시설원예에서 지하수를 이용한 지열냉난방시스템의 효율성 분석 :Efficiency analysis of geothermal heating and cooling system using groundwater for controlled horticulture

김진성

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 김진성 (안동대학교, 안동대학교 대학원)

지도교수: 정교철

발행연도: 2013

저작권: 안동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

지하수를 이용한 지열 냉난방시스템의 경제성 및 이산화탄소 저감량 분석

김진성 , 송성호 , 정교철 외 1명 The Journal of Engineering Geology 2015.01 학술저널

2013

시설원예에서 지하수를 이용한 지열냉난방시스템의 효율성 분석

김진성 지구환경과학과 2013.01 학위논문

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

최근 유류 가격의 상승으로 신재생에너지에 대한 관심이 늘어나고 있으며, 이 중 지열에너지는 냉난방이 가능한 청정에너지로 알려져 있다. 지열에너지는 초기에 건물 등에 활용되기 시작하여 최근 수요가 증가하고 있는 시설원예에도 적용되고 있지만, 대부분 수직밀폐형 방식으로 시공되고 있다. 그러나, 지하수가 상대적으로 풍부한 지역의 경우 수직개방형이 효율적일 것으로 판단됨에 따라, 본 연구에서는 시설원예에서 지하수를 이용한 지열냉난방시스템의 효율성을 분석해 보았다.
연구지역은 해안지역 중 유출지하수가 발생되고 있는 간척지 중 시설원예단지 조성이 예정된 지역으로 효율성 분석을 위하여 수리지질 및 지온분포 특성을 조사하였다. 대수층 시험 결과, 연구지역 전체적으로 지하수량은 약 250 ㎥/day, 수리전도도는 4.83×10-4 cm/sec로 나타났다. 약 2년 동안의 모니터링 결과, 심도 약 20 m까지의 지층 온도는 계절의 영향을 받는 반면, 20 m 이하 심도부터는 연중 일정하게 나타나, 20 m 이하 심도에서는 항상 일정한 온도의 지열에너지 활용이 가능할 것으로 판단되었다. 또한, 지중의 열전도도를 시료를 통한 분석 결과와 현장 열응답 시험 (thermal response test, TRT) 결과를 비교하여 적용성을 검토하였다.
이러한 결과를 종합하여 지하수가 풍부한 연구지역을 대상으로 최적의 열교환 방식을 모의하였다. 1차 모의에서 수직밀폐형과 수직개방형의 비교를 위하여 수직밀폐형, 수직개방형의 스탠딩컬럼웰형 (standing column well, SCW)과 복수관정형에 대해 모의한 결과, 수직개방형의 효율이 뛰어난 것으로 모의되었다. 따라서, 2차 모의에서는 수직개방형 3가지 방식에 대하여 열 이송, 이격거리 및 유량, 지하수 수리경사에 대하여 모의하여 최적의 활용방식을 찾아보았다.
지열냉난방시스템은 경제적 관점에서 다른 시스템에 비해 우수하기 때문에 본 연구에서는 본 연구에서 분석한 수직개방형 중 SCW형 지열냉난방시스템을 포함하여 경유 보일러, 도시가스 보일러, 수직밀폐형 지열냉난방시스템의 네가지 방식에 대한 경제성을 분석하였다. 생애주기비용 (life cycle cost, LCC) 분석법으로 분석 결과, 지열냉난방시스템의 경제성이 높게 나타났으며, 이중 SCW형 지열냉난방시스템을 이용하는 경우 절감액이 가장 높은 것으로 나타났다. 또한, 이산화탄소 발생량 분석 결과, SCW형 지열냉난방시스템을 적용하는 경우에서 저감량이 가장 크게 나타났다. 종합적으로 계산된 경제성 평가 결과를 토대로 시설원예단지가 계획된 새만금 간척지에 대해 절감액과 저감량을 정량적으로 평가하였다.
연구 결과, 지하수 부존량이 많은 지역의 경우 수직개방형 지열냉난방시스템의 효율이 높은 것으로 나타났으며, 경제성 및 이산화탄소 저감량도 높게 나타남에 따라 최적의 열교환 방식이라고 판단된다. 하지만, 지열에너지를 활용하는 경우 수리지질 및 열물성 특성 파악 결과와 지열냉난방시스템에 대한 성능계수 (coefficient of performance, COP) 평가 결과를 바탕으로 하여 체계적인 타당성 검토가 필요한 것으로 판단된다.

