비틀린 테이프가 설치된 원형관내에서의 열전달 증진 연구

장근선(Keun Sun Chang),강희정(Hee Jeong Kang) 대한설비공학회 1998 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.1998 No.11-1

다중관형 CO₂ 급탕열교환기의 열적성능에 대한 해석연구

장근선(Keun Sun Chang),최연성(Youn Sung Choi),김영재(Young-Jae Kim) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.8

본 연구에서는길이 4.5 m와 7.5 m의 다중관 CO₂ 급탕 열교환기의 열전달및 압력강하 특성을 ε-NTU 방법을사용하 여 해석하고 결과를 기존의 실험 데이터와 비교하였다. 급탕 열교환기는 쉘측에 물이 흐르고 8개로 구성된 내부 튜브에 CO₂ 를 흐르게 하였으며 열전달 효율을 최대화하기 위하여 대향류로 설계하였다. 각 노드에 대한 물과 CO₂ 냉매의 유동에 대한 에너지 평형 방정식은 단면분할법을 이용하여 해석하였다. 열전달율 계산값은 실험값과 ±5 % 범위 내에서 잘 일치하였다. 반면에 물의 출구온도는 물 유량이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하며 계산값과 실험값은 ±3 % 내에서 일치하였다. 결과에서 열전달율은 4.5 m와 7.5 m 급탕 열교환기 모두 물 유량 또는 CO₂ 입구온도가 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가 하였으며, 반면에 물 유량이 증가함에 따라 물의 출구온도는 선형적으로 감소하였다. CO₂ 압력강하 계산값과 실험값은 CO₂ 가 고유량일 때 5 % 내에서 잘 일치한 반면에 CO₂가 저유량일 때 실험값이 약 20 % 높게 나타났다. In this study, the heat transfer and pressure drop characteristics were evaluated for multi-tube CO₂ water heaters with lengths of 4.5 m and 7.5 m. The evaluation was done using the -NTU method, and the results were compared with experimental data. Water flows through the shell side of the water heater, while CO₂ flows through 8 inner tubes. The heater uses a counter-current design to maximize the heat transfer efficiency. The energy balance equation describing the flows of CO₂ and water for each node is set up using the section-by-section method. The calculated heat transfer rates agree well with the experimental data within ±5 % error. The outlet water temperature decreased linearly with the increase of the water flow rate. The calculated heat transfer rates agreed well with the experimental data within ±3 % error. The results show that the heat transfer rate increases almost linearly with the increase of water flow rate or CO₂ inlet temperature in both the 4.5-m and 7.5-m water heaters, whereas the water outlet temperature linearly decreases with the increase of the water flow rate. The comparison of the CO₂ pressure drop between the calculation and experiment results shows good agreement at the high CO₂ flow rate within 5 % error, but the value is about 20 % higher in the experimental pressure drop at the low CO₂ flow rate.

SCW형 지중 열교환기의 지중 열전도도 해석에서 초기제외시간 결정에 관한 연구

장근선(Keun-Sun Chang),김민준(Min-Jun Kim),김영재(Young-Jae Kim) 대한설비공학회 2014 설비공학 논문집 Vol.26 No.10

This paper presents an analysis on the initial ignoring time of SCW type GHX using Mean Square Error method. Line source method is a useful method for estimating the ground thermal conductivity for the vertical type and SCW type GHX in Korea. The line source method for ground thermal conductivity of geothermal in-site test is the basis of linear approximation between the temperature of a borehole and logarithmic time in a GHX. To apply the line source method to the estimation of SCW type GHX, it is necessary to ignore the initial time of data at the stage of a linear approximation. This paper proposed a new initial ignoring time of SCW type GHX among various initial ignoring time at the time for reaching MSE of 0.02 ℃.

다양한 형상의 SCW형 지중 열교환기 열전달 특성에 관한 연구

장근선(Keun-Sun Chang),김민준(Min-Jun Kim) 대한설비공학회 2014 설비공학 논문집 Vol.26 No.10

This paper uses in-situ thermal response tests to present the characteristics of the ground thermal conductivities of three different SCW GHX. These SCW GHXs were installed in the same site in Seojong City. The three different cases are distinguished by the flow direction and the presence of a filler. The first type (A) is constructed for water to flow downstream. The second (B) and third (C) types are designed for water to flow upstream, and a filler is additionally inserted into the third type. The results of the in-situ thermal response tests, indicate that the ground thermal conductivity for types (A), (B) and (C) are of 4.84 W/m?K, 3.40 W/m?K, and 11.62 W/m?K, respectively.

