한국지열·수열에너지학회(회장 조홍현)는 지난 7월2일부터 이틀간 2026년도 한국지열·수열에너지학회 초청강연 및 이사회를 개최했다고 밝혔다. 

 

이번 이사회는 주요 사업내용과 중장기 발전방향을 논의하며 신재생에너지관련 최신기술정보공유·교육을 위해 마련됐다. 행사는 △총무보고 △재무보고 △사업보고 △편집보고 △학술보고 △기타보고 등으로 진행됐으며 지열·수열에너지학회 회원들이 초청강연을 진행했다.

 

조홍현 지열·수열에너지학회 회장은 “학회 회원 수가 600여명을 넘어서는 등 학회 위상이 꾸준히 높아지고 있다”라며 “다가오는 추계학술대회를 계기로 더 많은 회원들과 함께 학회의 외연을 넓혀갈 계획인 만큼 앞으로도 많은 관심과 참여를 부탁드린다”고 말했다.

 

수열에너지 실용화 기술과제·전략 공유

한창호 부경대학교 교수는 ‘수열에너지의 실용화를 위한 기술과제와 고도화전략’을 주제로 발표했다.

 

수열에너지는 대형 수자원의 물을 열원으로 이용해 냉난방 및 에너지생산에 활용하는 기술이다. 히트펌프의 히트싱크 또는 히트소스로 활용하는 경우와 낮은 수온을 직접냉각수로 사용하는 경우를 모두 포함한다.

 

히트펌프는 저온을 활용하는 것 혹은 고온을 활용해 냉난방급탕을 하는 시스템이다. 2050 탄소중립 목표달성을 위해서는 전기화를 통해 열에너지를 공급할 수 있는 히트펌프의 역할이 중요하다. 히트펌프는 기존 화석연료 기반 열공급시스템대비 높은 효율로 열에너지를 공급할 수 있어 도입이 확대되고 있다.

 

수열원 히트펌프는 냉난방 혹은 급탕을 위해 물로 열을 방출하거나 물에서 열을 흡수하는 시스템으로 공기열원 히트펌프대비 효율이 20~30% 높다. 안정적인 열원온도로 다양한 지표수를 열원으로 사용가능하지만 △기상조건에 따른 온도변화 △사용가능한 지역의 제한 △동파발생 가능성 등의 과제가 있다.

 

최근에는 히트펌프뿐만 아니라 댐을 활용한 프리쿨링 개념도 활용되고 있다. 강원 소양강댐 수열에너지를 활용한 수열클러스터가 대표적인 사례다. 댐 심층수는 연중 낮은 온도를 유지해 데이터센터 등 냉각수요가 큰 시설의 프리쿨링 열원으로 활용하기 적합하다.

 

수열에너지는 △친환경성 △경제성 △유지보수 용이성 △도시환경개선 등의 주요 이점을 가지고 있다. 자연 수자원의 열을 활용하기 때문에 친환경적이며 공기열원 대비 높은 효율을 통해 운영비 절감이 가능하다. 또한 기계실 설치가 가능해 유지보수가 용이하고 실외기 소음과 배기 문제를 줄일 수 있어 도심 환경 개선에도 기여할 수 있다.

 

특히 강원수열클러스터 등에서 활용하고 있는 댐은 큰 규모의 물 저장고로서 안정적인 열원공급이 가능하다. 또한 기존 인프라를 활용해 초기투자비용 절감이 가능해 수열에너지 활용을 통한 댐의 다목적사용이 촉진되고 있다.

 

그러나 수열시스템 도입을 위해서는 △높은 초기투자비 △동파 △이물질에 의한 파울링 △수온변화에 의한 생태계 영향 등은 시급히 해결해야 하는 상황이다.

 

수열에너지 도입에는 취수배관 설치와 배관계통 공사에 따른 초기투자비가 크게 발생한다. 현실적으로 대형 배관공사에는 어려움이 있어 기존 배관과의 연계가 중요하다. 이에 따라 춘천 수열에너지 클러스터는 기존 수차발전용 방류구를 활용해 투자비를 낮췄으며 롯데월드타워는 기존 원수관로를 이용해 설비비용을 줄였다. 캐나다는 식수취수용 배관과 통합해 대규모 공사비를 절감했다.

