2391
• /
• 2013

일반적으로 에너지파일의 열적 성능에 영향을 주는 중요한 인자로 지반의 열 물성, 열 교환기 형태, 운용방법, 파일 간 열 간섭 등이 고려될 수 있다. 본 연구에서는 지반의 실제 조건을 반영한 수치모델을 통해 이들 인자들이 미치는 영향을 살펴보았다. 지반의 포화 정도에 따라서 파일의 열 교환율은 최대 3배까지 차이를 보였으며, 열 저항은 최대 8.7%의 차이가 발생하였다. 또한 열 교환기 유형이 파일의 열 성능에 영향을 주며, 3U-Type이 W나 U-Type에 비해 상대적으로 높은 열 효율을 보였다. 운용방법에 있어서, 부분가동 시(8시간 가동, 16시간 휴지) 연속가동에 비해서 약 20%의 열효율을 보전할 수 있으며, 장기적인 열 축적현상을 방지하는데 유리하다. 지반의 조건에 따라 군 말뚝에 의한 열 간섭 정도가 달라지는데, 지반이 포화상태에서 건조 상태로 갈수록 군 말뚝에 의한 열 간섭효과는 감소한다. 일반적인 지반조건에서 열 교환 감소율 1%미만을 유지하는 적정 이격 거리는 U-Type에서 최대 3.2D, W-Type에서 최대 3.6D, 3U-Type에서 최대 3.7D로 산정되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
• /
• pp.684-687
• /
• 2005

Ground source heat pump systems are used for heating, ventilating and air-conditioning systems in commercial buildings, schools, and factories because of low operating and maintenance costs. These systems use the earth as a heat source in heating mode and a heat sink in cooling mode. Ground heat exchangers are classified by a horizontal type and vertical type according to the installation method. A horizontal type means that a heat exchanger is laid in the trench bored in 1.2 to 1.8 m depth. The solar heat and the rainwater are affected by the performance of heat exchanger and causes mutual influence among heat exchangers. In this study, to evaluate the performance of straight type, slinky type, and spiral type of horizontal ground heat exchangers designed on 1 RT scale, test sections are buried on the earth and experimental apparatus is installed. Therefore the performance of these is estimated.

• 한국태양에너지학회 논문집
• /
• 제26권4호
• /
• pp.1-7
• /
• 2006

This study is to develop a model to predict the soil temperature variation in Korea Institute of Energy Research using its thermal properties, such as thermal conductivity and diffusivity. Soil depth temperature variation is very important in the design of a proper Ground Source Heat Pump (GSHP) system. This is because the size of the borehole depends on the soil temperature distribution, and this can decrease GSHP system cost. If the thermal diffusivity and thermal conductivity are known, the soil temperature can be predicted by either the Krarti equation or the Spitler equation. Then a comparison with the Krarti equation and Spitler equation data with the real measured data can be performed. Also, the thermal properties can be reasonably approximated by performing a fit of the Krarti and Spitler equations with measured temperature data. This was done and, as a result, the Krarti equation and Spitler equation predicted values very close to the measured data. Although there is about a $0.5^{\circ}C$ difference between the deep subsurface prediction (16m - 60m), with this equation, were expected to have model this Non-Homogeneous Soil Temperature phenomenon properly. So, it has been shown that a prediction of non-homogeneous soil temperature variation influenced by solar radiation can be achieved with a model.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제21권4호
• /
• pp.31-40
• /
• 2022

최근 건설시장의 다각화와 미래 에너지 자원개발이라는 관점에서 미개발된 에너지 자원(석유, 천연가스 등)이 대량으로 매장되어 있는 극한지(북극권) 개발 사업이 활발히 추진되고 있다. 이러한 지역에서는 극한의 기후로 인한 동토 지반의 침하나 동상 등의 문제가 항상 발생하기 때문에 지반 구조물의 안정성 확보를 위해 열적 특성 분석이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 동토 지역에서 지반동결과 관련된 문제들을 평가하고 기술적으로 해결하기 위한 기초 자료 제공을 목적으로, 캐나다 앨버타주 오일샌드 매장 지역의 동토 시료에 대한 열적 특성을 국내 시료와 비교·분석하였다. 일련의 실내 실험을 통해 동결온도에 대한 시간에 따른 부동 수분량을 측정하여 흙의 종류와 동결온도가 부동 수분량에 미치는 영향에 대하여 고찰하였고, 토양의 잠열, 열용량 및 열전도도를 정확하게 파악하기 위하여 동결/비동결 조건에 대한 열전도도 실내 실험을 수행하였다. 실험결과, 동결 완료 후 온도별로 상이한 부동 수분량과 열전도도 특성은 동토 지역 동결온도가 동토의 역학 거동에 영향을 끼칠 수 있음을 규명하였다.

