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

• 대한설비공학회:학술대회논문집
• /
• 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
• /
• pp.45-51
• /
• 2009

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.

• 한국태양에너지학회 논문집
• /
• 제33권1호
• /
• pp.57-65
• /
• 2013

The temperatures with the ground depth, the positions of circulation water in ground heat exchanger were measured and thermal diffusion characteristics with the distances of the direction normal to the borehole was analysed. The deeper the depth of ground, the less the influences of outdoor temperature, but below 10m of ground, there was no influences of ground temperature. When the depth of trench pipe was below the depth of 2m, there was no influence. In the ground of 10m when the distances between the pipe and the other places were above 0.5m, the variations of temperature were less than $1.6^{\circ}C$ and above 2.5m they were less than $0.1^{\circ}C$. When the distances of bore hole were above 5m, there were no. influences of the nearest ground heat exchanger.

• 설비공학논문집
• /
• 제26권6호
• /
• pp.263-268
• /
• 2014

Eskilson's g-function, a well-known geothermal heat response factor, is widely used for sizing of the ground heat exchangers. Unlike the Eskilson's original model that uses common temperature boundaries for all boreholes and along the borehole height, an analytical-solution-based g-function uses a uniform heat transfer rate over the height with variable heat transfer rates for respective boreholes. To evaluate the impact of such a boundary difference on g-function and the design length, a simple case study was carried out on the cooling-dominant commercial buildings. The results show that the design lengths given by the boundary of uniform heat transfer rates are longer than those given by Eskilson's boundary for all cases tested. The difference in length is more important when the bore field is composed of more boreholes with shorter length of each borehole.

• 한국태양에너지학회 논문집
• /
• 제25권4호
• /
• pp.69-76
• /
• 2005

The performance of water-to-water heat pump system coupled with the ground source vertical heat exchanger is presented in this paper. The CAP program of Florida Heat Pump Co. is used to predict the heat pump performances while the EED program calculates the borehole fluid temperature. It is shown that COPH increases with decreasing the temperature of output water for the operation of heating mode and COPR increases with increasing temperature of output water for the operation of cooling mode. The value of specific heat extraction rate must be moderate to insure the reasonable installation cost of borehole system. With $1^{\circ}C$decrease of $T_{wo}$ the average COPH increase is estimated as about $0.06/^{\circ}C$(for $T_{wo}\;=\;45{\sim}60^{\circ}C$ range) while with $1^{\circ}C$ increase of $T_{wo}$ the estimation of COPR increase is about $0.13/^{\circ}C$(for $T_{wo}\;= \;5{\sim}11^{\circ}C$ range) at the specific heat extraction rate of 30W/m.

• 설비공학논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.95-102
• /
• 2011

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. 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 and borehole thermal resistance. In this study, thermal response tests were conducted using a testing device to 9 different ground loop heat exchangers. From the experimental results, the length of ground loop heat exchanger affects to the effective thermal conductivity. The results of this experiment shows that higher thermal conductivity of grouting materials leads to the increase effective thermal conductivity from 22 to 32%. Also, mounting spacers have increased by 14%.

• 설비공학논문집
• /
• 제16권12호
• /
• pp.1175-1182
• /
• 2004

Installations of vertical boreholes for the ground source heat pump system are expensive to install. One way to reduce the initial cost is to increase the specific heat extraction rate of borehole system. However, as the specific heat extraction rate increases the temperature of borehole fluid decreases with the resultant lower Coefficient Of Performance in Heating(COPH) of heat pump system. The purpose of this study is to provide the basic informations about the performance of heat pump system with the specific heat extraction rate and soil thermal properties such as thermal conductivity and temperature. It is shown that the specific heat extraction rate is the most important parameter for the ground source heat pump system. To obtain the reasonable COPH value (COPH > 3) the heat extraction rate should be about 25 W/m or less. Accurate measurements of soil thermal properties are also very important to design the system properly. The effects of borehole thermal resistances are also examined in this study.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제10권4호
• /
• pp.65-71
• /
• 2009

