강변여과수와 천부 지하수를 이용하는 지하수 열펌프시스템의 적정유량

한정상,한혁상,한찬,전재수,김형수,Hahn, Jeong-Sang,Han, Hyuk-Sang,Hahn, Chan,Jeon, Jae-Soo,Kim, Hyong-Soo 대한자원환경지질학회 2007 자원환경지질 Vol.40 No.6

지하수열펌프시스템(GWHP)은 지원열펌프시스템(GSHP)가운데 성능이 가장 우수하며 저온의 천부지하수열을 이용하는 시스템이다. GWHP시스템은 지중연결 열펌프시스템(GCHP)에 비해 최대 블록부하와 전 시스템 성능에 부합되는 지하수유량을 기준으로 하여 설계를 하며 최적 지하수유량은 해당지역의 지하수온도, 판형열교환기의 규격과 전체펌프와 배관류의 전 양정고에 따라 결정한다. 대체적으로 전형적인 빌딩루프순환수의 필요유량은 1RT당 $9.5{\sim}11.4lpm$ 정도인데 비해 GWHP시스템이 필요로 하는 최적 지하수유량은 이보다 꿜씬 적은 $3.8{\sim}9.5lpm$정도이다. The groundwater heat pump system(GWHP) is one of the most efficient ground source heat pump system(GSHP) which uses low grade and shallow geothermal energy for cooling and heating purpose. The GWHP system shall be designed properly based on peak block load performance and optimum pumping rate of groundwater comparable to ground coupled heat pump system(GCHP). The optimum pumping rate depends on groundwater temperature at a specific site, size of plate heat exchanger, and total head loss occurred by whole system comprising pumps and pipings. The required optimum flow rates of the system per RT are ranged from 3.8 to 9.8lpm being less than the typical building loop flow of 9.5 to 11.4lpm.

수주지열정(SCW)을 이용한 천부지열 냉난방시스템 설계지침

한정상,한혁상,한찬,김형수,전재수,Hahn, Jeong-Sang,Han, Hyuk-Sang,Hahn, Chan,Kim, Hyong-Soo,Jeon, Jae-Soo 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.5

For the reasonable use of low grade-shallow geothermal energy by Standing Column Well(SCW) system, the basic requirements are depth-wise increase of earth temperature like $2^{\circ}C$ per every 100m depth, sufficient amount of groundwater production being about 10 to 30% of the design flow rate of GSHP with good water quality and moderate temperature, and non-collapsing of borehole wall during reinjection of circulating water into the SCW. A closed loop type-vertical ground heat exchanger(GHEX) with $100{\sim}150m$ deep can supply geothermal energy of 2 to 3 RT but a SCW with $400{\sim}500m$ deep can provide $30{\sim}40RT$ being equivalent to 10 to 15 numbers of GHEX as well requires smaller space. Being considered as an alternative of vertical GHEX, many numbers of SCW have been widely constructed in whole country without any account for site specific hydrogeologic and geothermal characteristics. When those are designed and constructed under the base of insufficient knowledges of hydrgeothermal properties of the relevant specific site as our current situations, a bad reputation will be created and it will hamper a rational utilization of geothermal energy using SCW in the near future. This paper is prepared for providing a guideline of SCW design comportable to our hydrogeothermal system. 내 수문지열계 가운데 수주지열정(SCW)시스템을 합리적으로 설치이용할 수 있는 조건들은 심도별 지온증가율이 명확하고($2^{\circ}C/100m$심도), 기존의 지하수 열펌프가 필요로 하는 순환수의 유량에 비해 최소 $10{\sim}30%$의 중온의 심부지하수가 산출될 수 있어야 하며, 순환수를 공내로 재주입시 공내붕괴가 일어나지 않는 견고한 암석들이 존재 하여야 한다. 수주지열정의 1개공당 굴착심도는 평균 $400{\sim}500m$이며, 이로 부터 개발가능한 지열에너지는 공당 약 $30{\sim}40RT$ 규모인데 비해 1개 수직지중열교환기가 공급가능한 지열에너지는 $2{\sim}3RT$ 정도이다. 즉 수주지열정 1개공은 $10{\sim}15$개의 수직지중열교환기 역할을 한다. 따라서 이 방식은 수직루프 설치장소의 공간 문제를 해소할 수 있는 유일한 대안으로 인식되어, 현재 전국 각지에서 많은 수의 SCW들이 무분별 하게 비과학적으로 설치되고 있다. 이와 같이 해당지역 수문지열계의 수리 지질학적인 특성과 열적인 특성을 명확히 파악하지 않은 상태에서 수주지열정을 설계 시공하는 경우에 나타날 문제점들은 추후 합리적인 천부지열 개발 이용에 지대한 장애요인이 될 것이다. 따라서 본고는 국내 수문지열계에 적합한 수주지열정을 설계 하는데 있어 필요한 일종의 지침서를 제시하기 위해 작성되었다.

