초록 ▼

본 연구는 지열 냉난방 시스템의 지중열교환 성능 향상에 관한 연구로써 열교환기 뒤채움재인 벤토나이트 그라우트재와 시멘트 그라우트재의 물리적 특성과 전열성능 향상 기법, 열교환기용 파이프 단면 모양에 따른 성능을 분석하여 현장 시험을 통해 이를 실증하는데 목적이 있다. 1차년도는 기존 연구자료 조사, 국내외 지중열 교환기용 그라우트재의 현황과 물리/화학적 특성 분석을 통해 연구 기반을 마련하였다. 2차년도는 1차년도 연구내용을 바탕으로 현장조건을 고려한 벤토나이트 그라우트와 시멘트 그라우트의 특성 분석을 수행하였으며 연구에서 제안하는

본 연구는 지열 냉난방 시스템의 지중열교환 성능 향상에 관한 연구로써 열교환기 뒤채움재인 벤토나이트 그라우트재와 시멘트 그라우트재의 물리적 특성과 전열성능 향상 기법, 열교환기용 파이프 단면 모양에 따른 성능을 분석하여 현장 시험을 통해 이를 실증하는데 목적이 있다. 1차년도는 기존 연구자료 조사, 국내외 지중열 교환기용 그라우트재의 현황과 물리/화학적 특성 분석을 통해 연구 기반을 마련하였다. 2차년도는 1차년도 연구내용을 바탕으로 현장조건을 고려한 벤토나이트 그라우트와 시멘트 그라우트의 특성 분석을 수행하였으며 연구에서 제안하는 순환 파이프 단면에 관한 예비 수치해석을 실시하여 3차년도 현장 적용성 평가에 대비하였다. 3차년도는 연구 결과를 종합하여 실제 현장에 적용하는 연구를 수행하였으며 현장 조건을 고려한 그라우트의 특성 변화를 장기적 관점에서 심도있게 고려하였다.

Abstract ▼

The object of this three-year research and development program is to evaluate chemical/physical characteristics of bentonite and cement grouts with focus on the enhancement of thermal conduyctivity, to develop a new latticed HDPE pipe which seems to have better thermal efficiency than the traditiona

The object of this three-year research and development program is to evaluate chemical/physical characteristics of bentonite and cement grouts with focus on the enhancement of thermal conduyctivity, to develop a new latticed HDPE pipe which seems to have better thermal efficiency than the traditional two-strands HDPE pipe, and to verify these outputs by performing in-field tests. The three years' research contents are summarized as follows: (1) First year: literature review for systematic investigation; investigation of chemical/physical properties of domestic grout being used at present (2) Second year: characterization of bentonite and cement grouts with consideration of field ground conditions; study on any possible domestic addicatives for grout; preliminary numerical analysis for sectional efficiency of HDPE pipes that are currently used in the ground heat exchanger, and (3) Third year: Propose of a new addictive, graphite, for enhancing the thermal conductivity of grouts; Comprehensive numerical analyses for comparing the new lattices pipe and the traditional two-strans pipes; Based on the first and secone year's achievements, a series of in-situ tests to verify the feasibility of the development in this study.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• Summary of Research Results ... 13
• - CONTENTS - ... 21
• 목차 ... 24
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 39
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 39
• 1. 연구개발의 개요 ... 39
• 2. 연구개발의 필요성 ... 42
• 가. 기술적 측면 ... 42
• 나. 경제.산업적 측면 ... 44
• 다. 사회.문화적 측면 ... 46
• 제 2 절 연구개발의 목표 ... 47
• 1. 최종목표 ... 47
• 제 3 절 연도별 연구 목표 및 내용 ... 50
• 1. 1차년도 ... 50
• 가. 연구 목표 ... 50
• 나. 연구 내용 및 범위 ... 50
• 2. 2차년도 ... 52
• 가. 연구 목표 ... 52
• 나. 주요 내용 및 범위 ... 52
• 3. 3차년도 ... 54
• 가. 연구 목표 ... 54
• 나. 주요 내용 및 범위 ... 54
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 56
• 제 1 절 국내 관련기술 동향 ... 56
• 1. 국내 시장 현황 및 예측 ... 56
• 2. 국내 법령, 정부 정책 ... 56
• 제 2 절 국외 관련기술 동향 ... 57
• 1. 국외 주요 국가의 동향 ... 57
• 2. 해외 시장 예측 및 발전 전망 ... 58
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 59
• 제 1 절 연구 목표별 연구수행 내용 및 결과 ... 59
• 1. 기존 연구자료 수집 / 분석 ... 59
• 가. 국내 ... 59
• 나. 국외 ... 66
• 2. 국산 그라우트 첨가재 개발 및 최적 배합비 제시 ... 70
• 가. 그라우트 개요 ... 70
• 나. 벤토나이트 그라우트 ... 73
• 다. 시멘트 그라우트 ... 158
• 3. 최적화된 HDPE 파이프 단면 개발 ... 188
• 가. 2차원 열전달 해석 ... 188
• 나. 2차원 열응력 해석 ... 208
• 다. 3차원 FLUENT 해석 ... 214
• 라. 파이프 단면 형상에 대한 검토 (격자형) ... 246
• 마. 공기 파이프가 삽입된 파이프 단면 해석(3공형) ... 267
• 바. 최적화된 HDPE 파이프 시작품 제작 및 현장 시공 ... 275
• 사. 수치해석을 통한 지중 열교환기 시공에 따른 지반 변형 분석 ... 277
• 4. 현장 시험을 통한 적용성 분석 ... 280
• 가. 현장 시험 개요 ... 280
• 나. 현장 열응답시험 이론적 배경 ... 289
• 다. 지중열교환기 시공 진행 순서 ... 295
• 라. 현장 열응답 시험 진행 순서 ... 297
• 마. 현장 열응답 시험 - 원주 현장 ... 303
• 5. 연구 결과를 활용한 경제성 분석 ... 321
• 가. GLD 설계 프로그램 ... 321
• 나. 경제성 분석 ... 327
• 6. 수직형 지중열교환기 설계 및 시공 지침 ... 332
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 336
• 제 1 절 목표 달성도 ... 336
• 1. 국산 그라우트 첨가재 개발 및 최적 배합비 제시 ... 336
• 2. 최적화된 HDPE 파이프 단면 개발 / 수치해석 ... 337
• 3. 현장 시험을 통한 적용성 평가 ... 338
• 4. 지중 열교환 시스템의 설계지침 제안 ... 338
• 제 2 절 관련 분야의 기여도 ... 343
• 1. 연구 결과의 기대효과 ... 343
• 가. 기술적 측면 ... 343
• 나. 사회/경제적 측면 ... 344
• 참 고 문 헌 ... 345
• 붙임 : 연구개발 성과 목록 ... 349
• 끝페이지 ... 357