• 제목/요약/키워드: Geothermal Exchange Rate

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지중 열 교환기 운영 효율의 최적화를 위한 단순화 모델의 개발 (Development of a simplified model to maximize operating efficiency of heat exchanger)

  • 김경호;신지연;김성균;이강근
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.481-484
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    • 2007
  • Efficiency of geothermal heat exchanger operation has close relation with temperature variation of the aquifer where the exchanger is installed. In the case of long-term operation, temperature distribution of the aquifer would be similar to that of water circulating in the exchanger, which causes the decrease of heat exchange rate. Therefore, the operation period of the heat exchanger should be controlled so that the temperature distribution of the aquifer is recovered. We developed a model to determine the operation period to acquire the optimal efficiency under the given aquifer condition. With this suggested method, when we use closed-loop heat exchanger, the operation efficiency of the geothermal heat exchanger is expected to be maximized by determining the optimal operation period.

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동일 전열면적을 갖는 용접식 판형열교환기와 관류형 열교환기의 성능 비교 (Performance Comparison of a Welded Plate Heat Exchanger and Shell and Tube Heat Exchanger with Same Heat Transfer Area)

  • 함정균;김민준;안성국;조홍현
    • 한국지열·수열에너지학회논문집
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    • 제15권4호
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    • pp.46-54
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    • 2019
  • In this study, the performance of a shell and tube heat exchanger (STHE) and welded plate heat exchanger (WPHE) was measured experimentally. The pass numbers of the STHE was changed by 1, 2 and 4. As a result, the WPHE showed 2.1 times higher heat exchange capacity than that of the STHE. In case of pressure drop, the STHE with 1 and 2 pass number has a lower pressure drop than the WPHE, while the STHE with 4 pass presented higher pressure drop than the WPHE. The performance index considering the heat exchange capacity and pump consumption power, showed in oder of STHEPass1 > STHEPass2 > W PHE > STHEPass4 under the same flow rate. Therefore, when the WPHE was designed optimally under same operating condition with STHE, the maintenance fee and space can be reduced effectively by using the WPHE.

지중 열교환기 종류에 따른 성능 및 시공비 분석 (Performance and Initial Cost Analysis on Various Type of Ground Heat Exchangers)

  • 이승래;윤석;조남현;김민준;고규현
    • 한국지열·수열에너지학회논문집
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    • 제10권1호
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    • pp.14-19
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    • 2014
  • This paper presents a preliminary experimental and computational study on the evaluation of thermal performance and initial cost of U, W and coil type ground heat exchangers (GHEs). Heat exchange rate of the individual GHE was evaluated from the thermal resperformance test (TPT) results, and the construction cost was also calculated. For more information, GLD (ground loop design) simulations of various piping size are carried out. From simulation results, the optimized GHE was suggested based on the thermal performance and construction cost as well. Besides, the required borehole length of U and W type GHEs was calculated considering a real construction condition using GLD program.

지중온도회복을 고려한 지열 히트펌프 시스템의 운전방법 검토 (Study on the Operation Method of Ground Source Heat Pump System Considering Recovery of Ground Temperature)

  • 배상무;전재영;권영식;남유진
    • 한국지열·수열에너지학회논문집
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    • 제16권4호
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    • pp.24-30
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    • 2020
  • Ground source heat pump (GSHP) systems are actively introduced as cooling and heating conditioning systems of buildings due to annual stable performance and easily maintenance. However, ground temperature imbalance is occurred when the GSHP is used for a long period. Therefore, in this study, we proposed the operation method of the system that considered the recovery time of heat source temperature. The entering water temperature (EWT) and heat exchange rate (HER) were comparatively analyzed according to the continuous and intermittent operation. Furthermore, the underground thermal environment was evaluated by numerical analysis model. As the result, the intermittent operation was a maximum of 12.3% higher HER during the heating period than the continuous operation. In addition, the overall ground heat source temperature at the intermittent operation was higher than it at the continuous operation.

