• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권10호
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• pp.128-135
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• 2018

현재 지열 열펌프 시스템에 수직밀폐형 지중열교환기가 가장 많이 적용되고 있으며, 수직밀폐형 지중열교환기의 성능에 영향을 미치는 주요 인자로는 지중 열전도율(k)과 보어홀 전열저항($R_b$)이 있다. 본 연구에서는 현장에서 측정된 열응답시험 데이터를 이용하여 보어홀 전열저항을 계산하였으며 지중열교환기 개별 설계인자들(순환수유량, 파이프 수, 그라우팅재)이 보어홀 전열저항에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 도출된 그라우팅 열저항은 문헌에 제시된 다양한 상관식과 비교 분석하였다. 시험데이터를 통해 본 시험에서의 지중열교환기 보어홀 전열저항은 0.1303 W/m.K로 나타났으며, 보어홀 전열저항에서 그라우트 열저항이 66.6 %, 파이프 열저항이 31.5 %, 순환수 대류열저항이 1.9 %를 차지하여 그라우트가 보어홀 열전달에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 또한 각 설계인자의 설계변수가 보어홀 전열저항에 미치는 영향을 분석한 결과 실리카샌드를 혼합하여 그라우트 열전도율를 높이는 방법이 파이프 수 증가나 순환수 유량증가보다 열전달 증진에 더 효과적임을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.431-433
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• 2006

Accurate information on the ground surface temperature is essential for design of a borehole heat exchanger and thus ensuring the performance of a ground source heat pump system along with knowledge on thermal diffusivity and conductivity of ground. In this study we analyzed the shallow subsurface temperature monitoring data of 58 Korea Meteorological Administration synoptic stations. As a result, we compiled mean annual ground surface temperature distribution map using multiple regression analysis of the monitoring data.

• 설비공학논문집
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• 제23권5호
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• pp.321-326
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• 2011

Recently, ground source heat pump (GSHP) systems have been introduced in many modem buildings which use the annually stable characteristic of underground temperature as one of the renewable energy uses. However, all of GSHP systems cannot achieve high level of energy efficiency and energy-saving, because their performance significantly depends on thermal properties of soil, the condition of groundwater, building loads, etc. In this research, the effect of thermal properties of soil on the performance of GSHP systems has been estimated by a numerical simulation which is coupled with ground heat and water transfer model, ground heat exchanger model and surface heat balance model. The thermal conductivity of soil, the type of soil and the velocity of groundwater flow were used as the calculation parameter in the simulation. A numerical model with a ground heat exchanger was used in the calculation and, their effect on the system performance was estimated through the sensitivity analysis with the developed simulation tool. In the result of simulation, it founds that the faster groundwater flow and the higher heat conductivity the ground has, the more heat exchange rate the system in the site can achieve.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제28권5호
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• pp.56-64
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• 2008

The objective of this study is to develope ground heat exchanger using PHC file used to building foundation, and it's element technology. So we construct PHC ground heat exchanger in the apartment house's PHC foundation and evaluate it's performance. First, we study PHC file type, heat exchanger pipe, grouting materials, and present apartment house's foundation condition for PHC ground heat exchanger and design it's proto type. Second according to grouting materials, we estimate construction convenience, and it's performance. Construction convenience side, PB 22 A pipe and sand grouting with moisture was good for PHC ground heat exchanger elements. Experiment result is very superior. Thermal conductivity B, C type(sand, gravel) was respectively 32.4 W/m$^{\circ}C$, 36.5 W/m$^{\circ}C$, D(concrete) Type 27.8 W/m$^{\circ}C$, E(bentonite) Type 19.6 W/m$^{\circ}C$. Thermal interference for 4 day experiment period in 3.8 m was very small. So PHC file is good for using ground heat exchanger.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권4호
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• pp.80-86
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• 2011

