• Title/Summary/Keyword: 열응답 시험

Search Result 44, Processing Time 0.245 seconds

Integrity of Optical Fiber Sensor for Measurement of Ground Thermal Conductivity (지중 열전도도 측정을 위한 광섬유 센서의 건전성)

  • Yoon, Seok;Choi, Jung-Chan;Lee, Seung-Rae;Lee, Michael-MyungSub
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
    • /
    • /
    • pp.157-160
    • /
    • 2011
  • 본 연구에서는 광섬유 센서 기반 스마트 모니터링 시스템이 지중 열전도도 측정에도 효율적으로 적용될 수 있는지를 분석하였다. 이를 위해 광섬유 온도센서를 이용하여 지반의 열전도도를 측정할 수 있는 열응답 시험기가 개발되었다. 개발된 열응답 시험기는 기존의 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도 센서 외에 광섬유 센서의 한 종류인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서도 실시간적으로 측정할 수 있는 시스템으로 구성되어 있다. 개발된 장비의 적용성 검증을 위하여 주문진 표준사를 이용하여 모형토조 내에 일정한 간극비에 맞추어 시료가 조성되었으며 지중열교환기는 U자형 파이프가 사용되었다. 20시간동안 열응답 시험을 통하여 광섬유 센서와 RTD 센서를 동시에 이용하여 온도값을 측정하여 표준사의 열전도도 값을 산출하였다. 그 결과 모형실험을 통한 열전도도 값은 탐침법을 통해 얻어진 열전도도 값과 선형 열원 모델(line source model) 해석해와 거의 유사하게 나타났으며 광섬유 센서와 RTD 센서와의 온도차는 0.1~0.3$^{\circ}$로써 유사한 값을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 개발된 광섬유 기반 열응답 시험기는 지반의 열전도도를 측정하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었으며 향후 지열시스템 가동에 따른 지중열 교환기의 손상도 평가 및 경보시스템 개발을 위해 지중열교환기의 거동을 실시간으로 모니터링 하는데 있어서도 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

  • PDF

The Outlet Temperature Prediction of In-Situ Thermal Response Test using CFD Analysis (CFD 해석을 이용한 현장 열응답 시험의 출구온도 예측)

  • Sim, Yong-Sub;Lee, Hee-Sang
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
    • /
    • v.17 no.1
    • /
    • pp.28-35
    • /
    • 2016
  • The in-situ thermal response test for the design of a ground heat exchanger of geothermal heat pumps have difficulty in predicting the outlet temperature according to the variation of conditions due to the expense and time. This paper suggests a 3-D CFD analysis method to predict the heat transfer performance of vertical type ground heat exchanger, which is mostly used in national, and the outlet temperature and the slope of two in-situ thermal response tests were compared to test the proposed CFD reliability. The results of CFD analysis showed that the outlet temperature was predicted to within $0.5^{\circ}C$ of the actual value and the slope was predicted to within 1.6%. The reliability of the CFD analysis method was confirmed using this process, and the outlet temperature prediction of the two in-situ thermal response tests was obtained by changing ${\pm}20%$ of the flow rate and the effective thermal conductivity conditions, respectively. The results of CFD analysis showed that the outlet temperature of Case 1 was 28.0 (-20%) and $29.6^{\circ}C$ (+20%) for the flow rate variation and $29.6^{\circ}C$ (-20%) and $28.0^{\circ}C$ (+20%) for the effective thermal conductivity variation, and the outlet temperature of Case 2 was 28.4 (-20%) and $29.8^{\circ}C$ (+20%) for the flow rate variation and $29.7^{\circ}C$(-20%) and $28.4^{\circ}C$(+20%) for the effective thermal conductivity variation.

Evaluation of Effective Thermal Conductivity of Closed-loop Vertical Ground Heat Exchanger (수직 밀폐형 지중 열교환기의 현장시공 및 유효열전도도 평가)

  • Lee, Chul-Ho;Park, Moon-Seo;Kwak, Tae-Hoon;Choi, Hang-Seok
    • 한국방재학회:학술대회논문집
    • /
    • /
    • pp.91.1-91.1
    • /
    • 2010
  • 본 연구에서는 수직 밀폐형 지중 열교환기를 현장 시험시공하고 현장 열응답 시험을 수행하여 보어홀과 지반의 유효열전도도를 측정하였다. 뒤채움용 그라우트재는 벤토나이트와 시멘트가 고려되었으며 첨가제로는 천연규사와 흑연을 사용하고, 지중 열교환기 파이프 단면은 일반적으로 시공되는 U-loop 파이프 단면과 파이프 사이의 열간섭 효과를 최소화 한 3공형 파이프 단면이 착용되었다. 시멘트-천연규사 그라우트재가 벤토나이트-천연규사 그라우트재 보다 큰 유효열전도도를 보이고 흑연을 첨가한 그라우트는 시멘트와 벤토나이트 모두에서 천연규사만 첨가하였을 때 보다 유효열전도도가 높게 나타났다. 3공형 파이프 단면의 경우 단면에 따른 영향을 비교하기 위해 그라우트는 시멘트-천연규사와 벤토나이트-천연규사를 사용하였으며 유효 열전도도 측정결과 각각 3.65 W/mK, 3.40 W/mK으로 일반 U-loop 파이프 단면을 사용하였을 때 보다 높게 나타났다.