수치 시뮬레이션을 이용한 수직밀폐형 지열시스템의 채열특성에 관한 연구 (Study on the characteristic of heat exchange for vertical geothermal system using the numerical simulation)

  • 남유진;오진환
    • 한국태양에너지학회 논문집
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    • 제34권2호
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    • pp.66-72
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    • 2014
  • Ground source heat pump system can achieve high efficiency of performance by utilizing annually constant underground temperature to provide heat source for space heating and cooling. Generally, the depth of constant-temperature zone under the ground depends on surface heat flux and soil properties. The deeper the ground heat exchanger is installed, the higher the heat exchange rate can be acquired. However, in order to optimally design the system, it is necessary to consider both the installation cost and the system performance. In this study, performance analysis of ground source heat pump system according to the depth has been conducted through the case study.

토양과 공기유동특성이 토양-공기 열교환기 성능에 미치는 영향 (Effects of Soil and Air Flow Characteristics on the Soil-Air Heat Exchanger Performances)

  • 김영복;김기영
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제23권1호
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    • pp.21-30
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    • 1998
  • A theoretical model was developed to evaluate the effects of soil and airflow characteristics on the soil-air heat exchanger performances. The model, which includes three-dimensional transient energy and mass equilibrium-equation, was solved by using a computer program that uses Finite Difference Methods and Gauss-Seidel iteration computation. Energy gains, heat exchange efficiencies, and outlet air temperature are presented including the effects of soil moisture content, soil conductivity, soil thermal diffusivity, and soil initial temperature. Also, data related to the effects of airflow rate and inlet air temperature on the thermal performance of the system are presented. The results indicated that energy gains depend on soil conductivity, soil thermal diffusivity, and soil initial temperature. Heat exchange efficiencies relied on air mass flow rate and soil moisture content.

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에너지 파일의 열적거동 인자분석 (Thermal Influential Factors of Energy Pile)

  • 정상섬;송진영;민혜선;이성준
    • 대한토목학회논문집
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    • 제30권6C호
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    • pp.231-239
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    • 2010
  • 본 논문에서는 지열을 이용한 PHC, 강관, 동관말뚝 형태인 에너지 파일의 지반 조건별 내부 충진재 열전도도 효율과 겨울철 열교환기 내부 순환수의 유속별(0.3m/s, 0.6m/s, 0.9m/s) 24시간 운용(8시간 운용, 16시간 대기)시너지 파일의 열전달 거동을 ABAQUS(ver 6.10)와 FLUENT(ver 6.3.26)를 사용하여 분석하였다. 분석결과 말뚝 재료와 지반조건별 열전달 효율은 동관, 강관, PHC 말뚝순으로 열전달 효율이 좋은 것으로 나타났으며, 말뚝 중 PHC 말뚝 형태의 에너지 파일을 유속별 8시간 운용에 따른 분석결과 경계조건이 일정할 때 유속 조건 중 유입속도 0.6m/s 일 때 평균 유출온도(275.4K) 및 열교환율(103.1W/m)로 경제적인 유속으로 판단되었으며, 8시간 운용 후 초기조건과 동일하게 16시간동안 지열이 에너지파일에 공급 시 정상상태와의 온도차는 0.1K 로 열량이 충분히 충전되어 에너지 파일의 겨울철 8시간운용 - 6시간대기는 운용상 적절한 것으로 판단된다.

