2k4j - 편집 역사

2019civ2: /* 관련 기술의 현황 및 분석(State of art) */

2019-06-26T02:22:39Z

‎관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

2019civ2: /* 관련 기술의 현황 및 분석(State of art) */

2019-06-26T02:22:13Z

‎관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

2019civ2: /* 관련사업비 내역서 */

2019-06-25T13:07:12Z

‎관련사업비 내역서

2019civ2: /* 결과 및 평가 */

2019-06-25T13:05:57Z

‎결과 및 평가

2019civ2: /* 설계 */

2019-06-25T13:01:46Z

‎설계

2019civ2: /* 설계 */

2019-06-25T12:59:38Z

‎설계

2019civ2: /* 설계 */

2019-06-25T12:58:11Z

‎설계

2019civ2: /* =관의 배치 간격 결정 */

2019-06-25T12:47:35Z

‎=관의 배치 간격 결정

2019civ2: /* 개념설계안 */

2019-06-25T12:46:42Z

‎개념설계안

2019civ2: /* 설계 사양 */

2019-06-25T12:43:22Z

‎설계 사양

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 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
 *외국의 기술현황
- '''가. 영국'''
+'''가. 영국'''
   * 뜨거운 여름철 태양빛으로부터 오는 열이 겨울철 도로의 결빙을 막을 수 있을 것이라는 점에 착안. 이러한 아이디어를 시험하기 위해 개인 도로의 한 부분 아래에 직경이 25mm인 폴리에틸렌 물파이프 망을 구축. 이 파이프들은 15cm 정도의 간격을 유지하면서 12cm 깊이에 매설
   * 이 깊이에서 땅의 온도는 평균 섭씨 12도지만 여름철의 온도는 섭씨 25도까지 상승. 태양이 아스팔트 표면을 데우면 아스팔트 표면은 열을 흡수하고 이 열은 파이프 속의 물을 데우며, 이러한 열은 도로의 옆쪽에 있는 2차 파이프 배열로 전달되어 저장하기 위해 펌핑. 2차 파이프 배열은 1미터 두께의 폴리스티렌 층으로 단열
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   * Berkshire에 위치한 영국 교통연구소는 48만 파운드의 시험비용으로 2년 동안 시험을지속. 이러한 기술은 영국의 주요 도로를 유지 관리하는 고속도로국이 적극 지원중.
- '''나. 독일'''
+'''나. 독일'''
   * 지열을 이용한 승강장 자동제석 시스템이 있으며, 독일 Barbis의 Bad Lauterberg역에 설치
   * 지열을 이용하여 승강장을 가열함으로써 눈이 왔을 때에 저절로 눈이 녹도록 함. 승강장 아래에는 9개의 시추공 열 교환기(BHE : Borehole Heat Exchanger)를 200m 깊이까지 설치(길이 200m, 총면적 600m^2, 열량130W/m^2) - 이 시스템은 전철기(선로 전환기)에도 적용이 가능하며, 동절기에 이 부분이 얼어 정상적인 작동이 불가능한 경우에 지금까지는 손으로 세척하거나 전기 또는 프로판을 이용하여 가열하여 결빙을 방지하였으나, 지열 시스템을 이용하여 결빙을 방지
      [[파일:독일.jpg]]
- '''다. 네덜란드'''
+'''다. 네덜란드'''
   * 2003년 네덜란드의 Arnhem에 시범적으로 설치되었으며, 2004년에는 Lelystad의 32개 전철기에 설치된 바 있음
      [[파일:네덜란드.jpg]]
- '''라. 일본'''
+'''라. 일본'''
   * 화산지형인 일본의 특성상 교통이 두절될만한 지역 인근엔 화산이 많다는 점을 이용하여 도로 밑에 파이프를 설치하고 온천수가 흐르도록 해 눈이 쌓이는 것을 막는 공사를 시작
   * 설치 초반에 지하수가 줄면서 지반이 내려앉는 사고가 계속 발생하여 대안으로 도로 밑까지 끌어올린 온천수를 다시 지하로 내려 보내는 ‘순환 공법’을 도입
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   * 최근에는 인근 공장에서 발생한 폐열과 지열을 이용한 기술까지 개발하였고, 온수를 조달하기 힘든 일반 가정에서도 시공할 수 있도록 부동액을 지열로 데우는 기술을 개발중임
- '''마. 미국의 저온 도로 시스템'''
+'''마. 미국의 저온 도로 시스템'''
   * 차열성포장은 포장노면에 태양에너지의 적외선 영역을 반사시키는 수지를 도포하고 단열포장보다 노면온도를 10℃이상 낮출 수 있는 공법이다. 일정 조건을 가진 백색의 중공 세라믹, 흑색산화철, 그라스 바드와 바인더를 혼합한 조성물을 포장체에 적용하는 것이다. - 낮 시간대 노면의 축열 현상을 최소화시키고, 야간에는 포장에서의 방열량을 줄여 열대야 현상을 저감시켜 소성변형을 줄이는 공법이다. 아직 우리나라에 본격적으로 도입되지는 않았고 일본의 경우, 점차 도심지역에 점차적으로 확대시키고 있다. 간단히 말하자면 빛의 파장을 이용하여 반사시키는 공법이다. 또한 일반 포장과 비교를 하면, 야간에도 열 흡수를 억제하기 때문에 야간 복사열도 통제가 가능하다는 장점이 있다.
   * 보수성 포장의 경우 포장체내의 보수재에 포장된 수분이 증발할 때 기화열을, 포장 포면의 온도를 저하하는데 이용할 수 있게 하는 포장이다. 20% 정도의 공극을 갖는 아스팔트 혼합물에 수분을 흡수할 수 있는 보수제를 침투시켜 포장제가 물을 머금어 포장체 내에 저류된 수분이 증발할 수 있게 하는 공법이다. 이로 인해 강우 시 유출되는 빗물의 양을 줄여 도시의 수분방지와 노면 온도의 하강으로 인해 교통하중으로 생기는 소성변형을 저감시키는 효과도 기대할 수 있다. 특히, 포장체 내에 수분을 갖고 있을 수 있기 때문에 물증발이라는 잠열에 의한 열 수송 형태가 더해져 열의 방출을 촉구한다.