  • PDF

The Comparison of the In-Situ Thermal Response Tests and CFD Analysis of Vertical-type Geothermal Heat Exchanger (수직형 지중 열교환기의 현장 열응답 시험과 CFD 해석 비교)

  • Sim, Yong-Sub;Lee, Hee-Sang
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
    • /
    • v.14 no.7
    • /
    • pp.3164-3169
    • /
    • 2013
  • In this study, a series of CFD analysis was performed in order to predict the leaving water temperature and the slope of in-situ thermal response tests of the vertical-type geothermal heat exchangers. The geothermal heat exchanger and surrounding ground formation were modeled using GAMBIT and simulation was used by utilizing FLUENT which is commercial CFD code. Comparing with the results of CFD and in-situ thermal response tests, the results of CFD was presented good agreement with $0.5^{\circ}C$ difference of Leaving Water Temperature and with 1.6% difference of the Slope.

Prediction of Ground Thermal Properties from Thermal Response Test (현장 열응답 시험을 통한 지중 열물성 추정)

  • Yoon, Seok;Lee, Seung-Rae;Kim, Young-Sang;Kim, Geon-Young;Kim, Kyungsu
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
    • /
    • v.32 no.7
    • /
    • pp.5-14
    • /
    • 2016
  • The use of geothermal energy has increased for economically and environmentally friendly utilization, and a geothermal heat pump (GSHP) system for space heating and cooling is being used widely. As ground thermal properties such as ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity are substantial parameters in the design of geothermal heat pump system, ground thermal conductivity should be obtained from in-situ thermal response test (TRT). This paper presents an experimental study of ground thermal properties of U and 2U type ground heat exchangers (GHEs) measured by TRTs. The U and 2U type GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit, and TRTs were conducted for 48 hours. A method to derive the thermal diffusivity as well as thermal conductivity was proposed from a non-linear regression analysis. In addition, remolded soil samples from different layers were collected from the field, and soil specimens were reconstructed according to the field ground condition. Then equivalent ground thermal conductivity and ground thermal diffusivity were calculated from the lab test results and they were compared with the in-situ TRT results.

Evaluation of Ground Thermal Conductivity by Performing In-Situ Thermal Response test (TRT) and CFD Back-Analysis (현장 열응답 시험(TRT)과 CFD 역해석을 통한 지반의 열전도도 평가)

  • Park, Moonseo;Lee, Chulho;Park, Sangwoo;Sohn, Byonghu;Choi, Hangseok
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
    • /
    • v.28 no.12
    • /
    • pp.5-15
    • /
    • 2012
  • In this study, a series of CFD (Computational Fluid Dynamics) numerical analyses were performed in order to evaluate the thermal performance of six full-scale closed-loop vertical ground heat exchangers constructed in a test bed located in Wonju. The circulation HDPE pipe, borehole and surrounding ground formation were modeled using FLUENT, a finite-volume method (FVM) program, for analyzing the heat transfer process of the system. Two user-defined functions (UDFs) accounting for the difference in the temperatures of the circulating inflow and outflow fluid and the variation of the surrounding ground temperature with depth were adopted in the FLUENT model. The relevant thermal properties of materials measured in laboratory were used in the numerical analyses to compare the thermal efficiency of various types of the heat exchangers installed in the test bed. The simulation results provide a verification for the in-situ thermal response test (TRT) data. The CFD numerical back-analysis with the ground thermal conductivity of 4 W/mK yielded better agreement with the in-situ thermal response tests than with the ground thermal conductivity of 3 W/mK.

