Abstract
References
Information
Thermal response test (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 is highly dependent on the effective thermal conductivity of the ground.Two 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 2.75 W/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.
지중열교환기 시스템의 열교환율은 지반의 유효열전도도와 큰 연관성을 나타내므로 열응답 실험과 그 해석방법은 경제적인 지열 히트펌프 시스템 설계를 위하여 매우 중요하다. 2회의 열응답 실험이 200 m 심도의 수직밀폐형 지중열교환기에서 실시되었으며, 일반적인 라인소스 모델과 Horner plot 방법을 이용하여 지반의 열전도도를 계산하였다. 본 연구에서는 일반적인 선형열원 방정식과 순환펌프 가동에 의한 회복되는 순환수 온도 자료를 이용한 Horner plot 방법 적용, 그리고 순환펌프 중지 후 광섬유온도 센서를 이용한 회복되는 지반의 온도를 이용한 Horner plot 방법을 적용하였다. 일반적인 선형열원 방정식에 의한 지중열교환기공의 평균 유효열전도도는 2.75 W/m/K이며, 그리고 히터를 중지 시킨 후 순환펌프만 계속 가동시켜 회복되는 자료의 Horner plot 방법을 적용하여 계산된 유효열전도도가 2.87 W/m/K이다. 광섬유 센서 온도 측정법을 이용한 Horner plot 방법 적용에서는 2.88 W/m/K의 평균유효열전도도와 심도별 유효열전도도를 나타내었으며, 코어의 평균 열전도도는 2.90 W/m/K이다. 3가지 TRT 해석 결과를 코어 열전도도와 비교한 결과 각 해석 방법들이 적절한 신뢰성을 가지는 것으로 판단되었다. 지중열교환기 시스템의 열교환율은 유효열전도도에 따라 크게 달라지므로 지반의 특성 및 목적에 가장 적합한 열응답 실험 및 해석 방법을 선택하여 유효열전도도를 계산하는 것이 경제적인 시스템 설계에 중요하다고 판단된다.
- 박정민, 김형찬, 이영민, 송무영, 2007, “경기도, 강원도, 충청도 일대의 암석 열물성 특성 연구,” 자원환경지질, Vol. 40, No. 6, pp. 761-769.
- 손병후, 신현준, 박성구, 2005, “지중 열교환기 보어홀에서의 유효 열전도도 및 열저항 산정,” 대한설비공학회, Vol. 17, No. 8, pp. 695-704.
- 손병후, 2007, “단순 선형열원 모델을 이용한 지중 유효 열전도도와 보어홀 유효 열저항 산정,” 설비공학논문집, Vol. 19, No. 7, pp. 512-520.
- 심병완, 2005, “대수층 축열 에너지 (ATES) 시스템에서 지하수 유동 영향에 의한 지반내 온도 분포 예측 시뮬레이션,” 한국지열에너지학회 논문집, 1권 1호, pp. 1-8.
- 심병완, 이영민, 김형찬, 송윤호, 2006, “지중열교환기 효율 분석을 위한 지반내 열적・수리적 특성 조사,” 한국지구시스템공학회지, Vol. 43, No. 2, pp. 97-105.
- 에너지관리공단 신・재생에너지센터, 2007, 신・재생에너지 RD&D 전략 2030, p. 258.
- 이명택, 김영일, 김광호, 강병하, 2005, “동특성 시뮬레이션을 통한 지하수 열원 열펌프 성능 분석,” 대한설비공학회 2005하계학술발표대회 논문집, pp. 1125-1130.
- Busso, A., Georgiev, A., and Roth, P., 2003, “Underground thermal energy storage - First thermal response test in South Africa,” RIO 3 - World Climate and Energy Event, Rio de Janeiro, Brazil, pp. 189-196.
- Carslaw, H. S., and Jaeger, J. C., 1986, Conduction of heat in Solids, 2nd ed., Oxford University Press, p. 520.
- Espinosa-Paredes, G., and Garcia-Gutierres, A., 2003, “Estimation of static formation temperatures in geothermal wells,” Energy conversion & management, Vol. 44, pp. 1343-1355.
