• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.120-120
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• 2010

에너지 절약적 차원에서 한 대의 실외기에 다수의 실내기가 접속되는 개별공조형 멀티 열펌프에 관한 연구 및 개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 복수의 실내기를 갖고 가변속 압축기를 채용한 지열원 물대공기 멀티열펌프시스템을 학교 현장에 설치하여 제조사의 운전 제어 알고리즘에 따라 일일 냉난방 실증 성능 특성을 분석하였다. 2008년 9월 30일의 냉방부하가 낮은 일자에 대하여 시간에 따른 부하 변동에 따라 압축기의 용량가변으로 실내기 냉방용량은 정격용량 대비 17.1%에서 111.3%의 범위에서 변이되었으나, 열펌프 유닛의 일일 최대 COP는 6.2를 나타냈으며, 일일 평균 열펌프 유닛 COP는 4.5로 열펌프 유닛 인증 기준 이상의 성능을 나타냈다. 2008년 11월 10일 대비 2008년 12월 15일에는 시스템 가동 중의 평균 외기온도가 $9.6^{\circ}C$ 감소하였으나, 각 재실공간의 용도별 부분 부하특성으로 11월 10일 보다 난방 부하량이 작게 나타났다. 하지만, 12월 15일에는 부하량이 매우 작아서 11월 10일보다 잦은 압축기 가변에 따른 손실로 일일 평균 COP가 낮게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 정격 용량대비 94%의 부하율로 11월 10일과 12월 15일 대비 4배 이상의 부하량으로 압축기 용량 가변율이 작아서 난방용량과 COP 변화율이 작게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 지중순환수의 실외열교환기 유입온도가 2008년 12월 15일보다 감소하고, 시스템의 난방용량 증가로 상대적으로 응축기와 증발기 크기가 감소한 효과로 히트펌프 유닛 COP가 감소하였으나, 본 지열원 열펌프 제조사에서 생산하고 있는 본 지열원 시스템과 동일한 압축기 등을 채용한 동일 용량의 공기열원 열펌프의 1월 12일 외기온도 $-10^{\circ}C$에서의 열펌프 유닛 COP 대비 70% 우수한 성능을 나타냈다. 본 지열원 히트펌프의 2008년 11월 10일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP는 외기온도가 낮고 일일 부하량이 크게 나타난 1월 12일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP 대비 37% 높게 나타났으나, 지중순환펌프의 정속운전으로 시스템 요구 지중순환수 유량 증가에 따른 성능 향상보다 소비전력 증가 영향이 커서 1월 12일의 시스템 COP 보다 33.3% 작은 값을 나타냈다. 본 연구의 용량 가변형 압축기를 채용한 지열원 멀티 히트펌프 유닛을 지열원 냉난방 시스템의 히트펌프 유닛으로 사용할 경우 시스템 최적화를 통한 시스템 COP 향상과 연간에너지 절감을 이루기 위해서는 히트펌프의 용량 변화 시에 지중순환펌프의 순환 유량 최적화를 위한 효율적 운전 제어 알고리즘 개발이 요구된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.119-119
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• 2010

