• Tunnel and Underground Space
• /
• v.34 no.2
• /
• pp.127-142
• /
• 2024

The robustness of a numerical method means that its computational performance is maintained under various modeling conditions. New numerical methods or codes need to be assessed for robustness through benchmark testing. The TOUGH-FLAC modeling approach has been applied to various fields such as subsurface carbon dioxide storage, geological disposal of spent nuclear fuel, and geothermal development both domestically and internationally, and the modeling validity has been examined by comparing the results with experimental measurements and other numerical codes. In the present study, a benchmark test of the TOUGH-FLAC approach was performed based on a coupled thermal-hydro-mechanical behavior problem with an analytical solution. The analytical solution is related to the temperature, pore water pressure, and mechanical behavior of a fully saturated porous medium that is subjected to a point heat source. The robustness of the TOUGH-FLAC approach was evaluated by comparing the analytical solution with the results of numerical simulation. Additionally, the effects of thermal-hydro-mechanical coupling terms, fluid phase change, and timestep on the computation of coupled behavior were investigated.

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

• Journal of the Korean Geosynthetics Society
• /
• v.12 no.1
• /
• pp.83-92
• /
• 2013

Backfill material with thermal resistivity which has $50^{\circ}C$-cm/Watt in wet and $100^{\circ}C$-cm/Watt in dry is requested to improve the power transfer capability for dissipation of heat production in underground power cables. In the field test performed by buried cable backfills, the backfill material developed from this study is compared with river sand and weathered soil (native soil) to investigate the effect of heat transfer in various seasons and locations of thermal sensors. As a result, the developed backfill material is faster approaching yielding temperature (critical heat) than that of river sand and weathered soil, and it has good dissipation capacity rather than other materials by keeping moisture content at dry season.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
• /
• v.34 no.5
• /
• pp.73-80
• /
• 2014

This study introduces and analyzes the geothermal energy availability in Non-active volcanic region. Jeju island in Korea is situated in non-active volcanic region. The island is composed of rock with high pore and clinker, scoria geological layer formed by volcanic activity about two million ago. Volcanic geological layers with porous characteristics have air, vapor, water and a underground structure through which air or water can move easily. For this reason, it is probable that the mechanism of energy acquisition is by convective heat transfer. For this presumption, the availability of underground air as energy source has been studied here through theoretical analysis and experimental data. The energy output of our system ranged from 2,485,076 kJ/day to 4,060,978 kJ/day monitored using variable velocity air flow controller. Our system has capability to be a reliable energy source irrespective of environmental changes. Consequently, underground air can be utilized for energy source and provide the optimal design of heating/cooling system.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
• /
• v.18 no.3
• /
• pp.279-286
• /
• 2006

The present study concerns the annual performance evaluation of a hybrid-renewable energy system with geothermal and solar heat sources for hot water, heating and cooling of the residential buildings. The hybrid energy system consists of ground source heat pump of 2 RT for cooling, solar collectors of $4.8m^2$, storage tank of 250 liters and gas fired backup boiler of 11.6 kW. The averaged coefficients of performance of geothermal heat pump system during cooling and heating seasons are measured as 4.1 and 3.5, respectively. Also solar fraction for hot water is measured as 35 percent. Overall, the results shows that the hybrid-renewable energy system satisfactorily operated under all climatic conditions.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.119-119
• /
• 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 Geosynthetics Society
• /
• v.12 no.4
• /
• pp.143-147
• /
• 2013

Geothermal energy is easy to take advantage of renewable energy stored in the earth and the heat exchanger can be collected through a heat exchange piping system. In this study, have been developed a heat exchange pipe loop system which it could be installed in tunnel segmental linings to collect geothermal energy around the tunnel. The heat exchange pipe loop system incorporated in the tunnel segments circulate fluid to transport with heat from the surrounding ground and the heat can be used for heating and cooling of nearby structures or districts. The segmental lining incorporating heat exchange pipe loop system are called as ELS (Energy Lining Segment). There are a number of examples incorporating a heat exchange pipe loop system in a tunnel lining in Europe. In this study, a field case using Energy Lining Segment in Germany and applications in urban area are thoroughly examined. In addition, a CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis was carried out to investigate heat flow in Energy Lining Segment.

• Proceedings of the SAREK Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.1347-1352
• /
• 2008

The SCW ground heat pump system releases ground energy from the ground water of ground heat exchanger. In other word, ground water is used to heating through releases ground energy which oneself has. But the thermal efficiency of system is going to down because repetitive process of ground water will lost ground energy in standing column well system and if heating load is continually increase, energy of ground water may be frozen or there are no benefits to use ground energy as it owes just little energy. To solve these problems, there are need to exchange water to the ground heat exchanger then the way will be used to maintain Efficiency continually as the way of to be supplied with fresh ground water into ground heat exchanger. However, this type causes waste of ground water. Therefore it is essential to discharge water to outside timely on a heat exchanger. Therefor through a study, find out the best time to discharge water to outside and exchange water to ground heat exchanger, and propose to the DB of design of the ground heat exchanger.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
• /
• v.37 no.1
• /
• pp.5-15
• /
• 2021

The areas consisting of frost susceptible soils in cold regions, such as the Arctic area, have problems of frost heave and thaw settlement due to the seasonal air temperature changes and internal temperature of installed structures. Ground stabilization methods for preventing frost heave and thaw settlement of frost susceptible soils include trenching, backfilling and thermo-syphon. The thermo-syphon is the method in which refrigerant can control the ground temperature by transferring the ground temperature to atmosphere in the from of two-phase flow through the heat circulation of the internal refrigerant. This numerical study applied the function of these thermo-syphon as the boundary condition through user-subroutine coding inside ABAQUS and compared and analyzed the temperature results of laboratory experiments.

• Microbiology and Biotechnology Letters
• /
• v.44 no.4
• /
• pp.550-556
• /
• 2016

Groundwater heat pump (GWHP) systems must consider phenomena such as clogging to improve system efficiency and maintenance. In this study, we evaluated the prokaryotic diversity in a boring slime sample obtained at a depth of 10 m, which represented an undisturbed sample not affected by aquifer drawdown. Bacteria belonging to the phyla Proteobacteria (20.8%), Acidobacteria (18.8%), Chloroflexi (16.9%), and Firmicutes (10.2%) were found. Additionally, 144 species were identified as belonging to the genus Koribacter. Archaeal phyla were detected including Thaumarchaeota (42.8%), Crenarchaeota (36.9%), and Euryarchaeota (17.4%) and the class level comprised the miscellaneous Crenarchaeota group (MCG), Finnish forest soil type B (FFSB), and Thermoplasmata, which collectively accounted for approximately 69.4% of the detected Archaea. Operational taxonomic units (OTUs) were analyzed to reveal 3,565 bacterial and 836 archaeal OTUs, with abundances of 7.81 and 6.68, and richnesses of 5.96E-4 and 2.86E-3, respectively. The distribution of the groundwater microbial community in the study area showed a higher proportion of non-classified or unidentified groups compared to typical communities in surface water and air. In addition, 135 (approx. 1.9%) reads were assigned to a bacterial candidate associated with clogging.