지하수정호 결합 복합지열시스템의 시범운영 효과분석

지하수정호 결합 복합지열시스템의 시범운영 효과분석

Analysis of Test Operations Effect of Open-Closed Loops Complex Geothermal System Combined with Groundwater Well

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저자 송재용, 김기준, 이근춘, 정교철

소속 산하토건 주식회사, 산하이앤씨, 산하이앤씨, 안동대학교

학술지정보 지질공학회지

발행정보 대한지질공학회 2018년
자료제공처 한국학술정보 NRF
주제분야 자연과학 >  지구과학

<초록>

본 연구에서는 지하수 관정을 활용하고 밀폐형-개방형이 결합된 복합지열시스템(CWG 시스템)을 시설재배지에 적용하여 열원측 및 부하측의 열교환량과 투입된 전력량 대비 효율을 평가하였다. 또한, 운전 과정에서의 외기온도 및 시설재배지 온도를 평가하여 복합지열시스템 적용시의 냉난방 효과를 분석하였다. 냉방운전시 열원측 열교환량 평가결과, 약 235 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 90.0 kW/h, 약 85 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 40.1 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은 평균 130.1 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 110.4kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 냉방효율을 분석한 결과, 평균 EER는 5.63으로 분석되었다. 난방운전 시 열원측 열교환량 평가결과, 약 266 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 60.4 kW/h, 약 86 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 22.4 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은 평균 82.9 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 112.0 kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 난방효율을 분석한 결과, 평균 COP는 3.92로 분석되었다. 외기온도와 CWG 시스템을 적용한 시설하우스 및 비교 시설하우스 내부온도와의 상관관계를 분석한 결과 30RT 용량의 CWG 시스템 하우스가 비교 하우스에 비해 외기온도 20°C인 경우 3.4°C, 외기온도 25°C인 경우 6.8°C, 외기온도 30°C인 경우 10.1°C, 외기온도 35°C인 경우 13.4°C의 온도가 저감되는 것으로 평가되었다. 이러한 결과를 볼 때, 본 시스템을 적용할 경우 일반적으로 외기온도가 30°C 이상을 보이는 여름철에 CWG 시스템을 적용하지 않은 시설재배지에 비해 약 10°C 이상의 냉방효과가 나타낼 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 시설재배지의 복합지열시스템 설계에 활용될 수 있고, 다양한 조건에서의 시험성과와 종합하여 복합지열시스템의 냉난방 효과에 대한 보다 명확한 규명이 가능할 것으로 판단된다.

This study evaluates geothermal system efficiency in terms of input power and heat exchange volume on the heat-source and load sides, by applying a combined open-closed type loop system comprising a geothermal system and a groundwater well to a cultivation site. In addition, this study analyzes the effects of heating and cooling for a complex geothermal system, by evaluating the temperatures of an external site and a cultivation site during operation. During cooling operations the heat exchange volume on the heat source side, average 90.0kW/h for an open type system with an input of 235L/minute groundwater, and 40.1kW/h for a closed type system with an input of 85L/minute circulating water, for a total average heat exchange volume of 130.1kW/h. The actual heat exchange volume delivered on the load side averages 110.4kW/h. The average EER by analysis of the geothermal system's cooling efficiency is 5.63. During heating operation analysis, the heat exchange volume on the heat source side, average 60.4kW/h in an open type system with an input of 266L/minute groundwater, and 22.4kW/h in closed type system with an input of 86L/minute circulating water, for a total average heat exchange volume of 82.9kW/h. The actual heat exchange volume delivered on the load side averages 112.0kW/h in our analysis. The average COP determined by analysis of the geothermal system's heating efficiency is 3.92. Aa a result of the tradeoff between the outside temperature and the inside temperature of the production facility and comparing the facility design with a combined well and open-closed loops geothermal(CWG) system, we determine that the 30RT-volume CWG system temperature are lower by 3.4°C, 6.8°C, 10.1°C and 13.4°C for ouside temperature is of 20°C, 25°C, 30°C and 35°C, respectively. Based on these results, a summer cooling effect of about 10°C is expected relative to a facility without a CWG system as the outside temperature is generally ≥ 30°C. Our results suggest that a complex geothermal system provides improvement under a variety of conditions even when heating conditions in winter are considered. Thus It is expected that the heating-cooling tradeoffs of complex geothermal system are improved by using water screen.

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