Investigation of the effective soil thermal conductivity(k) is the first step in designing the ground loop heat exchanger(borehole) of a geothermal heat pump system. Another important factor is the borehole thermal resistance($R_b$). Thermal response tests offer a good method to determine the ground thermal properties for the total heat transport in the ground. This is done by supplying a constant heat power into a borehole heat exchanger. There are two methods to supply a constant heat power. One is to employ the electricity provided by Korea Electric Power Corporation(KEPCO). The other is to use electricity generated by a generator. In this study, the power supply regulation was found to reduce when the electricity generated by the generator was used. This is because the generator evaluated with the power supply characteristically reduces the power supply regulation between an overload and a complex using. But it sometimes occurs a power supply regulation in In-situ thermal response test. In this case getting of k,$R_b$ requires delay times and restored normal state. However, the effect of the delay times and restored normal state on the soil thermal conductivity and borehole thermal resistance is very small. Therefore it is possible to use a generally accepted delay times and restored normal state in the analysis. In this work, it is also shown that an acceptable range of ${\Delta}k$, ${\Delta}R_b$ for normal state and regulation state might be approximately 0.01-0.16W/m k, and -0.004-0.007m K/W, respectively. Thus, restored normal state of power supply regulation is valuable to recommend.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.325-335
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• 2010

A new geothermal energy source obtained from a tunnel structure has been studied in this paper. The geothermal energy is extracted through a textile-type ground heat exchanger named "Energy Textile" that is installed between a shotcrete layer and a guided drainage geotexitle. A test bed was constructed in an abandoned railway tunnel to verify the geothermal heat exchanger system performed by the energy textile. To evaluate the applicability of the energy textile, we measured the thermal conductivity of shotcrete and lining samples which were prepared in accordance with a common mixture design. An overall performance of the energy textile installed in the test bed was evaluated by carrying out a series of in-situ thermal response test. In addition, a 3-D finite volume analysis (FLUENT) was adopted to simulate the operation of the ground heat exchanger being encased in the energy textile with the consideration of the effect of the shotcrete and lining thermal conductivity.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권10호
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• pp.49-56
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• 2013

최근 들어 경제적이고 친환경적인 에너지 활용을 위하여 지열에너지 필요성이 증대되고 있다. 지반의 열전도도(ground thermal conductivity)와 보어홀 열저항(borehole thermal resistance)은 지열 히트펌프 시스템(geothermal heat pump system)의 설계 과정에서 매우 중요한 변수이다. 본 논문에서는 일반 수직밀폐형에서의 U, W 타입의 지중 열교환기(ground heat exchanger)를 매립지 지반에 설치한 후 100시간 연속 운전 조건으로 현장 열성능 실험(thermal performance test)을 수행하였다. 또한 보어홀 열저항 산정 모델들을 이용하여 열효율을 산정한 후 이를 실험값과 비교하였다. 실험 결과 기존에 주로 적용되고 있는 shape factor(SF) 모델보다 multi-pole과 equivalent diameter(EQD) 모델이 계측값과 잘 일치하였다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.43-50
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• 2011

This paper presents how to analyze heat transfer characteristics of double-layered soils. Thermal response tests were conducted to measure the ground thermal conductivities of Joomunjin sand and double layered soils filled in a steel box of which the size is $5m{\times}1m{\times}1m$. Double-layered soils were composed of Joomunjin sand and Kaoline clay. Each thermal conductivity of Joomunjin sand and Kaloine clay was measured by using Heat Flow Meter considering different void ratio. The ground thermal conductivity of double-layered soils was 15% smaller than that of Joomunjin sand.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.123.1-123.1
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• 2010

수평형 지중열교환기의 최적설계를 위해서는 되메움재의 광물특성 및 입자크기, 열전도도(thermal conductivity), 열용량(heat capacity)등과 같은 열적 특성을 파악 하는 것은 중요하다. 수평형 지중 열교환기용 되메움재의 열전도도를 파악하기 위해 비정상 열선법을 적용한 QTM-500을 사용하여 포화도에 따른 천연규사-물-공기 혼합물의 열전도도를 측정하였다. 측정된 열전도도를 개별요소법(Discrete Element Mothod)에 근거한 2차원 수치해석 프로그램인 PFC2D(Particle Flow Code in 2 Dimension)를 이용하여 비교 분석하였다. 수치해석에서는 혼합물의 건조밀도를 일정하게 유지한 상태에서 포화도에 따라 가상의 물 입자 개수를 변화시켰다. 개별요소법을 이용한 열전달 수치해석에서는 입자의 접촉을 통해 발생한 thermal pipe에 의해 열전달이 이루어진다. 이러한 thermal pipe의 열전도도는 접촉된 두 입자의 열전도도와 접촉면의 평균 열전도도를 고려하여 적용하였다.

• 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.