• 자원환경지질
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• 제39권3호
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• pp.255-268
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• 2006

58개 기상관측소에서 최근 22년간(1981-2002) 측정된 기상 자료를 이용하여 국내의 기온(SAT) 및 지면온도(GST)의 시공간적 변동 경향을 분석하였다. 먼저 관측 자료로부터 각 관측소의 평균기온(MSAT)과 평균지면온도(MGST)를 계산하였으며, 다중선형회귀분석을 통해 MSAT와 MGST를 예측할 수 있는 회귀식을 산정하였다. 회귀모형의 회귀변수는 관측소의 위도 및 고도이다. 회귀모형의 추정치와 실제 관측값의 결정계수($R^2$)는 각각 0,92와 0.94로 나타나 모형의 예측 정확성이 매우 높은 것으로 분석되었다. MGST는 지열펌프 시스템 설계의 주요 입력 변수이므로 최근 지열에너지자원 활용 분야에서 매우 중요하게 다루어지는 변수이다. 따라서 제시된 회귀모형은 신뢰할만한 관측 자료가 없는 지역에서 MGST를 추정하는데 매우 유용하게 이용될 수 있을 것으로 예상된다. SAT 자료에 대한 선헝회귀분석을 통해 지구온난화 및 도시화에 기인한 기온 상승의 장기 추세 변동성을 탐색하였다. 1개 관측소를 제외한 57개 관측소에서 $0.005{\sim}0.088^{\circ}C/yr$ 범위의 기온증가율을 가지는 추세 변동이 확인되었다. 또한 GST에 영향을 미치는 기상요소로서 일사량, 지구복사, 강수량 및 적설량 자료를 분석하였다. GST는 주로 SAT 및 일사량에 의하여 결정되지만 강수 및 증발에 의한 토양의 열용량 변화, 적설에 의한 대기와 지표면 차단, 지구복사에 영향을 줄 수 있는 대기의 조건 변화 등이 복합적인 변동 요인으로 작용하는 것으로 나타났다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.111-118
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• 2009

본 연구는 군 복지시설인 육군 OO회관에 신 재생에너지 중 태양열 및 지열시스템을 적용했을 때, 각각의 효율성과 경제성을 분석하여 그 성능을 평가하였다. 연구 대상 건물은 철근콘크리트구조로서 건물 규모가 지하 1층 지상 3층이며 연면적이 약 2,917$m^2$인 건물이다. 건물의 용도는 목욕탕, 식당, 객실 및 사무실이며, 연간 냉 난방 에너지 소비량 판단 및 분석을 위해 e-Quest 시뮬레이션을 이용하였다. 신 재생에너지 적용에 대한 경제성 평가는 RETScreen 시스템을 이용하였다. 단, 신 재생에너지 시스템 사용은 연구대상 건물을 표준공사비로 판단했을 때 공사비의 5% 범위내로 한정하였다. 신 재생 에너지시스템 적용시 태양열시스템은 급탕용으로, 지열시스템은 냉방용으로 하였다. 연구결과 태양열시스템이 지열시스템보다 효과적이었다. 지열시스템은 투자비 상환시점이 약 16년 6개월 이후인 반면, 태양열시스템은 약 3년 11개월 이후에 가능한 것으로 판단되었다. 향후 화석에너지의 고갈과 지구온난화 등의 문제 해결을 위한 방안으로서 신 재생에너지의 이용 확대가 예상되며, 이에 군에서도 안정적인 에너지 수급을 위해 지속적인 발전이 되길 기원한다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제27권2호
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• pp.11-17
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• 2007

This study evaluates the seasonal performances of the horizontal-type geothermal heat exchanger(HGHEX) installed into the foundation slabs of the complex building located at Seoul. The geothermal system is consisted with totally 31,860m long HGHEX, 16 GSHPs (Ground-source Heat Pump) and 8 circulation pumps. This system supplies cooling and heating to the lobby(F1) and the common spaces(BF1). The average heat exchange temperature differences are $2.7^{\circ}C\;and\;2.5^{\circ}C$ in the summer, $1.5^{\circ}C\;and\;0.5^{\circ}C$ in the winter for the F1 and BF1 respectively. From these results, approximately 400Gcal and 180Gcal of geothermal energy are assumed to have been used during the summer and winter seasons respectively. As a conclusion, the geothermal system is reviewed as a effective utility for heating and cooling at the point of seasonal performances.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제35권1호
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• pp.81-87
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• 2015

Recently, in order to prevent increasing energy usages in the international community, many countries have attempted to develop the innovative renewable energy systems. Among the renewable energy systems, Ground source heat pump(GSHP) system which supply the heating, cooling and hot water in the building has been attracted by its stability of heat production and high efficiency. However, the initial drilling costs become very expensive and the construction period takes longer the other systems, because GSHP system needs more than 100 m depth drilling. In this study, in order to reduce initial costs of the GSHP, the building integrated geothermal system using the horizontal heat exchanger was developed. The heating and cooling load in the standard housing model was calculated by a simulation and the system design capacity in the high-rise apartment was decided by the total load. Based on the system design capacity, the high-rise apartments were applied to a BIGS and vertical GSHP system and there are analyzed about initial costs. In the result, the initial cost of BIGS could reduce 24% of the initial cost of the vertical GSHP system.