무한 지속 가능한 지열 에너지를 활용한 공조시스템인 지열원 냉난방 시스템은 기존의 공조 시스템보다 열원이 안정적이기 때문에 높은 효율과 우수한 성능을 가지므로, 기후변화협약 대응의 주요수단으로서 기술개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템에 대한 실증 연구를 통하여 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 하절기 냉방 성능을 분석하였다. 대수층 축열 냉난방 시스템은 주입정과 양수정의 2개의 우물공이 설치되어 있으며, 겨울 난방 운전 중에 한 개의 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입한 후 낮은 온도의 지하수를 타 우물공에 축열하고, 하절기에 겨울에 저온으로 축열된 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입하여 온도가 증가된 지하수를 타 우물공에 주입한다. 즉, 계절별로 열펌프에서 생성된 냉수와 온수의 대수층 축열을 위하여 계절별로 주입정과 양수정이 바뀌게 된다. 본 연구의 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 2009년 8월의 주요일자별 시스템 운전 중의 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 각각 4.7과 3.4이상의 우수한 성능을 나타냈다. 또한, 모든 일자에 대하여 외기온도가 $31.6^{\circ}C$서 $22^{\circ}C$까지 변화가 크게 나타났지만 열펌프 유닛 COP와 시스템 COP의 변화는 미소하였다. 이는 양수정으로부터의 지중 순환수가 운전기간 중에 $17.5^{\circ}C$로 일정하게 유지되었기 때문이다. 양수정과 주입정 사이에 5개의 관측공을 설치하였으며, 양수정 측에 인접한 관측공의 온도는 거의 변화가 없었으며, 단기간이지만 널리 사용되고 있는 수직밀폐형 시스템과 달리 지속적인 냉방운전 중의 양수 온도의 증가는 발생하지 않아 안정적인 성능을 나타냈다. 주입정에 인접한 모니터링 홀의 온도는 심도가 깊은 곳의 온도가 낮은 곳보다 높게 나타났다. 이는 냉방 운전 시 열펌프 유닛의 실외열교환기에서 지중 순환수가 냉매로부터 열을 취득하여 온도가 상승하면서 주입정측에 온열이 축열이 진행되었기 때문으로 분석되며, 하절기의 냉방 운전 시간이 증가할 경우 축열 효과는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 양수정과 주입정 중간의 모니터링 홀의 온도는 2009년 8월 가동 중에 온도변화는 없었는데, 이는 양수정과 주입정 사이의 열간섭이 발생하지 않았기 때문으로 분석된다. 일자별로 운전 중의 열펌프 유닛 COP는 차이가 없었지만, 운전 및 정지 시간을 모두 포함한 시스템 소비전력과 냉방용량을 모두 합산하여 산정한 일일 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 일자별로 다소 차이가 발생하였는데, 이는 각 일자별로 열펌프 유닛 가동율의 차이로 인하여 열펌프 유닛 가동 전에 먼저 작동되는 지중순환펌프의 운전 소비전력의 차이와 열펌프의 단속운전 시의 열손실과 추거 소비전력의 차이 때문이다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.32 no.7
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• pp.5-14
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• 2016

The use of geothermal energy has increased for economically and environmentally friendly utilization, and a geothermal heat pump (GSHP) system for space heating and cooling is being used widely. As ground thermal properties such as ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity are substantial parameters in the design of geothermal heat pump system, ground thermal conductivity should be obtained from in-situ thermal response test (TRT). This paper presents an experimental study of ground thermal properties of U and 2U type ground heat exchangers (GHEs) measured by TRTs. The U and 2U type GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit, and TRTs were conducted for 48 hours. A method to derive the thermal diffusivity as well as thermal conductivity was proposed from a non-linear regression analysis. In addition, remolded soil samples from different layers were collected from the field, and soil specimens were reconstructed according to the field ground condition. Then equivalent ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity were calculated from the lab test results and they were compared with the in-situ TRT results.

• The Journal of Engineering Geology
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• v.23 no.4
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• pp.389-398
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• 2013

Studies of the thermal properties of various rock types obtained from several locations in Korea have revealed significant differences in thermal conductivities in the thermal response test (TRT), which has been applied to the design of a ground-source heat pump system. In the present study, we aimed to compare the thermal conductivities of the samples with those obtained by TRT. The thermal conductivities of soil and rock samples were 1.32W/m-K and 2.88 W/m-K, respectively. In comparison, the measured TRT value for thermal conductivity was 3.13W/m-K, which is 10% higher than that of the rock samples. We consider that this difference may be due to groundwater flow because abundant groundwater is present in the study area and has a hydraulic conductivity of 0.01. It is natural to consider that the object of TRT is to calculate the original thermal conductivity of the ground, following the line source theory. Therefore, we conclude that the TRT applied to a domestic standing column type well is not suitable for a line source theory. To solve these problems, values of thermal conductivity measured directly from samples should be used in the design of ground-source heat pump systems.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.193-193
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• 2011