 

겨울철 수온저하로 인한 동파위험도 주요 과제다. 이를 해결하기 위해서는 기존 축열조를 활용한 열원보상운전이 필요하다. 성남정수장과 과천 한국수자원공사 한강유역본부에서도 수열히트펌프 활용 시 겨울철 열원보상운전을 통해 동파 위험을 줄이고 있다.

 

수열시스템은 물에 포함된 생물학적 물질과 이물질로 인해 열교환기와 여과기에서 파울링이 발생할 수 있다. 이에 따라 기존 여과기의 주기적인 세척과 유지관리가 필요하다. 자동여과기를 적용할 경우 이물질을 자동으로 세척하고 안정적인 유량공급이 가능하지만 상대적으로 고가여서 도입에 어려움이 있다. 자동여과기는 일본과 이탈리아 등 해외 하천수·호수 기반 냉난방시스템에서 활용되고 있다.

 

수온변화에 따른 생태계 영향도 고려해야 한다. 수열에너지 이용과정에서 방류수온이 상승하거나 하강하면 수자원 생태계에 영향을 미칠 가능성이 있다. 이를 줄이기 위해서는 사용유량 제한, 방류온도 조절, 방류위치 선정 등이 필요하다. 스위스에서는 방류수온을 25℃ 이하로 제어하거나 버퍼저수지를 활용해 생태계 영향을 줄이고 있으며 기존 수계가 아닌 다른 수계로 방류하는 방식도 활용되고 있다.

 

수열에너지의 적극적인 활용을 위해서는 기술개발도 필요하다. 열원하이브리드운전을 통해 동파를 사전에 방지하거나 운영비를 절감할 수 있다. 난방 시에는 수열과 태양열을 연계하고 냉방 시에는 수열과 냉각탑을 연계하는 방식이 검토될 수 있다.

 

열원보상운전의 일환으로 축열조를 활용하면 기존 히트펌프 운전에서 발생하는 온오프 사이클링을 줄이고 동절기 저수온 조건에서도 안정적인 운전이 가능할 것으로 기대된다.

 

수열히트펌프 확대를 위해서는 친환경 대체냉매 적용도 중요하다. 수열히트펌프는 대형시스템으로 원심식 압축기를 사용하는 경우가 많아 낮은 GWP와 가연성을 함께 고려한 냉매 선택이 필요하다.

 

국내에서도 수열에너지 보급은 확대되고 있다. 롯데월드타워, 에코델타시티, 한강물환경연구소 등에 수열시스템이 설치됐으며 기후에너지환경부는 2030년까지 1GW 규모의 수열에너지 공급을 목표로 보급 확대를 추진하고 있다.

 

대규모 신축건축물에 수열 도입을 확대하기 위한 KS인증 확대 노력도 진행되고 있다. 하남교산지구에는 탄소중립 수열아파트 조성을 위한 직접열원공급모델 발굴이 추진될 예정이다.

 

한창호 교수는 “공기열이 소형·중형 건물에 적합하다면 수열에너지는 중대형 건물과 대규모 클러스터에 적합한 열원으로 활용될 수 있다”라며 “초기투자비와 지역적 제약이라는 한계는 있으나 대형 수요처에서는 수열에너지의 역할이 커질 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이어 “AI와 빅데이터 확산으로 데이터센터 수요가 증가하면서 냉각에 필요한 전력소비도 늘어날 것으로 예상된다”라며 “데이터센터와 스마트팜 등 냉난방수요가 큰 대형 수요처에서는 수열에너지와 수열히트펌프 활용성이 높아질 것”이라고 말했다.

 

주거용 ZEB, 지열통합HP로 냉난방·급탕효율 향상

장동수 국민대학교 교수는 ‘주거용 제로에너지건축물 구현을 위한 지열통합히트펌프 역할과 성능’을 주제로 발표했다.