열응답시험을 이용한 수평형 지중열교환기 열특성 연구

장근선(Chang, Keun-Sun),김민준(Kim, Min-Jun),김영재(Kim, Young-Jae) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.3

현재까지 지열 열펌프 시스템의 지중열교환기는 수직 밀폐형과 개방형 지중열교환기가 주로 설치되어 열응답시험을 이용한 열특성 평가가 수행되어 왔다. 본 논문에서는 열응답시험과 선형열원법을 이용하여 수평형 지중열교환기의 열특성을 분석하였다. 또한 지열 열펌프 시스템은 매일 단속 운전되어지므로 일일부하시험을 수행하여 수평형 지중열교환기의 지중온도 및 순환수 평균온도 일별 변화를 고찰하였다. 시험을 위해 경기도 안산에 직선식 수평형 지중열교환기(심도 2 m, 길이 50 m 8줄)를 설치하였다. 시험결과 수평형 지중열교환기의 지중 열전도율은 연중 1.43 ~ 1.64 W/m․K 범위로 비교적 큰 변화가 없으며 12월에 최대값을, 5월에 최소값을 갖는 것으로 나타났다. 12일간 지중 열교환기로 하루 10시간동안 6.0 kW의 열량을 투입하는 연속 부하시험을 6월, 9월, 12월에 수행한 결과 지중온도는 이 기간 동안 각각 4.31℃, 3.14℃, 1.21℃ 상승하는 것으로 나타났다. Vertical and standing column well ground heat exchangers have mostly been installed for ground source heat pump systems (GSHP) and thermal response tests (TRT) have been applied to evaluate the thermal characteristics for these heat exchangers. In this paper, the TRT coupled with a line source method was applied to evaluate the thermal characteristics of the horizontal ground heat exchanger (HGHX). Load tests of a HGHX were also performed to examine the daily variations of the ground and fluid temperatures associated with the daily intermittent operation of GSHP. For this test, the straight HGHX (depth 2 m, length 50 m, 8 line) was installed in Ansan city. The results showed that the variations of ground thermal conductivity of HGHX during one year were relatively small with the range of 1.41 ~ 1.64 W/m?K, and the maximum and minimum values appeared in December and May, respectively. Load tests with heat injection rate of 6.0 kW for 10 hours per day to HGHX during twelve days were performed in June, September and December, and resulted in a ground initial temperature rise of 4.31℃, 3.14℃, and 1.21℃ during these days, respectively.

수직밀패형 지중열교환기의 설계인자가 보어홀 전열저항에 미치는 영향에 관한 연구

장근선(Keun Sun Chang),김민준(Min-Jun Kim) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.10

현재 지열 열펌프 시스템에 수직밀폐형 지중열교환기가 가장 많이 적용되고 있으며, 수직밀폐형 지중열교환기의 성능에 영향을 미치는 주요 인자로는 지중 열전도율(k)과 보어홀 전열저항(Rb)이 있다. 본 연구에서는 현장에서 측정된 열응답시험 데이터를 이용하여 보어홀 전열저항을 계산하였으며 지중열교환기 개별 설계인자들(순환수유량, 파이프 수, 그라우팅재)이 보어홀 전열저항에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 도출된 그라우팅 열저항은 문헌에 제시된 다양한 상관식과 비교 분석하였다. 시험데이터를 통해 본 시험에서의 지중열교환기 보어홀 전열저항은 0.1303 W/m.K로 나타났으며, 보어홀 전열저항에서 그라우트 열저항이 66.6 %, 파이프 열저항이 31.5 %, 순환수 대류열저항이 1.9 %를 차지하여 그라우트가 보어홀 열전달에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 또한 각 설계인자의 설계변수가 보어홀 전열저항에 미치는 영향을 분석한 결과 실리카샌드를 혼합하여 그라우트 열전도율를 높이는 방법이 파이프 수 증가나 순환수 유량증가보다 열전달 증진에 더 효과적임을 알 수 있었다. Currently, vertical closed ground heat exchangers are the most widely utilized geothermal heat pump systems and the major influencing parameters on the performance of ground heat exchangers are the ground thermal conductivity(k) and borehole thermal resistance(Rb). In this study, the borehole thermal resistance was calculated from the in-situ thermal response test data and the individual effects of design parameters (flow rate, number of pipe, grout composition) on the borehole thermal resistance were analyzed. The grout thermal resistance was also compared with the correlations in the literatures. The borehole thermal resistance of the investigated ground heat exchanger results in 0.1303 W/m.K and the grout thermal resistance (66.6% of borehole thermal resistance) is the most influencing parameter on borehole heat transfer compared to the other design parameters (pipe thermal resistance, 31.5% and convective thermal resistance, 1.9%). In addition, increasing the thermal conductivity of grout by adding silica sand to Bentonite is more effective than the other design improvements, such as an increase in circulating flowrate or number of tubes on enhancing borehole heat transfer.

