• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.32-40
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• 2012

Geothermal heat pump(GHP) systems use vertical borehole heat exchangers to transfer heat to and from the surrounding ground via a heat carrier fluid that circulates between the borehole and the heat pump. An Important feature associated with design parameters and system performance is the local thermal resistances between the heat carrier flow channels in the borehole and the surrounding ground. This paper deals with the in-situ experimental determination of the effective thermal properties of the ground. The recorded thermal responses together with the line-source theory are used to determine the thermal conductivity and thermal diffusivity, and the steady-state borehole thermal resistance. In addition, this paper compares the experimental borehole resistance with the results from the different empirical and theoretical relations to evaluate this resistance. Further, the performance simulation of a GHP system with vertical borehole heat exchangers was conducted to analyze the effect of the borehole thermal resistance on the system performance.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.13-18
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• 2014

This paper proposes an optimum pipe material (PVC vs. PE) design & selection for open loop ground heat exchangers. Heat exchange efficiency and/or workability, and the need for trench insulation were investigated by comparing EWT (cooling mode) of each system. CFD simulations for the PVC and PE pipe with the same inner diameter show similar EWT. This is because the PVC pipe has a small thickness but a low thermal conductivity as compared to the PE pipe, and thus these two properties tend to offset each other. However, a hypothetically insulated pipe led to a meaningful drop of EWT. This means pipe insulation is of importance in performance of ground heat exchangers. From analyzing climate data and system operation, it is not advantageous to insulate trench pipes due to construction difficulties and ground temperature characteristics that are seasonally varied.

• 자원환경지질
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• 제40권6호
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• pp.761-769
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• 2007

경기도, 강원도, 충청도 일대에서 화성암, 변성암, 퇴적암의 총 712개의 암석을 채취하여 열물성을 측정하였다. 측정 결과로 화성암의 평균 열전도도는 3.58W/m-K, 변성암은 4.16W/m-K, 퇴적암은 4.53W/m-K이다. 우리나라의 경우 화강암과 편마암이 주를 이루고 있는데 이에 대한 열물성 값을 보면 화강암의 열전도도는 2.13-5.87W/m-K의 범위를 가지며, 평균 열전도도는 3.57W/m-K, 편마암은 2.26-6.67W/m-K의 범위를 가지며, 평균 열전도도는 3.945W/m-K이다. 화강암의 평균 열확산율은 $1.43mm^2/sec$, 비열은 0.914J/gK, 편마암의 평균 열확산율은 $1.55mm^2/sec$, 비열은 0.912J/gK로 나타났다. 일반적으로 같은 암석의 열전도도 값의 범위가 큰 이유는 암석의 구성광물, 이방성 등에 영향을 받기 때문이다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권4호
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• pp.80-86
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• 2011

Investigation of the effective soil thermal conductivity(k) is the first step in designing the ground loop heat exchanger(borehole) of a geothermal heat pump system. Another important factor is the borehole thermal resistance($R_b$). Thermal response tests offer a good method to determine the ground thermal properties for the total heat transport in the ground. This is done by supplying a constant heat power into a borehole heat exchanger. There are two methods to supply a constant heat power. One is to employ the electricity provided by Korea Electric Power Corporation(KEPCO). The other is to use electricity generated by a generator. In this study, the power supply regulation was found to reduce when the electricity generated by the generator was used. This is because the generator evaluated with the power supply characteristically reduces the power supply regulation between an overload and a complex using. But it sometimes occurs a power supply regulation in In-situ thermal response test. In this case getting of k,$R_b$ requires delay times and restored normal state. However, the effect of the delay times and restored normal state on the soil thermal conductivity and borehole thermal resistance is very small. Therefore it is possible to use a generally accepted delay times and restored normal state in the analysis. In this work, it is also shown that an acceptable range of ${\Delta}k$, ${\Delta}R_b$ for normal state and regulation state might be approximately 0.01-0.16W/m k, and -0.004-0.007m K/W, respectively. Thus, restored normal state of power supply regulation is valuable to recommend.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.10-16
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• 2011

Performance of ground-source heat pumps (GSHPs) is mainly affected by ground heat exchangers which makes up more than 40% of construction cost. Exact construction and grout as backfill are important, because it is difficult to repair after being installed. As grout materials, bentonite grout material and cement material are used In this paper, thermal conductivity according to mix proportion of cement grout has been experimentally studied. Some variables were set to evaluate thermal conductivities according to change in cement content, unit water ratio, mass per volume of fresh mortar, and aggregate types. From the experimental analysis, high performance cement grout has been proposed.

