• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.195.1-195.1
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• 2011

This paper presents an experimental study on a new potential geothermal energy source obtained from tunnel structures. An "energy textile", which is a textile-type ground heat exchanger, was fabricated between a shotcrete layer and a guided drainage geotextile in the tunnel lining system. To examine the long-term thermal behavior of the energy textile, the difference in temperatures of the inlet and outlet fluid circulating through the heat exchange pipe within the energy textile was monitored using a constant-temperature water bath. Daily heat exchange rate of the energy textile during cooling operation was estimated from the measured temperatures of the inlet and outlet fluid through the energy textile. The air and ground temperature was also continuously monitored. The operation of the energy textile as a ground heat exchanger was simulated using a 3D numerical CFD model (Fluent). The thermal conductivity of shotcrete and concrete lining components and temperature variation of air in the tunnel were incorporated in the model. The numerical analysis shows a good agreement with the long-term monitoring result.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2004년도 춘계학술발표회
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• pp.509-516
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• 2004

The measurement of abnormal change of temperature(temperature anomaly) will help determine the safety of various engineering constructions, as the measurement in body often used to diagnose one's health. Temperature anomaly can be occurred in leakage or seepage of water flow in rocks, and in ground water table etc. Grouting materials injected in fractured rocks generate heat during hardening process. The degree of temperature change is associated directly with heat flow characteristics, that is, thermal conductivity, specific heat capacity. density of the surrounding rocks and can afford to assess the grouting efficiency. However, in practice, the use of traditional temperature measuring technique composed of only one single thermal sensor has been fundamentally limited to acquire thermal data sufficient to use for that, partly due to the time-consuming measuring work, partly due to the non-consecutive quality of data. Thus, in this paper, a new concept of temperature measuring technique, what we call, thermal line sensor technique is introduced. In this, the sensors with an accuracy of $0.02^{\circ}$ are inserted at regular intervals in one line cable and addressed by a control device, which enables to fundamentally enhance the capability of data acquisition in time and space. This new technology has been demonstrated on diverse field model experiments. The results were simply meant to be illustrative of a potential to be used for various kinds of temperature measurements encountered in grouting and leakage problems.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권2호
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• pp.123-131
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• 2021

완충재는 고준위 방사성 폐기물을 처분하기 위한 공학적 방벽 시스템에서 중요한 구성요소 중 하나이며 사용 후 핵연료가 담긴 처분용기와 암반사이에 채워지는 물질이기 때문에 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지하는 중요한 역할을 수행한다. 따라서 공학적 방벽 시스템의 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량은 완충재를 통하여 전파되기에 완충재의 열전도도는 처분시스템의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내에서 생산되는 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도 예측을 위한 경험적 회귀 모델의 정합성을 검증하고 정확도를 높이기 위해 예측모델의 구축에 기계학습법을 적용해 보았다. 벤토나이트의 건조밀도, 함수비 및 온도 값을 바탕으로 열전도도를 예측하고자 하였으며, 이때 다항 회귀, 결정 트리, 서포트 벡터 머신, 앙상블, 가우시안 프로세스 회귀, 인공신경망, 심층 신뢰 신경망, 유전 프로그래밍과 같은 기계학습 기법을 적용하였다. 기계학습 기법을 이용하여 예측한 결과, 부스팅 기반의 앙상블 기법, 유전 프로그래밍, 3차 함수 기반의 SVM, 가우시안 프로세스 회귀의 기계학습기법을 활용한 모델이 선형 회귀 분석 기법에 비해 좋은 성능을 보였으며, 특히 앙상블의 부스팅 기법과 가우시안 프로세스 회귀 기법을 사용한 모델들이 가장 좋은 성능을 보였다.

• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제34권3호
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• pp.87-93
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• 2018

Ground source heat pump(GSHP) system is one of the high efficiency heat source systems which utilizes the constant geothermal energy of a underground water or soil. However, the design of conventional GSHP system in the domestic market is dependent on the experience of the designer and the installer, and it causes increase of initial installation cost or degradation of system performance. Therefore, it is necessary to develop a guideline and the optimal design method to maintain stable performance of the system and reduce installation cost. In this study, in order to optimize the GSHP system, design factors according to ground heat exchanger(GHX) type have been examine by simulation tool. Furthermore, the design factors and the correlation of a single U-tube and a double U-tube were analyzed quantitatively through sensitivity analysis. Results indicated that, the length of the ground heat exchanger was greatly influenced by grout thermal conductivity for single U-tube and pipe spacing for double U-tube.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.604-607
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• 2009