 

최근 건물부문의 전력소비가 증가하면서 고효율 HVAC, 히트펌프, 제로에너지건축물(ZEB)의 중요성이 커지고 있다. 2024년 세계 전력수요 증가에서 건물부문은 핵심요인으로 작용했으며 전체 전력소비기준 50% 이상을 차지한다.

 

특히 극심한 폭염과 AI 기반 데이터센터 확대로 냉방수요가 증가하면서 고효율 열원시스템은 전력망 안정성 확보에도 중요한 요소로 부상하고 있다.

 

연구진은 미국 표준기술연구소(NIST) 캠퍼스 내 주거용 ZEB를 대상으로 지열통합히트펌프(GSIHP)의 성능을 분석했다. 해당 건물은 4인 가족 거주를 가정한 주거용 실증건물로 △태양광발전(PV) △스마트그리드시스템 △전기차 충전기 등이 설치돼 있다. 건물 내 전기에너지소비 중 냉난방, 환기, 온수공급 등 열에너지 관련 용도가 약 60%를 차지하고 있다.

 

GSIHP는 가변속 지열원 히트펌프로 냉방, 난방, 급탕을 모두 제공할 수 있는 시스템이다. 특히 냉방운전 중 발생하는 폐열을 회수해 급탕에 활용할 수 있어 제로에너지건축물과 고성능 주거건물에서 활용성이 높다.

 

연구진은 다양한 기후조건에서 주거용 ZEB에 적용한 GSIHP의 성능을 평가하고 GSIHP 적용을 위한 지중열교환기 설계지침을 검토했다. 또한 현장성능과 표준성능을 비교하고 미국 에너지부(DOE)의 새로운 급탕시험절차가 GSIHP 정격효율에 미치는 영향도 평가했다.

연구는 △랩스케일 실험평가 △트랜시스 연간 에너지시뮬레이션 △NIST 주거용 NZEB 현장실증시험 등을 수행했다. 시뮬레이션에서는 △GSIHP △급탕기능이 없는 가변속 지열히트펌프시스템(GSHP-VS) △일반 2단 용량 지열히트펌프(GSHP) △2단 용량 공기열원 히트펌프(ASHP) 등 4개 시스템을 비교했다. 급탕기능이 없는 히트펌프시스템에는 별도의 공기열 히트펌프온수기(HPWH)를 적용했으며 모든 시스템에는 별도 제습기를 적용했다.

 

GSIHP는 압축기, 전환밸브, 팽창밸브, 에어코일, 지중열교환기, 급탕용 열교환기 등으로 구성된다. 운전모드는 난방, 냉방, 급탕, 냉방·급탕 동시운전 등 4가지로 구분된다. GSHP와 GSHP-VS는 급탕기능이 없어 별도의 히트펌프 온수기를 통해 급탕을 공급하는 방식으로 설정됐다.

 

시뮬레이션 제어는 온도와 부하에 따라 운전모드가 결정되도록 구성됐다. 기본적으로 급탕이 우선권을 가지며 이후 난방과 냉방이 조절된다. 다만 실내온도가 설정온도와 0.56℃ 이상 차이가 나거나 열부하가 90~100% 수준까지 요구될 경우 냉난방 운전이 우선될 수 있으며 이때 보조히터가 작동할 수 있다. TRNSYS 모델에는 건물외피, 냉난방시스템, 급탕시스템, 지중열교환기, 축열조 등이 반영됐다. 각 운전모드에 따른 제어와 컨트롤도 정밀하게 구현됐다.

 

메릴랜드주 게이더스버그 조건에서 히트펌프별 열부하와 전력사용량을 비교한 결과 GSHP와 GSHP-VS는 급탕용 히트펌프 온수기의 냉각효과로 인해 난방시즌에는 열부하가 약간 증가하고 냉방시즌에는 열부하가 낮았다. GSIHP는 높은 COP와 향상된 급탕효율로 에너지소비를 줄이는 것으로 분석됐다.

