R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201212TRPI-C057631-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 지하수자원을 이용한 개방형 지중열교환기의 안전성,기능성 및 유지관리 효율성 확보기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2011-08-31 ~ 2013-02-28 | |||||
| 연구책임자 | 황기섭 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
2명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 108,463,000 원 기업 : 72,309,000 원 계 : 180,772,000 원 |
총연구비 | 정부 : 300,000,000 원 기업 : 200,002,000 원 계 : 500,002,000 원 |
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| 연구기관명 | (주) 지지케이 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | ||||||
| 주요 내용 |
○ 전 세계적으로 에너지 자원이 점차 고갈되어 가는 시점에서 최근의 이라크 사태로 인해 에너지 가격이 급등하고 있는 추세이며, 대체에너지 개발 및 에너지 재활용은 매우 시급한 과제라 할 수 있다. 특히, 최근 10년간 우리나라의 에너지 소비는 매년 약 10%라는 경이적인 증가율을 보이고 있기 때문에 연료전지, 태양에너지, 해양에너지, 지열(geothermal)에너지 등 대체 에너지 개발의 필요성이 크게 대두되고 있는 실정이다. ○ 지열시스템의 설계, 시공기술의 해외 의존도를 낮추고, 토지활용도 및 건물밀집도가 높은 지역에 적합한 대용량 지열시스템 개발이 필요하다. (초고층 건물, 공동주택 등의 에너지 다소비 건물 등). 또한 국내 지형에 적합하고 다변화된 대용량 지열원수 개발이 요구된다. ○ 밀폐형 지열시스템과 비교하여 상대적으로 높은 열효율과 대용량 지열시스템 개발이 가능함에도 불구하고, 개방형 지열시스템의 실용적 설치 및 산업화의 걸림돌이 되고 있는 주요 이유는 지중열교환기의 사용으로 발생될 수 있는 지하수의 오염문제, 현장에서 잦은 하자발생 및 개선공사의 어려움 등이 장애가 되어 개방형지열시스템 설치를 신뢰하지 못하고 있는 실정이므로 시설의 안전성과 기능성을 확보할 수 있는 새로운 개방형지중열교환기 설치기술의 개발과 보급이 시급히 요구되고 있다. [최종목표] ○ 지중열교환기의 설치시공이 간편하며 외부오염방지와 시설물 동파방지와 사후관리가 용이한“개방형지중열교환기”개발 - 개방형지중열교환기 및 그 내부의 시설물이 외부의 충격이나 오염으로부터 보호되고, 겨울철에는 시설물이 동파되는 것을 효과적으로 방지하는 상부보호기술의 개발 - 개방형지중열교환기 내에 설치하는 시설물이 간편하게 설치되거나 분리되는 기능으로 지하에 매설되는 지하수공급관과 지하수회수관에 자동 연락?연통되어 지하수순환체계를 자동으로 완성하는 설치?시공기술의 개발 - 개방형지중열교환기 안에서 지하수 취수구간과 회수구간을 적절하게 위치시켜 지하수의 수면시간을 연장하는 지하수순환경로의 최적화에 따른 열복원능력 확보기술의 개발 - 준공 후에는 시설물의 유지관리가 편리하고, 고장이 발생하는 경우에 즉시 정비 및 개선작업이 가능하도록 하는 개방형지중열교환기의 안전성, 기능성 및 경제성 확보기술의 개발 ○ 지중열교환기 용량과 심도별 수중온도 변화를 측정하여, 지중열교환기 설계의 신뢰성 확보를 위한 심도별 수중온도 모니터링 기술 개발 ○ 유한요소법 수치모델링프로그램(Feflow) 활용하여 유지보수가 가능한 개방형 지열교환기 공법 운영이 주변 지하수 흐름 및 온도변화에 미치는 영향을 예측함으로써 개방형 지중열교환기의 효율성과 지속성을 정량적으로 평가기술 개발 [연구내용 및 범위] ○ 지하수자원을 이용하는 개방형지열시스템을 구축함에 있어서 상부보호 및 오염방지와 사후관리가 용이하게 함으로써 안전성을 확보하는 지중열교환기의 설치 기술 개발 - 지하수를 이용하기 위해 개발되는 지하수취수공의 지표하부공벽에 매설되는 지표하부케이싱 상단부에, 양쪽 측면부에 지하수토출구 및 지하수회수구가 각각 구비되어 지하수취수공과 상하로 연락되는 연장공간을 형성하면서 상부를 밀폐하는 상부원형관을 적용함으로서 지중열교환기 안에 있는 시설물을 보호하는 한편, 외부오염물질 유입을 효과적으로 방지 - 상기 상부원형관의 내부에 위치하고, 원형관의 내부면에 밀착되면서 지하수토출구와 지하수회수구에 자동으로 연락?