KR20180085650A - Method and system for design of spiral pitch for optimal performance of horizontal spiral-coil ground heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 설명은 수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 위한 피치 설계 기술에 관한 것이다.
The following description relates to a pitch design technique for optimum performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger.
산업이 급속도로 발달함에 따라 전세계적으로 지구온난화 등의 환경적인 문제와 주로 에너지원으로 사용하고 있는 화석연료 고갈 등의 문제로 인해 신재생 에너지원의 필요성이 대두되고 있다. 이에 최근 일부에서는 대체 에너지원 및 에너지의 새로운 활용방안에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 풍력, 태양광, 지열 바이오 등의 신재생 에너지 개발에 대한 투자 또한 급증하고 있다. 여러 신재생 에너지 중에서도 특히, 연중 일정하게 유지되는 지중의 온도를 에너지원으로 사용하는 지열 냉난방 시스템은 그 활용과 빈도가 점점 늘어나고 있으며, 신축 구조물이나 초고층 빌딩 등에 활발하게 적용되고 있다. 현재 우리나라에서도 공공건물에 대한 신재생 에너지 이용 의무화 조치로 인해 지열 히트펌프 시스템의 수요가 급격하게 증가하고 있다.As the industry develops rapidly, the need for new and renewable energy sources is increasing worldwide due to environmental problems such as global warming and the exhaustion of fossil fuels mainly used as energy sources. Recently, some researches on new utilization methods of alternative energy sources and energy have been actively carried out, and investments in the development of new and renewable energy such as wind power, solar power, and geothermal biotechnology are also increasing rapidly. Among the various renewable energy sources, geothermal heating and cooling systems, which use the ground temperature constantly maintained throughout the year as an energy source, are increasingly used and frequently used, and they are being actively applied to new structures and high-rise buildings. At present, demand for geothermal heat pump system is rapidly increasing due to mandatory use of renewable energy for public buildings in Korea.
이러한 지열 히트펌프 시스템은 지중의 온도를 이용하여 지중 열교환기(Ground Heat Exchanger)를 통해 지열을 흡수 또는 방출하여 냉난방 에너지를 필요로 하는 시설에 에너지를 공급하는 시스템으로서 다른 신재생 에너지들에 비해 외부의 날씨나 환경에 크게 영향을 받지 않고 이용할 수 있는 장점이 있어 그에 따른 연구도 활발히 이루어지고 있다.This geothermal heat pump system uses geothermal heat to absorb or discharge geothermal heat through a ground heat exchanger to supply energy to a facility that requires cooling and heating energy. And it can be used without being greatly affected by the weather or environment of the environment.
지열 시스템은 지열을 추출하는 순환회로의 형식에 따라 크게 밀폐형과 개방형으로 나뉜다. 밀폐형 시스템에서는 순환수가 밀폐되어 있는 열교환기를 순환하면서 주변 지반과 열교환이 이루어진다. 반면에, 개방형 시스템은 지하수 또는 지표수를 직접 에너지원으로 사용하는 방식으로 열교환이 직접 이루어지기 때문에 상대적으로 효율이 높은 것으로 알려져 있지만 지하수 오염 및 고갈 등의 환경적인 문제가 제기되어 국내에서는 많이 사용되지 않고 있다. 세부적으로 밀폐형은 지중 열교환기의 설치 방식에 따라서 수직형과 수평형으로 분류된다. 수직형은 지중 150 ~ 200m의 깊이에 지중 열교환기가 지면과 수직 방향으로 설치되며, 토사 및 암반의 천공이 필수적이나 소요 면적이 작아서 도심지에서 주로 쓰이며, 국내에서는 사용 비율이 높다. 수평형은 지중 열교환기가 지면과 나란한 방향으로 설치되며, 지중 1.5 ~ 3.0m의 깊이에 열교환기가 설치된다. 설치 방향으로 인해 수직형에 비해 요구되는 설치 부지가 크다는 단점이 있으나, 시공비가 많이 소요 되는 천공 작업이 없기 때문에 경제적인 이점이 있다. 이에 따라 상대적으로 부지 확보가 용이한 산간 및 농촌, 개별 거주 지역에서 수평형 시스템 사용의 빈도가 증가하고 있다. Geothermal systems are divided into two types: closed type and open type, depending on the type of circuit that extracts geothermal heat. In a closed system, the heat exchanger circulating the circulating water circulates and exchanges heat with the surrounding ground. On the other hand, the open system is known to have relatively high efficiency because the heat exchange is directly performed by using ground water or surface water as a direct energy source, but environmental problems such as ground water pollution and depletion are raised, have. In detail, the closed type is classified into a vertical type and a horizontal type according to the installation method of the underground heat exchanger. Vertical type is installed at a depth of 150 ~ 200m in the ground perpendicular to the ground. It is necessary to drill the soil and rock, but it is mainly used in urban areas because of its small footprint. In the horizontal type, the underground heat exchanger is installed in a direction parallel to the ground, and a heat exchanger is installed at a depth of 1.5 to 3.0 m. Although there is a disadvantage in that the installation site required is larger than the vertical type due to the installation direction, there is an economical advantage because there is no drilling operation that requires a large construction cost. Therefore, the frequency of using the horizontal system is increasing in mountainous areas, rural areas, and individual residential areas where the site is relatively easy to secure.
도 1은 수평형 지중 열교환기를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a horizontal groundwater heat exchanger.