The geothermal energy have been developed as the pro-environmental and the substantial long-term energy. Recently energy foundations and other thermo-active ground structures have been developed to enhance the use of geothermal energy. In this research, a tunnel wall is focused as a source of geothermal energy. If the tunnel wall can be used for geothermal source, it can provide relatively lower cost because it is not necessary to make a deep borehole like in case of closed-loop vertical ground heat exchanger. For analyzing efficiency of heat exchanger in tunnel, laboratory tests and the numerical analyses are performed.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2102-2107
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• 2007

GSHP systems are used for air-conditioning systems in commercial buildings, schools, and factories because of low operating and maintenance costs. These systems use the earth as a heat source in heating and a heat sink in cooling mode. Ground heat exchangers are classified by a horizontal and vertical type according to the installation method. Vertical type is usually constructed by placing small diameter high density polyethylene tube in a vertical borehole. Vertical tube sizes range from 20 to 40 mm nominal diameter. Borehole depth range between 100 and 200 m depending on local drilling conditions and available equipment. In this study, to evaluate the performance of single u-tube with bentonite grouting, single u-tube with broken stone grouting and double u-tube bentonite grouting of vertical ground heat exchangers, test sections are buried on the earth and experimental apparatus is installed. Therefore the heat transfer performance and pressure loss of these are estimated.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.15-23
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• 2017

강원지역은 한국의 북동부에 위치하고 있으며 산지가 90%에 달해 한국에서 가장 추운 지역이다. 그에 따라 겨울철 터널 피해가 지속적으로 발생하고 있으나 아직 터널 라이닝 배면에서 발생하는 동상에 대한 연구는 매우 부족하다. 본 연구에서는 강원지역의 도로터널에서 발생하는 동상깊이 분석을 위한 수치적 연구를 수행하였다. 강원지역 도로터널 현황과 기후자료를 분석하고 이를 토대로 터널 표준 형상과 지반 특성을 가정하였으며, 기온 변화와 지반특성 변화에 따른 터널 배면지반의 최대 동상깊이를 산정하였다. 해석결과 모래보다 변성암 및 퇴적암의 동결민감성이 더 크며, 라이닝 배면의 초기 지중온도가 낮을수록 동상깊이가 깊어져 동결에 대한 피해도 커지는 것으로 나타났다. 또한 라이닝 두께 및 지반의 비열, 열전도율과 같은 특성도 동결깊이 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제25권1호
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• pp.131-148
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• 2015

본 연구는 지열시스템 열교환 효율의 개선방안을 모색하기 위한 것으로 금속재질의 열교환기인 동관 및 스테인레스관과 기존 지열시스템에 많이 적용되는 PE관을 이용하여 지열열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 비교 분석하였다. 또한 지하매질의 지하수에 포함되어 있는 지하수열을 동시 활용할 경우의 열전달 효율 변화를 평가하고 그 적용성을 검토하였다. 열교환기 내의 유속, 유량 및 열교환기의 구경을 조절함으로써 열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 평가 후 현장실증시험 설계인자를 도출하였다. 열교환 효율과 유효 열전도도는 현장 열전달 효율 시험 및 열응답 시험을 통해 변화양상을 분석하였다. 분석결과 금속재질이 PE관에 비해 높은 열전달 효율을 보였으며, 유량에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 크지 않았으나 유속에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 높아지는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.29-38
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• 2013

G-class 시멘트는 지열발전소 가동 시에 지열정에서 고온의 지열수나 증기를 심부에서 지표면까지 이동시키는 케이싱을 보호하는 시멘팅 재료로서 이용된다. 지열정을 통한 원활한 지열발전을 위해서는 시멘팅 재료의 물리적 특성들이 만족되어야 한다. 본 연구에서는 G-class 시멘트를 지열정 시멘팅 재료로서의 중요한 물리적 특성인 유동성, 일축압축강도, 열전도도, free fluid 함유율(Free fluid content) 등을 평가하기 위해, 다양한 물/시멘트 비 조건에서 실내실험을 수행하였다. G-class 시멘트에 대한 물리적 특성 평가를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다. (1) G-class 시멘트의 유동성은 소량의 응고지연제(retarder)를 첨가하여 증가 시킬 수 있다. (2) 유동성 확보를 위해 물/시멘트 비를 높일 경우, 일축압축강도가 감소하여 지열정의 구조적 문제를 야기할 수 있다. (3) G-class 시멘트의 열전도도는 지열정 가동 시에 지열정에서 외부 지반으로의 열손실이 거의 없을 정도로 낮게 평가되었다. (4) G-class 시멘트를 시멘팅 재료로 이용할 경우, 블리딩(bleeding) 가능성은 매우 낮은 것으로 판단된다. (5) 페놀프탈레인 지시약은 지열정 시공시 지표면에서 시추용 이수와 G-class 시멘트를 구분하기 위해 적합할 것으로 판단된다.

• 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.