현장 열응답시험과 현장 대수성시험결과를 동시 분석 가능한 통합전산 Program에 관한 연구

한정상(Jeong-Sang Hahn),한혁상(Hyuk-Sang Han),윤운상(Yun-Sang Yonn) 한국지열·수열에너지학회 2008 한국지열에너지학회논문집 Vol.4 No.1

Groundwater flow in confined aquifer and heat transport in underground geologic media are using same governing equation(line source) like well fuction. Therefore the conventional slope method using only later data obtained from in-situ thermal response test to determine the thermal conductivity of vertical geothermal heat exchanger(GHEX) is basically identical with one of Theis straight line method of aquifer test under artesian condition. In case that the pumping rate(Q, ㎥/d) and drawdown(s,m) which are used for input data of existing hydrogeologic computer programs for aquifer test are replaced and converted to supplying heat energy per unit length of bore hole(Q/L,w/m or Kcal/h.m) and temperatures (T,℃)measured at in and out-let of GHEX as in put data respectively, thermal conductivity around geothermal heat exchanger can be easily estimated without any special modification of the existing hydrogeologic computer program. Two numbers of time series temperature variation data obtained from in situ geothermal response test are analized using Theis methods(standard curve and straight line method) by using existing aquifer test program and conventional Slope method proposed by ASHRAE. The results show that thermal conductivity values estimated by two straight methods are identical and the difference of estimated values between standard curve methods and Slope method are also within acceptable ranges. In general,the thermal conductivity estimated from Theis straight line method gives more accurate value than the one of Slope method due to that Slope method uses only visual matching otherwise Theis method uses automatic curve matching estimation with reducing RSS.

지중열 교환기와 빙축열조(Thermal Ice Storage)를 연계시킨 통합 지중열

ED. Lohrenz,한정상(Jeongsang Hahn),한혁상(Hyuk Sang Han),한찬(Chan Hahn),김형수(Hyoung Soo Kim) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.6

일반적으로 대규모 건물의 피크 냉방 부하는 난방부하보다 크다. 북위도의 한냉한 지역에 소재한 대규모건물의 냉난방 설비는 건물 내부에서 생성되는 발열량과 태양으로부터 획득되는 열량에 따라 좌우된다. 최대 냉방부하에 적합하도록 냉난방설비와 지중루프를 설치하는데 소요되는 비용은 일반적으로 초기투자비가 적게 드는 전통적인 HVAC시스템에 비해 다소 고가이다. 빙축열조(Thermal ice storage, TES)시스템은 과거 수년동안 일반 HVAC에서 냉동기의 용량을 축소시키거나 최대 전력부하 시간대를 바꾸기 위해 사용되어온 기술이다. 일반적으로 건물 난방을 위해서는 보일러와 같은 전통적인 난방설비를 이용하고 그 다음날의 건물냉방을 위해서는 전력료가 저렴한 야간에 빙축을 시키는 빙축열기법을 이용한다. 얼음에서 추출한 잠열 에너지의 장점을 이용하기 위해 설계된 분배시스템(distribution system)과 열원과 열배출원(열침, sink)대신에 지중열 교환기(지중루프)를 이용하면 많은 장점이 있다. 공간 난방과 급탕을 공급하기위한 분리형 설비를 별도로 사용하지 않아도 된다. 공간난방용으로 소요되는 설비용량을 축소시킬 수있으며-소요 지중열 교환기의 규격과 비용을 절감시킴은 물론 지열 HVAC시스템의 효율을 배가 시킬 수 있으며 온실가스 배출량을 대폭 감축시킬 수 있다. 또한 TES를 적용하면 대규모 건물의 냉난방부하와 열펌프의 용량을 40∼60%정도 감축시킬수 있으며 설비대수와 기계실 공간을 줄일수 있다. 뿐만아니라 피크 냉난방부하를 토대로 설계한 지원열펌프 시스템(Ground source heat pump system)의 지중루프를 1/4∼1/3까지 줄일수 있어 도심지역에서 지중루프를 설치할 때 장애요인인 지중루프 설치공간문제와 지중암석의 열적특성문제를 동시에 해결할수 있다. Peak cooling load of large buildings is generally greater than their peak heating load. Internal and solar heat gains are used for selection of adquate equipment in large building in cold winter climate like Canada and even Korea. The cost of geothermal heat exchanger to meet the cooling loads can increase the initial cost of ground source heat pump system to the extend less costly conventional system often chosen. Thermal ice storage system has been used for many years in Korea to reduce chiller capacity and shift peak electrical time and demand. A distribution system designed to take advantage of heat extracted from the ice, and use of geothermal loop (geothermal heat exchanger) to heat as an alternate heat source and sink is well known to provide many benifits. The use of thermal energy storage (TES) reduces the heat pump capacity and peak cooling load needed in large building by as much as 40 to 60% with less mechanical equipment and less space for mechanical room. Additionally TES can reduce the size and cost of the geothermal loop by 1/3 to 1/4 compared to ground coupled heat pump system that is designed to meet the peak heating and cooling load and also can eliminate difficuties of geothermal loop installation such as space requirements and thermal conditions of soil and rock at the urban area.