도 1을 참고하면, 수평형 지중 열교환기는 파이프의 형상에 따라 Line형, Slinky형, Spiral coil형의 세 종류가 있다. Line형은 열교환기가 직선 형태로 설치 되며, 가장 기본적인 형상으로 시공성이 좋고 파이프 제작이 용이하다. Slinky형은 열교환기가 지면에 환형으로 겹치게 배치되어 지중과의 열교환 면적이 크다는 장점이 있다. Spiral Coil형은 나선형의 배열로 열교환기가 배치되며, 열교환 효율이 좋다. Referring to Fig. 1, there are three types of horizontal underground heat exchangers: Line type, Slinky type, and Spiral coil type, depending on the shape of the pipe. The line type is installed in a straight line shape of the heat exchanger, and it is the most basic shape and has good workability and it is easy to manufacture pipes. The Slinky type is advantageous in that the heat exchanger is disposed annularly on the ground so that the area of heat exchange with the ground is large. The spiral coil type is a spiral arrangement in which a heat exchanger is disposed, and heat exchange efficiency is good.
도 2는 수평 코일형 열교환기를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a horizontal coil type heat exchanger.
Spiral coil형의 열교환 효율은 나선간의 중심거리인 피치에 의해 영향을 받는다. 수평 코일형 열교환기에 대한 종래의 기술로 Congedo et al. (2011)은 수치모델을 개발하고 이를 실험 데이터로 검증하여 해석에 사용하였으며, 수평형 열교환기의 종류 중에서 Spiral coil형이 가장 우수하다는 것을 최초로 제시하였다. Kim et al. (2016)은 이러한 사실을 실내 실험과 수치해석을 통하여 다시 확인하였다. Chaofeng Li et al.(2016)은 수치해석을 이용한 수평 코일형 열교환기와 히트 펌프의 운영 모델을 구축하여 지열 시스템의 실제 운영을 모사하여 설계 인자 및 운영 조건에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 하지만 상기 연구들은 수평 코일형 열교환기의 설계 인자들에 대한 영향 평가에만 국한되어 있다는 한계가 존재한다. Go et al.(2016)은 수평 코일형 열교환기의 주요 설계 인자들에 대한 매개변수 연구를 통하여 경제성이 가장 좋은 최적의 열교환기 설계 조건을 도출하였다. 그러나 이는 시스템 전체의 설계 조건에 초점을 두었을 뿐, 수평 코일형 열교환기의 피치에 대한 영향 평가가 부족하여 최적의 피치를 제시하진 못하였다. The heat exchange efficiency of the spiral coil type is affected by the pitch, which is the center distance between the spirals. Conventional techniques for a horizontal coil-type heat exchanger have been described by Congedo et al. (2011) developed a numerical model and verified it with experimental data and used it for analysis. It was first suggested that the spiral coil type is the best among the kinds of horizontal heat exchangers. Kim et al. (2016) confirmed this fact through laboratory experiments and numerical analysis. Chaofeng Li et al. (2016) constructed the operation model of the horizontal coil heat exchanger and the heat pump using numerical analysis to simulate the actual operation of the geothermal system and performed the sensitivity analysis on the design factors and operating conditions. However, there is a limitation that the above studies are limited to the evaluation of the influence of the design factors of the horizontal coil type heat exchanger. Go et al. (2016) derived the optimal heat exchanger design conditions with the best economical efficiency by studying the parameters of the main design factors of the horizontal coil heat exchanger. However, this focuses on the design conditions of the entire system, and the evaluation of the influence on the pitch of the horizontal coil type heat exchanger is insufficient.
이에 따라 수평 코일형 열교환기의 최적 성능 피치 값을 알면 지열 설계 및 열교환기 제작 단계에서부터 반영될 수 있는 장점에 기반하여 수평 코일형 열교환기가 최적의 성능을 발휘할 수 있는 피치를 새롭게 제시하는 기술이 제안될 필요가 있다.
Based on the advantages that can be reflected from the geothermal design and heat exchanger manufacturing stage, knowing the optimum performance pitch value of the horizontal coil type heat exchanger suggests a technique to newly propose a pitch for the optimum performance of the horizontal coil type heat exchanger Need to be.
수평 코일형 열교환기의 높은 효율성과 동시에 설치 면적을 최소화시켜 수평 코일형 열교환기가 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 하는 피치 설계 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
It is possible to provide a pitch designing method and system that can maximize the efficiency of the horizontal coil type heat exchanger and at the same time minimize the installation area so that the horizontal coil type heat exchanger can exhibit the optimum performance.
수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 위한 피치 설계 방법은, 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 단계; 상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. A pitch design method for optimal performance of a horizontal coil type geo heat exchanger includes setting parameters affecting the performance of the horizontal coil type geo heat exchanger; Acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters; And performing a significance verification on the obtained analysis data.
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는, 상기 설정된 매개 변수들의 설계 조건에 기초하여 수치해석을 통한 성능값을 계산하고, 상기 계산된 성능값에 기초하여 설계 조건별 성능을 비교하는 단계를 포함할 수 있다. The step of acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters includes calculating a performance value through numerical analysis based on the design conditions of the set parameters, And comparing the performance by design condition.
