열응답 실험 및 열저항 해석을 통한 장심도 수직밀폐형 지중열교환기의 성능 분석

심병완,박찬희,조희남,이병대,남유진,Shim, Byoung Ohan,Park, Chan-Hee,Cho, Heuy-Nam,Lee, Byeong-Dae,Nam, Yujin 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.6

300 m 이상의 장심도 지중열교환기는 도심지나 넓은 부지를 확보가기 어려운 지역에 지열냉난방 시스템을 경제적으로 설치하는데 유리하다. 그러나 실제 시공에서는 여러 가지 문제들로 인하여 보편적으로 시도되지 않았고, 일반적으로 100 ~ 200m 심도로 설치되어 왔다. 본 연구에서는 일반적인 시추공 직경 150 mm에 U 파이프는 50A 규격으로 외경 50 mm의 300 m 심도로 지중열교환기를 설치하였다. 고밀도 PE관은 단위 길이당 비중이 $0.94{\sim}0.96g/cm^3$으로 지열공 내부에 채워진 지하수 영향으로 부력이 존재하여, 이를 개선하기 위해 4.6 kg 무게의 금속으로 제작된 하중밴드 10개조를 설치하여 부력의 영향을 감소시켰다. 지중열교환기의 길이 산정 및 성능평가를 위한 기초조사로서 지반조사 및 열응답실험이 실시되었다. 지반내 온도구배는 100 m 심도까지는 주변 지하수 이용에 의한 영향 등으로 $15^{\circ}C$ 정도의 분포를 보이며 그 하부는 $1.9^{\circ}C/100m$의 지온증온율을 나타내고 있다. 열응답실험은 기존에 설정된 표준 방식으로 48 시간 진행되었으며 평균 주입전력은 17.5 kW이며 평균 순환수 유량은 28.5 l/min, 그리고 평균 입출구 온도차는 $8.9^{\circ}C$로 나타났다. 측정된 지중열전도도는 3.0 W/mk이며, 공내열저항은 0.104 mk/W로 나타났다. Stepwise 평가에서 지중열전도도 변화는 초기 13시간을 제외한 이후에는 표준편차가 0.16으로 매우 안정된 값으로 수렴한 것으로 나타났다. 그리고 공내열저항의 민감도를 분석한 결과 파이프의 구경과 그라우팅 물질의 열전도도가 증가함에 따라 그 값이 미미하게 감소하는 경향을 나타내었다. Due to the limited areal space for installation, borehole heat exchangers (BHEs) at depths deeper than 300 m are considered for geothermal heating and cooling in the urban area. The deep vertical closed-loop BHEs are unconventional due to the depth and the range of the typical installation depth is between 100 and 200 m in Korea. The BHE in the study consists of 50A (outer diameter 50 mm, SDR 11) PE U-tube pipe in a 150 mm diameter borehole with the depth of 300 m. In order to compensate the buoyancy caused by the low density of PE pipe ($0.94{\sim}0.96g/cm^3$) in the borehole filled with ground water, 10 weight band sets (4.6 kg/set) were attached to the bottom of U-tube. A thermal response test (TRT) and fundamental basic surveys on the thermophysical characteristics of the ground were conducted. Ground temperature measures around $15^{\circ}C$ from the surface to 100 m, and the geothermal gradient represents $1.9^{\circ}C/100m$ below 100 m. The TRT was conducted for 48 hours with 17.5 kW heat injection, 28.65 l/min at a circulation fluid flow rate indicates an average temperature difference $8.9^{\circ}C$ between inlet and outlet circulation fluid. The estimated thermophysical parameters are 3.0 W/mk of ground thermal conductivity and 0.104 mk/W of borehole thermal resistance. In the stepwise evaluation of TRT, the ground thermal conductivity was calculated at the standard deviation of 0.16 after the initial 13 hours. The sensitivity analysis on the borehole thermal resistance was also conducted with respect to the PE pipe diameter and the thermal conductivity of backfill material. The borehole thermal resistivity slightly decreased with the increase of the two parameters.