이산화탄소를 사용한 수열원 히트펌프 시스템의 성능 특성에 관한 실험적 연구

장근선(Chang, Keun-Sun),강희정(Kang, Hee-Jeong),김영재(Kim, Young-Jae) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.8

본 논문에서는 CO2 냉매를 적용하는 수열원 히트펌프 시스템의 성능특성에 관하여 실험적으로 연구하였다. 냉매충진량, 전자팽창밸브 개도, 압축기 주파수, 내부열교환기의 유무 등 다양한 운전변수에 따라 냉방, 난방성능 및 COP 특성을 분석하였다. 실험결과는 2200g의 냉매충진량, 26%의 전자팽창밸브 개도비율에서 최고의 COP 곡선을 나 타내고 있고 압축기 주파수의 증가에 따라 냉방능력은 증가하나 난방능력은 감소하는 것으로 나타났다. 이 시스템의 경우 내부열교환기를 포함할 경우 내부열교환기가 없을 경우에 비해 약 4%의 냉방 COP 증가되었고 난방 COP는 약 0.89%감소로 성능변화가 거의 나타나지 않았다. In this study, performance characteristics of a water source heat pump system using CO2 as a refrigerant are investigated experimentally. Cooling and heating capacities and COP of the system are analyzed for various system performance variables such as refrigerant charge, expansion valve opening, compressor frequency and internal heat exchanger. Results show that optimum amount of refrigerant charge and expansion valve opening exists at maximum point of COP curve, and cooling capacity increases but COP decreases with the increase of compressor frequency. When the internal heat exchanger is installed, cooling capacity increases about 4.0% whereas heating capacity decreases about 0.89% compared to the case without internal heat exchanger.

지열 히트펌프에서 운전변수가 냉난방 성능에 미치는 영향에 대한 실험연구

장근선(Keun-Sun Chang),강희정(Hee-Jeong Kang) 대한설비공학회 2011 설비공학 논문집 Vol.23 No.8

In this research, an experimental study is performed to investigate the effects of system operating variables on the cooling and heating characteristics of heat pump system using geothermal heat source and carbon dioxide as a refrigerant. System variables analyzed include compressor frequency, electronic expansion valve opening, refrigerant charge, secondary fluid temperature and flow rate. Results show that optimum refrigerant charge and electronic expansion valve opening position exist at the maximum point of COP curve, and both cooling and heating capacity increase but COPs decrease with the increase of compressor frequency. The change of a secondary fluid temperature leads to variation of overheat area and enthalpy difference in the evaporator and gas cooler. which again results in considerable variations of cooling and heating capacity and COP. In the case of effects of secondary water fluid flow rate, both cooling capacity and COP increase with the increase of secondary flow in evaporator or gas cooler, whereas heating capacity and COP decrease with the increase of flow rate in gas cooler.

핀-튜브 열교환기와 알루미늄 열교환기의 전열성능과 압력강하 특성비교

장근선(Chang, Keun-Sun),이현수(Lee, Hyun-Su),김재덕(Kim, Jae-Duck) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.2

본 논문에서는 루버형 핀 형상을 가진 핀-튜브 열교환기와 알루미늄 평행류 열교환기의 에어컨 응축기 조건에서의 열전달 성능과 공기측 압력강하 특성을 비교하였다. 모든 실험은 ASHRAE 표준에 근거해 제작된 공기엔탈피형 칼로리미터를 사용하여 수행하였다. 관외 측 공기 속도는 0.7-1.6 ㎧ 까지 0.3 ㎧ 간격으로 변화시켰으며 건구온도는 20℃, 상대습도는 60%로 유지하였다. 관내 측 물의 입구온도는 70℃, 유량은 10 LPM로 고정하였다. 알루미늄 열교환기의 열전달 성능은 루버 핀-튜브 열교환기보다 단위체적당, 단위질량당, 단위열전달면적당 약 17-163%정도 높게 나타나는 연구결과를 보였으며 반면에 공기측 압력강하는 핀-튜브 열교환기에 비해 약 19-81%정도 낮게 나타났다. This study presents comparison of heat transfer and air side friction characteristics in a condenser condition of air conditioner between Louver fin-tube heat exchangers and aluminum parallel heat exchangers. All experiments are performed using an air-enthalpy type calorimeter, which is designed based on the method described in ASHRAE standards. The air velocities crossing the heat exchanger tubes are varied from 0.7 to 1.6 ㎧ with 0.3 ㎧ interval, maintaining air dry temperature and relative humidity at 20℃ and 60% respectively. Water temperature and flow rate inside the tube are 70℃ and 10 LPM, respectively. Experimental results show that the heat transfer performances of aluminum heat exchangers are 17-163% higher than those of Louver fin-tube heat exchangers based on the data per unit volume, mass, and heat transfer area, whereas air side pressure drops of aluminum heat exchangers are 19-81% lower.

7㎜ 루버 핀-관 열교환기의 열전달 및 압력강하 특성에 관한 실험적 연구

장근선(Keun Sun Chang),권영철(Young Chel Kweon),강희정(Hee Jeong Kang) 대한설비공학회 2001 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2001 No.-