1. 머리말

신재생에너지 열 이용(신재생에너지 열)을 추진하는 정책이 금년에 개정된 에너지기본계획과 지구온난화 대책계획 그리고 파리협정에 기초하는 성장전략의 장기 전략에 기재돼 있다. 여기서 신재생에너지 열이란 태양열, 지중열, 바이오매스열, 설빙열, 온천열, 해수열, 하천열, 하수(下水)열을 말한다. 신재생에너지 열에는 각각의 특징이 있는데 그 중에서 장소와 시간을 불문하고 냉난방 등에 이용할 수 있는 열이 지중열이다.

본고에서는 지중열 이용 중에서 건축물의 공조 시스템에 편입되는 Closed Loop(지중열교환기를 이용하는 시스템)와 Open Loop(지하수와 열 교환하는 시스템)의 지중열 히트펌프 시스템을 대상으로 기술하고 끝으로 도입계획 시의 기준에 대해 기술한다.

2. 최근의 시장동향과 도입사례

지중열 히트펌프 시스템은 다양한 시설에 도입되고 있다. 공조가 이용되는 장소는 주택, 사무실, 청사, 점포, 학교, 유치원, 보육원, 복지 시설 등이 있고 공조 외에 급탕도 포함하는 이용 장소로는 병원·의료시설, 숙박시설, 온욕시설, 스포츠 시설 등이 있다. 2019년도까지의 누적 도입 건수는 2,993건이다<그림 1>.

최근 도입사례를 보면 올림픽·패럴림픽 경기장인 아쿠아틱스센터, 아리아케 아레나, 무사시노모리 종합스포츠플라자의 3개 시설에서 지중열이 이용됐다. 모두 보어홀에 지중열교환기를 매설한 Closed Loop의 지중열 히트펌프 시스템이다. 

그 중에서 아쿠아틱스센터를 살펴보면 지중열 이외에도 몇몇 신재생에너지·에너지절감 설비가 도입돼 있어 온열과 냉열의 열부하 상정에 대해 신재생에너지 열을 효율적으로 이용할 수 있게 설계돼 있다. 

연중 내내 온열 수요(난방과 수영장의 가온)에는 태양열과 코제너레이션 배기열이 베이스 열원으로 할당되고 지중열은 난방이 필요한 시기를 중심으로 10월부터 다음 해 6월까지 베이스 열원으로 이용되고 온열의 부하 변동에 대응하는 부분에는 가스가 사용된다. 

한편 냉방에서는 냉열이 가장 필요한 여름철 7월~9월의 베이스 열원으로 지중열이 이용된다. 지중열을 이용함에 있어서는 온열을 이용하기 위한 지중으로부터의 채열량과 냉열을 이용하기 위한 지중으로의 방열량 밸런스가 고려된다.

2020년 1월에 준공한 요코하마시의 신축 종합청사에는 Closed Loop 기초 말뚝방식의 지중열 히트펌프 시스템이 채택됐다. 현장치기 말뚝박기 118개 중의 66개(말뚝길이 20~30m)에 10쌍의 U자 튜브(고밀도 폴리에틸렌제 지중 열교환 파이프)가 설치됐고 지중 열교환량은 400kW(280W/m)이다. 

열원기인 지중열 대응 수랭식 히트펌프 칠러의 능력은 405kW(135kW×3)이다. 여기서는 청사 내의 이벤트 공간인 아트리움의 공조(바닥 복사공조 및 바닥 면으로부터의 분출)에 지중열이 이용된다.

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본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2022년 4월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

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