• 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.

• 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.

• 설비공학논문집
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• 제19권5호
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• pp.372-378
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• 2007

GHX (Geothermal Heat Exchanger) design which determines the performance and initial cost is the most important factor in ground source heat pump system. Performance of GHX is strongly dependent on the thermal resistance of soil, grout and pipe. In general, GHX design is based on the static simulation program. In this study, dynamic simulation has been peformed to analyze the variation of system performance for various GHX parameters. Line-source theory has been applied to calculate the variation of ground temperature. The averaged weather data measured during a 10-year period $(1991\sim2000)$ in Seoul is used to calculate cooling and heating loads of a building with a floor area of $100m^2$. The simulation results indicate that thermal properties of borehole play significant effect on the overall performance. Change of grout thermal conductivity from 0.4 to $3.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 9.4% and cooling by 17%. Change of soil thermal conductivity from 1.5 to $4.0W/(m^{\circ}C)$ increases COP of heating by 13.3% and cooling by 4.4%. Change of GHX(length from 100 to 200 m increases COP of heating by 10.6% and cooling by 10.2%. To study long term performance, dynamic simulation has been conducted for a 20-year period and the result showed that soil temperature decreases by $1^{\circ}C$, heating COP decreases by 2.7% and cooling COP decreases by 1.4%.

• 에너지공학
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• 제17권3호
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• pp.167-174
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• 2008

지중유효열전도율 측정에서는 선형열원 모델이 열응답 시험의 자료 해석에 주로 이용되고 있는 실정이다. 이 선형열원 모델의 응용에서는 해의 신뢰도를 높이기 위하여 일정시간의 초기자료를 폐기하여야 하며 이 일정시간을 본 연구에서는 초기제외시간으로 명명한다. 그런데 이 초기제외시간의 산정에 관하여 뚜렷한 기준이 마련되어 있지 않아 선형열원 모델을 이용한 자료해석에서는 초기제외시간 선정이 다소 주관적이 되는 경향이 있으며 따라서 이 모델의 응용에는 충분한 경험이 필요하다. 무차원 시간 $\tau=5$가 초기제외시간 선정에 한 기준으로 제시되기도 하였으나 이 역시 완전한 선형열원 모델에서 도출되는 매우 이론적인 결과이며 실제 시스템은 이 이론적인 선형열원과 다른 점이 많다. 본 연구에서는 초기제외시간을 선정하는 새로운 방법을 제시한다. 이 방법에서는 먼저 오차해석을 수행하고 그 결과를 토대로 초기제외시간을 결정하게 된다. 본 연구에서는 이 방법을 2개의 현지 시험결과에 적용하여 보았으며 위에 언급한 $\tau=5$에 의한 방법보다 훨씬 더 신뢰성 높은 결과를 도출할 수 있었다(Table 2 참조).

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.211-221
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• 2003

스웨덴$\"{A}"{s}"{p}"{o}$지하실험실에서는 방사성폐기물 처분공 사이 암반에서의 파쇄 및 안정성을 예측할 수 있는 능력을 평가하기 위해 $\"{A}"{s}"{p}"{o}$ 암주 안정성 실험 (APSE)이라고 하는 현지 가열 실험이 준비되고 있다. 계획된 시험 조건하의 암주에서의 균열 진전 과정을 합리적으로 예측하기 위해 경계요소 수치해석 코드인 FRACOD가 적용되었다. 암석경계와 무결암석 내에서의 균열 진전을 모사하기 위해 코드를 개선하였다. 또한 굴착 및 열하중에 의해 발생하는 응력분포를 FRACOD모델에 적용하기 위해 새로운 경계요소를 이용한 역해법을 개발하였다. 이 글은 계획된 시험조건에 대한 예측 모델링 결과를 제시한다. 굴착에 의한 응력분포는 암주 벽면에 약간의 균열을 발생시켰다. 120일 동안의 가열에 의해 암주 벽면 중앙부에서 전형적인 전단 균열들의 개시 및 전파가 일어났지만, 전반적으로 암주 내부는 고려되는 조건하에서 안정한 상태를 유지하였다. 기존 절리들의 존재와 균열 물성에 따른 영향이 또한 논의되었다. 해석 결과를 통해 FRACOD가 심부 터널 및 보어홀에서 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다. 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.512-520
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• 2020

개방형 지중열교환기(SCW)는 수직 밀페형 지중열교환기에 비해 높은 용량과 효율을 갖고 있어 최근에 우리나라에서 많이 보급되고 있는 추세이다. SCW형 지중열교환기의 여러 설계 및 운전변수 중 블리딩 운전이 지중 열전도율, 보어홀 열저항 등 열성능 개선에 가장 효과가 큰 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 SCW형 지중열교환기가 설치된 현장의 열응답시험 결과를 기반으로 블리딩해석 모델을 정립하고 블리딩율 및 지하수 유입수의 위치변화가 SCW형 지중열교환기 열성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 고찰하였다. 해석결과 지하수가 지중열교환기 상부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수의 시간에 따른 온도증가는 블리딩율이 증가함에 따라 낮아지는 경향을 보였으며, 지중 열전도율은 30% 블리딩율에서 179% 증가하는 결과를 보였다. 반면에 지하수가 지중열교환기 하부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수는 지중과 먼저 열교환을 한 후 유입수와 하단에서 혼합되기 때문에 지중열교환기 순환수의 온도증가는 상부 유입의 경우보다 적으며 블리딩율이 약 10%를 초과하면 일정하게 유지되는 경향을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권1호
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• pp.28-34
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• 2019