현재까지 대부분의 지열원 열펌프 시스템에 관한 연구는 열펌프 유닛과 지중열교환기에 대해 개별적으로 수행되었으며, 열펌프 유닛과 지중열교환기 설계 및 최적화의 공통변수인 지중순환수 유량에 따른 시스템 전체에 대한 연구성과는 매우 미미한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 인증되어 보급되고 있는 물매물 지열원 열펌프 유닛의 성능 자료를 분석하고, 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 열펌프 유닛의 성능 실험 및 지중열교환기 형상에 관한 설계 및 분석을 수행하여 지열원 열펌프 시스템 최적화에 관한 기반 기술 확보하고자 하였다. 현재 국내의 물대물 지열원 열펌프 유닛의 냉방 및 난방 조건에서의 최소 인증 COP는 각각 4.1과 3.45이다. 다양한 용량 및 성능을 갖는 국내 인증 물대물 지열원 열펌프 유닛에 대한 정량적 성능 분석을 위하여 3.5kW(1RT) 용량당의 지중순환수 유량과 COP를 고찰하였다. 냉방운전시 3.5kW 단위 용량당 열펌프 유닛의 지중순환수 유량은 10.73에서 18.52LPM을 나타냈으며, 난방운전에는 10.41에서 18.16LPM을 나타냈다. 이때, 냉방 COP는 4.1에서 5.4의 값을 나타냈으며, 난방 COP는 각각 3.5에서 4.2를 나타냈다. 인증 열펌프 유닛에서 지중순환수 유량과 열펌프 유닛의 냉난방 성능은 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 지중순환수 유량에 따른 지열원 열펌프 유닛과 시스템의 성능을 정량적으로 분석하고자 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 지열원 열펌프 유닛 성능 실험을 수행하고 이를 기반으로 지중열교환기를 설계 및 분석하였다. 냉난방 각 운전모드에서 ISO 13256-2 규격과 NRGT 101 규격을 기준으로 지중순환수와 부하측 유량 6LPM 에서 36LPM 사이에서 변화시키며 성능 실험을 수행하였다. 냉방 및 난방모드 모두 유량이 증가함에 따라 열펌프 유닛 COP가 증가하였으나, 유량 증가에 따른 열펌프 유닛 COP 증가율은 감소하였다. 지중순환수 유량이 18LPM 이상에서는 COP 상승폭은 미소하였다. 기존문헌의 부하 산정자료와 열펌프 유닛 실험 성능 데이터를 이용하여 지식경제부 고시 2009-332호에 준하여 수직밀폐형 지중열교환기를 설계하고 순환펌프 소요동력을 이용하여 시스템 COP를 분석하였다. 지중열교환기 설계 시 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 상용지중열교환기 설계프로그램인 GLD 프로그램을 사용하였다. 지중순환수와 부하측 2차 유체 유량 증가 시에 열펌프 유닛 COP 증가율 대비 시스템 COP 증가율은 감소하였으며, 난방모드에서는 일정 유량 이상에서는 열펌프 유닛 COP는 증가하였으나, 시스템 COP는 감소하였다. 또한, 지중순환수 유량 증가에 따라 지중열교환기 길이가 증가하였으며, 냉난방시의 지중열교환기 길이차이가 증가하였다. 지열원 열펌프 시스템의 고효율화 및 시공비 절감을 통한 경제성 확보를 위해서는 지열원 열펌프 유닛 성능과 지중열교환기 형상 공통 변수인 지중순환수 유량을 함께 고려하여 시스템을 설계하여야한다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.11
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• pp.7736-7744
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• 2015

Considering the significant waste of industrial energy, effective use of low temperature waste heat is extremely important. In this study, a heat pump cycle with double effect and double stage was realized, which escalates the hot water temperature from $50^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$ using $160^{\circ}C$ high temperature heat source and $17^{\circ}C$ low temperature heat source. The steam generated in the first generator condenses in the first condenser generating steam in the second generator. The steam condenses in the second condenser and is provided to the second evaporator. Part of the water out of the second evaporator is supplied to the first evaporator, which evaporates using low temperature waste heat. The evaporated steam enters the first absorber and the second evaporator. The steam out of the second evaporator is absorbed into the solution at the second absorber. The hot water temperature is raised in the second condenser and in the second absorber. Proper flow rates and UA values, which satisfied temperature lift $20^{\circ}C$ and COP 1.6, were deduced through trior and error. The COP increases as the temperature of the high temperature water increases, hot water temperature decreases and flow rate increases, waste water temperature and flow rate increases, solution circulation rate decreases. On the other hand, the temperature rise of the hot water increases as the temperature of the high temperature water increases, hot water temperature increases and flow rate decreases, waste water temperature and flow rate increases, solution circulation rate increases. In addition, the COP and hot water temperature rise increase as UAs of the heat exchangers increase.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.89.1-89.1
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• 2011