The recent rise in oil price is increasing interest in new renewable energies, among which geothermal energy is known as clean energy which can be used for heating and cooling. Geothermal energy was used in buildings in its early development, and has recently been applied to controlled horticulture. It is mostly utilized in the vertical closed loop type, but in areas of abundant groundwater, the open type is thought to be more effective. Thus, this study has analyzed efficiency in a geothermal heating and cooling system using groundwater for controlled horticulture.
The location of this study is a reclaimed area where groundwater is flowing near the coast. This area is expected to accommodate controlled horticulture facilities. Hydrogeological characteristics and underground temperature characteristics have been investigated. A pumping test shows that the research area has groundwater of 250 ㎥/day and that its hydraulic conductivity is 4.83×10-4 cm/sec. Two years of monitoring has resulted in the fact that an underground depth of over 20 m keeps temperatures constant throughout the year while an underground depth of under 20 m has temperatures being affected by seasons. Thus, it can be judged that geothermal energies from an underground depth of over 20 m could be utilized. The thermal conductivity of underground areas has been analyzed through sample materials and compared with the results of the thermal response test (TRT), with its applicability examined.
By putting together these results, this study has simulated the optimal type of heat exchanger for the research area with abundant groundwater. To compare the vertical closed loop type and the open type, the first simulation experimented with the vertical closed loop type, standing column well (SCW), and doublet, revealing excellent efficiency of the open type. Accordingly, the second simulation experimented with the open type in three methods for heat transfer, distance, flow rate, and groundwater hydraulic gradient, seeking an optimal method of its utilization.
A geothermal heating and cooling system is economically superior to other energy systems, so this study has analyzed the economic feasibility for four types: SCW of the open type, oil boiler, gas boiler, and a geothermal heating and cooling system of the vertical closed loop type. As a result of analysis with the LCC (Life Cycle Cost) method, a geothermal heating and cooling system has the highest economic feasibility. The use of SCW led to the highest saving in cost. An analysis of carbon dioxide emissions showed the lowest when SCW was applied. Based on the economic feasibility test which was comprehensively estimated, this study quantitatively rated the cost saving and emission decrease for the Saemangeum reclaimed area.
The results of this study are as follows. The area with abundant groundwater showed the highest efficiency for a geothermal heating and cooling system of the open type. This system also revealed the greatest decrease in carbon dioxide emissions. Hence, this system is considered to be the optimal type of heat exchanger. But, when utilizing geothermal energy for a controlled horticulture complex, it is necessary to examine its adequacy systematically based on the hydrogeological and thermal properties of the area concerned and also on the results of reviewing the COP (coefficient of performance) for a geothermal heating and cooling system.

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 2
1.3 연구목적 및 방법 5
제 2 장 지열냉난방시스템 8
2.1 지열냉난방시스템 개요 8
2.2 지열냉난방시스템의 열교환 방식 13
2.3 열교환 방식별 사용 현황 15
제 3 장 연구지역 수리지질 및 지온 분포 특성 19
3.1 지형 및 지질 19
3.2 시추자료 분석 23
3.3 수리지질학적 특성 26
3.3.1 지하수위 모니터링 26
3.3.2 장기 대수성 시험 30
3.4 지온 분포 특성 38
3.4.1 온도 검층 38
3.4.2 심도별 온도 모니터링 42
제 4 장 연구지역 열물성 분석 45
4.1 시료를 통한 열물성 분석 46
4.1.1 토양 시료의 열물성 49
4.1.2 암석 시료의 열물성 51
4.2 현장 열응답 시험 53
4.3 토론 및 고찰 60
제 5 장 지하수 부존 지역에서 지열에너지 활용을 위한 모델링 62
5.1 모델링 개요 62
5.1.1 사용 프로그램 63
5.1.2 지하수 유동 및 열 이송 기본 이론 63
5.2 연구지역의 최적 열교환 방식 모델링 66
5.2.1 모델 구축 66
5.2.2 모의 결과 73
5.3 연구지역의 최적 지열에너지 활용방식 모델링 75
5.3.1 모델 구축 75
5.3.2 모의 결과 79
5.4 토론 및 고찰 90
제 6 장 지열냉난방시스템의 경제성 및 이산화탄소 저감량 분석 93
6.1 경제성 분석 94
6.1.1 경제성 분석 대상 지역 97
6.1.2 분석 방법 102
6.1.3 항목별 비용 산정 105
6.1.4 LCC 분석 결과 121
6.1.5 민감도 분석 128
6.2 이산화탄소 저감량 분석 130
6.3 간척지에서의 경제성 및 이산화탄소 저감량 추정 136
6.4 토론 및 고찰 141
제 7 장 결론 144
참고문헌 147
ABSTRACT 162

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)