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 단계는, 건물 부하, 순환수 온도, 유량 및 운영조건 중 적어도 하나를 포함하는 건물-히트펌프, 설치 심도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 지중 온도, 열전도도, 밀도 및 비열 중 적어도 하나를 포함하는 지반 열물성, 파이프 재질, 외경/내경, 피치 및 나선 지름 중 적어도 하나를 포함하는 열교환기 제원과 관련된 매개 변수들을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein setting the parameters that affect the performance of the horizontal coiled underground heat exchanger comprises setting at least one of the building-heat pump, the installation depth, and the ambient temperature to include at least one of building load, circulating water temperature, Setting parameters related to the heat exchanger design including at least one of the geothermal properties, the pipe material, the outer diameter / inner diameter, the pitch and the spiral diameter, including at least one of the underground temperature, thermal conductivity, density and specific heat Step < / RTI >
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는, 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 분석하기 위하여 수학식 1(
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는, 상기 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정함에 따라 획득된 측정값들에 대하여 수학식 2(
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계는, 상기 획득한 분석 데이터에 대하여 통계적 유의성 검증인 등분산을 가정한 t-검정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. The step of performing the significance verification on the obtained analysis data may include a step of performing a t-test on the obtained analysis data on the assumption of equally dividing, which is a statistical significance verification.
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계는, 상기 t-검정을 수행한 결과값이 상기 t-검정에 설정된 기 설정된 값을 기준을 초과할 경우, 상기 설정된 매개 변수들이 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of performing the significance verification on the obtained analysis data comprises the steps of: if the result of performing the t-test exceeds a predetermined value set in the t-test, And judging that the performance of the underground heat exchanger is not affected.
수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 위한 피치 설계 시스템은, 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 설정부; 상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 획득부; 및 상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 수행부를 포함할 수 있다. A pitch designing system for optimum performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger includes a setting unit for setting parameters affecting performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger; An acquiring unit for acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters; And an execution unit for performing the significance verification on the obtained analysis data.
상기 획득부는, 상기 설정된 매개 변수들의 설계 조건에 기초하여 수치해석을 통한 성능값을 계산하고, 상기 계산된 성능값에 기초하여 설계 조건별 성능을 비교할 수 있다. The obtaining unit may calculate a performance value through numerical analysis based on the design conditions of the set parameters, and compare performance of each design condition based on the calculated performance value.
상기 설정부는, 건물 부하, 순환수 온도, 유량 및 운영조건 중 적어도 하나를 포함하는 건물-히트펌프, 설치 심도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 지중 온도, 열전도도, 밀도 및 비열 중 적어도 하나를 포함하는 지반 열물성, 파이프 재질, 외경/내경, 피치 및 나선 지름 중 적어도 하나를 포함하는 열교환기 제원과 관련된 매개 변수들을 설정할 수 있다. Wherein the setting unit sets at least one of an underground temperature, a thermal conductivity, a density and a specific heat including at least one of a building-heat pump including at least one of a building load, a circulating water temperature, Parameters related to the heat exchanger design, including at least one of the geotechnical properties, the pipe material, the outer diameter / inner diameter, the pitch and the spiral diameter, can be set.
상기 획득부는, 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 분석하기 위하여 수학식 1(
상기 획득부는, 상기 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정함에 따라 획득된 측정값들에 대하여 수학식 2(
상기 수행부는, 상기 획득한 분석 데이터에 대하여 통계적 유의성 검증인 등분산을 가정한 t-검정을 수행할 수 있다. The execution unit may perform a t-test on the acquired analysis data, assuming an equally distributed statistical significance check.
상기 수행부는, 상기 t-검정을 수행한 결과값이 상기 t-검정에 설정된 기 설정된 값을 기준을 초과할 경우, 상기 설정된 매개 변수들이 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 판단할 수 있다.
If the result of performing the t-test exceeds a predetermined value set in the t-test, the execution unit does not affect the performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger It can be judged.
일 실시예에 따른 피치 설계 시스템은 수평 코일형 지중 열교환기의 높은 효율성을 유지함과 동시에 설치 면적을 최소할 수 있다.
The pitch design system according to one embodiment can maintain the high efficiency of the horizontal coil type geothermal heat exchanger while minimizing the installation area.
도 1은 수평형 지중 열교환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 수평 코일형 열교환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 피치에 따른 수평 코일형 지중 열교환기의 열확산을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 위한 피치 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 수평 코일형 지중 열교환기 성능에 대한 인자를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 수치해석을 위한 경계 조건을 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 측정한 열교환율의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 설계된 피치에 따른 열교환율을 나타낸 그래프이다. 1 is a view for explaining a horizontal groundwater heat exchanger.
2 is a view for explaining a horizontal coil type heat exchanger.
3 is a view for explaining the thermal diffusion of the horizontal coil type ground heat exchanger according to the pitch.
4 is a block diagram for explaining the configuration of a pitch design system according to an embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a pitch design method for optimum performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger in a pitch design system according to an exemplary embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining a factor for the performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger in a pitch design system according to an embodiment.
7 is a graph illustrating boundary conditions for numerical analysis in a pitch designing system according to an embodiment.
8 is a graph showing the results of heat exchange rates measured in a pitch design system according to an embodiment.
9 is a graph showing a heat exchange rate according to a pitch designed in a pitch designing system according to an embodiment.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 피치에 따른 수평 코일형 지중 열교환기의 열확산을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining the thermal diffusion of the horizontal coil type ground heat exchanger according to the pitch.