• 설비공학논문집
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• 제27권11호
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• pp.581-586
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• 2015

In this study, an analysis was performed on the performance of the solar water heating system with geo-thermal heat pump for a detached house. This system has a flat plate solar collector ($8\;m^2$) and a 3 RT heat pump. The heat pump acts as an auxiliary heater of the solar water heating system. These systems were installed at four individual houses with the same area of $100\;m^2$. The monitoring results for one year are as follows. (1) The average daily operating time of the solar system appeared to be 313 minutes in spring (intermediate season), and 135 minutes and 76 minutes in winter and summer respectively. The reason for the short operating time in summer is the high storage temperature due to low water heating load. The high storage temperature is caused by a decrease in collecting efficiency as well as by overheating. (2) The geothermal heat pump as an auxiliary heater mainly operates on days of poor insolation during the winter season. (3) Despite controlling for total house area, hot water consumption varies greatly according to the number of people in the family, hot water usage habits, etc. (4) The yearly solar fraction was 69.8 to 91.5 percent, which exceeds the maximum value of 80% as recommended by ASHRAE. So the solar collector area of $8\;m^2$ appeared to be somewhat greater for the house with an area of $100\;m^2$. (5) The observed annual efficiency of solar systems was relatively low at 13.5 to 23.6%, which was analyzed to be due to the decrease in thermal efficiency and the overheating caused by a high solar fraction.

• 자원환경지질
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• 제43권2호
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• pp.197-205
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• 2010

최근 급격한 기후변화가 세계적 또는 국지적으로 발생하고 있으며, 지구온난화에 대한 대책으로 $CO_2$ 저감 기술들이 중요한 해결책으로 여겨지고 있다. 이 기술들에 대한 한 방법으로서 대체에너지를 개발하고 있는 대부분의 국가에서 천부 지하 열에너지 저장 (UTES: underground thermal energy storage)은 신뢰성 있는 냉난방 기술로 적용되어 왔다. 천부의 토양이나 암반, 대수층내 지하수 및 지하공간내 저장된 유체 등의 열 에너지원을 이용하는 지열 시스템은 일반적으로 열에너지의 회복과 저장의 개념을 기반으로 한다. 아직 국내에서는 이러한 기술 개발이 기초적이지만 지속적인 연구들을 수행한다면 보다 친환경적이며 경제성 및 효율이 높은 시스템을 개발할 수 있을 것으로 본다. 국내 지반은 대수층이 전국적으로 분포하고 있으므로 수리지열학적 특성을 활용한 고효율의 시스템 개발이 용이하다. 그러나 UTES에 대한 이해 부족 및 제도적 문제들로 다양한 시스템이 개발되지 못하고 국내에는 90% 이상이 단편적인 폐회로형 지열시스템으로 보급되고 있다. 비효율적인 지열시스템의 보급 확산을 방지하기 위해서는 지반의 수리 지열학적 특성을 반영한 선진화된 UTES 시스템들을 개발할 필요가 있다. 개선된 시스템 보급을 위하여 국제적인 협력이 필수적이며, 지속적인 UTES 연구를 통하여 천부 지열시스템의 효율을 개선시킬 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.546-549
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• 2007

지열 냉난방 시스템의 설계는 냉난방 공간의 크기에 따라 필요한 부하를 계산하여 설계하게된 다. 설계 부하를 충분히 소화할 수 있는 지열교환기의 길이와 보어홀의 깊이 및 개수는 지반의 열적 특성에 크게 좌우된다. 열전도율이 큰 지반일수록 지열교환기 내의 열 흡수 및 소산이 효과적으로 이루어져 지열교환기의 길이도 상대적으로 짧아질 수 있다. 즉, 효율적이고 정확한 설계를 하기 위해서는 지반, 암반 및 지중열교환기의 물리적 특성에 따른 열적 특성을 설계자는 미리 숙지하여야 한다. 현재 국내에서 수직 밀폐형 지중열교환기의 그라우트로 벤토나이트를 가장 많이 사용하고 있으나, 해외의 경우 지중 조건에 따라 시멘트 또는 벤토나이트를 적절히 선택하여 시공하고 있다. 이는 벤토나이트의 특성상 적용 조건이 제약을 받기 때문이며, 특히 지하수가 존재하지 않을 경우 사용이 사실상 불가능하다. 국내에서 이에 대한 충분한 연구는 아직 이루어지지 않았으며, 시멘트 그라우트를 사용하기 위한 물리적, 열적 특성에 대한 연구가 필요한 시점이라 판단하여 본 연구를 수행하였다. 시멘트 그라우트의 경우 수화반응이 일어나는 초기의 건조수축을 최소화하는 배합비로 물성을 구성하였으며, 벤토나이트는 일반 현장 시공 비율을 사용하였다. 열전도율은 첫째 실내 시험으로 시멘트 그라우트에 대한 열판시험법과 벤토나이트 그라우트에 대한 탐침시험법으로 수행하여 구하였으며, 두 번째 방법인 현장 시공으로 직접 현장열응답시험을 수행하여 그라우트 간의 열적 특성을 비교하였다. 또한 기존 시멘트그라우트의 열적 특성을 개량한 코오롱건설에서 개발한 시멘트 그라우트에 대한 열적 거동도 기존 타 그라우트의 열적 거동과 비교하였으며, 개발 제품의 성능이 상당히 우수함을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.193-193
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• 2011

