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목차

[표제지 등]=0,1,2

제출문=0,3,1

에너지ㆍ자원기술개발사업 최종보고서 초록=i,4,1

요약문=ii,5,3

목차=v,8,2

그림 목차=vii,10,4

표 목차=xi,14,3

제1장 서론=1,17,3

제2장 대상건물실험 계획=4,20,1

제1절 대상건물=4,20,1

1. 건축분야=4,20,2

2. 기계설비분야=5,21,5

3. 현지 적용 지열원 열펌프시스템=9,25,2

제2절 실험 계획=11,27,1

1. 옥외 지중 온도 센서 설치=11,27,3

2. 기계실 내 측정 위치=13,29,1

3. 전력 및 유량 측정=13,29,11

제3장 지열원 열펌프시스템 성능=24,40,1

제1절 지열 이용의 유용성=24,40,1

1. 압축식 열펌프시스템=24,40,3

2. 증발 및 응축온도=26,42,2

3. 지중 온도=27,43,2

제2절 지열원 열펌프시스템의 성능=28,44,2

1. 냉난방용 30 RT 용량 모델의 성능=29,45,5

2. 냉난방용 10 RT 용량 모델의 성능=33,49,6

3. 급탕용 10 RT 용량 모델의 성능=38,54,6

4. 지중온도와 성적계수 변화=43,59,3

5. 순환열유체 온도 및 성능 변화=45,61,18

6. 에너지소비량 분석=63,79,4

제4장 설계엔지니어링=67,83,2

제1절 시뮬레이션 Tool 선정=69,85,6

제2절 지열원 열펌프시스템 설계=75,91,1

1. 건물의 첨두냉난방부하 계산=75,91,4

2. 지열원 열펌프시스템 예비 설계=78,94,5

3. 현지 지중열전도도 측정=82,98,7

4. 지열원 열펌프시스템 실시 설계=88,104,20

제3절 시스템 개선 방향=108,124,1

제5장 지중 환경=109,125,1

제1절 배경=109,125,2

제2절 단일 Loop를 통한 이론적 검토=111,127,5

제3절 지열원 열펌프 시스템 설계 도구률 이용한 검토=116,132,8

제4절 실증결과 및 지열원 열펌프시스템 설계 도구를 이용한 검토=124,140,1

1. 지중온도 측정 결과=124,140,3

2. 지중 순환유체 온도=126,142,4

제6장 경제성 분석=130,146,1

제1절 경제성 분석의 종류=131,147,1

1. 경제성 분석의 종류=131,147,6

제2절 이론적 에너지 소비량 산출=136,152,4

제3절 이론적 결과의 대안에 따른 경제성분석=140,156,1

1. 경제성 분석=140,156,1

2. LCC 분석=140,156,17

3. LCC 분석 결과=156,172,1

4. LCC 분석의 민감도 분석=157,173,2

5. CO2 저감 효과 분석=159,175,3

제 4 절 실측 결과의 경제성분석=162,178,1

1. 연간 에너지 소비량=162,178,4

2. LCC 분석 결과=165,181,2

3. LCC 분석의 민감도 분석=166,182,3

