한계극복… 공법혁신 바람

지앤지테크놀러지 개발…신기술 지정

수직밀폐형 개량한 고심도 수직밀폐형

공사비 20% 이상↓… 시설물 훼손 방지

[대한경제=임성엽 기자]지열에너지 시대를 앞당길 공법도 다양화하고 있다. 특히, 기존 공법의 단점과 한계를 극복한 지열에너지 시스템 신공법이 시장에 새로운 바람을 불어넣고 있다.

현재 지열에너지 시스템 공법은 크게 4가지로 분류된다. 전통적 공법으로 개방형과 수직밀폐형이 있으며 여기에 추가로 반밀폐형과 고심도 수직밀폐형이 신공법으로 선보였다.

땅속은 항상 섭씨 15∼20도의 일정한 열이 발생한다. 이 열을 겨울과 여름에 각각 ‘히트펌프’로 나눠 활용하는 게 지열에너지 발전 시스템이다. 항상성을 가진 지하의 열을 부동액이나 지하수가 흡수해 높은 쪽으로 순환하면서 에너지를 얻는 구조다. 열을 흡수하면 난방에 활용하고, 열을 땅속으로 방출하면 냉방효과를 얻는다.

현재 가장 널리 쓰이는 공법은 수직밀폐형이다. 이 공법은 밀폐된 파이프를 150∼300ｍ 지하에 매설해 부동액을 순환해 에너지를 얻는 구조다. 부동액을 활용하기에 지하수 제약이 없고 별도 사후관리도 필요 없다는 장점이 있다. 하지만 구멍(천공)을 많이 뚫어야 해 초기 투자비용도 많이 들고 넓은 부지가 필요하다. 지열 1공당 열용량이 3∼6RT(냉동 톤, 3320㎉/h)로 상대적으로 작기 때문이다.

개방형 지열시스템은 수직밀폐형보다 더 깊은 500m 이내로 구멍을 뚫고 수중펌프를 이용해 지하수를 직접 지상으로 순환시켜 열교환을 하는 방식이다. 1천공당 25∼30RT로 열효율이 높지만, 장기간 운영하면 수중펌프 교체 등 사후관리가 필요하다. 물 넘침에 따른 순환수량 부족, 지하수위 저하 문제도 있다.

신공법은 전통적 방식의 장점을 그대로 유지하면서 단점을 상쇄했다.

반밀폐형은 개방형과 밀폐형의 장점을 결합했다. 이 시스템은 수직밀폐형과 달리 열원을 지하수로 활용한다. 개방형처럼 지하수를 이용한 열원으로 열효율은 밀폐형 구조 속에서도 기존 밀폐형 대비 10배 이상 높다. 열효율이 높아서 뚫어야 하는 천공도 줄어든다. 개방형 시스템의 고질적 문제였던 수중펌프를 제거해 유지관리 어려움도 없앴다.

부지면적도 10분의 1 이상 감소한다. 부지면적 감소는 도심지 부지 부족문제를 해결했다는 의미다.

현장타설 콘크리트 말뚝(Cast In Place Pile, CIP) 내부에 반밀폐형 지중열교환기를 설치해 공사기간을 크게 단축하는 장점도 있다. CIP는 건설현장에서 주로 사용되는 흙막이 공법 중 하나로, 천공 안에 철근망을 삽입한 뒤 콘크리트 혹은 몰탈을 타설하는 공법이다.

지앤지테크놀러지가 자체 개발한 이 공법은 이미 환경신기술 제495호, 환경부 혁신제품으로 지정되면서 기술력을 검증받았다. 서울 성수동 오피스(220RT 규모), 팜에이프 스마트팜(210RT) 등 건축물 5곳에 구축하는 등 성공사례도 이어지고 있다.

반밀폐형이 개방형과 수직밀폐형 사이 하이브리드 공법이라면, 고심도 수직밀폐형은 기존 수직밀폐형을 개량한 공법이다.

고심도 수직밀폐형 지열시스템은 지열관 설치 심도를 기존 150m에서 300m로 높여 열효율과 적용성을 높이도록 마련된 공법이다. 설치 심도가 깊을수록 열용량이 높아지는 장점을 고려해 설계됐다. 실제 심도 200ｍ에서 공당 열량은 2.36RT이지만, 300m로 높일 경우 5.5RT로 약 2배 상승한다.

고심도로 설치하면서 지열공 수량을 절반 이상 줄일 수 있고, 이에 따라 공사비도 20％ 이상 절감하는 효과를 거둘 수 있다. 특히 고심도 수직밀폐형 공법에는 스마트태그를 활용한 지열공 위치 확인 기술과 누출센서를 설치하면서, 대심도 지하개발에 따른 지하시설물 훼손 우려를 막을 수 있다. 동시에 지하수 누출을 즉각 감지해 유지보수도 쉽다는 장점이 있다.

역시 지앤지테크놀러지가 자체 개발한 이 시스템은 음성 꽃동네 낙원묘지(500RT), 완도군 해양치유센터(300RT) 등 총 5곳에서 성공적으로 설치ㆍ운영 중이다.

임성엽 기자 starleaf@

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