 

냉난방시즌 입구액체온도(ELT) 분석에서는 가변속시스템의 특성이 확인됐다. 가변속시스템은 부하에 따라 압축기 회전수를 조절할 수 있어 저부하 조건에서 유리한 ELT 변화를 보였다. 반면 고부하 조건에서는 상대적으로 불리한 ELT가 나타날 수 있었다. GSIHP는 급탕요구 시 급탕운전이 우선되기 때문에 난방부하가 동시에 발생할 경우 일시적으로 불리한 ELT가 나타날 수 있는 것으로 분석됐다.

 

연간 에너지소비량 비교 결과 연간 냉난방 COP는 ASHP 2.99, GSHP 3.93, GSIHP 5.17로 분석돼 GSIHP는 ASHP대비 54%, GSHP대비 37%의 에너지절감 효과를 보였다.

 

미국 내 다양한 기후조건을 대상으로 한 시뮬레이션도 수행됐다. 마이애미, 피닉스, 애틀랜타, 볼티모어, 시카고, 덜루스 등 6개 도시를 대표 기후로 선정했으며 ASHRAE 핸드북 권고기준에 따라 지중열교환기 길이를 산정했다.

 

기후별 에너지사용량 분석 결과 GSIHP는 공기열 히트펌프대비 35~49%, GSHP대비 26~55%, GSHP-VS대비 9~24%의 에너지절감 효과를 보였다. 연간 평균 COP는 ASHP대비 6~90%, GSHP대비 19~69% 높았으며 GSHP-VS와는 유사한 수준을 보였다.

 

연간 넷제로에너지 달성을 위해 필요한 PV 면적도 비교됐다. GSIHP는 에너지소비량이 가장 낮아 넷제로 운전 달성에 필요한 PV 면적이 가장 작았다. 특히 극한기후조건에서 PV 필요면적 저감효과가 두드러졌다.

 

월별 피크전력수요분석에서도 GSIHP는 다른 시스템대비 피크전력수요를 낮추는 효과를 보였다. 대부분의 기후에서 피크전력수요가 1.5~6.6kW 수준으로 낮았으며 이는 전력망 부담 완화 측면에서 장점으로 작용할 것으로 기대된다. 그러나 한랭지역에서는 냉난방과 급탕 요구가 동시에 발생할 경우 GSHP-VS보다 피크전력이 일부 높아질 수 있을 것으로 예상된다.

 

장동수 교수는 “GSIHP는 고성능 주거설계를 위한 강력한 해결책으로 HVAC과 급탕에너지소비를 크게 줄이며 필요한 PV면적이 특히 극한기후에서는 낮게 기록됐다”라며 “추가적인 이점으로 피크전력수요를 낮추며 전력망부담 완화를 가져올 것으로 기대된다”고 말했다.

 

투웰형 지중열교환기 활용성 검토

김민준 한국냉동공조시험연구원 박사는 ‘지열원 열펌프시스템에 투웰형 지중열교환기 적용방법 연구’를 주제로 투웨형 지중열교환기의 대수분리(블리딩율)에 따른 생산정 온도변화(열간섭) 해석을 통해 알아보며 회수되는 지하수 비율을 예측한 결과를 발표했다.

 

한국냉동공조시험연구원은 지중열교환기 및 지중열전도도 시험 측정기관으로 2008년부터 지열에너지설비 지중열교환기 열응답시험을 수행해왔다.

 

국내 지열에너지설비는 신재생에너지설비 지원 등에 관한 지침에 따라 수직밀폐형 지중열교환기를 중심으로 시험이 진행돼왔으며 이후 스탠딩컬럼웰형, 제주형 지중열교환기, 투웰형 지중열교환기 등 다양한 방식에 대한 시험이 수행됐다.

 

지열에너지설비의 지중열교환기는 △수직밀폐형 △스탠딩컬럼웰형 △지중수평형 △에너지파일형 등으로 구성된다. 이중 수직밀폐형과 스탠딩컬럼웰형이 중점적으로 보급되고 있다.