4. CO2 저감 효과 분석=169,185,2

제7장 결론=171,187,4

참고 문헌=175,191,2

그림목차

[그림 2-1] 오산정신병원 대상건물 전경=4,20,1

[그림 2-2] 냉난방 및 급탕시스템 개요도=7,23,1

[그림 2-3] 기계실에 설치된 지열원 열펌프=8,24,1

[그림 2-4] 기계실에 설치된 순환펌프=8,24,1

[그림 2-5] 기계실에 설치된 지중 열교환기 순환유체용 헤더=9,25,1

[그림 2-6] 천공 작업=10,26,1

[그림 2-7] Loop에의 GeoClip 체결=10,26,1

[그림 2-8] Loop 삽입=10,26,1

[그림 2-9] 그라우팅 작업=10,26,1

[그림 2-10] 천공 및 Loop삽입 완로=10,26,1

[그림 2-11] Trench 작업=10,26,1

[그림 2-12] 지중 열교환기 매설 형태 및 장기 운전에 따른 지중온열환경 변화 측정을 위한 온도센서 매설 위치=11,27,1

[그림 2-13] 지중온도 측정용 센서 설치=12,28,1

[그림 2-14] 지상에 설치된 지중온도 측정용 센서 단자함=12,28,1

[그림 2-15] 측정 장비 부착 위치=14,30,1

[그림 2-16] 실측 데이터 수집장치 설치 모습=16,32,1

[그림 2-17] Watt 변환기 도식화=18,34,1

[그림 2-18] 입력 및 출력 Diagram=18,34,1

[그림 2-19] 전력 측정 모습=21,37,1

[그림 2-20] 초음파유량계를 이용한 순환유량 측정(1)=22,38,1

[그림 2-21] 초음파유량계를 이용한 순환 유량 측정(2)=22,38,1

[그림 3-1] 압축식 열펌프시스템=24,40,1

[그림 3-2] 압력-엔탈피, 온도-엔트로피 선도상의 압축식 열펌프 사이클=25,41,1

[그림 3-3] 증발온도 및 응축온도의 변화에 따른 성능 변화=27,43,1

[그림 3-4] 냉난방운전에 따른 월별 온도, 열량, 입력의 변화(30 RT)=31,47,1

[그림 3-5] 냉난방운전에 따른 월별 온도와 성적계수 변화(30 RT)=32,48,1

[그림 3-6] 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변화(30 RT)=33,49,1

[그림 3-7] 냉난방운전에 따른 월별 온도, 열량, 입력의 변화(10 RT)=35,51,1

[그림 3-8] 냉난방운전에 따른 월별 온도와 성적계수 변화(10 RT)=36,52,1

[그림 3-9] 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변화(10 RT)=38,54,1

[그림 3-10] 급탕운전에 따른 월벌 온도, 열량, 입력의 변화(급탕 10 RT)=40,56,1

[그림 3-11] 급탕운전에 따른 월별 온도와 성적계수 변화(급탕 10 RT)=41,57,1

[그림 3-12] 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변화(급탕 10 RT)=43,59,1