PHC 에너지 파일의 열교환율 예측에 관한 연구 (Prediction of Heat Exchange Rate in PHC Energy Piles)

  • 윤석;이승래;박현구;박도원;고규현
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제29권9호
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    • pp.31-41
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    • 2013
  • 최근 들어 경제적인 지열에너지 활용을 위하여 에너지 파일의 적용이 확대되고 있다. 특히 더 높은 열 교환 효율을 확보하고자 에너지 파일의 경우 보다 높은 열효율을 얻기 위해 통상적인 U자형 지중 열교환기가 아닌 코일형 지중열교환기를 매입하는 경우가 늘어나고 있다. 본 논문에서는 PHC 에너지 파일에 의한 지중 열 전달 거동에 대한 수치해석 및 실험적 연구를 수행하였다. 화강풍화토로 이루어진 현장에 PHC 에너지 파일을 설치하고 W자형과 코일형 지중 열교환기를 설치한 후 이에 대한 현장 열성능 실험을 수행하였다. 또한 3차원 유한요소해석을 수행하여 지중온도 및 지중 열교환기 내 순환수 온도 변화를 예측하였고 이를 실험값과 비교하였다. 냉방 부분 가동 조건 하에서 코일형 열교환기 이용시 W자형을 이용했을 때보다 10~15% 열교환율이 상승되는 것을 알 수 있었다.

건물구조체를 이용한 수평형 지열시스템의 시공법에 관한 연구 (Study on construction method of horizontal ground heat pump system using the building structure)

  • 채호병;남유진
    • 한국건축시공학회:학술대회논문집
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    • 한국건축시공학회 2013년도 추계 학술논문 발표대회
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    • pp.139-140
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    • 2013
  • Ground source heat pump systems can achieve the energy saving of building and reduce CO2 emission by utilizing stable ground temperature. However, they have many barriers such as high cost of installation, incompletion of design tool, lack of recognition as heating and cooling systems. In order to solve the problems, the building integrated geothermal system (BIGS) developed by several researches which use building foundation as a heat exchanger. In order to establish the optimum design tool of BIGS with the horizontal heat exchanger, the prediction method of ground heat exchange rate developed with numerical simulation model. In this study, the economic analysis for BIGS was conducted based on simulation results and the optimal design method was suggested. As a result, it was found that the case of 32 A, piping space 0.3 m, piping deep 0.5 m and flow rate 9.52 L/min was the best case as 50.1 W/m2 of heat exchange rate. In this case the initial cost was reduced to 115 million won.

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지하수 부존지역에서 최적 지열에너지 활용방식 수치 모의 (Numerical Simulations for Optimal Utilization of Geothermal Energy under Groundwater-bearing Conditions)

  • 김진성;차장환;송성호;정교철
    • 지질공학
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    • 제24권4호
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    • pp.487-499
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    • 2014
  • 최근 지열에너지 활용 증가 추세와 더불어 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 수직개방형의 효율이 더 높다는 연구결과가 제시됨에도 불구하고, 국내 지열냉난방시스템의 열교환 방식은 수직밀폐형 방식이 주를 이루고 있다. 따라서, 본 연구에서는 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 수직개방형 방식의 효율성을 검증하기 위하여, 수리지질 및 열적 특성을 반영한 최적의 지열에너지 활용 방식을 수치 모의하였다. 1차 모의 결과, 지하수 부존량이 풍부한 지역에서 지열냉난방시스템을 활용하는 경우 수직밀폐형보다 지하수를 직접 이용하는 수직개방형이 더욱 효과적인 것으로 분석되었으며, 수직개방형 중에서는 SCW (standing column well)형 보다는 주입정과 추출정이 분리된 복수관정형에서 지반과 열교환을 통해 얻을 수 있는 주입수와 추출수의 온도차 (${\Delta}$)가 커 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 2차 모의에서는 수직개방형 지열에너지 공급방식인 단일관정형, SCW형, 복수관정형을 대상으로 열 이송, 이격거리 및 유량, 지하수 수리경사 등을 고려한 최적의 활용 방식을 검토하였으며, 이를 바탕으로 지열냉난방시스템의 지중 열교환 방식 선정 시 활용할 수 있는 흐름도를 제시하였다. 본 연구결과 제시된 다양한 선정 기준을 기초로 실제 선정 시에는 전체 지열냉난방 시스템에 대한 COP (coefficient of performance) 계산 및 세부적인 타당성 검토가 필요할 것으로 판단된다.