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

• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권6호
• /
• pp.2393-2400
• /
• 2013

본 논문에서는 일반 수직밀폐형에서의 U, W, 2U 그리고 코일 타입의 지중 열교환기 형태별 열효율을 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 매립지 지반으로 이루어진 인천국제공항 제2여객 터미널이 건설될 부지에 수직밀폐형 지중 열교환기가 설치되었다. 우선 U, W 그리고 2U 형태의 지중 열교환기를 이용한 현장 열응답 실험을 수행하여 지반의 열전도도를 도출한 후 U, W, 2U 그리고 코일형 지중 열교환기를 이용하여 100시간 연속 운전과 5일 동안의 부분 운용 모드로 현장 열성능 실험을 수행하였다. 냉방 가동 조건 하에서 코일형 지중 열교환기 이용시 나머지 타입의 열교환기들보다 약 2배 정도 열교환율이 상승되는 것을 알 수 있었다. 또한 부분 운전 모드시 연속 운전 모드보다 30~40% 열교환율이 상승되는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
• /
• pp.1030-1038
• /
• 2010

In order to design and construction of the Antarctic Continental Station at the Terra Nova Bay in the East Antarctic, ground characteristics for soil samples taken from the Antarctic. A series of laboratory tests were performed to investigate the variations of the thermal conductivity, the unfrozen water content according to the temperature change of the soil taken from the Antarctic. The temperature were low down below zero.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제26권2호
• /
• pp.45-54
• /
• 2010

본 논문에서는 동반논문에서 구축된 수치해석 모델을 이용하여 SCW의 성능을 평가하기 위한 매개변수연구를 수행하였다. 매개변수연구에는 공극률, 투수계수, 열전도도, 비열, 지열경사 등 5개의 지반환경변수와 유량, 심정심도, 심정직경, 유입관 직경, 블리딩율의 설계변수가 적용되었다. 수치해석은 24시간 연속가동과 가동 중지를 반복하는 14일간의 가동 두 가지로 수행되었다. 해석결과 SCW 성능에 중요한 영향을 미치는 변수는 열전도도, 수리전도도, 지열경사, 유량, 심정 심도, 블리딩율인 것으로 나타났다. 열전도도가 높을수록 SCW의 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 지열경사가 클수록 심정 저부의 온도가 증가하여 난방모드에서는 효율이 향상되지만, 냉방모드에서는 유입수의 온도가 증가하여 오히려 효율이 감소하는 것으로 나타났다. 수리전도도도는 $10^{-4}m/s$ 이상일 경우에는 큰 영향을 미칠 수 있으나 $10^{-6}m/s$ 이하에서는 영향이 적은 것으로 나타났다. 심정심도가 증가할수록 SCW의 효율이 향상되는 것으로 나타났지만 심정심도를 높일수록 시공비가 증가하게 된다. 블리딩을 적용하며 추가적인 비용 없이 심정온도를 조절할 수 있으며 성능을 향상시킬 수 있는 매우 효과적인 방법인 것으로 나타났다. 단, 블리딩은 유출수를 배출할 공간이 확보되며 지하수량이 풍부한 경우에만 적용할 수 있다. 본 매개변수 연구결과, SCW의 성능에 영향을 미치는 요소는 매우 다양하며 이들의 복합적인 영향을 정확하게 규명하기 위해서는 수치적 모델을 수행해야 할 필요가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제26권12호
• /
• pp.19-30
• /
• 2010

벤토나이트는 팽윤성이 좋고 투수계수가 낮아 수직 밀폐형 지중 열교환기 시공 시 보어홀(borehole)의 뒤채움재로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 사용되는 3가지 벤토나이트를 선정하여 배합비에 따른 점도와 열전도도를 평가하였다. 시공 조건에 따라 다양한 벤토나이트 뒤채움재의 함수비를 고려하여 점도와 열전도도 특성을 규명하기 위해 벤토나이트를 배합비(벤토나이트 무게/(벤토나이트+물) 무게) 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 배합하고 시간에 따른 점도와 열전도도를 측정하였다. 그리고 벤토나이트 뒤채움재가 해안지역에서 시공될 경우 지하수의 염도에 의한 영향을 검토하기 위해 배합수의 NaCl 농도가 0.1M, 0.25M, 0.5M일 때 벤토나이트 뒤채움재의 침강 특성을 관찰하였다. 벤토나이트 뒤채움재의 낮은 점도로 인해 천연규사와 같은 첨가재가 지중 열교환기 바닥에 침전될 경우 발생할 수 있는 재료분리 현상을 저점도 벤토나이트 뒤채움재를 사용하여 실험을 통해 규명하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) 벤토나이트 뒤채움재의 점도는 시간이 지남에 따라 또는 배합비가 증가함에 따라 상승하는 경향을 나타내며 벤토나이트 뒤채움재의 열전도도는 배합비가 증가하면 상승하지만 통일한 배합비에서는 시간에 따른 변화가 미미하다. (2) 벤토나이트 뒤채움재의 팽창지수가 높을수록 배합수의 NaCl 농도에 따른 침강율은 상대적으로 낮게 나타난다. (3) 저점도 벤토나이트 뒤채움재는 첨가재의 재료분리로 인해 보어홀 내의 깊이별 첨가재 분포를 비균질하게 하므로 보어홀 상부의 열전도도가 하부에 비해 작게 나타날 수 있는 가능성이 있다.

• KIEAE Journal
• /
• 제14권2호
• /
• pp.29-36
• /
• 2014

The ground source heat pump (GSHP) system has attracted much of attention, because of its stability of heat production and the high efficiency of the system. Performance of the heat exchanger is dependent on the soil temperature, the ground thermal conductivity, the operation schedule, the pipe placement and the design temperature. However, in spite of the many variables of these systems, there have been few research on the effect of the systems on system performance. In this study, analysis of the heat exchange rate according to soil temperature and grout material was conducted by numerical simulation. Furthermore, the heat distribution around the ground heat exchanger was presented on the different conditions of grout and underground temperature by the simulation.