Evaluation of Performance of Grouts and Pipe Sections for Closed-loop Vertical Ground Heat Exchanger by In-situ Thermal Response Test (현장 열응답 시험을 통한 수직 밀폐형 지중열교환기용 그라우트와 열교환 파이프 단면의 성능 평가)

  • Lee, Chul-Ho;Park, Moon-Seo;Min, Sun-Hong;Choi, Hang-Seok;Sohn, Byong-Hu
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
    • /
    • v.26 no.7
    • /
    • pp.93-106
    • /
    • 2010
  • In performing a series of in-situ thermal response tests, the effective thermal conductivities of six vertical closed-loop ground heat exchangers were experimentally evaluated and compared one another, which were constructed in a test bed in Wonju. To compare thermal efficiency of the ground heat exchangers in field, the six boreholes were constructed with different construction conditions: grouting materials (cement vs. bentonite), different additives (silica sand vs. graphite) and the shape of pipe-sections (general U-loop type vs. 3 pipe-type). From the test results, it can be concluded that cement grouting has a higher effective thermal conductivity than bentonite grouting, and the efficiency of graphite better performs than silica sand as a thermally-enhancing addictive. In addition, a new 3 pipe-type heat exchanger provides less thermal interference between the inlet and outlet pipe than the conventional U-loop type heat exchanger, which results in superior thermal performance. Based on the results from the in-situ thermal response tests, a series of economic analyses have been made to show the applicability of the new addictives and 3 pipe-type heat exchanger.

Thermal characteristics of energy textile by performing in-situ thermal response test (현장 열응답시험을 통한 에너지 텍스타일의 열적 거동 평가)

  • Lee, Chulho;Yoon, Sangbong;Han, Eunseon;Jeoung, Jae-Hyeung;Choi, Hangseok
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
    • /
    • /
    • pp.167.2-167.2
    • /
    • 2010
  • 본 연구에서는 지열 에너지원으로써 터널 내부 벽면의 항온성을 이용하여 터널 외벽에 텍스타일 형태의 열교환기를 설치하고 열적 거동을 평가하였다. 터널의 라이닝 부분에서는 여러 가지 요인에 의해 지하수가 터널 내부로 유입하게 되므로 지하수의 유무에 대한 열적 거동 및 유동액의 순환 속도에 따른 영향, 열교환 파이프 배열 형태에 따른 영향을 현장 시험 시공과 현장 열응답시험을 통하여 평가하고자 하였다. 또한 3-D 유한체적해석 프로그램(FLUENT)을 이용하여 숏크리트와 라이닝의 열전도도를 고려한 열교환기의 성능을 분석하였다. 수치해석 결과 열교환 파이프 주변에 지하수의 흐름이 존재할 경우 열전달이 상대적으로 더 원활히 이루어졌으며 순환속도가 빠를 때 보다 느릴수록 효율이 높게 나타났다. 또한, 파이프의 간격이 넓을수록, 파이프의 길이가 길수록 효율이 높게 나타났다. 라이닝 및 숏크리트의 열전도도가 증가함에 따라 에너지 텍스타일의 열전달 효율이 높게 나타났다. 현장 시험을 통해 비슷한 길이의 파이프가 사용된 경우, 파이프 배열 형태에 따라 수평형보다는 수직형 배열의 효율이 높게 측정되었다.

  • PDF

Effect of grouts and pipe sections for closed-loop vertical ground heat exchanger on effective ground thermal conductivity (그라우트 종류와 열교환 파이프 단면에 따른 수직 밀폐형 지중열교환기의 지중 유효열전도도 평가)

  • Lee, Chulho;Park, Moonseo;Min, Sunhong;Kang, Shin-Hyung;Choi, Hangseok
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
    • /
    • /
    • pp.167.1-167.1
    • /
    • 2010
  • 본 연구에서는 수직 밀폐형 지중열교환기 뒤채움용 그라우트의 종류와 첨가재 종류, 지중열교환기 파이프 단면에 따른 지중열교환기의 성능을 비교 평가하기 위해 현장 시험 시공과 현장 열응답 시험을 수행하였다. 뒤채움용 그라우트재는 벤토나이트와 시멘트를 사용하였으며 첨가제로는 천연규사와 흑연을 적용하였다. 지중열교환기 파이프 단면은 일반적으로 시공되는 U-loop 파이프 단면과 파이프 사이의 열간섭 효과를 최소화 한 3공형 파이프 단면이 적용되었다. 시멘트-천연규사 그라우트재가 벤토나이트-천연규사 그라우트재 보다 큰 지중 유효열전도도를 보이고 흑연을 첨가한 그라우트는 시멘트와 벤토나이트 모두에서 천연규사만 첨가하였을 때 보다 지중 유효열전도도가 높게 나타났다. 3공형 파이프 단면의 경우 단면에 따른 영향을 비교하기 위해 그라우트는 시멘트-천연규사와 벤토나이트-천연규사를 사용하였으며 지중 유효열전도도 측정결과 각각 3.64 W/mK, 3.40 W/mK으로 일반 U-loop 파이프 단면을 사용하였을 때 보다 높게 나타났다.

  • PDF