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   * Berkshire에 위치한 영국 교통연구소는 48만 파운드의 시험비용으로 2년 동안 시험을지속. 이러한 기술은 영국의 주요 도로를 유지 관리하는 고속도로국이 적극 지원중.
-'''나. 독일'''
+ '''나. 독일'''
   * 지열을 이용한 승강장 자동제석 시스템이 있으며, 독일 Barbis의 Bad Lauterberg역에 설치
   * 지열을 이용하여 승강장을 가열함으로써 눈이 왔을 때에 저절로 눈이 녹도록 함. 승강장 아래에는 9개의 시추공 열 교환기(BHE : Borehole Heat Exchanger)를 200m 깊이까지 설치(길이 200m, 총면적 600m^2, 열량130W/m^2) - 이 시스템은 전철기(선로 전환기)에도 적용이 가능하며, 동절기에 이 부분이 얼어 정상적인 작동이 불가능한 경우에 지금까지는 손으로 세척하거나 전기 또는 프로판을 이용하여 가열하여 결빙을 방지하였으나, 지열 시스템을 이용하여 결빙을 방지
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      [[파일:네덜란드.jpg]]
-'''라. 일본'''
+ '''라. 일본'''
   * 화산지형인 일본의 특성상 교통이 두절될만한 지역 인근엔 화산이 많다는 점을 이용하여 도로 밑에 파이프를 설치하고 온천수가 흐르도록 해 눈이 쌓이는 것을 막는 공사를 시작
   * 설치 초반에 지하수가 줄면서 지반이 내려앉는 사고가 계속 발생하여 대안으로 도로 밑까지 끌어올린 온천수를 다시 지하로 내려 보내는 ‘순환 공법’을 도입
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   * 최근에는 인근 공장에서 발생한 폐열과 지열을 이용한 기술까지 개발하였고, 온수를 조달하기 힘든 일반 가정에서도 시공할 수 있도록 부동액을 지열로 데우는 기술을 개발중임
-'''마. 미국의 저온 도로 시스템'''
+ '''마. 미국의 저온 도로 시스템'''
   * 차열성포장은 포장노면에 태양에너지의 적외선 영역을 반사시키는 수지를 도포하고 단열포장보다 노면온도를 10℃이상 낮출 수 있는 공법이다. 일정 조건을 가진 백색의 중공 세라믹, 흑색산화철, 그라스 바드와 바인더를 혼합한 조성물을 포장체에 적용하는 것이다. - 낮 시간대 노면의 축열 현상을 최소화시키고, 야간에는 포장에서의 방열량을 줄여 열대야 현상을 저감시켜 소성변형을 줄이는 공법이다. 아직 우리나라에 본격적으로 도입되지는 않았고 일본의 경우, 점차 도심지역에 점차적으로 확대시키고 있다. 간단히 말하자면 빛의 파장을 이용하여 반사시키는 공법이다. 또한 일반 포장과 비교를 하면, 야간에도 열 흡수를 억제하기 때문에 야간 복사열도 통제가 가능하다는 장점이 있다.
   * 보수성 포장의 경우 포장체내의 보수재에 포장된 수분이 증발할 때 기화열을, 포장 포면의 온도를 저하하는데 이용할 수 있게 하는 포장이다. 20% 정도의 공극을 갖는 아스팔트 혼합물에 수분을 흡수할 수 있는 보수제를 침투시켜 포장제가 물을 머금어 포장체 내에 저류된 수분이 증발할 수 있게 하는 공법이다. 이로 인해 강우 시 유출되는 빗물의 양을 줄여 도시의 수분방지와 노면 온도의 하강으로 인해 교통하중으로 생기는 소성변형을 저감시키는 효과도 기대할 수 있다. 특히, 포장체 내에 수분을 갖고 있을 수 있기 때문에 물증발이라는 잠열에 의한 열 수송 형태가 더해져 열의 방출을 촉구한다.