 

현재 지열에너지설비 설계에는 GLD, GLHEPRO 등 지정 프로그램이 활용되고 있다. 그러나 이들 프로그램에 적용하기 어려운 투웰형 혹은 제주형 지중열교환기는 설계용량 산정과 적용방법이 명확하지 않아 보급이 지연되고 있다.

 

투웰형 지중열교환기는 생산정에서 지하수를 취수해 열을 사용한 뒤 주입정으로 지하수를 다시 주입하는 방식이다. 생산정과 주입정이라는 두 개의 우물공을 활용하기 때문에 투웰형으로 불린다. 대수층이 풍부하고 지하수 순환이 원활할 경우 대용량 설계가 가능하다는 장점이 있지만 생산정과 주입정 사이 대수층이 연결될 경우 주입된 물이 다시 생산정으로 회수되면서 열간섭이 발생할 수 있다. 또한 주입정으로 지하수가 충분히 유입되지 않을 경우 순환유량 산정이 어렵고 지중 슬러지 유입에 따른 유로 막힘 문제도 발생할 수 있다.

 

투웰형의 경우 기반암 아래 대수층을 활용하면 지열원 지중열교환기로 볼 수 있으며 기반암 위쪽 물을 활용하면 하천수 이용 열교환기로 활용가능해 적용위치와 수원 조건에 따라 지열과 수열의 경계에 놓일 수 있을 것으로 예상된다.

 

현재 투웰형 지중열교환기는 강원도 철원군과 평창군 등에서 시설하우스 냉난방설비로 적용된 사례가 있다. 특히 시설하우스 등 대용량 열원수요가 있는 현장에서 활용가능성이 검토되고 있다.

 

김민준 박사는 “투웰형 지중열교환기 시험방법을 마련하기 위해서는 지열우물공의 지중 형상, 우물공 내 지하수량, 주입공 내부 파쇄대 및 대수층 발달 여부, 지중 암반 특성 등을 확인해야하기 때문에 공내 영상촬영 등을 수행할 수 있다”라며 “시험방법에서는 투입열량, 순환유량, 시험시간 등이 주요 검토항목이며 생산정에서 펌핑한 지하수가 주입정으로 얼마나 유입될 수 있는지 확인해 적정 유량을 산정해야 한다”고 말했다.

 

투입열량은 최대 순환유량 조건에서 1RT당 정격유량 11.4L/min에 상응하는 열량 이상으로 설정됐으며 시험시간은 스탠딩컬럼웰형과 동일하게 24시간 수행하는 방안이 검토됐다.

 

실제 현장시험 결과 생산정과 주입정 사이 수위차와 지하수 주입 문제가 확인됐다. 생산정에서 지하수를 취수한 뒤 주입정으로 넣을 때 주입정으로 물이 충분히 들어가지 않으면 수위차가 계속 발생한다. 일반적으로 심정펌프 사용 시 230~320L/min 수준의 유량을 확보할 수 있으나 실제 주입정의 지하수 유입유량은 25L/min 수준으로 낮게 나타났다.

 

이에 따라 주입정 주입량 시험을 통해 실제 적용가능한 유량을 산정해야 한다. 주입이 원활하지 않은 경우 수압파쇄 등을 통해 지중 유로를 확보하는 방식도 활용가능하다.

 

또한 한 현장에서는 열량투입 후 주입정, 관측정, 생산정 순으로 온도변화가 나타나 생산정과 주입정 사이 열간섭이 확인됐다. 이에 따라 생산정과 주입정 사이 거리를 확보하거나 사용온도 범위를 설정하는 등 별도의 평가가 필요할 것으로 예상된다. 반면 다른 현장에서는 열량투입 후에도 관측정과 생산정의 온도변화가 거의 없어 열간섭이 크지 않았다.

 

김민준 박사는 "최근 전북 완주군 상관면 현장에서도 지중열교환기 시험이 수행됐다"라며 "해당 현장에는 수직밀폐형 100m 12공과 지열우물공 100m 4공이 설치됐으며 수직밀폐형, 스탠딩컬럼웰형, 투웰형 열응답시험이 진행됐다"고 말했다.