수압파쇄기술은 가스나 석유, 지열 등 자원추출을 하기 위해 다양한 분야에서 전세계적으로 응용되고 있는 기술이다. 이러한 수압파쇄 작업 시 복수의 균열이 필수적으로 발생하여 균열간 기계적인 상호작용을 유발하는데 이러한 상호작용은 수압파쇄시 얻어질 수 있는 결과(균열 폭, 균열 길이, 보어홀 내 압력)에 큰 영향을 끼치게 된다. 수치해석기법인 경계병치법은 이러한 균열간의 역학적 상호작용을 고려하는데 유효한 수치해석적 기법으로 개발이 되고 있으나 응력확대계수를 계산하는 해석식과의 비교 등을 통한 검증이 필요하다. 이를 위해 무한평면에 일축 인장 응력과 전단응력이 작용하는 단일균열의 경우 및 임의의 두 균열이 존재하는 경우의 응력확대계수 및 균열폭 해석식과 본 수치해석기법을 통해 얻은 값을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제시한 경계병치법은 해석식과 상당히 근접한 결과를 나타내어, 균열간의 기계적인 상호작용을 고려하는데 유효함을 검증하였으며, 추후 수압파쇄 시 설계에 필요한 균열폭 등의 변수를 계산하는데 사용할 수 있음을 나타내었다.

• 설비공학논문집
• /
• 제28권10호
• /
• pp.402-407
• /
• 2016

Ground-coupled heat pump systems have been widely used, as they are regarded as a renewable energy source and ensure a high annual efficiency. Among the system components, borehole heat exchangers (BHE) play an important role in decreasing the entering water temperature (EWT) to heat pumps in the cooling season, and consequently improve the COP. The optimal sizing of the BHEs is crucial for a successful project. Other than the existing sizing methods, a simulation-based design tool is more applicable for modern complex geothermal systems, and it may also be useful since design and engineering works operate on the same platform. A simulation-based sizing method is proposed in this study using the well-known Duct STorage (DST) model in Trnsys. TRNOPT, the Trnsys optimization tool, is used to search for an optimal value of the length of BHEs under given ground loads and ground properties. The result shows that a maximum EWT of BHEs during a design period (10 years) successfully approaches the design EWT while providing an optimal BHE length. Compared to the existing design tool, very similar lengths are calculated by both methods with a small error of 1.07%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.546-549
• /
• 2007

지열 냉난방 시스템의 설계는 냉난방 공간의 크기에 따라 필요한 부하를 계산하여 설계하게된 다. 설계 부하를 충분히 소화할 수 있는 지열교환기의 길이와 보어홀의 깊이 및 개수는 지반의 열적 특성에 크게 좌우된다. 열전도율이 큰 지반일수록 지열교환기 내의 열 흡수 및 소산이 효과적으로 이루어져 지열교환기의 길이도 상대적으로 짧아질 수 있다. 즉, 효율적이고 정확한 설계를 하기 위해서는 지반, 암반 및 지중열교환기의 물리적 특성에 따른 열적 특성을 설계자는 미리 숙지하여야 한다. 현재 국내에서 수직 밀폐형 지중열교환기의 그라우트로 벤토나이트를 가장 많이 사용하고 있으나, 해외의 경우 지중 조건에 따라 시멘트 또는 벤토나이트를 적절히 선택하여 시공하고 있다. 이는 벤토나이트의 특성상 적용 조건이 제약을 받기 때문이며, 특히 지하수가 존재하지 않을 경우 사용이 사실상 불가능하다. 국내에서 이에 대한 충분한 연구는 아직 이루어지지 않았으며, 시멘트 그라우트를 사용하기 위한 물리적, 열적 특성에 대한 연구가 필요한 시점이라 판단하여 본 연구를 수행하였다. 시멘트 그라우트의 경우 수화반응이 일어나는 초기의 건조수축을 최소화하는 배합비로 물성을 구성하였으며, 벤토나이트는 일반 현장 시공 비율을 사용하였다. 열전도율은 첫째 실내 시험으로 시멘트 그라우트에 대한 열판시험법과 벤토나이트 그라우트에 대한 탐침시험법으로 수행하여 구하였으며, 두 번째 방법인 현장 시공으로 직접 현장열응답시험을 수행하여 그라우트 간의 열적 특성을 비교하였다. 또한 기존 시멘트그라우트의 열적 특성을 개량한 코오롱건설에서 개발한 시멘트 그라우트에 대한 열적 거동도 기존 타 그라우트의 열적 거동과 비교하였으며, 개발 제품의 성능이 상당히 우수함을 알 수 있었다.