Abstract
The verification of a site for installing groundwater source heat pump system has been analysed by applying hydrogeothermal modeling. To hydraulically characterize the aquifer system pumping and recovery tests are conducted. In addition, the temperature distribution by the pumping and injection of groundwater, and water level fluctuations are simulated by numerical modeling. The total cooling and heating load for the building to be constructed is designed as 120 RT(refrigeration ton) and the groundwater source heat pump system covers 50 RT as a subsidiary system. In the scenario of the heat pump operation the pumping and injection of groundwater are established for 8 hours per day in the cooling mode for 90 days during the summer season. The heat transfer by injected warm water is found to be limited to nearby injection wells in the simulated temperature distribution. It is because the simulation time applied is too short to expect broad thermal diffusion in a large volume of the aquifer. Therefore, system performance due to the thermal interferences between the injection wells and pumping wells is not expected to be reduced. The simulated groundwater levels are from 14.3 to 18.2 m higher than the ground surface in the injection term. This phenomenon may cause unexpected high pressure rise in the real system and should be prevented by an initial heat pump design or a well design. The simulated groundwater level and temperature distribution can be used as important data to develop an energy effective pumping and injection well system. Also, it can be very useful to evaluate the hydraulic capacity of a target groundwater reservoir.
지하수원 히트펌프 시스템 설치 부지의 타당성이 수리지열학적 모델링을 통하여 해석되었다. 시스템이 설치된 대수층의 수리적 특성 파악을 위하여 수리시험을 실시하였고, 수치 모델링을 통하여 양수정과 주입 우물간에 열적 간섭 및 수위변동을 추정하였다. 대상 건물의 총설계 냉난방 용량은 120 RT이며, 보조용으로 지하수원 히트펌프 시스템을 이용한 냉난방 용량은 50 RT로 설계되어 있다. 수리시험결과 이 시스템의 대상 대수층은 지하수 저류층으로서 용량이 크지 않은 편으로 판단된다. 모델링을 위한 히트 펌프 운영 시나리오는 여름철 냉방 모드로 대수층에서 90일간 양수와 24 °C의 지하수 주입을 하루 8시간 실시하는 것으로 설정하였다. 시뮬레이션 결과 추정된 대수층내에 온도분포도에서 온수의 열간섭 현상은 주입정 주변에 매우 제한적으로 나타났다. 그 이유는 대수층의 열전도 특성과 설정된 시뮬레이션 기간이 짧기 때문에 전체적인 대수층 온도에 영향을 미치기 어렵기 때문인 것으로 보인다. 설계된 주입정으로부터 양수정의 온도 간섭 현상은 거의 나타나지 않으므로 온도변화에 의한 효율성의 감소는 추정되지 않는다. 예측된 지하수위 변동곡선에서 지하수 주입시 주입공의 수위는 지표보다 최소 14.3 m 에서 최대 18.2 m 정도 높게 형성되는 것으로 나타났다. 이러한 문제는 실제 시스템에서는 예상하기 힘든 급격한 압력상승을 초래할 수 있으므로, 초기에 예측하여 히트 펌프 또는 우물 설계를 통하여 방지시켜주어야 된다. 모사된 온도분포 및 지하수위 자료를 이용하면 효율적인 양수 및 주입정 시스템을 개발할 수 있으며, 대상 대수층의 수리성을 평가하는데도 유용할 것으로 생각된다.