태양열은 지구에서 가장 풍부한 재생에너지 중의 하나이지만, 일반적으로 태양열이 풍부한 계절과 열부하가 큰 계절이 서로 달라 사용에 제한이 있다. 유럽과 캐나다에서는 하절기의 풍부한 태양열을 저장하고 그 열을 동절기 난방부하에 활용하여 에너지를 절감하는 태양열 계간축열시스템을 활용하고 있다. 최근 물탱크방식 및 지중축열방식의 태양열 계간축열시스템이 국내에 소개되어 실증연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 연간 2,164 GJ의 난방부하를 가진 경기도 화성시의 유리온실 1개동에 $2,000m^2$의 평판형 태양열 집열기, $20,000m^2$의 지중 계간축열조를 사용하고 단기축열조를 사용하지 않는 보어홀 방식의 태양열 지중 계간축열시스템을 모델링하여, 운전제어조건에 따른 태양열 이용률을 평가하였다. 시간에 따른 태양열 지중 계간축열시스템의 동적성능예측을 위하여 TRNSYS 18 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 결과적으로 본 연구에서 제안한 태양열 지중 계간축열시스템은 태양열 집열과 지중 계간축열조 방열에 각각 차온 제어 하였을 때, 5년간 평균 약 60%의 태양열 이용률을 나타내었다. 본 연구에서 제안된 시스템은 태양열 지중 계간축열시스템의 구성과 제어방법을 단순화하고 성능을 확보하였다.

• 지질공학
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• 제32권4호
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• pp.597-610
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• 2022

중간주응력을 고려한 마찰재료의 파괴거동에 대한 확고한 이해는 대심도 보어홀 안정성 및 단층해석 등과 관련된 현장 적용의 고도화를 위한 필수적인 과정이다. 본 연구는 진삼축압축 조건을 물리적으로 구현하는 장비를 설계·제작하였으며 마찰재료로 제작된 석고 시료에 대한 진삼축압축시험을 통하여 재료의 파괴거동 특성을 논의하고 삼차원파괴함수의 적용성을 검토하였다. 진삼축압축시험을 위한 석고 재료는 52(w) × 52(l) × 104(h) mm의 직육면체 시료로 성형하였으며 다양한 조합의 𝜎₃, 𝜎₂의 조건으로 총 24회의 진삼축압축시험이 수행되었다. 또한, 삼차원 파괴기준식의 파라미터로 사용되는 석고의 강도정수 측정을 위하여 전통적인 일축압축시험 및 삼축압축시험이 수행되었다. 석고 재료의 응력-변형 특성은 중간주응력과 최소주응력의 차이가 클수록 취성거동이 더욱 강하게 나타났으며, 시료의 강도 및 변형은 중간주응력의 변화를 반영하는 것으로 평가되었다. 주응력 좌표계에서 시험 데이터에 대한 비선형 다중회귀분석을 수행한 결과 수정 Wiebols-Cook 파괴기준 및 수정 Lade 파괴기준이 석고 시료에 대한 삼차원 파괴기준으로 가장 적합하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.345-363
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• 2024

강관보강그라우팅 공법은 터널 시공 중 막장면 천단의 보강과 차수를 목적으로 시공현장에서 널리 적용되고 있다. 가장 보편적인 강관다단그라우팅 공법은 주입재의 역류를 막기 위해 강관과 보어홀 사이에 실링재를 주입하도록 규정되어 있으며 이 공정에서 긴 시간이 요구되는 실정이다. 따라서 실링 주입 공정을 제거한 강관보강그라우팅 공법이 여러 종류 제안되었으며, 대표적으로 구획을 나누어 동시에 주입하는 공법과 외부 패커를 활용해 다단으로 주입하는 공법이 있다. 시공 기간과 장비 면에서 이러한 대체 공법들의 장단점이 논의된 바 있으나 실제 지반에 각 주입 방법 별로 얼마나 주입 범위를 확보할 수 있는지에 대해서는 정량적으로 검토된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 실제 주입 공정에 기반하여 그라우트 주입 방법에 따른 주입 범위를 평가하고자 한다. 우선 그라우트의 점도를 실내 실험을 통해 계측하였다. 그리고 전산유체역학 상용 프로그램을 사용하여 수치해석 모델링을 구성하였다. 수치해석 모델링에 측정된 그라우트 물성과 현장에서의 주입 절차를 반영하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 그 결과 주입 방식에 따라 주입 범위와 거동이 크게 달라지며 특히 비균질한 지반에서 더 두드러짐을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확인한 주입 방법과 지반 종류, 그리고 그라우트 종류에 따른 주입 범위를 기반으로 효과적인 주입공법의 선정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.