지구물리 탐사자료의 지구통계학적 분석에 의한 부산 동남해안 지역의 해수침투 특성

심병완,정상용,김희준,성익환,김병우 한국지하수토양환경학회 2002 지하수토양환경 Vol.7 No.4

본 연구는 부산시 동남해안 지역에서 해수침입의 지역적 특성과 해수침입의 범위를 파악하기 위하여 지하수 모니터링공의 자료분석과 지구통계학적 기법을 이용하였다. 강수에 의한 직접적인 지하수의 충진으로 모니터링 우물에서의 지하수위는 강수량과 비례하지만 전기전도도는 강수량과 대체로 반비례하는 것으로 나타났다. 모니터링 우물에서 전기전도도는 약 24m심도에서 급격히 증가되어 26m전후에서 20,000$\mu\textrm{s}$/cm를 초과하였고, 지하수위와 전기전도도를 비교한 결과, 지하수위가 낮아질수록 해수와 담수의 경계면이 상승하는 경향을 보인다. 교차상관성 분석에 의하면 지하수위와 강수량은 시차가 0일 때 교차상관 계수가 최대이지만, 전기전도도와 강수량의 교차상관계수는 시차가 9일 때 최대로 나타났다. 이것은 지하수위 변동이 강수에 의하여 단시간에 영향을 받고 있으나, 해수와 담수의 경계면은 강수에 의하여 매우 느리게 반응한다는 것을 나타낸다. 2개의 측선에서 실시된 수평전기탐사 자료의 역산결과, Line 1에서는 동쪽 끝에서 내륙으로 약 14m지점까지, Line 2에서는 동남쪽 끝에서 내륙으로 약 25m지점까지 해수가 침투한 것으로 나타났다 5월과 7월에 슬럼버져 배열의 수직전기탐사를 실시하여 획득한 자료는 각각 대수정규분포를 나타내었고, 크리깅에 의한 겉보기비저항 분포도와 전기비저항 분포도를 비교하면 5월보다 7월에 비저항치가 상승한 것으로 나타났다. 이것은 6, 7월에 내린 강수로 지하수의 함양량이 증가하여 대수층내 해수의 농도가 감소하였기 때문이다 겉보기비저항의 수직단면도 및 평면도 그리고 전기비저항 분포도를 분석한 결과. 지구통계학적 기법은 해안 지역에서의 전기비저항 분포 변화를 파악하는데 매우 유용하였다. Data analysis of groundwater monitoring wells and geostatistical methods are used to identify the local characteristics of sea water intrusion and the range of sea water intrusion at the southeastern coastal area of Busan, Korea. Rainfall and groundwater level of two monitoring wells show a linear correlation because of the direct groundwater recharge by the precipitation. However, rainfall and electric conductivity have the inverse relationship because of the increase of groundwater. Electric conductivity rapidly increased at 24m depth and exceeded 20,000$\mu\textrm{s}$/cm near 26m depth in the monitoring wells. The variations of groundwater level and electric conductivity show that the interface between sea water and fresh water tends to move upward when groundwater level goes down. In the cross correlation analysis, groundwater level versus rainfall represents the largest cross correlation coefficient in 0 time lag but the cross correlation coefficient of electric conductivity versus rainfall is the largest when the time lag is 9 days. This suggests that the fluctuations of groundwater level respond to rainfall in a short time, but the interface between sea water and fresh water respond very slow to rainfall. Horizontal extents of sea water intrusion are estimated to 14 m from the east of Line 1, and 25 m from the southeast end of Line 2 in the inversion of dipole-dipole profiling data of two survey lines. The data of VES by the Schulumberger array in May and July show lognormal distributions. In the kriged apparent resistivity and earth resistivity distributions, the resistivities of July are increased comparing to those of May. This reflects that the concentration of sea water in aquifer is reduced due to the increased groundwater recharge from the rainfall in June and July. In analyzing the vertical and horizontal apparent resistivities and earth resistivity distributions, the geostatistical methods are very useful to identify the variations of earth resistivity distributions at the coastal area.