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 ===관련사업비 내역서===
 학교부담금
 [[파일:학교부담금1.jpg]]
 [[파일:학교부담금2.jpg]]
 팀부담금
 [[파일:팀부담금.jpg]]

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 ==결과 및 평가==
 ===완료 작품의 소개===
-====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
+====모델링====
-내용
+ 본 모델링의 포인트는 도로에 매설되는 관의 모식도이다. 모식도를 보다 효과적이고 직관적으로 볼 수 있도록 모델링을 실시하였다. 도로에 매설되는 관은 도로의 진행 방향과 일치하도록 설계하여 굴곡부의 수를 최소화하였다. 이는 지하수 순환 시 굴곡부에서 발생하는 마찰로 인한 동력손실과 에너지 손실을 최소화하기 위한 설계 방법이다. 또한 측면부에서는 대수층을 통해 지하수를 끌어올리는 관의 모습이 직관적으로 보이도록 모델링하였다. 본 과업에서 매설되는 관의 깊이는 콘크리트 표면에서 5cm로 이를 보여주기 위해 모델링에서 콘크리트 부분을 표현하였고 관을 가운데에 매설하였다.
 ====포스터====
-내용
+[[파일:포스터.jpg]]
 ===관련사업비 내역서===
-내용
+학교부담금
+[[파일:학교부담금1.jpg]]
-===완료작품의 평가===
+[[파일:학교부담금2.jpg]]
-내용
+팀부담금
+[[파일:팀부담금.jpg]]

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 ===관의 매설 형태 결정===
-  [[[파일:1.jpg]]
+  [[파일:매설형.jpg]]
   열전도 및 열회수를 가장 효율적으로 할 수 있는 모델을 취한다. 관로의 굴곡 부분에서 지하수와 관의 충격으로 인한 동력 손실을 최소화하기 위해 도로면 아래 관의 모형은 수평형이되 굴곡부의 수를 최대한 줄이는 방향으로 설계한다. 지하수가 순환하는 관에서 관의 굴곡부가 많아지게 되면 지하수와 관의 충돌이 늘어 손실이 발생하게 된다. 이 때 손실이 발생하게 된다면 동력이 일정 기준 이상으로 작동해야 하므로 경제성이 떨어지게 된다. 또한 관과의 충돌로 관내부의 지하수 흐름이 바뀌거나 마찰로 인한 열손실이 발생하게 되므로 효과적인 열전도를 할수가 없다. 따라서 효과적이고 경제적인 관의 매설 모양은 관의 굴곡부의 수가 최소가 되는 모양이다.
-  [[파일:2.jpg]]
+  [[파일:매설형2.jpg]]
   위의 그림에서 설계된 관을 가로 방향으로 하여 관로가 긴 부분이 도로의 진행방향과 같게하여 관의 굴곡부의 수를 최소화한다. 이는 관 내부의 지하수의 순환을 원활하게 도울 것이고 적은 에너지 손실은 열의 전도율을 증대시킬 것이다.
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 . 매설 깊이 : 50mm
 실제로 관을 적용하였을 때 모식도는 다음과 같다.
-  [[파일:3.jpg]]
+  [[파일:관결3.jpg]]
   위의 그림과 같이 콘크리트 사이에 실제 관을 매설하여 직접적인 관 내부에 흐르는 지하수와 직접적인 열 교환이 일어나도록 만든다. 이와 같은 설계로 관을 매설하여 열 교환이 일어나 도로면 온도를 낮출 수 있다면 도심 내 온도 저하 및 에너지 절감이 발생할 것이라 예상하였다.
 ===관 내부 유속과 유량 산정===
   관 내부에서 지하수가 흐르게 되는데 100m 동안은 직선방향의 흐름을 가진다. 하지만 방향이 바뀌게 되어 규칙적인 흐름이 존재하지 않는다. 따라서 유체가 순환 시스템의 에너지 소비량과 시스템의 냉난방 효율을 저하시키지 않는 범위 내에서 충분한 유량을 유지하도록 유체의 흐름은 난류가 되도록 한다. 레이놀즈수(Re)를 이용하여 유속을 구한다.
-  [[파일:4.jpg]]
+  [[파일:유속4.jpg]]
 ===펌프 동력 계산 및 펌프 선정===
   전양정 H= 흡입실양정 + 토출실양정 + 유속양정 + 관손실양정이므로 이 때 토출 실양정과 유속양정은 무시한다. 흡입 실양정은 150m 이므로
-  [[파일:5.jpg]]
+  [[파일:펌펌프5.jpg]]
   또한 관에서 방향이 바뀔 때 마다 손실이 일어나므로 관손실양정 = u자관 곡선부 손실 + 마찰손실이 된다.
   u자관 곡선부는 총 19개이므로
-  [[파일:6.jpg]]
+  [[파일:펌프6.jpg]]
   지하수 순환 시스템을 위하여 지하수 물을 양수하는데 수중모터펌프(submerged motor pump)를 사용한다. 깊은 지하수 물을 양수하기 위하여 수중모터펌프를 사용한다. 전동기와 펌프를 직결하여 일체로 만들고 여기에 양수관을 접속해서 지하수 층에 넣어 전동기도 펌프와 같이 수중에서 작동하는 다단터빈펌프의 형태로 설계한다.
-  [[파일:7.jpg]]
+  [[파일:펌프7.jpg]]
 ==결과 및 평가==