현재까지 대부분의 지열원 열펌프 시스템에 관한 연구는 열펌프 유닛과 지중열교환기에 대해 개별적으로 수행되었으며, 열펌프 유닛과 지중열교환기 설계 및 최적화의 공통변수인 지중순환수 유량에 따른 시스템 전체에 대한 연구성과는 매우 미미한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 인증되어 보급되고 있는 물매물 지열원 열펌프 유닛의 성능 자료를 분석하고, 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 열펌프 유닛의 성능 실험 및 지중열교환기 형상에 관한 설계 및 분석을 수행하여 지열원 열펌프 시스템 최적화에 관한 기반 기술 확보하고자 하였다. 현재 국내의 물대물 지열원 열펌프 유닛의 냉방 및 난방 조건에서의 최소 인증 COP는 각각 4.1과 3.45이다. 다양한 용량 및 성능을 갖는 국내 인증 물대물 지열원 열펌프 유닛에 대한 정량적 성능 분석을 위하여 3.5kW(1RT) 용량당의 지중순환수 유량과 COP를 고찰하였다. 냉방운전시 3.5kW 단위 용량당 열펌프 유닛의 지중순환수 유량은 10.73에서 18.52LPM을 나타냈으며, 난방운전에는 10.41에서 18.16LPM을 나타냈다. 이때, 냉방 COP는 4.1에서 5.4의 값을 나타냈으며, 난방 COP는 각각 3.5에서 4.2를 나타냈다. 인증 열펌프 유닛에서 지중순환수 유량과 열펌프 유닛의 냉난방 성능은 일정한 경향성을 나타내지 않았다. 지중순환수 유량에 따른 지열원 열펌프 유닛과 시스템의 성능을 정량적으로 분석하고자 지중순환수 유량 변화에 따른 물대물 지열원 열펌프 유닛 성능 실험을 수행하고 이를 기반으로 지중열교환기를 설계 및 분석하였다. 냉난방 각 운전모드에서 ISO 13256-2 규격과 NRGT 101 규격을 기준으로 지중순환수와 부하측 유량 6LPM 에서 36LPM 사이에서 변화시키며 성능 실험을 수행하였다. 냉방 및 난방모드 모두 유량이 증가함에 따라 열펌프 유닛 COP가 증가하였으나, 유량 증가에 따른 열펌프 유닛 COP 증가율은 감소하였다. 지중순환수 유량이 18LPM 이상에서는 COP 상승폭은 미소하였다. 기존문헌의 부하 산정자료와 열펌프 유닛 실험 성능 데이터를 이용하여 지식경제부 고시 2009-332호에 준하여 수직밀폐형 지중열교환기를 설계하고 순환펌프 소요동력을 이용하여 시스템 COP를 분석하였다. 지중열교환기 설계 시 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 상용지중열교환기 설계프로그램인 GLD 프로그램을 사용하였다. 지중순환수와 부하측 2차 유체 유량 증가 시에 열펌프 유닛 COP 증가율 대비 시스템 COP 증가율은 감소하였으며, 난방모드에서는 일정 유량 이상에서는 열펌프 유닛 COP는 증가하였으나, 시스템 COP는 감소하였다. 또한, 지중순환수 유량 증가에 따라 지중열교환기 길이가 증가하였으며, 냉난방시의 지중열교환기 길이차이가 증가하였다. 지열원 열펌프 시스템의 고효율화 및 시공비 절감을 통한 경제성 확보를 위해서는 지열원 열펌프 유닛 성능과 지중열교환기 형상 공통 변수인 지중순환수 유량을 함께 고려하여 시스템을 설계하여야한다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제5권2호
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• pp.1-6
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• 2009

In this paper, RETScreen program model has been investigated to predict the economic analysis for greenhouse and livestock facility. Load calculation result was 35.2[kW] of greenhouse and the calculation result of livestock facility was 35.5[kW]. Also, a case study of the RETScreen program indicated that the equity payback is 6.9 years for a greenhouse facility and the equity payback is 9.5 years for a livestock facility.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2007년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.44-44
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• 2007