지하수 히트펌프 시스템 설치 지반의 타당성 해석

심병완,이철우 한국자원공학회 2007 한국자원공학회지 Vol.44 No.1

The verification of a site for installing groundwater source heat pump system has been analysed by applying hydrogeothermal modeling. To hydraulically characterize the aquifer system pumping and recovery tests are conducted. In addition, the temperature distribution by the pumping and injection of groundwater, and water level fluctuations are simulated by numerical modeling. The total cooling and heating load for the building to be constructed is designed as 120 RT(refrigeration ton) and the groundwater source heat pump system covers 50 RT as a subsidiary system. In the scenario of the heat pump operation the pumping and injection of groundwater are established for 8 hours per day in the cooling mode for 90 days during the summer season. The heat transfer by injected warm water is found to be limited to nearby injection wells in the simulated temperature distribution. It is because the simulation time applied is too short to expect broad thermal diffusion in a large volume of the aquifer. Therefore, system performance due to the thermal interferences between the injection wells and pumping wells is not expected to be reduced. The simulated groundwater levels are from 14.3 to 18.2 m higher than the ground surface in the injection term. This phenomenon may cause unexpected high pressure rise in the real system and should be prevented by an initial heat pump design or a well design. The simulated groundwater level and temperature distribution can be used as important data to develop an energy effective pumping and injection well system. Also, it can be very useful to evaluate the hydraulic capacity of a target groundwater reservoir. 지하수원 히트펌프 시스템 설치 부지의 타당성이 수리지열학적 모델링을 통하여 해석되었다. 시스템이 설치된 대수층의 수리적 특성 파악을 위하여 수리시험을 실시하였고, 수치 모델링을 통하여 양수정과 주입 우물간에 열적 간섭 및 수위변동을 추정하였다. 대상 건물의 총설계 냉난방 용량은 120 RT이며, 보조용으로 지하수원 히트펌프 시스템을 이용한 냉난방 용량은 50 RT로 설계되어 있다. 수리시험결과 이 시스템의 대상 대수층은 지하수 저류층으로서 용량이 크지 않은 편으로 판단된다. 모델링을 위한 히트 펌프 운영 시나리오는 여름철 냉방 모드로 대수층에서 90일간 양수와 24 °C의 지하수 주입을 하루 8시간 실시하는 것으로 설정하였다. 시뮬레이션 결과 추정된 대수층내에 온도분포도에서 온수의 열간섭 현상은 주입정 주변에 매우 제한적으로 나타났다. 그 이유는 대수층의 열전도 특성과 설정된 시뮬레이션 기간이 짧기 때문에 전체적인 대수층 온도에 영향을 미치기 어렵기 때문인 것으로 보인다. 설계된 주입정으로부터 양수정의 온도 간섭 현상은 거의 나타나지 않으므로 온도변화에 의한 효율성의 감소는 추정되지 않는다. 예측된 지하수위 변동곡선에서 지하수 주입시 주입공의 수위는 지표보다 최소 14.3 m 에서 최대 18.2 m 정도 높게 형성되는 것으로 나타났다. 이러한 문제는 실제 시스템에서는 예상하기 힘든 급격한 압력상승을 초래할 수 있으므로, 초기에 예측하여 히트 펌프 또는 우물 설계를 통하여 방지시켜주어야 된다. 모사된 온도분포 및 지하수위 자료를 이용하면 효율적인 양수 및 주입정 시스템을 개발할 수 있으며, 대상 대수층의 수리성을 평가하는데도 유용할 것으로 생각된다.

수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따른 해수침투 범위의 변화

심병완,정상용,김희준,성익환 한국지하수토양환경학회 2002 지하수토양환경 Vol.7 No.4

분산지수는 해수침투 범위를 파악하기 위한 수리동역학적 모델링을 실행하는데 필요한 매개변수이며. 이를 현장실험으로 구하기 위해서는 많은 시간과 비용을 필요로 하기 때문에 종종 기존의 실험과 이론적 연구에서 제시된 것을 이용한다. 그러나 그 분산지수가 실제 대수층의 특성을 나타내지 못할 경우, 모델링 결과에 많은 오차가 발생할 가능성이 크다 본 연구에서는 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 현장측정치 및 겉보기비저항 단면도를 비교하여 이용된 분산지수의 타당성을 검증하였다. 수치모델링 결과, Neuman의 종분산지수보다 Xu의 종분산지수를 적용한 TDS분포가 연구지역내 관측공과 모니터링 우물에서의 현장측정치와 비교하였을 때 더 유사한 값을 나타내었다. Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 해수침투 범위는 건기인 5월에는 TDS 1000mg/L 등치선이 해안에서 약 480m 지점에 위치하며, 7월에는 해안에서 약 390m 지점에 위치한다. 이 차이는 강우에 의한 수리경사의 계절적인 변화에 의해서 해수와 담수의 경계면이 7월에 약 90m 정도 해안쪽으로 더 이동하였기 때문에 나타났다. 겉보기비저항 단면도에서는 해수와 담수의 경계로서 15 ohm-m 등치선을 이용하여 해수침투 범위를 설정하였으며, 그 결과 해수침투 범위가 해안으로부터 약 450m 지점에 위치하였다. 이것은 Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 유사한 결과이다. 따라서 수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따라 해수침투 범위가 차이를 보이는데, 본 연구지역에서는 Xu의 공식을 이용하여 산출된 분산지수가 해수침투의 범위를 결정하는데 더 유효하였다. As a parameter for hydrodynamic modeling to define the range of seawater intrusion, dispersivities are frequently determined from pre-experiments or theoretical studies because field experiments need a lot of time and expenses. If the dispersivities are inadequate for an aquifer, the numerical results may have some errors. We examined the validity of longitudinal dispersivities by comparing the ranges of seawater intrusion with numerical modeling, field data and apparent resistivity sections. In the numerical modeling the TDS distributions simulated by the Xu's longitudinal dispersivity are more similar to the values of TDS measured at monitoring wet]s and boreholes than those by the Neuman's longitudinal dispersivity. The ranges of seawater intrusion by numerical simulations using Xu's longitudinal dispersivity show that the contour line of 1000 ㎎/L. as TDS is located at 480 m from the coast in May, while at 390 m in July. The difference is originated from the shift of the interface between seawater and fresh water. It moved toward the coast in July because of the seasonal increase of hydraulic gradient according to rainfall. A contour line of 15 ohm-m was used to define the range of seawater intrusion in apparent resistivity sections. From this criterion on the interface between seawater and fresh water, the range of seawater intrusion is located at 450 m from the coast. This result is similar to the range of seawater intrusion simulated by the numerical modeling using Xu's dispersivity. Therefore the range of seawater intrusion shows the difference due to the dispersivities used for the hydrodynamic modeling and the dispersivity generated by the Xu's equation is considered more effective to decide the range of seawater intrusion in this study area.