본 발명은 수평 코일형 지중 열교환기의 최적의 성능을 보이는 피치를 제시하기 위한 것으로, 피치에 따른 수평 코일형 지중 열교환기의 열확산을 설명하기로 한다. 도 3(a)는 피치가 기 설정된 거리 이하인 경우, 도 3(b)는 피치가 기 설정된 거리 이상인 경우, 도3(c)는 최적의 피치인 경우를 나타낸 것이다. The present invention is to provide a pitch showing the optimum performance of the horizontal coil type geothermal heat exchanger, and the thermal diffusion of the horizontal coil type geothermal heat exchanger according to the pitch will be described. Fig. 3 (a) shows the case where the pitch is less than the predetermined distance, Fig. 3 (b) shows the case where the pitch is the predetermined distance or more, and Fig.
수평 코일형 지중 열교환기는 도 3(a)와 같이, 피치가 작을수록 나선 고리들이 기 설정된 거리 이하로 조밀하게 배치되어 열교환기의 설치 면적이 감소하는 효과가 있으나, 열의 방출 또는 흡수 시, 인접한 나선 고리들간에 열간섭이 발생하여 효율이 좋지 않다.3 (a), as the pitch is small, the spiral rings are densely arranged at a predetermined distance or less to reduce the installation area of the heat exchanger. However, when the heat is released or absorbed, Heat interferences between rings cause poor efficiency.
또한, 도 3(b)와 같이 피치가 기 설정된 기준 이상의 크기일 경우, 나선 고리들간의 열간섭 영향이 없어 효율적인 면에서 유리하나 설치 소요 면적이 너무 크다는 단점이 있다. In addition, as shown in FIG. 3 (b), when the pitch is equal to or larger than the preset reference, thermal interference between the spiral rings is not affected.
이에 따라 도 3(c)와 같이 효율적인 성능을 보이면서도 소요 면적이 크지 않은 수평 코일형 지중 열교환기의 최적의 피치를 제시하기 위한 방법을 아래의 실시예들에서 상세하게 설명하기로 한다. 3 (c), a method for presenting an optimum pitch of a horizontal coil-type geothermal heat exchanger having an efficient performance and a small area is described in detail in the following embodiments.
도 4는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 위한 피치 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 4 is a block diagram for explaining the configuration of a pitch design system according to an embodiment, and FIG. 5 illustrates a pitch design method for optimum performance of a horizontal coil type geotechnical heat exchanger in a pitch design system according to an embodiment Fig.
단계(510)에서 설정부(410)는 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정할 수 있다. 설정부(410)는 건물 부하, 순환수 온도, 유량 및 운영조건 중 적어도 하나를 포함하는 건물-히트펌프, 설치 심도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 지중 온도, 열전도도, 밀도 및 비열 중 적어도 하나를 포함하는 지반 열물성, 파이프 재질, 외경/내경, 피치 및 나선 지름 중 적어도 하나를 포함하는 열교환기 제원과 관련된 매개 변수들을 설정할 수 있다. In
단계(520)에서 획득부(420)는 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득할 수 있다. 획득부(420)는 설정된 매개 변수들의 설계 조건에 기초하여 수치해석을 통한 성능값을 계산하고, 계산된 성능값에 기초하여 설계 조건별 성능을 비교할 수 있다. 획득부(420)는 수평 코일형 지중 열교환기의 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 분석할 수 있다. 획득부(420)는 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정함에 따라 획득된 측정값들에 기초하여 수평 코일형 지중 열교환기의 열교환율을 측정할 수 있다. In
단계(530)에서 수행부(430)는 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행할 수 있다. 수행부(430)는 획득한 분석 데이터에 대하여 통계적 유의성 검증인 등분산을 가정한 t-검정을 수행할 수 있다. 수행부(430)는 t-검정을 수행한 결과값이 t-검정에 설정된 기 설정된 값을 기준을 초과할 경우, 설정된 매개 변수들이 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 판단할 수 있다. In
도 6은 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 수평 코일형 지중 열교환기 성능에 대한 인자를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram for explaining a factor for the performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger in a pitch design system according to an embodiment.
피치 설계 시스템은 수평 코일형 지중 열교환기의 최적 성능을 보이는 피치를 제안하기 위해 다양한 매개 변수들을 이용한 복수의 조건 및 코일 피치에 따른 열교환기의 성능값을 계산함에 따라 획득된 분석 데이터를 제시할 수 있다. 이때, 피치 설계 시스템은 수치해석을 통해 데이터를 수집할 수 있다. The pitch design system can be used to present the analytical data obtained by calculating the performance of the heat exchanger according to multiple conditions and coil pitch using various parameters in order to propose a pitch showing the optimum performance of the horizontal coil type geothermal heat exchanger have. At this time, the pitch design system can collect data through numerical analysis.
피치 설계 시스템은 유한요소법 기반의 CFD 해석을 통한 유체의 흐름에 따른 열해석이 가능한 수치해석 상용프로그램을 수치해석에 사용할 수 있다. 예를 들면, 피치 설계 시스템은 COMSOL Multiphysiscs 5.2를 수치해석에 사용할 수 있다. The pitch design system can be used for numerical analysis of CFD analysis based on the finite element method. For example, a pitch design system can use COMSOL Multiphysiscs 5.2 for numerical analysis.
수치해석에서 고려된 유체의 흐름에 따른 열전달 해석이 가능한 대류와 전도에 의한 지배 방정식은 수학식 1과 같다.The convective and convective governing equations that can be considered for the heat transfer according to the fluid flow considered in the numerical analysis are shown in Equation (1).
수학식 1:Equation (1)
이때, 
피치 설계 시스템은 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 확인하고 설계 조건을 형성하기 위한 매개 변수들을 설정할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들이 다양하게 존재하며, 각각의 매개 변수들은 추후에 추가되거나 삭제되는 등의 업데이트가 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 매개 변수들은 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 직접적 또는 간접적으로 영향을 미치며, 동시에 각각의 매개 변수들 사이에도 서로 영향이 미치게 된다. The pitch design system can identify the parameters that affect the performance of the horizontal coiled underground heat exchanger and set the parameters to form the design conditions. As shown in FIG. 4, there are various parameters that affect the performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger, and each parameter may be updated such that it is added or deleted at a later time. In addition, these parameters directly or indirectly affect the performance of the horizontal coil-type geothermal heat exchanger, and at the same time affect each other's parameters.
일례로, 피치 설계 시스템은 사용자에 의하여 도 4에 표시된 매개 변수들 중 적어도 하나가 선택됨을 수신할 수 있고, 선택된 매개 변수들에 기초하여 수평 코일형 지중 열교환기의 성능을 판단할 수 있다. 이때, 매개 변수들은 설치 깊이, 유속, 지반의 열전도도가 선택될 수 있다. In one example, the pitch design system may receive a user selecting at least one of the parameters shown in FIG. 4 and may determine the performance of the horizontal coil-type geothermal heat exchanger based on the selected parameters. At this time, the parameters can be selected as installation depth, flow velocity, and thermal conductivity of the ground.
더욱 상세하게는, 예를 들면, 피치 설계 시스템은 수평 코일형 지중 열교환기의 설치 깊이로 일반적인 수평형 시스템의 설계 조건으로 볼 수 있는 1.8 m, 2.5 m 를, 유속을 0.47 m/s, 0.7 m/s 를, 지반의 열전도도를 함수비와 공극률에 영향을 많이 받지만 수평형 지중 열교환기의 설치심도를 고려하여 0.8 W/mk, 1.1 W/mk 로 설정하고, 설정된 매개 변수들의 값에 기반하여 수치해석을 수행할 수 있다. 또한, 피치 설계 시스템은 추가적으로 나선형 지름의 크기가 작은 경우(D=30 cm)와 큰 경우(D=50 cm)에 대해서도 최적 성능의 피치가 그대로 적용되는지 판단할 수 있다. 이와 같이, 피치 설계 시스템은 상기 매개 변수들이 반영된 총 16가지 경우를 설정하고, 설정된 각각의 경우에서 피치 간격이 0.1 m(좁음) ~ 1.2 m(매우 넓음) 인 경우에 대하여 분석을 수행할 수 있다. More specifically, for example, the pitch design system has a depth of 1.8 m, 2.5 m, which can be regarded as a design condition of a general horizontal system, with a horizontal coil type underground heat exchanger installation depth, a flow rate of 0.47 m / s, / s is set to 0.8 W / mk and 1.1 W / mk considering the installation depth of the horizontal groundwater heat exchanger, while the thermal conductivity of the ground is affected by the water content and the porosity. Analysis can be performed. In addition, the pitch design system can additionally determine whether the pitch of the optimum performance is applied to the case where the spiral diameter is small (D = 30 cm) or large (D = 50 cm). Thus, the pitch design system sets a total of 16 cases in which the parameters are reflected, and can perform an analysis for each case where the pitch interval is 0.1 m (narrow) to 1.2 m (very wide) .
표 1: 매개 변수 연구를 위한 설계 조건 설정Table 1: Design condition setting for parameter study
피치 설계 시스템은 매개 변수들에 대한 분석을 수행하기 위한 수치모델(Numerical model)을 구성할 수 있다. 예를 들면, 피치 설계 시스템은 열적 성능 평가를 위한 수치해석의 조건으로 냉방조건을 설정하고, 1주일 중 주중 5일에 대해서만 가동한다고 가정하고, 수치해석을 120시간 동안 진행할 수 있다. 또한, 피치 설계 시스템은 지열 히트펌프의 실제 가동시간을 고려하여 하루 중에서 냉방부하가 발생하는 오전 9시에서 오후 8시까지만 히트펌프를 가동시키는 부분운영 조건을 설정할 수 있다. 이때, 부분운영 조건은 휴지기간 동안에 순환유체의 흐름을 중단시키고, 가동기간은 순환유체의 유량을 설정할 수 있다. 순환유체는 순환수로 설정하고, 시스템의 EWT(Entering water temperature)인 열교환기의 입구 온도는 냉방조건을 고려하여 35.4℃로 설정할 수 있다. 수평 코일형 지중 열교환기의 재질은 PB(Polybutylene)으로 실제 나선형 열교환기를 제작할 수 있는 재질로 PB를, 파이프의 열전도도는 0.39 W/mK 이며, 외경과 내경은 각각 20mm, 16mm로 설정할 수 있다. 수평 코일형 지중 열교환기의 총 길이는 열적 성능의 비교를 위해 모든 경우에 대하여 40 m로 일정하게 유지할 수 있다. 수평 코일형 지중 열교환기의 총 길이가 일정하기 때문에 피치 또는 나선의 지름이 변한다는 것은 열교환기의 연직길이, 다시 말해서, 트렌치 길이가 변한다는 것을 의미한다. The pitch design system can construct a numerical model for performing analysis on parameters. For example, assuming that the cooling system is set up as a condition for numerical analysis for thermal performance evaluation, and that the pitch designing system operates only for 5 days a week, numerical analysis can be performed for 120 hours. In addition, the pitch design system can set partial operating conditions for operating the heat pump from 9:00 am to 8:00 pm in which the cooling load occurs during the day in consideration of the actual operation time of the geothermal heat pump. At this time, the partial operating condition stops the flow of the circulating fluid during the rest period, and the running period can set the flow rate of the circulating fluid. The circulating fluid is set as the circulating water, and the inlet temperature of the heat exchanger, which is the entering water temperature (EWT) of the system, can be set to 35.4 ° C. in consideration of the cooling condition. The material of the horizontal coil type underground heat exchanger is PB (Polybutylene). PB is a material that can fabricate a real spiral heat exchanger. The thermal conductivity of the pipe is 0.39 W / mK, and the outer diameter and inner diameter can be set to 20 mm and 16 mm, respectively. The total length of the horizontal coil type geothermal heat exchanger can be kept constant at 40 m for all cases for comparison of thermal performance. The fact that the total length of the horizontal coil type geothermal heat exchanger is constant means that the diameter of the pitch or helix changes means that the vertical length of the heat exchanger, in other words, the length of the trench changes.
수평 코일형 지중 열교환기는 기 설정된 기준 이하의 얕은 심도에서 설치되기 때문에 수치해석시 지중 온도의 분포가 적절하게 고려되어야 한다. 다시 말해서, 지중 온도는 얕은 심도에서는 외기의 영향을 많이 받으며. 심도가 깊어질수록 그 영향이 점점 줄어들어 일정하게 유지된다. 이에 따라 피치 설계 시스템은 수학식 2에 기반하여 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 해석을 수행할 수 있다.Since the horizontal coil type subsea heat exchanger is installed at a shallow depth below the predetermined standard, the distribution of the ground temperature should be appropriately considered in the numerical analysis. In other words, the ground temperature is affected by the outside air at shallow depth. As the depth increases, the effect decreases and remains constant. Accordingly, the pitch designing system can analyze the distribution of the ground temperature according to the depth based on Equation (2).
수학식 2:Equation 2:
이때, 
도 7을 참고하면, 피치 설계 시스템에서 수치해석을 위한 경계 조건을 나타낸 그래프이다. 도7(a)는 유속 조건, 도 7(b)는 지중 온도를 나타낸 것이다.Referring to FIG. 7, there is shown a graph showing boundary conditions for numerical analysis in a pitch designing system. Fig. 7 (a) shows the flow velocity condition, and Fig. 7 (b) shows the ground temperature.
피치 설계 시스템은 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정하여 수학식 3을 이용하여 수평 코일형 지중 열교환기의 성능인 열교환율을 측정할 수 있고, 측정된 열교환율을 서로 비교할 수 있다.The pitch design system can measure the heat exchange rate, which is the performance of the horizontal coil type geothermal heat exchanger, by using Equation (3) by measuring the temperature of the inlet and outlet of the circulation water at regular time intervals through numerical analysis, Can be compared with each other.
수학식 3:Equation (3)
이때, m은 순환수의 질량 흐름 속도, c는 순환수의 비열, 
피치 설계 시스템은 수학식 3을 이용하여 각각의 설계 조건에 따른 성능을 계산한 결과를 도 8과 같이 나타낼 수 있다. The pitch design system can calculate the performance according to each design condition using Equation (3), as shown in FIG.
도 9는 일 실시예에 따른 피치 설계 시스템에서 설계된 피치에 따른 열교환율을 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing a heat exchange rate according to a pitch designed in a pitch designing system according to an embodiment.
수평 코일형 지중 열교환기의 피치가 증가할수록 열적 성능이 점점 증가하지만, 어느 정도 이상의 피치 값에서는 그에 대한 영향이 미미하여 피치 값이 열적 성능에 미치는 영향이 없어지게 된다. 이에 따라 피치 설계 시스템은 피치 값이 성능에 더 이상 영향을 미치지 않는 구간, 다시 말해서, 최적의 피치를 찾기 위하여 통계적 유의성 검정인 등분산을 가정한 t-검정을 수행할 수 있다. t-검정은 두 그룹의 평균의 차이가 유의미한지 비교 분석할 때 주로 사용되며, 매개 변수가 결과에 어느 정도의 영향을 미치는지에 대해 확인할 수 있는 통계적 기법을 의미한다. t-검정을 수행한 결과로부터 획득된 유의확률이 유의수준인 0.05를 넘게 되면 통계적으로 의미가 없다고 판단할 수 있으며, 매개 변수가 결과에 미치는 영향이 없는 것으로 결론을 내릴 수 있다.As the pitch of the horizontal coil type geothermal heat exchanger increases, the thermal performance gradually increases. However, the influence of the pitch value on the thermal performance is negligible because the influence is small at a certain pitch value. Thus, the pitch design system can perform a t-test where the pitch value has no further effect on the performance, i. E., Assuming an equally distributed statistical significance test to find the optimal pitch. The t-test is a statistical technique that is used mainly to compare and compare the mean of the two groups and to see how the parameters affect the outcome. If the significance probability obtained from the results of the t-test is greater than 0.05, which is the significance level, it can be judged that it is not statistically meaningful, and it can be concluded that the parameter has no effect on the result.
도 9를 참고하면, t-검정을 수행한 결과, 모든 설계 조건에서 피치가 0.6m 까지만 성능에 영향을 미쳤고, 0.6 m 이후로는 성능에 미치는 영향이 없는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, as a result of performing the t-test, it was confirmed that the pitch was influenced only to 0.6 m in all the design conditions, and there was no influence on the performance after 0.6 m.
표 2: t-검정 결과(p=0.6 m)Table 2: t-test results (p = 0.6 m)
표 3: t-검정 결과(p=0.7 m)Table 3: Results of t-test (p = 0.7 m)
표 2와 표 3은 피치가 0.6 m인 경우와 0.7 m인 경우에 대해 t-검정을 수행한 결과를 나타낸다. 또한 피치가 증가할수록 나선간의 열간섭 효과가 점점 줄어들다가 0.6 m에 도달할 때 거의 열간섭 효과가 나타나지 않기 때문에 나선의 지름이 바뀌어도 피치가 0.6 m 이후로는 성능에 미치는 영향이 없는 것으로 나타난다. Table 2 and Table 3 show the result of performing t-test for the case of 0.6 m pitch and 0.7 m pitch. In addition, as the pitch increases, the thermal interference effect between the spirals decreases gradually. Since the heat interference effect does not appear when the pitch reaches 0.6 m, the pitch does not affect the performance after 0.6 m even if the spiral diameter changes.
또한, 피치가 기 설정된 기준(예를 들면, 0.6 m)보다 커지게 되면 열적 성능에 영향을 미치지 않지만, 수평 코일형 지중 열교환기 설치 소요 부지가 증가하기 때문에 피치가 0.6 m 일 때, 열적 성능 발휘가 가장 유리하면서도 수평 코일형 지중 열교환기의 설치 소요 부지를 최소화할 수 있는 것으로 판단될 수 있다. 또한 이러한 결과는 도 9와 같이 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 지반의 열전도도, 설치 심도, 유속 등에 관계 없이 일정함을 판단할 수 있다. 이에 따라 수평 코일형 지중 열교환기의 피치가 0.6 m로 설치될 경우, 최적의 성능을 발휘함과 동시에 열교환기 설치 소요 부지도 최소화할 수 있음을 판단할 수 있다. In addition, if the pitch is larger than a predetermined reference (for example, 0.6 m), the thermal performance is not affected. However, since the site required for installation of the horizontal coil type geothermal heat exchanger increases, It is possible to minimize the installation site of the horizontal coil type geothermal heat exchanger. As shown in FIG. 9, this result can be determined regardless of the thermal conductivity, depth of installation, and flow rate of the ground, which influence the performance of the horizontal coil type geothermal heat exchanger. Accordingly, when the pitch of the horizontal coil type geothermal heat exchanger is set to 0.6 m, it can be judged that the optimum performance and the site for installing the heat exchanger can be minimized.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) , A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device As shown in FIG. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (14)
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 단계;
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계; 및
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계
를 포함하는 피치 설계 방법.A pitch design method for optimum performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger,
Setting parameters affecting the performance of the horizontal coiled underground heat exchanger;
Acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters; And
Performing a significance verification on the obtained analysis data
/ RTI >
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는,
상기 설정된 매개 변수들의 설계 조건에 기초하여 수치해석을 통한 성능값을 계산하고, 상기 계산된 성능값에 기초하여 설계 조건별 성능을 비교하는 단계
를 포함하는 피치 설계 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters comprises:
Calculating a performance value through numerical analysis based on the design conditions of the set parameters, and comparing performance of each design condition based on the calculated performance value
/ RTI >
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 단계는,
건물 부하, 순환수 온도, 유량 및 운영조건 중 적어도 하나를 포함하는 건물-히트펌프, 설치 심도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 지중 온도, 열전도도, 밀도 및 비열 중 적어도 하나를 포함하는 지반 열물성, 파이프 재질, 외경/내경, 피치 및 나선 지름 중 적어도 하나를 포함하는 열교환기 제원과 관련된 매개 변수들을 설정하는 단계
를 포함하는 피치 설계 방법.The method according to claim 1,
Wherein setting the parameters that affect the performance of the horizontal coil-
A geothermal column comprising at least one of an underground temperature, thermal conductivity, density and specific heat comprising at least one of a building-heat pump, installation depth and ambient temperature, including at least one of building load, circulating water temperature, Establishing parameters related to the heat exchanger design including at least one of physical properties, pipe material, outer / inner diameter, pitch and spiral diameter
/ RTI >
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는,
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 분석하기 위하여 수학식 1을 계산하는 단계를 포함하고,
수학식 1:
것을 특징으로 하는 피치 설계 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters comprises:
Calculating the equation (1) in order to analyze the distribution of the ground temperature by the time according to the depth of the horizontal coil type geothermal heat exchanger,
Equation 1:
Wherein said pitch designing method comprises:
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 단계는,
상기 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정함에 따라 획득된 측정값들에 대하여 수학식 2를 이용하여 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 열교환율을 측정하는 단계
를 포함하고,
m은 순환수의 질량 흐름 속도, c는 순환수의 비열,
수학식 2:
것을 특징으로 하는 피치 설계 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters comprises:
Measuring the heat exchange rate of the horizontal coil type geothermal heat exchanger using the equation (2) with respect to the measured values obtained by measuring the temperature of the inlet and the outlet of the circulating water at predetermined time intervals through the numerical analysis,
Lt; / RTI >
m is the mass flow rate of the circulating water, c is the specific heat of the circulating water,
