초록 ▼

o 최대 가열 용량이 9kW인 자체모델의 지열반응 시험기를 개발하였으며 채취된 온도데이터를 이용하여 측정시간의 경과에 따른 토양 열전도도와 천공의 열저항 변화 이력을 계산할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
o 지중 루프에 대한 열펄스를 17.5W/m, 47.4W/m 그리고 68.9W/m로 달리한 상태에서 동일한 천공에 대하여 토양의 열전도도를 측정하여 측정조건이 해석 결과에 미치는 영향을 분석하고 적정 측정 기준을 제시하였다.
o 지중 열교환기 설계자가 용이하게 천공내부의 열저항에 관한 데이터를 확보할 수 있도록 FEM을

o 최대 가열 용량이 9kW인 자체모델의 지열반응 시험기를 개발하였으며 채취된 온도데이터를 이용하여 측정시간의 경과에 따른 토양 열전도도와 천공의 열저항 변화 이력을 계산할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
o 지중 루프에 대한 열펄스를 17.5W/m, 47.4W/m 그리고 68.9W/m로 달리한 상태에서 동일한 천공에 대하여 토양의 열전도도를 측정하여 측정조건이 해석 결과에 미치는 영향을 분석하고 적정 측정 기준을 제시하였다.
o 지중 열교환기 설계자가 용이하게 천공내부의 열저항에 관한 데이터를 확보할 수 있도록 FEM을 이용한 수치계산 프로그램을 개발하였다. U-type 및 W-type 지중 루프에 있어서 내부 순환수와 천공 표면간의 열 저항을 계산하며 내부 파이프간의 간격이 다른 경우에 있어서의 열 저항 계산이 가능하도록 하였다.
o 복수 개의 천공이 배치되는 Borehole field에 있어서의 열전달 해석을 위한 2차원 수치해석 코드를 개발하고, 천공 간에 발생하는 열적인 간섭현상을 해석하였다.
o Borehole field에 있어서 천공간 열적인 간섭이 심화되거나 열축적에 의한 토양 온도 변화가 수반되는 경우를 고려할 수 있도록 수치해석적인 방법에 근거한 지중열교환기 설계 패키지를 개발하고, 기존의 상용 프로그램과 설계 결과를 비교 분석하였다. 지중에 대한 열의 축적이 없는 부하조건 또는 단기 운용의 경우 11% 수준의 차이가 발생하는 것으로 밝혀졌고 단일 천공인 경우에는 기존 프로그램과 비교적 일치하는 경향을 보였다. Borehole field에 대한 기존 설계 이론의 적용 결과와 비교분석을 통하여, 천공간의 간격이 좁아지거나 장기간 지중에 열을 축적을 수반하는 경우에는 개발 패키지의 계산 결과가 타당함을 확인하였다.

Abstract ▼

(a) Final objectives of the project
o Development of low cost geothermal response test equipment and analyzing software
o Development of design package of ground loop heat exchanger
(b) Scope of the project
o First year
- Establishment of heat transfer model for the single and multipl

(a) Final objectives of the project
o Development of low cost geothermal response test equipment and analyzing software
o Development of design package of ground loop heat exchanger
(b) Scope of the project
o First year
- Establishment of heat transfer model for the single and multiple borehole
- In-situ measurement of the heat transfer characteristics of the ground heat exchanger and modelling of the calculation of soil conductivity
o Second year
- Development of the proto-type geothermal response test equipment
- Utilizing the regional data base for the ground temperature distribution
- Establishment of numerical code for the design of the ground loop heat exchanger
o Third year
- Establishment of the geothermal response test equipment model
- Development of design package for the ground loop heat exchanger of the GSHP system

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 에너지.자원기술개발사업 최종보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...10
• CONTENTS...14
• 목차...16
• 제 1 장 서론...18
• 제 1 절 기술 개발의 필요성...18
• 1. 지열히트펌프 시스템 개요...18
• 2. 기술현황 및 문제점...19
• 3. 보급현황 및 전망...21
• 제 2 절 연구개발 목표 및 주요 연구내용...22
• 1. 연구개발 목표...22
• 2. 주요 연구내용...22
• 제 2 장 지중 열교환기 설계 이론...24
• 제 1 절 Line source 모델...25
• 제 2 절 Kavanaugh 모델...26
• 제 3 절 Eskilson 모델...29
• 제 4 절 Superposition...30
• 제 3 장 지열반응 시험기 개발...32
• 제 1 절 측정방법 및 해석모델...32
• 1. 측정방법...32
• 2. 해석모델...35
• 제 2 절 지열반응시험기 개발...39
• 1. 토양 열전도도 측정 기준...39
• 2. 지열반응시험기 개발...44
• 제 3 절 해석 소프트웨어 개발...46
• 제 4 장 지열반응 시험...49
• 제 1 절 시험 목적...49
• 제 2 절 시험장치 및 방법...49
• 제 3 절 결과 및 고찰...52
• 제 4 절 결론...58
• 제 5 장 지중열교환기 설계방법 및 상용 설계 패키지 분석...60
• 제 1 절 지중 열교환기 설계 방법...60
• 1. Rule of thumb...60
• 2. Bose의 설계방법...60
• 3. Kavanaugh의 설계방법...69
• 제 2 절 상용 설계 패키지 분석...74
• 1. EED(Earth Energy Design)...75
• 2. GLHEPRO...75
• 3. GLD(Ground Loop Design)...77
• 4. GchpCalc...79
• 제 6 장 지중열교환기 설계 패키지 개발...82
• 제 1 절 천공 내부 열저항의 계산...82
• 제 2 절 Borehole field의 열전달 해석...89
• 1. 열간섭 현상에 대한 대책...89
• 2. 계산방법...89
• 3. 계산결과의 검토...90
• 제 3 절 지중열교환기 설계 패키지 개발...95
• 1. 기본사상...95
• 2. 지중열교환기의 길이 설계방법...95
• 3. 설계순서 및 패키지 구성내용...97
• 제 4 절 설계결과 및 고찰...110
• 1. 검증방법...110
• 2. 기존 프로그램과의 비교분석...116
• 3. 기존 설계방법과의 비교...125
• 4. 결론...134
• 제 7 장 결론...135
• 참고문헌...137