@@ 106번째 줄: / 106번째 줄: @@
   [[파일:배치간격.jpg]]
   위 그래프는 –4°C~-6°C의 도로면에 관을 통하여 약 40°C의 물을 흘려주었을 경우 배치간격에 따른 도로면의 온도변화를 나타낸 것이다. 시험 결과 관의 간격이 200mm 까지는 고온의 물을 흘려보냈음에도 도로면의 온도가 크게 차이나지 않았지만 300mm 이후부터는 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 따라서 과한 설비를 피하고 효율성을 최대로 하기 위하여 관 간격은 250mm로 선정한다.
 ==결과 및 평가==

@@ 103번째 줄: / 103번째 줄: @@
   관의 매설깊이가 100mm~80mm의 20mm 깊이 차이의 도로면 온도 차이와 80mm~70mm의 10mm 깊이 차이의 도로면 온도 차이가 크게 차이 나지 않음을 볼 수 있다. 따라서 이 결과는 관과 도로면의 사이가 가까워지면 가까워질수록 도로면의 온도 차이가 더욱 커짐을 알 수 있다. 따라서 효율을 최대한으로 하고 관을 충분히 보호 할 수 있는 깊이를 선정하기 위하여 관의 매설깊이는 50mm로 결정한다.
-===관의 배치 간격 결정==
+===관의 배치 간격 결정===
   [[파일:배치간격.jpg]]
   위 그래프는 –4°C~-6°C의 도로면에 관을 통하여 약 40°C의 물을 흘려주었을 경우 배치간격에 따른 도로면의 온도변화를 나타낸 것이다. 시험 결과 관의 간격이 200mm 까지는 고온의 물을 흘려보냈음에도 도로면의 온도가 크게 차이나지 않았지만 300mm 이후부터는 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 따라서 과한 설비를 피하고 효율성을 최대로 하기 위하여 관 간격은 250mm로 선정한다.
 ==결과 및 평가==

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   먼저 구리관의 경우 비교적 고가이며 이음부의 용접 의 어려움이 있다. 또한 부식이 일어나 유지관리가 어렵다. 열전도율이 다른 관에 비해서 상당히 높은 것을 볼 수 있지만, 밑에서의 실험 결과를 보면 매입 관 종류에 따른 열회수에는 큰 차이가 없었다. 그래프를 보면 초기 열공급 후 30분 전 후로 구리관이 2℃~3℃정도 높은 온도를 보이지만 이후의 온도는 다른 관 전부 비슷하게 나타났다. 이는 구리관 자체가 열전도율이 높긴 하지만 열관류율은 큰 차이가 없기 때문에 시간이 흘렀을 때 회수율에는 차이가 없는 것을 보인다. 그렇기에 구리관은 열을 회수하는 관으로 부적합하다고 생각된다. PB관과 테플론관은 시공이 간편하고 구리관에 비해 부식의 염려가 없다. PB관은 단가가 저렴하다는 장점이 있지만 열에 의해 변형이 일어날 수 있고, 무엇보다 다짐 시에 관의 파손이 일어날 수 있다. 테플론관은 고가이긴 하지만 압축강도가 높아서 관의 파손과 변형이 일어나지 않는다. 도한 약 240℃의 열에서도 변형이 일어나지 않는다. 따라서 시공성 및 유지관리 등에서 설계할 관의 재질은 테플론관이 적합하다고 판단한다.
-====설계 사양====
+====관의 매설 깊이 결정====
-내용
+ [[파일:매설깊이.jpg]]
 ===개념설계안===