- Förster, A., Schrötter, J., Merriam, D. F., and Blackwell, D. D., 1997, “Application of optical-fiber temperature logging-An example in a sedimentary environment,” Geophysics, Vol. 62, No. 4, pp. 1107-1113.
- Fujii, H., 2006, “Practice and interpretation of thermal response test, Lecture note: Geothermal heat pump system,” Journal of Geothermal resources society of Japan, Vol. 28, No. 2, pp. 245-257.
- Fujii, H., and Akibayashi, S., 2002, “Analysis of thermal response test of heat exchange wells in ground-coupled heat pump systems,” 資源と素材, Vol. 118, pp. 75-80.
- Gehlin, S., 1998, Thermal response test - In-situ measurements of thermal properties in hard rock, Lulea University of Technology, Sweden. p. 21.
- Gehlin, S., 2002, Thermal response test - Method development and evaluation, Doctoral Thesis 2002:39, Lulea University of Technology, Sweden. p.43.
- Groβwig, S., Hurtig, E., and Kühn, K., 1996, “Fibre optic temperature sensing: A new tool for temperature measurements in borehole,” Geophysics, Vol. 61, No. 4, pp. 1065-1067.
- Horner, D. R., 1951, Pressure build-up in wells, Proc. Third World Petroleum congress, The Hague, p. 503.
- Hurtig, E., Groβwig, S., Jobmann, M., Kühn, K., and Marschall, P., 1994, “Fibre-optic temperature measurements in shallow boreholes: experimental application for fluid logging,” Geothermics, Vol. 23, No. 4, pp. 355-364.
- Hurtig, E., Groβwig, S., and Kühn, K., 1996, “Fiber optic temperature sensing: application for subsurface and ground temperature measurements,” Tectonophysics, Vol. 257, No. 1, pp. 101-109.
- Ingersoll, L. R., and Plass, H. J., 1948, “Theory of the ground pipe heat source for the heat pump, heatin, piping & air conditioning,” July, pp. 199-122.
- Sensornet Ltd, Sentinel DTS user manual, www.sensornet.co.uk, p. 102.
- Signorelli, S., 2004, “Geoscientific investigations for the use of shallow low-enthalpy systems,” Doctoral Thesis, ETH No. 15519, Swiss Federal Institute of Technology Zurich, Switzerland, p. 159.
- Stober, I., and Bucher, K., 2005, “The upper continental crust, and aquifer and its fluid: hydarulic and chemical data from 4 km depth in fractured crystalline basement rocks at the KTB test site,” Geofluids, Vol. 5, pp. 8-19.
- Štulc, P., 1995, “Return to thermal equilibrium of an intermittently drilled hole: theorgy and experiment,” Tectonophysics, Vol. 241, pp. 35-45.
- Sung, WM., Ryou SS., Ra SH., and Kwon SI., 2001, “The Interpretation of DST Data for Donghae-1 Gas Field,” Block VI-1, Korea, Korean Journal of Chemical Engineering, Vol.18, No.1, pp. 67-74.
- VDI, 2000, Thermal use of the underground fundamentals, approvals, environmental aspects, VDI 4640, Part 1~Part 4.
- Waples, D. W., and Pedersen, M. R., 2004, “Evaluation of Horner plot-corrected log-derived temperatures in the Danish Central Graben, North Sea,” Natural Resources Research, Vol. 13, No. 4, pp. 223-227.
- Wisian, K. W., Blackwell, D. D., Bellani, S., Henfling, J. A., Normann, R. A., Lysne, P. C., Förster, A., and Schrötter, J., 1998, “Field comparison of conventional and new technology temperature logging systems,” Geothermics, Vol. 27, No. 2, pp. 131-141.
- Publisher :The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
- Publisher(Ko) :한국자원공학회
- Journal Title :Journal of the Korean Society for Geosystem Engineering
- Journal Title(Ko) :한국지구시스템공학회지
- Volume : 45
- No :4
- Pages :337-343


Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers







