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한국지반공학회 / v.26, no.12, 2010년, pp.19-30 
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지중 열교환기용 멘토나이트 뒤채움재의 화학적, 물리적 영향 요소에 관한 연구
( Chemical and Physical Influence Factors on Performance of Bentonite Grouts for Backfilling Ground Heat Exchanger ) |
| 이철호;위지혜;박문서;최항석;손병후; 고려대학교 건축.사회환경공학부;고려대학교 건축.사회환경공학부;고려대학교 건축.사회환경공학부;고려대학교 건축.사회환경공학부;한국건설기술연구원 설비플랜트 연구실;
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| 초 록 |
| 벤토나이트는 팽윤성이 좋고 투수계수가 낮아 수직 밀폐형 지중 열교환기 시공 시 보어홀(borehole)의 뒤채움재로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 사용되는 3가지 벤토나이트를 선정하여 배합비에 따른 점도와 열전도도를 평가하였다. 시공 조건에 따라 다양한 벤토나이트 뒤채움재의 함수비를 고려하여 점도와 열전도도 특성을 규명하기 위해 벤토나이트를 배합비(벤토나이트 무게/(벤토나이트+물) 무게) 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 배합하고 시간에 따른 점도와 열전도도를 측정하였다. 그리고 벤토나이트 뒤채움재가 해안지역에서 시공될 경우 지하수의 염도에 의한 영향을 검토하기 위해 배합수의 NaCl 농도가 0.1M, 0.25M, 0.5M일 때 벤토나이트 뒤채움재의 침강 특성을 관찰하였다. 벤토나이트 뒤채움재의 낮은 점도로 인해 천연규사와 같은 첨가재가 지중 열교환기 바닥에 침전될 경우 발생할 수 있는 재료분리 현상을 저점도 벤토나이트 뒤채움재를 사용하여 실험을 통해 규명하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) 벤토나이트 뒤채움재의 점도는 시간이 지남에 따라 또는 배합비가 증가함에 따라 상승하는 경향을 나타내며 벤토나이트 뒤채움재의 열전도도는 배합비가 증가하면 상승하지만 통일한 배합비에서는 시간에 따른 변화가 미미하다. (2) 벤토나이트 뒤채움재의 팽창지수가 높을수록 배합수의 NaCl 농도에 따른 침강율은 상대적으로 낮게 나타난다. (3) 저점도 벤토나이트 뒤채움재는 첨가재의 재료분리로 인해 보어홀 내의 깊이별 첨가재 분포를 비균질하게 하므로 보어홀 상부의 열전도도가 하부에 비해 작게 나타날 수 있는 가능성이 있다. |
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| Bentonite-based grout has been widely used to seal a borehole constructed for a closed-loop vertical ground heat exchanger in a geothermal heat pump system (GHP) because of its high swelling potential and low hydraulic conductivity. Three types of bentonites were compared one another in terms of viscosity and thermal conductivity in this paper. The viscosity and thermal conductivity of the grouts with bentonite contents of 5%, 10%, 15%, 20% and 25% by weight were examined to take into account a variable water content of bentonite grout depending on field conditions. To evaluate the effect of salinity (i.e., concentration of NaCl : 0.1M, 0.25M, and 0.5M) on swelling potential of the bentonite-based grouts, a series of volume reduction tests were performed. In addition, if the viscosity of bentonite-water mixture is relatively low, particle segregation can occur. To examine the segregation phenomenon, the degree of segregation has been evaluated for the bentonite grouts especially in case of relatively low viscosity. From the experimental results, it is found that (1) the viscosity of the bentonite mixture increased with time and/or with increasing the mixing ratio. However, the thermal conductivity of the bentonite mixture did not increase with time but increased with increasing the mixing ratio; (2) If bentonite grout has a relatively high swelling index, the volume reduction ratio in the saline condition will be low; (3) The additive, such as a silica sand, can settle down on the bottom of the borehole if the bentonite has a very low viscosity. Consequently, the thermal conductivity of the upper portion of the ground heat exchanger will be much smaller than that of the lower portion. |
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| 키워드 |
| Bentonite grout;Ground heat exchanger;Segregation effect;Thermal conductivity;Viscosity; |
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한국지반공학회논문집 / v.26, no.12, 2010년, pp.19-30
한국지반공학회
ISSN : 1229-2427
UCI : G100:I100-KOI(KISTI1.1003/JNL.JAKO201014435572029)
언어 : 한국어 |
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| 논문 제공 : KISTI 한국과학기술정보연구원 |
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