Equation 2:
Wherein said pitch designing method comprises:
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계는,
상기 획득한 분석 데이터에 대하여 통계적 유의성 검증인 등분산을 가정한 t-검정을 수행하는 단계
를 포함하는 피치 설계 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of performing the significance verification on the obtained analysis data comprises:
A step of performing a t-test on the obtained analytical data on the assumption of equally dividing, which is a statistical significance test
/ RTI >
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 단계는,
상기 t-검정을 수행한 결과값이 상기 t-검정에 설정된 기 설정된 값을 기준을 초과할 경우, 상기 설정된 매개 변수들이 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 피치 설계 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of performing the significance verification on the obtained analysis data comprises:
If the result of performing the t-test exceeds a predetermined value set in the t-test, it is determined that the set parameters do not affect the performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger
/ RTI >
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치는 매개 변수들을 설정하는 설정부;
상기 설정된 매개 변수들의 수치해석을 통한 성능값을 계산함에 따라 분석 데이터를 획득하는 획득부; 및
상기 획득한 분석 데이터에 대한 유의성 검증을 수행하는 수행부
를 포함하는 피치 설계 시스템.1. A pitch design system for optimum performance of a horizontal coil type geothermal heat exchanger,
A setting unit for setting parameters affecting the performance of the horizontal coil type groundwater heat exchanger;
An acquiring unit for acquiring analysis data by calculating a performance value through numerical analysis of the set parameters; And
And a verification unit for verifying the significance of the obtained analysis data
/ RTI >
상기 획득부는,
상기 설정된 매개 변수들의 설계 조건에 기초하여 수치해석을 통한 성능값을 계산하고, 상기 계산된 성능값에 기초하여 설계 조건별 성능을 비교하는
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the obtaining unit comprises:
Calculates a performance value through numerical analysis based on the design conditions of the set parameters, and compares the performance by design condition based on the calculated performance value
Wherein the pitch design system comprises:
상기 설정부는,
건물 부하, 순환수 온도, 유량 및 운영조건 중 적어도 하나를 포함하는 건물-히트펌프, 설치 심도 및 외기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 지중 온도, 열전도도, 밀도 및 비열 중 적어도 하나를 포함하는 지반 열물성, 파이프 재질, 외경/내경, 피치 및 나선 지름 중 적어도 하나를 포함하는 열교환기 제원과 관련된 매개 변수들을 설정하는
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein,
A geothermal column comprising at least one of an underground temperature, thermal conductivity, density and specific heat comprising at least one of a building-heat pump, installation depth and ambient temperature, including at least one of building load, circulating water temperature, Setting parameters associated with the heat exchanger specification, including at least one of physical properties, pipe material, outer / inner diameter, pitch and spiral diameter
Wherein the pitch design system comprises:
상기 획득부는,
상기 수평 코일형 지중 열교환기의 깊이에 따른 시간대별 지중 온도의 분포를 분석하기 위하여 수학식 1을 계산하는
것을 포함하고,
수학식 1:
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the obtaining unit comprises:
In order to analyze the distribution of ground temperature according to the depth of the horizontal coil type geothermal heat exchanger,
≪ / RTI >
Equation 1:
Wherein the pitch design system comprises:
상기 획득부는,
상기 수치해석을 통해 일정한 시간 간격으로 순환수의 입구와 출구의 온도를 측정함에 따라 획득된 측정값들에 대하여 수학식 2를 이용하여 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 열교환율을 측정하는
것을 포함하고,
m은 순환수의 질량 흐름 속도, c는 순환수의 비열,
수학식 2:
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the obtaining unit comprises:
The heat exchange rate of the horizontal coil type geothermal heat exchanger is measured using the equation (2) with respect to the measured values obtained by measuring the temperature of the inlet and the outlet of the circulating water at predetermined time intervals through the numerical analysis
≪ / RTI >
m is the mass flow rate of the circulating water, c is the specific heat of the circulating water,
Equation 2:
Wherein the pitch design system comprises:
상기 수행부는,
상기 획득한 분석 데이터에 대하여 통계적 유의성 검증인 등분산을 가정한 t-검정을 수행하는
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the performing unit comprises:
The obtained analytical data is subjected to a t-test that assumes a uniform distribution of statistical significance
Wherein the pitch design system comprises:
상기 수행부는,
상기 t-검정을 수행한 결과값이 상기 t-검정에 설정된 기 설정된 값을 기준을 초과할 경우, 상기 설정된 매개 변수들이 상기 수평 코일형 지중 열교환기의 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 판단하는
것을 특징으로 하는 피치 설계 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein the performing unit comprises:
If the result of performing the t-test exceeds a predetermined value set in the t-test, it is determined that the set parameters do not affect the performance of the horizontal coil type geotechnical heat exchanger
Wherein the pitch design system comprises:
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2006118851A (en) * | 2004-09-22 | 2006-05-11 | Hokkaido Univ | Performance prediction program and performance prediction system for ground source heat pump system |
| KR101543951B1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-12 | 한국과학기술원 | Method and System for Analysis of Coil Shaped Heat Exchanger considering the Groundwater Flow |
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-
2017
- 2017-06-02 KR KR1020170068764A patent/KR101952506B1/en active IP Right Grant
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