[에너지 절약 주택] 땅이 제공하는 무한 청정에너지 지열地熱 냉ㆍ난방 시스템

[전원주택지기]

[에너지 절약 주택] 땅이 제공하는 무한 청정에너지 지열地熱 냉ㆍ난방 시스템

정부는 제1차 국가 에너지 기본 계획의 일부로 2030년 신재생에너지 비중 목표를 전체 에너지 사용량의 11%로 제시했다. 그러면서 전국 곳곳에 신재생에너지 사용이 급증하고 있다. 특히 전원주택 등지에는 한겨울 치솟는 난방비의 해결책으로 신재생에너지 설비 도입이 빈번해 지고 있다. 그 중 지열을 이용한 냉 ㆍ 난방 시스템은 누진제 폐지와 함께 주택 보급이 확산되면서 급격한 발전을 이루고 있다.

글 한송이 기자 사진 서상신 기자 사진제공 및 자료협조 한국신재생에너지사업부 080-555-1552 에너지관리공단 031-260-4144 www.kemco.or.kr

지열 에너지는 지하에 저장되는 약 47%의 태양열 복사에너지와 지구 내부 마그마 열에 의해 얻어지는 에너지다. 대기와 저온의 지중 열 온도차를 냉 ㆍ 난방에 활용하는 기술과 약 80℃ 이상 고온수나 증기를 끌어올려 전기를 공급하는 발전 기술로 사용하고 있다. 국내에서는 열자원이 풍부한 분화 지역이 많지 않아 발전 적격지가 드물어 전기 공급보다는 냉 ㆍ 난방 시스템 위주로 보급되고 있다.
지중은 5m 이하로 내려가면 사계절 내내 14~16℃의 온도를 유지한다. 이를 이용하는 것이 바로 지열 냉 ㆍ 난방 시스템이다. 이는 대기 중에 노출되는 기기가 없어 장치 수명이 길고 냉매를 적게 사용하며 환경 친화적이다. 또한 태양열처럼 대기 온도에 영향을 받지 않고 24시간 사용이 가능해 효율적이다.

지열 냉 ㆍ 난방 시스템 종류와 원리

지열 냉 ㆍ 난방 시스템은 열 교환기와 히트펌프(Heat Pump)에 의해 작동된다. 열 교환기의 회로 구성에 따라 개방형과 밀폐형으로 나뉜다. 개방형 시스템은 풍부한 수원지가 있어야 시공이 가능한데 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 파이프로 직접 운반해 열을 교환하는 방식이다. 밀폐형 시스템은 U자형 지중열교환기를 매설하고 부동액과 같은 유체가 회로 내를 순환한다. 동절기에는 유체가 순환하며 회수한 열을 건물 내로 전달하고 하절기에는 건물 내의 열을 흡수해 지하로 방출한다. 기름보일러 대비 난방비80% , 에어컨대비 냉방비50%를 절감한다.
현재 가장 적극적으로 보급 중인 수직 밀폐형 시스템은 밀폐형의 일종으로 시공 신뢰도가 높고 열 성능이 우수하다. 수직으로 100~150m 정도를 천공한 후 지중에 U자 형태의 열 교환기를 매설해 전국 어디에서나 시공이 가능하다. 단, 시공 전에 구조물의 냉 ㆍ 난방 부하 계산, 지중열 교환기 설치 부지의 지반 조사, 히트펌프 및 지중 열 교환기의 용량 산정 등 조사가 필수적이다.

지열 시스템 소형화 추세

지열 시스템은 핵심 설비인 히트펌프가 해외에서 개발된 후 국내에 들어오면서 2002년부터 본격적 보급이 시작됐다. 이후 중대형 건물에만 주로 시공되던 지열 시스템이 지난 5월 누진제 폐지로 주택 시장을 공략하고 있다.
주택용 소형화 추세로 돌입하면서 국내 지열 시스템 생산 업계는 3~5RT(RT; 지열 단위, 1RT당 효율적 냉 ㆍ 난방이 가능한 면적은 약 33.0㎡)의 가정용 설비 개발에 착수했다. 누진제 폐지 이전에 해외사와 협력해 진작 외국에서 들여온 소형화 설비에 대한 소비자 반응은 굉장히 고무적이다. 주문량을 생산량이 따라가지 못할 정도로 시장이 활성화되고 있어 관계자들도 놀랍다는 눈치다.
에너지관리공단 신재생에너지보급확산실 김대룡 실장은 “사실 3개월 전만 해도 지열 시장이 확대될 것인가 의구심을 가졌다. 하지만 지금 단독주택과 공동주택 시공의뢰가 늘고 있고 올해 더욱 폭발적인 반응을 기대하고 있다”며 “이렇듯 지열 시스템은 한 달 한 해마다 보급률이 다르고 보급 정책이 변화하는 등 발전 속도가 엄청나게 빠르다”고 전했다.
여기에는 소비자 만족도가 큰 작용을 했는데 지열 시스템 설치 후 전기료 절감이 입소문을 탄 것이다. 김 실장의 말에 따르면, 난방비가 골칫거리인 전원주택의 경우 겨울철 이불을 꽁꽁 싸매고 있어도 한 달 30만~40만 원의 심야전기보일러 요금이 나왔다면 설치 후에는 소매 없는 옷을 입고 지내도 겨우 7만 원 가량의 난방비가 나온다고 한다. 이 정도라면 3~5년에는 비용 회수가 가능하다.

보급 현황 및 향후 과제

정부의 보급 사업으로는 2003년부터 시작된 일반 보급 보조사업과 지방 보급 사업이 있고 올해 처음으로 그린홈 100만호 보급 사업에 지열 냉 ㆍ 난방시스템이 포함됐다.
지열 시스템은 최근 3년간 총 설치량의 83%인 87,164㎾가 집중됐다. 최근 정부의 신재생에너지 관련 지원이 적극적으로 이뤄지면서 지열 시스템도 보급이 증가한 것이다. 그러나 해결 과제도 많다. 가장 큰 문제는 초기 투자비용이다. 지열 시스템 설치를 원해도 보조금 없이는 설치 엄두를 못 낸다. 이와 관련 정부는 지열 에너지원 기술개발 목표로 지열 히트펌프 시스템 설비 가격 저가화를 추진 중이라고 밝혔다. 현재 420만 원/RT인 설비 가격을 2030년에는 250만 원/RT를 목표로 기술 개발에 매진하겠다고 발표했다.
관련 규제 확립도 시급하다. 미국, 유럽의 경우 지열에너지 사용 권장 내용과 법규를 엄격히 하고 있다. 환경부에 따르면 지열 냉₩난방 시스템에 투입되는 부동액과 지하수 등이 열 교환 시 토양 지하수 오염 문제, 지하수 온도 변화 등 토양 ㆍ 지하수에 악영향을 끼칠 가능성이 있다고 한다.
지열에너지관련 종사자는 그렇기때문에 천공설치 시 토양 ㆍ 지하수 오염원으로부터 이격거리 제한이나 오염 지역설치를 자제하는 등 규정마련이 필요하다고 전했다.
2008년 지열 냉 ㆍ 난방 시스템 설계 기술의 국산화는 61.3%, 제작 및 생산 기술의 국산화는 59.2%로 국내 지열 에너지 기술 개발은 빠르게 진행 중이긴 하나 핵심 기술은 여전히 해외에 의존하는 상황이다. 따라서 향후 국내 시장 발전과 국산 제품의 신뢰성 제고를 위해 기술 개발에 과감한 투자가 필요하다는 지적이다.