[그림 3-13] 각 모델의 운전에 따른 지중 순환유체 온도와 성적계수=45,61,1

[그림 3-14] 월별 부하측, 지열측 온도 변화=47,63,1

[그림 3-15] 운전 전력=47,63,1

[그림 3-16] 시스템, 열펌프 COP 변화=48,64,1

[그림 3-17] 냉방시의 열펌프 및 시스템COP=52,68,1

[그림 3-18] 일일 지중온도, 부하온도 변화(예)=53,69,1

[그림 3-19] 일일 지중온도 및 성적계수 변화(예)=54,70,1

[그림 3-20] 일일 지중온도, 부하출구 변화(예)=55,71,1

[그림 3-21] 일일 지중온도 및 성적계수 변화(예)=55,71,1

[그림 3-22] 열펌프 운전시스템 개요=56,72,1

[그림 3-23] 열펌프별 운전시간=57,73,1

[그림 3-24] 월별 지중 축열량 변화=62,78,1

[그림 3-25] 월별 지중 축열량=62,78,1

[그림 3-26] 냉난방 및 급탕 전력소비량=65,81,1

[그림 4-1] 지열원 열펌프시스템 설계 과정=68,84,1

[그림 4-2] 지열시스템 설계용 프로그램의 계산 결과 비교=73,89,1

[그림 4-3] 지열시스템 설계용 프로그램의 Version에 따른 계산 결과 비교=73,89,1

[그림 4-4] 수직 단일Loop형 지열교환 시스템=79,95,1

[그림 4-5] 지중열교환기가 매설된 대지=79,95,1

[그림 4-6] 수직형 지중열교환기 매설형태 형식 개념도=80,96,1

[그림 4-7] 병열 연결 Loop형 지열교환시스템=82,98,1

[그림 4-8] 바위 종류의 열전도도=84,100,1

[그림 4-9] 현지 지중열전도도 측정 개요도=85,101,1

[그림 4-10] 순환하는 열유체의 입출구 온도 변화=86,102,1

[그림 4-11] 열유체 평균온도/시간(log스케일)=87,103,1

[그림 4-12] 대상건물 사무실 용도 조건의 Bin Hours 도식화=91,107,1

[그림 4-13] 건물부하 Profile과 추세선식=92,108,1

[그림 4-14] 30 RT급 모델에 대한 성능 Profile과 추세선식=93,109,1

[그림 4-15] 30 RT급 모델에 대한 소요전력 Profile과 추세선식=94,110,1

[그림 4-16] 재 설계된 지중열교환기의 순환수 온도 변화=106,122,1

[그림 5-1] 운전시간 경과에 따른 지중 매설 파이프 표면의 온도변화(예)=110,126,1

[그림 5- 2] 수직형 지중열교환기=111,127,1

[그림 5-3] 열회수 운전시간의 경과에 따른 순환열유체 온도 변화=115,131,1

[그림 5-4] 기존시스템 운전에 따른 지중열교환기 순환열유체의 온도 변화 (냉난방부하 고려)=117,133,1

[그림 5-5] 기존시스템 운전에 따른 지중열교환기 순환열유체의 온도 변화 (냉난방부하 및 급탕부하 고려)=118,134,1

[그림 5-6] 최초 운전 시작 시기에 따른 난방기 순환열유체 온도 변화(1월)=120,136,1

[그림 5-7] 최초 운전 시작 시기에 따른 냉방기 순환열유체 온도 변화(8월)=121,137,1

[그림 5-8] 지중열교환기 설치 간격에 따른 동절기 순환열유체 온도변화=122,138,1

[그림 5-9] 지중열교환기 설치 간격에 따른 하절기 순환열유체 온도변화=123,139,1

[그림 5-10] 지중온도 변화(B공)=125,141,1

[그림 5-11] 연차별 월별 실측 지중 순환열유체 온도 변화 비교=127,143,1

[그림 5-12] 지중열교환기를 순환하는 열유체의 온도 변화=129,145,1

[그림 6-1] 흡수식 냉온수기의 성능 선도=138,154,1

[그림 6-2] 이자율 변화 추이=141,157,1

[그림 6-3] 물가상승율 변화 추이=142,158,1

[그림 6-4] 전기에너지의 가격변화 추이=142,158,1

[그림 6-5] 전기에너지의 가격상승율 추이(전년도 대비)=143,159,1

[그림 6-6] 가스 수입단가의 변화=145,161,1

[그림 6-7] 국내의 가스 가격 변화 추이=145,161,1

[그림 6-8] 국내 가스의 가격상승율 추이(전년도 대비)=146,162,1

