본 논문에서는 지열을 이용한 PHC, 강관, 동관말뚝 형태인 에너지 파일의 지반 조건별 내부 충진재 열전도도 효율과 겨울철 열교환기 내부 순환수의 유속별(0.3m/s, 0.6m/s, 0.9m/s) 24시간 운용(8시간 운용, 16시간 대기)시너지 파일의 열전달 거동을 ABAQUS(ver 6.10)와 FLUENT(ver 6.3.26)를 사용하여 분석하였다. 분석결과 말뚝 재료와 지반조건별 열전달 효율은 동관, 강관, PHC 말뚝순으로 열전달 효율이 좋은 것으로 나타났으며, 말뚝 중 PHC 말뚝 형태의 에너지 파일을 유속별 8시간 운용에 따른 분석결과 경계조건이 일정할 때 유속 조건 중 유입속도 0.6m/s 일 때 평균 유출온도(275.4K) 및 열교환율(103.1W/m)로 경제적인 유속으로 판단되었으며, 8시간 운용 후 초기조건과 동일하게 16시간동안 지열이 에너지파일에 공급 시 정상상태와의 온도차는 0.1K 로 열량이 충분히 충전되어 에너지 파일의 겨울철 8시간운용 - 6시간대기는 운용상 적절한 것으로 판단된다.
This paper presents the thermal conduction analysis (using ABAQUS ver 6.10 and FLUENT ver 6.3.26) of geothermal energy for PHC, steel and copper energy piles by considering subsurface environment, thermal efficiency of grouting materials, and fluid velocity of circulating fluid. Results show that higher thermal efficiency for copper pile is observed followed by steel and PHC piles depending on the grouting materials and subsurface condition. The fluid velocity of 0.6m/s presents most efficient outflow temperature (275.4K) and heat exchange rate (103.1W/m) for the case of PHC pile during 8 hours operation. Analysis of operation schedule concludes that 16 hours of stand-by allows charging geothermal energy following 8 hours operation in winter season is most appropriate with 0.1K of temperature difference from the steady-state condition.