 

수직밀폐형 시험에서는 70kW, 20RT 기준으로 테스트가 수행됐으며 지중온도는 26~28℃ 수준으로 일반적인 지중열교환기보다 약 3℃ 낮았다. 지중열전도도는 3.32로 분석됐다. 스탠딩컬럼웰형 시험에서는 지중열전도도가 16.35로 일반적인 스탠딩컬럼웰형 지중열전도도가 3~4 수준인 것과 비교했을 때 높게 나타났다. 지중온도는 25~28℃ 구간으로 형성됐으며 통상적인 지중열교환기 대비 약 4~5℃ 낮게 형성됐다.

 

투웰형 시험에서 1번공에서 4번공으로 순환한 경우 투입열량 48kW에서 온도상승은 1.2℃ 수준이었다. 1번공에서 2번공으로 순환한 경우 투입열량 62kW에서 온도상승은 2.91℃로 파악돼 생산정과 주입정 사이 지하수 흐름과 열간섭 정도에 따라 성능 차이가 발생할 수 있음이 확인됐다.

 

용량산정 결과 수직밀폐형 100m 12공은 20RT, 스탠딩컬럼웰형 100m 2공은 공당 8RT 수준으로 평가됐다. 투웰형은 100m 조건에서 유량 240L/min 이상을 확보할 경우 24RT 수준으로 산정됐다. 이를 바탕으로 전체 지중열교환기 용량은 60RT로 설계됐다. 투웰형과 스탠딩컬럼웰형의 열응답시험 결과가 다른 이유는 순환수 순환방법과 지하수 유입경로 차이로 분석된다.

 

스탠딩컬럼웰형은 하나의 우물공 내부에서 순환이 이뤄지며 암반과 열전달하는 구조다. 반면 투웰형은 생산정에서 취수한 물을 주입정으로 보내고 일부 지하수가 대수층을 통해 다시 유입되는 구조로 회수되는 지하수의 영향에 따라 순환수 온도가 천천히 상승한다.

 

연구진은 투웰형 지중열교환기 해석을 위해 대수분리에 따른 지중순환수 온도변화도 분석했다. 해석에서는 블리딩에 따른 지하수 수위 변화는 발생하지 않으며 우물공 주변 지하수량은 충분하고 지하수 유입온도와 지중온도는 일정하다고 가정했다. 해석 결과 블리딩율이 50%를 넘으면 주입량이 증가해도 순환수 온도변화에 큰 차이가 나타나지 않는 것으로 분석됐다. 10~50% 구간에서는 블리딩에 따른 심정펌프 유출온도 저감 영향이 제한적이었으며 0~10% 구간에서 성능 변화가 크게 나타났다.

 

특히 초기에는 지중온도와 순환수 온도차가 작아 순환수온도가 상승하는 것으로 해석됐으나 이후 심정펌프 유출온도는 안정화되는 경향을 보였다.

 

김민준 박사는 “투웰형 지중열교환기 보급을 위해 시공지침, 가이드라인, 시험방법, 설계용량 산정법 마련이 필요하다”라며 “한국에너지공단 신재생에너지센터의 설계변경 시 적용방법 검토와 농어촌공사의 시설하우스 물대물 히트펌프시스템 보급사업과의 연계도 가능할 것”이라고 말했다.

 

수열E 설계, 실제 운전조건 반영 필요

심재호 신성엔지니어링 책임은 ‘수열에너지 설계기준과 실제 설계적용조건에 관한 논의’를 주제로 발표했다.

현재 수열시스템 설계는 신재생에너지 설비지원 등에 관한 지침과 한국수자원공사 기준 등을 바탕으로 이뤄지고 있으나 지역별 원수온도, 피크수온, 펌프동력, 시스템 구성에 따라 실제 성능확보 여부가 달라질 수 있다.

 

신재생에너지 설비지원 등에 관한 지침에 따르면 수열에너지 설계 시 외기온도가 가장 높은 분기의 3년 평균수온과 가장 낮은 분기의 3년 평균수온을 적용하도록 하고 있다.