천부 지열에너지로서의 지하 열에너지 저장 기술 동향

심병완,이철우,Shim, Byoung-Ohan,Lee, Chol-Woo 대한자원환경지질학회 2010 자원환경지질 Vol.43 No.2

Recently abrupt climate changes have been occurred in global and regional scales and $CO_2$ reduction technologies became an important solution for global warming. As a method of the solution shallow underground thermal energy storage (UTES) has been applied as a reliable technology in most countries developing renewable energy. The geothermal energy system using thermal source of soil, rock, and ground water in aquifer or cavern located in shallow ground is designed based on the concept of thermal energy recovery and storage. UTES technology of Korea is in early stage and consistent researches are demanded to develop environmental friendly, economical and efficient UTES systems. Aquifers in Korea are suitable for various type of ground water source heat pump system. However due to poor understanding and regulations on various UTES high efficient geothermal systems have not been developed. Therefore simple closed U-tube type geothermal heat pump systems account for more than 90% of the total geothermal system installation in Korea. To prevent becoming wide-spread of inefficient systems, UTES systems considering to the hydrogeothemal properties of the ground should be developed and installed. Also international collaboration is necessary, and continuous UTES researches can improve the efficiency of shallow geothermal systems. 최근 급격한 기후변화가 세계적 또는 국지적으로 발생하고 있으며, 지구온난화에 대한 대책으로 $CO_2$ 저감 기술들이 중요한 해결책으로 여겨지고 있다. 이 기술들에 대한 한 방법으로서 대체에너지를 개발하고 있는 대부분의 국가에서 천부 지하 열에너지 저장 (UTES: underground thermal energy storage)은 신뢰성 있는 냉난방 기술로 적용되어 왔다. 천부의 토양이나 암반, 대수층내 지하수 및 지하공간내 저장된 유체 등의 열 에너지원을 이용하는 지열 시스템은 일반적으로 열에너지의 회복과 저장의 개념을 기반으로 한다. 아직 국내에서는 이러한 기술 개발이 기초적이지만 지속적인 연구들을 수행한다면 보다 친환경적이며 경제성 및 효율이 높은 시스템을 개발할 수 있을 것으로 본다. 국내 지반은 대수층이 전국적으로 분포하고 있으므로 수리지열학적 특성을 활용한 고효율의 시스템 개발이 용이하다. 그러나 UTES에 대한 이해 부족 및 제도적 문제들로 다양한 시스템이 개발되지 못하고 국내에는 90% 이상이 단편적인 폐회로형 지열시스템으로 보급되고 있다. 비효율적인 지열시스템의 보급 확산을 방지하기 위해서는 지반의 수리 지열학적 특성을 반영한 선진화된 UTES 시스템들을 개발할 필요가 있다. 개선된 시스템 보급을 위하여 국제적인 협력이 필수적이며, 지속적인 UTES 연구를 통하여 천부 지열시스템의 효율을 개선시킬 수 있다.