• 자원환경지질
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• 제44권6호
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• pp.513-523
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• 2011

이 연구에서는 최근에 발표되고 국제기구에 의해 공인된 protocol에 따라 인공 지열 저류층 생성 기술(EGS)을 통한 우리나라 지열발전의 잠재량을 평가하였다. 잠재량 추정에 필요한 입력 자료인 암석 밀도, 비열 및 열전도도는 1,516개 암반 시료의 측정값을 이용했으며, 열생산율은 180개 자료, 지열류량은 352개 자료, 그리고 지표면 온도는 54개 자료를 사용하였다. 내륙을 34,742개의 $1'{\times}1'$ 크기 격자로 나누어 3-10 km 깊이 범위에 걸쳐 1 km 깊이 구간별로 온도 분포를 계산하고 이로부터 열에너지 부존량을 계산하였다. 지하 3-10 km 범위의 이론적 잠재량은 6,975 GW로 계산되었고 이는 2010년 우리나라 총 발전용량인 76 GW의 약 92배에 달한다. 기술적 잠재량은 3-6.5 km 깊이, 개발행위가 가능한 지역만을 고려하고 또한 암반으로부터의 열 회수율(0.14)과 발전시설의 온도 특성까지 포함해서 산출되었다. 온도하강요소 $10^{\circ}C$를 고려할 때 총 기술적 잠재량은 19.6 GW로 나타나고 있다. 만약 온도하강요소를 경제적 잠재량에 포함시킬 수 있도록 제외한다면 기술적 잠재량은 56 GW로 늘어난다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.69-77
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• 2012

일반적으로 지열 에너지파일 및 수평형 지열교환기는 기존의 연직형 지열히트펌프에 비하여 지표면에서 가까운 깊이에 설치되며, 이 경우 지열교환기의 열 교환 거동은 토사층에서의 열전도도에 많은 영향을 받게 된다. 기존의 연구에 따르면 지하수위 상부에 놓인 흙의 열전도도는 에너지파일의 열 교환 성능에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이는 부분적으로 포화된 흙의 열전도도는 함수비에 큰 영향을 받기 때문이다. 본 연구에서는 국내에 널리 분포하고 있는 화강풍화토의 열전도도 예측에 대한 연구를 수행하였다. 5개 지역에서 채취한 화강풍화토 시료의 간극율과 포화도를 바꾸어가며 탐침법 기반 열전도도 측정시험을 수행하였고, 기존의 열전도도 추정 모델들의 적합성을 평가하였다. 마지막으로 국내 화강풍화토에 적합한 경험적 예측식을 제안하고 이를 토대로 실험자료를 분석해 보았으며 기존 문헌에 실린 실험결과에 적용하여 그 적절성을 살펴보았다.

• 설비공학논문집
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• 제26권10호
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• pp.453-459
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• 2014

This paper presents an analysis on the initial ignoring time of SCW type GHX using Mean Square Error method. Line source method is a useful method for estimating the ground thermal conductivity for the vertical type and SCW type GHX in Korea. The line source method for ground thermal conductivity of geothermal in-site test is the basis of linear approximation between the temperature of a borehole and logarithmic time in a GHX. To apply the line source method to the estimation of SCW type GHX, it is necessary to ignore the initial time of data at the stage of a linear approximation. This paper proposed a new initial ignoring time of SCW type GHX among various initial ignoring time at the time for reaching MSE of $0.02^{\circ}C^2$.

• 지구물리와물리탐사
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• 제10권4호
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• pp.361-368
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• 2007

본 논문은 지표 및 시추공 전기 전자탐사 결과의 정량적인 해석을 위하여 해안 지하수의 전기비저항과 등가 NaCl 염분도와의 관계식을 제안하였다. 해안에서 10 km 이내에 위치하고 전기전도도가 1,000 ${\mu}S/cm$ 이상인 38개의 지하수 시료에 대한 수리지구화학 분석 결과를 이용하여 전기비저항과 등가 NaCl 염분도와의 관계식을 유도하였다. 수리지구 화학분석 결과의 등가 NaCl 염분도 환산은 Schlumberger 도표 GEN-8을 이용하였으며 전기전도도는 현장에서 휴대용 장비로 측정하였다. 본 논문에서 해안 지하수의 수리지구화학분석 결과를 이용하여 제안한 해안 지하수의 전기비저항$(R_w)$ 과 등가 NaCl 염분도(Eq_NaCl)와의 관계식은 Eq_NaCl=$5935.3551{\times}R_w^{-1.0993}$이며 전기전도도(EC)와 용존고형물총량(TDS)과의 관계식은 TDS=0.721${times}$EC와 같다. 해안대수층 지하수의 전기비저항과 등가 NaCl 염분도 및 TDS와의 관계식은 서 남해 해안지역의 해수침투 평가에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.485-488
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• 2007

Riverbank filtration is a kind of artificial aquifer recharge for the fresh water supply. By construction of several production wells penetrating the riverbank, surface water withdrawn from the river would pass riverbed. This extracted water is well known to be cooler than surface water in summer and warmer than surface water in winter, showing more constant water temperature. This characteristic of extracted water is applied to geothermal energy utilization. Prediction of the annual temperature variation of filtrated water is the major concern in this study. In Daesan-myeon, Changwon-si, Gyeongsangnam-do, South Korea, riverbank filtration facility has been on its operation for municipal water supply and thermal energy utilization since 2006. Appropriate hydraulic and thermal properties were estimated for flow and heat transfer modeling with given pumping rate and location. With the calibrated material properties and boundary conditions, we numerically reproduced measured head and temperature variation with acceptable error range. In the numerical simulation, the change of saturation ratio and river stage caused by rainfall was calculated and the resulting variation of thermal capacity and thermal conductivity was considered. Simulated temperature profiles can be used to assess the possible efficiency of geothermal energy utilization using riverbank filtration facility. Influence of pumping rate, pumping location on the extracted water temperature will be studied.