• 설비공학논문집
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• 제11권3호
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• pp.339-348
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• 1999

A computer model was developed in order to predict the temperature distribution and the performance of the vertical tube-in-tube ground coil heat exchanger. This model has been validated by experimental results conducted by ORNL. The heat exchanger performance with the variation of the length is calculated and compared. As results, the heat exchanger performance is proportional to the length but the performance per unit length decreases. The minimum performance of 70m - PVC heat exchanger during cyclic operation for a week is obtained 20,054kJ/h for cooling operation and 13,915kJ/h for heating operation. And minimum temperature difference is $4.64^{\circ}C$ for cooling operation and $2.64^{\circ}C$ for heating operation. In each case, it is noted that the temperature difference between the pipe and the far-field occurs within 0.8m from the heat exchanger.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.616-622
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• 2016

하절기 줄어드는 온수부하는 태양열 집열기 과열의 주된 원인이다. 과열방지목적으로 공냉 또는 차단막이 사용되는데 이는 추가적인 기계적요소를 필요하게 되고 장기 운용 시 파손 등의 우려에 따라 그 신뢰도도 크게 저하된다. 지중열교환기는 지열을 열원으로 방열 또는 흡열을 진행하는데, 지열을 고 열원으로 하여 흡열을 목적으로 하는 연구가 대다수이며 지열원이 저열원으로 이용하는 방열에 대한 연구는 부족한 편이다. 그리하여 본 연구에서는 태양열집열판의 과열방지를 목적으로 하는 지중열교환기의 가능성 및 그 성능에 대한 연구를 진행하였다. 여름철 최대 $150^{\circ}C$이상의 고온을 유지하는 태양열집열판의 열을 방출하기 위하여 1.2m의 하부 깊이를 갖는 50m 나선형 지중열교환기를 설치하였고 이를 통해 순간 냉각이 가능한 것으로 확인되었으며, 태양열집열판의 여름철 과열에 의한 파손을 방지할 수 있었다. 그리고 다양한 변수에 대한 이론적인 계산을 통하여 0.33kg/s의 최저 순환유량만 유지해주면 지열 열교환기의 길이에 따른 방열효과에 큰 영향을 미치지 않음을 판단할 수 있다. 또한 축열조와의 공동 사용시 냉각효과는 여름철 과열시 충분한 과열방지 제어가 가능한 것으로 조사되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.157-160
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• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.5-14
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• 2013

지중 토양의 열 물리적 성질 중 열전도도(thermal conductivity)는 지열 히트펌프 시스템(ground-coupled heat pump systems)의 지중열교환기 설계 과정에서 매우 중요한 변수다. 토양의 열전도도는 3상 구조로 인해 함수비와 건조밀도의 영향을 많이 받는다. 본 논문에서는 수평형 지중열교환기의 트렌치 뒤채움재로 사용되는 9종류의 토양(모래-물혼합물)을 대상으로 열전도도 측정결과와 기존 상관식에 의한 계산결과를 비교하였다. 건조토인 경우, 2상 구조의 열전도도 예측모델인 준이론 모델에 의한 열전도도 계산 결과는 측정 결과와 큰 차이를 보였다. 불포화토인 경우, 기존 모델 중 Cote와 Konrad가 제시한 모델에 의한 계산 결과가 측정 결과와 가장 잘 일치하였다. 또한 토양의 열전도도와 함수비, 종류 등이 수평형 지중열교환기의 설계 길이에 미치는 영향을 고찰하였다. 뒤채움재로 사용되는 토양의 열전도도가 증가할수록 수평형 지중열 교환기의 설계 길이는 감소하였다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.43-52
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• 2018

This paper presents the cooling performance analysis results of a ground-source heat pump (GSHP) system using hybrid ground heat exchanger (HGHE). In this paper, the HGHE refers to the ground heat exchanger (GHE) using both a vertical GHE and a surface water heat exchanger (SWHE). In order to evaluate the system performance, we installed monitoring sensors for measuring temperatures and power consumption, and then measured operation data with 4 different load burdened ratios of the hybrid GHE, Mode 1~Mode 4. The measurement results show that the system with HGHE mainly operates in Mode 1 and Mode 2 over the entire measurement period. The average cooling coefficient of performance (COP) for heat pump unit was 5.18, while the system was 2.79. In steady state, the heat pump COP was slightly decreased with an increase of entering source temperature. In addition, the parallel use of SWHE and VGHE was beneficial to the system performance; however, further research are needed to optimize the design data for various load ratios of the HGHE.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.9-14
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• 2013

A ground loop heat exchanger for the ground source heat pump system is the important equipment determining the thermal performance and initial cost of the system. The length and performance of the underground heat exchanger is dependent on ground thermal conductivity, operation hours, ground loop diameter, grout, ground loop arrangement, pipe placement and design temperature. In this study we find out heat exchanger length with various design factor.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.470-473
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• 2007

Geothermal heat exchanger(GHEX) is a major component of Geothermal heat pump system(GSHPs). In Common, We use the vertical type GHEX in Korea. But vertical type GHEX needs a high cost for installation, because of drilling the hole which has 200m depth at max. So, We suggest the use of horizontal type GHEX. When we construct buildins, We excavate the ground and we can install the horizontal type GHEX at the excavated underground. It's very cheap and convenient method compare to vertical type GHEX installation. This study is peformed to estimate the peformance of horizontal type GHEX and to analyze effects of heat exchanger types and undergroundwater. As the result, slinky type GHEX has a 66% efficiency compare to vertical type GHEX and mat type has a 201% efficiency at the undergroundwater zone.

• KIEAE Journal
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• 제10권4호
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• pp.75-80
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• 2010

Generally, ground-source heat pump (GSHP) systems have a higher performance than conventional air-source systems. However, the major fault of GSHP systems is their expensive boring costs. Therefore, it is important issue that to reduce initial cost and ensure stability of system through accurate prediction of the heat extraction and injection rates of the ground heat exchanger. Conventional analysis methods employed by line source theory are used to predict heat transfer rate between ground heat exchanger and soil. Shape of ground heat exchanger was simplified by equivalent diameter model, but these methods do not accurately reflect the heat transfer characteristics according to the heat exchanger geometry. In this study, a numerical model that combines a user subroutine module that calculates circulation water conditions in the ground heat exchanger and FEFLOW program which can simulate heat/moisture transfer in the soil, is developed. Heat transfer performance was evaluated for 3 different types ground heat exchanger(U-tube, Double U-tube, Coaxial).

• 한국건축시공학회:학술대회논문집
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• 한국건축시공학회 2014년도 춘계 학술논문 발표대회
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• pp.166-167
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• 2014

Recently, in according to increase cognizance of energy and resources exhaustion, renewable energy system is received attention. In particular, ground heat pump system(GSHP) utilizing annually stable ground temperature for energy saving have been attracted in many buildings. However, GSHP system have disadvantage due to increase of initial installation and boring cost. In this study, in order to reduce the initial cost and to supply ground heat pump system into small scale house, an unit-type ground heat exchanger was developed.