해안 대수층에서 지하수 장기 모니터링을 통한 수리 특성 조사

심병완,이철우,Shim, Byoung-Ohan,Lee, Chol-Woo 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.3

도서지역의 지하수는 중요한 수자원으로 이용되고 있으나 지하수의 과잉 개발은 해수침투를 유발하거나 온천공에서는 온도 저하 등의 문제를 일으킬 수 있다. 본 연구는 석모도 매음리 일대의 온천공 및 지하수공에서 장기 모니터링을 실시하여 연구지역의 수리지질 특성을 추정하였다. 온천공 모니터링 결과 계절적인 수위 변화나 지속적인 수위 하강 또는 상승은 나타나지 않았으며, 공내 약 10 m 내외 심도에서 측정된 지하수온은 몇 개의 공에서 대기 최고온도와 2~5개월 정도의 시간차를 보이며 일년 주기로 나타났다. 그리고 조석 변동에 따른 유효응력 변화를 분석하여 저류계수를 계산하였다. 조석 영향을 분석한 결과 조석효율 요소를 이용하여 계산된 저류계수가 시간지연 요소를 이용한 값들보다 다소 크게 나타났다. 여러 가지 대수층 조건을 가정한 조석 분석법은 넓은 범위의 저류계수 값을 산정할 수 있으나, 본 연구에서 적용한 조석 분석법으로 계산된 값은 합리적이라 판단된다. 측정된 수위 및 조석 변동 형태가 동남향 방향으로 유사한 이유는 지반내 수리지질적인 연결성 또는 단열계의 분포특성에 의한 것으로 추정된다. 본 연구의 결과는 적정 지하수 사용량 또는 지하수 부존 평가나 온천공들의 개발 및 허가량 등에 대한 평가 자료로 이용될 수 있다. Groundwater in small islands is used as main water resource but the overuse of groundwater may cause seawater intrusion and temperature decrease in geothermal wells. This study aimed to characterize the hydrogeology of Maeum-ri area in Seokmo Island of Ganghwagun using long-term monitoring at groundwater wells and geothermal wells. In the monitoring period seasonal water level change, consistent drop or increase of water levels are not detected. The groundwater temperature about 10m below ground surface shows year cycle variation having two to five months difference with ambient temperature cycle. The storativity was calculated by tidal method. The storativity estimated by adapting tidal efficiency factor showed some larger values than that by using tidal time lag. The result suggested that the tidal method assuming several assumptions on aquifer condition may produce broad ranges but the calculated ranges at this application are reasonable. The similar shape of groundwater level change and tidal effects was observed at several wells clustered east-south-east direction which may implicate the distribution of vertical fracture system strongly related with groundwater flow channels. The applied methodology and study results will bc valuable to evaluate optimal pumping rate for the preservation of groundwater resources, and to manage geothermal development.

지하 열에너지 저장 기술과 IEA ECES

심병완 한국지열에너지학회 2010 지열에너지저널 Vol.6 No.2

단열암반 대수층에서 조석분석법을 이용한 수리상수 추정

심병완,정상용,Shim Byoung Ohan,Chung Sang Yong 한국지하수토양환경학회 2004 지하수토양환경 Vol.9 No.3

해안가에 발달된 단열암반 대수층에서 수리지질 인자를 추정하기 위하여 조석에 의한 지하수위 변동 현상을 이용하는 조석분석법을 적용하였다. 두 관측정의 지하수위 시계열 자료는 조석에 의한 대수층내 유효응력 전달에 의해 조수위 변동과 비슷한 사인곡선 형태로 나타났다. 교차상관함수를 이용하여 조석과 두 관측정의 지하수위 변동 사이의 개략적인 시간지연을 계산하였으며, 그 결과 심도가 깊은 공의 시간지연이 크게 나타났다. 그리고 조석효율과 시간지연을 계산하여 이들로부터 각각의 저류계수를 추정한 결과 큰 차이를 나타내었다. 본 연구지역에서 실시된 순간충격 시험에 의하여 측정된 저류계수는 조석분석법에서 시간지연을 이용하여 계산한 값과 유사하게 나타나며, 심도가 깊은 공에서 보다 비슷한 값을 나타내고 있다. 조석효율은 피압층에 발달된 균열로 인한 자유면대수층의 영향과 수직적인 지하수 유동에 의해 대수층의 수리상수를 추정하는데 한계가 있는 것으로 사료된다. 따라서 조석분석법은 해안대수층의 수리지질인자를 추정하는데 지하수공의 위치나 대수층의 수리지질적 특성을 고려하여 해석한다면 경제적이고 유용한 방법으로 판단된다. The oceanic tides have an effect on groundwater levels in coastal fractured rock aquifers. The observed groundwater table fluctuations caused by the effective stress through an aquifer are shown as sine curves similar with tidal fluctuation. To estimate a hydrogeologic parameter, tidal method is utilized with groundwater level fluctuations of two monitoring wells. Cross correlation function is used to calculate time lags between observed groundwater levels and tide, and the deeper well shows longer time lag. The storage coefficients calculated by using tidal efficiency and time lag show large differences. The storage coefficients obtained by using time lags are close to the result of slug test, and that of the deeper well shows closer value by slug test. The tidal efficiency is unsatisfied to apply in the tidal method because of an effect of phreatic aquifer and the vertical flow of groundwater through fractured confining bed. This tidal method can be an economical and effective way to define the parameter by considering the location of observation well and hydrogeologic characteristics of a coastal aquifer.