According to green growth's policy, green-home dissemination's projects are promoting. Among them, stationary fuel cell systems are receiving attention due to high efficiency and clear energy. But it need absolutely to develop cost down technologies and improve system durability for commercialization of the fuel cell system. To achieve this objectives, in 2009, the Korean Government and "Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning(KETEP)" launched into the strategic development project of BOP technology for practical applications and commercializations of stationary fuel cell systems, named "Technology Development on Cost Reduction of BOP Components for 1kW Stationary Fuel Cell Systems to Promote Green-Home Dissemination Project". This paper introduces a summary of improved BOP performances that has been achieved through the 2nd year development precesses(2010.06~2011.05) base on 1st year development precesses(2009.06~2010.05). The major elements for fuel cell systems are cathode air blowers, burner air blowers, preferential oxidation air blowers, fuel blowers, cooling water pumps, reformer water pumps, heat recovery pumps, mass flow meters, electrical valves, safety valves and a low-voltage inverter. Key targets of those elements are the reduction of cost, power consumption and noise. Invert's key targets are development the low -voltage technologies in order to reduce the number of unit cell in fuel cell system's stack.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.32 no.12
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• pp.1119-1125
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• 2010

Most of the sludge pre-treatment methods to improve the anaerobic digestibility of sludge are not practied in the fields with low economical efficiency. The venturi cavitation system (VCS) adopting hydrodynamic cavitation is simple and requires low energy. This research was conducted to investigate the optimum design and operating conditions of the VCS. The experimental results indicated that the optimum number of venturi in series was three, and the suction mode operation of the pump yielded 1.6 times higher pre-treatment efficiency per unit energy consumption than the discharge mode. The combination of venturies with different throat sizes did not affect the pre-treatment efficiency. Also, the parallel installation of the three in series venture unit yielded 30% higher pre-treatment efficiency per unit energy consumption than the single unit. Under parallel conditions, the solubilization efficiency was 5.6 mg ${\Delta}SCOD/g$ TS/kWh, which is higher than the previously reported value.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.29 no.8
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• pp.65-73
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• 2013

Ground-coupled heat pump system has attracted attention as a promising renewable energy technology due to its improving energy efficiency and eco-friendly mechanism for space cooling and heating. Pipes buried in the ground play a role of direct thermal interaction between circulating fluid inside the pipe and surrounding soils in the geothermal exchange system. However, both complexities of turbulent flow coupling thermal-hydraulic phenomena and very long aspect ratio of the pipe make it difficult to model the heat exchange system directly. Energy balance for fluid flow inside the pipe was derived to model thermal-hydraulic phenomena, and one-dimensional pipe element was proposed through Galerkin formation and time integration of the equation. Developed element is combined to pre-developed FEM code for THM phenomena in porous media. Numerical results of Thermal Response Test showed that line-source model overestimates equivalent thermal conductivity of surrounding soils due to thermal interaction between adjacent pipes and finite length of the pipe. Thus, inverse analysis for the TRT simulation was conducted to present optimal transformation matrix with utmost convergence.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.44 no.7
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• pp.807-816
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• 2012

The Three Mile Island Unit 2 (TMI-2) accident has been studied extensively, as part of both post-accident technical assessment and follow-up computer code calculations. The models used in computer codes for severe accidents have improved significantly over the years due to better understanding. It was decided to reanalyze the severe accident scenario using current state of the art codes and methodologies. This reanalysis was adopted as a part of the joint standard problem exercise for the Atomic Energy Regulatory Board (AERB) - United States Regulatory Commission (USNRC) bilateral safety meet. The accident scenario was divided into four phases for analysis viz., Phase 1 covers from the accident initiation to the shutdown of the last Reactor Coolant Pumps (RCPs) (0 to 100 min), Phase 2 covers initial fuel heat up and core degradation (100 to 174 min), Phase 3 is the period of recovery of the core water level by operating the reactor coolant pump, and the core reheat that followed (174 to 200 min) and Phase 4 covers refilling of the core by high pressure injection (200 to 300 min). The base case analysis was carried out for all four phases. The majority of the predicted parameters are in good agreement with the observed data. However, some parameters have significant deviations compared to the observed data. These discrepancies have arisen from uncertainties in boundary conditions, such as makeup flow, flow during the RCP 2B transient (Phase 3), models used in the code, the adopted nodalisation schemes, etc. In view of this, uncertainty and sensitivity analyses are carried out using simulation based techniques. The paper deals with uncertainty and sensitivity analyses carried out for the first three phases of the accident scenario.