[그림 6-9] Dubai 원유의 단가 변화=146,162,1

[그림 6-10] 국내의 경유 가격 변화 추이=147,163,1

[그림 6-11] 국내 경유의 가격상승률 추이(전년도 대비)=147,163,1

[그림 6-12] 지열원 열펌프시스템의 월별 에너지소요량=153,169,1

[그림 6-13] 가스 냉온수기 월별 에너지소요량=153,169,1

[그림 6-14] 경유 냉온수기 월별 에너지소요량=154,170,1

[그림 6-15] 민감도 분석을 통한 에너지 가격상승률 변화에 따른 회수기간 비교=158,174,1

[그림 6-16] 민감도 분석을 통한 이자율 변화에 따른 회수기간 비교=159,175,1

[그림 6-17] 시스템 대안별 CO2 배출 평가 비교=161,177,1

[그림 6-18] 지열원 열펌프시스템의 월별 에너지소요량=164,180,1

[그림 6-19] 가스 냉온수기 월별 에너지소요량=164,180,1

[그림 6-20] 경유 냉온수기 월별 에너지소요량=165,181,1

[그림 6-21] 민감도 분석을 통한 에너지 가격상승률 변화에 따른 회수기간 비교=167,183,1

[그림 6-22] 민감도 분석을 통한 이자율 변화에 따른 회수기간 비교=168,184,1

[그림 6-23] 시스템 대안별 CO2 배출 평가 비교=169,185,1

표목차

(표 2-1) 대상건물의 공간 활용 개요=5,21,1

(표 2-2) 대상건물의 기계설비 시스템 개요=5,21,1

(표 2-3) 대상건물에 설치된 주요 설비의 사양=6,22,1

(표 2-4) 온도센서 매설 보어홀의 센서 매설 깊이=13,29,1

(표 2-5) 성능측정을 위한 기계실 내 측정 위치 및 측정 기호 분류=15,31,1

(표 2-6) 데이터 측정장치 사양=16,32,1

(표 2-7) 장비별 기준표=19,35,1

(표 2-8) 전력량 측정값=20,36,1

(표 2-9) 유량 측정 결과=23,39,1

(표 3-1) 서울지역의 공기온도와 지중온도 비교=28,44,1

(표 3-2) 냉난방용 30 RT용량 모델의 월별 냉난방 운전 Data=30,46,1

(표 3-3) 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변화(30 RT)=33,49,1

(표 3-4) 냉난방용 10 RT 용량 모델의 월별 냉난방 운전 Data=34,50,1

(표 3-5) 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변화(10 RT)=37,53,1

(표 3-6) 급탕용 10 RT 용량 모델의 월별 냉난방 운전 Data=39,55,1

(표 3-7) 장기 운전에 따른 월별 지열 입구온도와 성적계수 변촤(급탕 10 RT)=42,58,1

(표 3-8) 각 모델의 운전에 따른 지중 순환유체 온도와 성적계수=44,60,1

(표 3-9) 열펌프별 운전 열량=49,65,1

(표 3-10) 열펌프, 펌프류 운전 전력=50,66,1

(표 3-11) 운전 조합에 따른 시스템COP=51,67,1

(표 3-12) 일 냉방운전 테이터(예) (일부 Data만 나타냄)=53,69,1

(표 3-13) 일 난방운전 데이터(예) (일부 Data만 나타냄)=54,70,1

(표 3-14) 열펌프 월별 운전 시간=58,74,1

(표 3-15) 열펌프별 지중 축열량=59,75,1

(표 3-16) 지중펌프를 포함한 지중 축열량=61,77,1

(표 3-17) 월별 부하량 분석=64,80,1

(표 3-18) 냉난방 및 급탕 부하량=66,82,1

(표 4-1) 국내의 지열관련기관(기업)의 프로그램 보유 실태=70,86,1

(표 4-2) 지열해석용 프로그램=71,87,1

(표 4-3) 지중축열 해석용 프로그램=72,88,1

(표 4-4) 설계 조건=75,91,1

(표 4-5) 부하계산 결과와 실제 설치 시공된 결과의 비교(각 zone별)=76,92,2

(표 4-6) 부하계산 결과와 실제 설치 시공된 결과의 비교(각 층별)=78,94,1

(표 4-7) 설치 보어홀 예상=81,97,1

(표 4-8) 국내 바위 종류의 열전도도 범위(예)=83,99,1

(표 4-9) 현지 지중열전도도 산출 결과=87,103,1