지중 열교환기 효율 분석을 위한 지반내 열적.수리적 특성 조사

심병완,이영민,김형찬,송윤호 한국자원공학회 2006 한국자원공학회지 Vol.43 No.2

Several hydraulic and geothermal characteristic surveys are carried out in a site for the ground source heat pump system to estimate the long-term performance of a shallow geothermal utilization system. Estimated mean thermal conductivity from density, specific heat, and thermal diffusivity measurements of 61 core samples from a 300 m deep borehole is 2.98W/m-K. Estimated heat flow from the thermal gradient(20°C/km) and average thermal conductivity(2.98W/m-K) is 59.7mW/m2. The correlation between the fracture system and the hydraulic conductivity is analyzed because ground water flow can give influences at the efficiency of the heat pump system. We estimated in-situ thermal conductivity as 3.28W/m-K, 10 percent larger than the value from the sample, and heat exchange rate of a borehole in double U-tube system through a thermal response test. Based on the estimated thermal properties, the long-term performance of the borehole heat exchanger system can be evaluated by numerical simulations. In addition, heat pump operation method and optimal system design techniques can be developed. 천부 지열활용 시스템의 장기적인 효율을 추정하기 위하여 지중 열교환기를 설치한 부지에서 몇가지 수리 및 지열 특성 조사를 수행하였다. 본 연구에서는 300m 심도의 관측공에서 61개의 코아샘플을 채취한 후, 밀도, 비열, 열확산율을 측정하여 열전도도를 산출하였다. 그리고 열전도도 산술평균값(2.98W/m-K)과 지온경사(20°C/km)를 이용하여 지열류량(59.7mW/m2)을 산출하였으며, 또한 지하수의 유동 특성이 지중 열교환기 효율에 많은 영향을 미치기 때문에 균열시스템과 수리전도도간의 상관성을 추정하였다. 그리고 열응답 실험을 통하여 원위치 열전도도를 측정하여 코아 샘플의 열전도도보다 10% 높은 3.28W/m-k의 값을 얻었으며, 이를 통하여 시추공의 열교환율을 계산하였다. 조사된 연구지역 지반의 열적 수리적 특성들은 수치 시뮬레이션을 통하여 지열펌프 시스템의 활용 기술 및 최적 지중 열교환기 시스템 설계를 개발하거나 시스템의 장기적인 효율을 예측하는데 활용된다.

Horner plot을 이용한 열응답 실험 해석

심병완 한국자원공학회 2008 한국자원공학회지 Vol.45 No.4

The selection of TRT and its interpretation method are important to design an economical geothermal heat pump system because heat exchange rate of a borehole heat exchanger system highly depends on effective thermal conductivity of ground.Two thermal response tests (TRTs) are performed in a 200 m long vertical closed-loop borehole heat exchanger, and thermal conductivities are estimated with a conventional method using the line source theory, and the Horner plot method. The Horner plot method is applied to recovered circulation fluid temperatures during fluid circulation after power shut-in, and recovered ground temperatures were measured by a fiber optic temperature sensing method. The estimated thermal conductivity using the conventional method is 2.75W/m/K, and that using the Horner plot method is 2.87 W/m/K. The average effective thermal conductivity using the Horner plot method with fiber optic temperature sensing data is 2.88 W/m/K and the average core sample thermal conductivity measured in a lab is 2.90 W/m/K. By comparison of each results with core thermal conductivity data, three different interpretation methods show reliable results.