 

최저 시스템 COP는 냉방 COP 4.38, 난방 COP 3.29로 규정돼 있으며 검토방법은 지열이용검토서 평가기준을 준용하도록 하고 있다.

 

한국수자원공사 지침에서는 원수측 출구온도가 1℃ 미만이 되지 않도록 설계해야 하며 혹한기 시스템 정지기간 등을 고려해 필요 시 보다 여유 있는 온도조건으로 설계하도록 하고 있다.

 

서울지역 원수온도 기준으로 가장 높은 분기의 3년 평균수온은 약 23℃, 동절기 평균수온은 약 2.8℃ 수준이다. 그러나 하절기 평균수온은 23~25℃ 수준이지만 최고수온은 30℃까지 상승할 수 있어 평균값만으로 냉방 성능을 판단하기에는 한계가 있다. 동절기에도 유사한 문제가 발생한다. 평균수온은 일부 고수온 기간의 영향으로 상승할 수 있으나 실제 가장 추운 12월 중순부터 2월 초순까지는 수온이 2℃ 수준까지 낮아지는 것으로 검토됐다.

 

특히 팔당원수 기준 1~2월 일평균수온은 5℃ 미만인 기간이 대부분을 차지해 원수측 출구온도 1℃ 이상을 확보하기 위한 설계조건 검토가 필요하다.

 

지역별 원수온도 차이 또한 팔당원수의 동절기 평균수온은 약 2.8℃ 수준인 반면 충청권 대청댐 원수는 약 7.9℃로 내륙 이남지역은 상대적으로 수온조건이 좋아 수열시스템 설계에 유리할 것으로 기대된다.

 

심재호 신성엔지니어링 책임은 "시스템 COP 기준에 대한 검토도 필요한 상황으로 현행 기준에서 수열시스템의 냉방 COP 기준은 지열시스템보다 높게 설정돼 있다"라며 "그러나 원수온도 조건은 지열보다 불리할 수 있어 수열시스템에 적용되는 COP 기준의 적정성에 대한 논의가 필요하다"고 말했다.

 

수열시스템의 시스템 COP는 히트펌프 성능뿐만 아니라 취수펌프, 공급펌프, 중간순환펌프 등 부대설비 소비전력의 영향을 받는다. 시스템 COP는 열펌프 총 설계용량을 취수·공급펌프 총 소비전력, 중간순환펌프 총 소비전력, 열펌프 총 유효전력의 합으로 나눠 산정된다.

 

설계사례 검토 결과 1차측 장비 소비동력 비중은 원수공급펌프 5%, 순환펌프 9%, 히트펌프 86% 수준으로 분석됐다. 추가 펌프동력이 반영될 경우 시스템 COP 기준 충족이 불리해질 수 있다. 해당 사례에서는 시스템 COP 기준을 만족하기 위해 원수공급펌프와 순환펌프 소비동력을 크게 줄여야 한다. 이에 따라 수열시스템 설계에서는 원수온도뿐만 아니라 취수거리, 배관저항, 펌프양정, 중간열교환기 구성, 순환펌프 소비동력 등을 함께 고려해야 한다.

 

서울시 신재생에너지 기준에서도 시스템 COP 만족 여부가 주요 평가항목으로 작용하고 있어 지열시스템은 상대적으로 기준 충족 여부를 예측하기 쉬운 반면 수열시스템은 원수온도와 펌프동력, 배관계통 조건에 따라 결과가 달라져 설계단계에서 보다 면밀한 검토가 요구되고 있다.

 

심재호 책임은 “수열에너지 설계지침의 취지는 유지하되 지역별 원수온도와 시스템 구성에 따른 실제 적용조건을 함께 고려해야 한다”라며 “평균수온 기준만으로 설계할 경우 피크조건에서 COP 저하나 동절기 동파위험이 발생할 수 있어 실제 운전조건을 반영한 설계기준 보완이 필요하다”고 말했다.