• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제34권5호
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• pp.43-50
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• 2018

The temperature of underground water generally remains constant regardless of the season. therefore, it is possible to get plenty of energy if we use characteristics of underground water for both cooling and heating. This study evaluates efficiency of real size coaxial and U-tube type complex geothermal system which is combined with underground water well. This study also evaluates relative efficiency/adaptability through comparison with existing geothermal systems(vertical closed loop system, open loop system(SCW)). The heat exchange capacity of complex geothermal system according to temperature difference between circulating water and underground water shows very high significance by increasing proportionally. The temperature change of underground water according to injection energy, shows very high linear growth aspect as injection thermal volume heightens. As a result of evaluation of heat exchange volume between complex geothermal system and comparative geothermal system, coaxial type has 26.1 times greater efficiency than comparative vertical closed type and 2.8 times greater efficiency than SCW type. U-tube type has 26.5 tims greater efficiency than comparative vertical closed type and 2.8 times greater than SCW type as well. This means complex geothermal system has extremely outstanding performance.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제22권5호
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• pp.23-29
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• 2017

This study was conducted to evaluate performance of geothermal heat exchanger (GHE) in the combined well and open-closed loops geothermal (CWG) systems. The CWG systems were designed to combine open loop geothermal heat pumps and closed loop geothermal heat pumps for high energy efficiency. GHE of the CWG systems could be installed at pumping wells for agricultural usage. To get optimal heat exchange capacity of GHE of the CWG systems, 4 GHEs with various materials and apertures were tested at laboratory scale. Polyethylene (PE) and stainless steel (STS) were selected as GHE materials. The maximum heat exchange capacity of GHEs were estimated to be in the range of 33.0~104 kcal/min. The heat exchange capacity of STS GHEs was 2.4~3.2 times higher than that of PE GHE. The optimal cross section area of GHE and flow rate of circulating water of GHE were estimated to be $2,500mm^2$ and 113 L/min, respectively. For more complicated GHE of the CWG systems, it is necessary to evaluate GHEs at various scales.

• 지질공학
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• 제28권3호
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• pp.475-488
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• 2018

본 연구에서는 지하수 관정을 활용하고 밀폐형-개방형이 결합된 복합지열시스템(CWG 시스템)을 시설재배지에 적용하여 열원측 및 부하측의 열교환량과 투입된 전력량 대비 효율을 평가하였다. 또한, 운전 과정에서의 외기온도 및 시설재배지 온도를 평가하여 복합지열시스템 적용시의 냉난방 효과를 분석하였다. 냉방운전시 열원측 열교환량 평가결과, 약 235 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 90.0 kW/h, 약 85 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 40.1 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은평균 130.1 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 110.4kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 냉방효율을 분석한 결과, 평균 EER는 5.63으로 분석되었다. 난방운전 시 열원측 열교환량 평가결과, 약 266 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 60.4 kW/h, 약 86 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 22.4 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은 평균 82.9 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 112.0 kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 난방효율을 분석한 결과, 평균 COP는 3.92로 분석되었다. 외기온도와 CWG 시스템을 적용한 시설하우스 및 비교 시설하우스 내부온도와의 상관관계를 분석한 결과 30RT 용량의 CWG 시스템 하우스가 비교 하우스에 비해 외기온도 $20^{\circ}C$인 경우 $3.4^{\circ}C$, 외기온도 $25^{\circ}C$인 경우 $6.8^{\circ}C$, 외기온도 $30^{\circ}C$인 경우 $10.1^{\circ}C$, 외기온도 $35^{\circ}C$인 경우 $13.4^{\circ}C$의 온도가 저감되는 것으로 평가되었다. 이러한 결과를 볼 때, 본 시스템을 적용할 경우 일반적으로 외기온도가 $30^{\circ}C$ 이상을 보이는 여름철에 CWG 시스템을 적용하지 않은 시설재배지에 비해 약 $10^{\circ}C$ 이상의 냉방효과가 나타낼 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 시설재배지의 복합지열시스템 설계에 활용될 수 있고, 다양한 조건에서의 시험성과와 종합하여 복합지열시스템의 냉난방 효과에 대한 보다 명확한 규명이 가능할 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제27권3호
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• pp.293-304
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• 2017

본 연구는 복합지열시스템의 효율성 평가를 위하여 필요한 부분인 대수층의 수리지질학적 분석을 위하여 수행되었다. 복합지열시스템은 개방형 지열시스템과 밀폐형 지열시스템을 결합하여 지열의 효과적 이용을 목적으로 제안되었으며, 연구지역인 충주시 금가면의 수막재배 지역에 소구경 복합지열시스템과 대구경 복합지열시스템이 설치되었다. 연구 지역 대수층의 수리지질학적 특성 분석을 위하여 양수시험과 단계양수시험을 포함하는 현장수리시험 결과, 대수층의 투수량계수는 $13.49{\sim}58.99cm^2/sec$의 범위를 가지며, 저유계수는 $1.13{\times}10^{-5}{\sim}5.20{\times}10^{-3}$의 범위로 분석되었다. 또한, 지구화학적 분석에서 지하수 성분 중 $Ca^{2+}$이온과 ${HCO_3}^-$ 이온이 우세한 것으로 나타났고, 랑겔리어 지수 및 리즈나 지수 분석에서 지하수 내의 탄산염 광물의 침전 가능성이 낮게 평가되었다. 수직적 수온 변화 분석에서는 평균 증온률이 $2.1^{\circ}C/100m$로 평가되어 지열 특성이 충분한 것으로 나타났다. 따라서, 연구지역에서는 지하수의 양이 풍부하고 지중열을 안정하게 사용할 수 있으며 탄산염 광물의 침전에 의한 열에너지 효율 저하가 발생할 가능성이 낮으므로 복합지열시스템 설치가 적합한 것으로 판단된다.