(표 4-10) 현지 지중 암반편의 열적성능 분석 결과=88,104,1

(표 4-11) Bin-method에 의한 건물에너지부하 계산(예)=89,105,1

(표 4-12) 오산지역의 연중 Binned 기상자료=90,106,1

(표 4-13) 오산지역 1월의 Binned 기상자료=91,107,1

(표 4-14) 위생기구별 시간당 급탕량=95,111,1

(표 4-15) 대상건물에 설계, 설치된 위섕기구수=95,111,1

(표 4-16) 대상건물에서의 월별 급탕용 열펌프시스템 운전 시간수=96,112,1

(표 4-17) 대상건물의 지열원 열펌프시스템 이용 급탕에 따른 월별 지열에너지부하=96,112,1

(표 4-18) Bin Method을 이용한 대상견물(사무실)의 지열에너지부하 계산(예)=97,113,1

(표 4-19) 우리나라의 지역별 연평균 지표면온도(Ground Surface Temperature)(℃)=98,114,1

(표 4-20) U-pipe 사양=100,116,1

(표 4-21) 현지 지중열전도도 측정 결과를 이용한 시추공 열저항 계산 결과=101,117,1

(표 4-22) 열유체 사양=102,118,1

(표 4-23) 기저부하 데이터=103,119,1

(표 4-24) 첨두부하 데이터=104,120,1

(표 4-25) 각 월별 저중열교환기를 통한 열회수율(W/m)=105,121,1

(표 4-26) 지중열교환기 재설계 계산 결과=105,121,1

(표 5-1) 주요 변수의 값=114,130,1

(표 5-2) 기존시스템 운전에 따른 지중열교환기 순환열유체의 온도 변화 예측-1(℃)=116,132,1

(표 5-3) 기존시스템 운전에 따른 지중열교환기 순환열유체의 온도 변화 예측-2(℃)=117,133,1

(표 5-4) 기존시스템 운전에 따른 지중열교환기 순환열유체의 온도 변화 예측-3(℃)=119,135,1

(표 5-5) 지중열교환기 설치 간격의 변화에 따른 순환열유체의 온도 변화 예측(℃)=122,138,1

(표 5-6) 지중온도 변화 측정 결과(B공)=124,140,1

(표 5-7) 연차별, 월별 실측 지중 순환열유체 온도 변화=127,143,1

(표 5-8) 지중열교환기를 순환하는 열유체의 온도 변화 측정 및 계산 결과의 비교=128,144,1

(표 6-1) 경제성 평가방범의 특성 비교=132,148,1

(표 6-2) 각 시스템 형식별 에너지소요량 산출 결과=137,153,1

(표 6-3) 냉난방 에너지부하 계산 방식별 계산 결과=137,153,1

(표 6-4) 지열원 열핌프시스템과 흡수식 냉온수기의 특성 비교=139,155,1

(표 6-5) 세금상승률 추이=148,164,1

(표 6-6) 우리나라의 각종 인건비 변동 추이=149,165,1

(표 6-7) LCC 분석을 위한 경제지표 종합=150,166,1

(표 6-8) 지열원 열펌프시스템의 초기투자비용=151,167,1

(표 6-9) 흡수식 냉온수기의 초기투자비용=151,167,1

(표 6-10) 적용 에너지 가격 체계=154,170,1

(표 6-11) 지열원열펌프 시스템과 대안에 따른 10년 후의 LCC 비용의 가치(단위:천원)=156,172,1

(표 6-12) 에너지(가스, 경유) 가격 상승률의 변화에 따른 회수기간 비교=157,173,1

(표 6-13) 이자율의 변화에 따른 회수기간 비교=158,174,1

(표 6-14) IPCC 탄소배출계수=160,176,1

(표 6-15) 시스템 대안별 CO2배출 평가 결과=161,177,1

(표 6-16) 대상건물에서의 냉난방 및 급탕 에너지소요량 분석 결과=163,179,1

(표 6-17) 각 시스템 형식별 에너지소요량 측정 및 산출 결과=163,179,1

(표 6-18) 지열원열펌프 시스템과 대안에 따른 10년 후의 LCC 비용의 가치(단위:천원)=166,182,1

(표 6-19) 에너지(가스, 경유) 가격 상승률의 변화에 따른 회수기간 비교=167,183,1

(표 6-20) 이자율의 변화에 따른 회수기간 비교=168,184,1

(표 6-21) 시스템 대안별 CO2배출 평가 결과=169,185,1

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