연통되는 지하수토출로와 지하수회수로가 구비되고 아래면에 지하수토출로와 연락통로를 가진 지하수양수관체결구 및 지하수회수로와 연락통로를 가진 지하수주입관체결구가 구비되는 시설물결속뭉치를 동결선 아래에 설치하도록 구성되는 ‘개방형지중열교환기 상부밀폐 및 유체순환장치’ 개발?적용으로 동절기 시설물 동파 방지 ○ 지하수자원을 이용하는 개방형지열시스템을 구축함에 있어서 자동 지하수순환체계 완성과 순환경로의 최적화로 기능성을 확보하는 지중열교환기의 설치 기술 개발 - 상기 ‘개방형지중열교환기 상부밀폐 및 유체순환장치’는 케이싱연결플랜지를 사용하여 상기 지하수취수공 지표하부케이싱의 사단부에 결합하게 되며, 연결부의 내경은 지표하부케이싱의 내경과 동일한 직경을 갖지만 상측으로 올라갈수록 그 내경이 점차 증가하면서 충분한 작업공간을 확보하게 되므로 시설물결속뭉치 등 내부 시설물의 설치 및 분리작업이 매우 편리 - 상기 시설물결속뭉치의 하부에 지하수양수관 및 수중모타펌프와 지하수주입관이 체결되어 있고, 시설물결속뭉치는 별도의 결속부재 없이 무게 자중에 의해서 상기 상부원형관의 내주면에 밀착되어 결속되면서 수밀성 확보 - 시설물결속뭉치를 상부원형관의 내주면에 밀착시키면 시설물결속뭉치의 지하수토출로 및 지하수회수로가 상부원형관의 지하수토출구 및 지하수회수구에 자동으로 연결?연락되면서 별도의 작업 없이 지하수취수공-수중모타펌프-지하수양수관-지하수토출로-지하수토출구-지하수공급관-기계실열교환기-지하수회수관-지하수회수구-지하수회수로-지하수주입관-지하수취수공으로 이어지는 지하수순환체계 완성 - 여기에 시설물결속뭉치에 구비된 지하수양수관체결구에 연결되는 지하수양수관 및 수중모타펌프는 지하수취수공의 상부측에 위치하게 하고, 지하수주입관체결구에 연락되는 지하수주입관의 아래 끝단을 지하수취수공의 하단부에 위치하게 함으로써 지하수순환경로를 최적화 - 사후, 개방형지중열교환기의 점검 또는 정비가 필요한 경우에 상기 시설물결속뭉치를 당겨 올리면 상부원형관의 내주면에서 분리되면서 지하수양수관 및 수중모타펌프와 지하수주입관을 간편하게 인양할 수 있게 함으로써 사후 유지관리 효율성 확보 ○ 지중열교환기 용량과 성능평가를 위한 심도별 수중온도 변화를 측정하고, 지중열교환기 설계의 신뢰성 확보를 위한 심도별 수중온도 모니터링기술 개발 - 개방형 지중열교환기는 지층을 450~500m 깊이로 굴착하여 일정량의 지하수를 생산하는 지하수 취수공을 개발한 후에 지하수를 지상에 설치된 열교환기로 이동?순환시켜 열에너지를 취득하는 방법으로 심도별 수중온도를 모니터링할수 있는 심도별 수중온도 측정기 개발 ○ 유한요소법 수치모델링프로그램(Feflow) 활용하여 유지보수가 가능한 개방형 지열교환기 공법 운영이 주변 지하수 흐름 및 온도변화에 미치는 영향을 예측함으로써 개방형 지중열교환기의 효율성과 지속성을 정량적으로 평가기술 개발 - 현장 조사 자료를 활용한 Test Bed 지역의 수리지질 및 열물성특성을 분석하여 시범시설 운영에 따른 지하수 흐름 및 온도 변화 예측 모사 - 심도별 수중온도 모니터링 자료를 기초로 지하 열 흐름 영향 반경 산정 기술 개발 - 심도별 수중온도 모니터링 자료를 활용하여 시범시설의 장기 운전시 주변 지하수의 계절적 온도변화 예측 - 개방형 지중열교환기의 효율성 및 지속성 |
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| 색인어 | 한글 | 지중열교환기 | ||||
| 영문 | underground heat exchanger | |||||
| 최종보고서 | 지하수자원을이용한개방형지중열교환기의안전성기능성및유지관리효율성확보기술개발_20130228.pdf | |||||