[공학저널 전찬민 기자] 전 세계적으로 찾아온 기후위기와 고유가 시대에 맞물려 친환경과 탄소중립을 실현하기 위해 신재생에너지의 보급 확대 정책과 사업이 본격적으로 추진되고 있다. 최근에는 지열에너지, 수열에너지가 땅과 하천이 가지고 있는 열에너지를 비교적 제한없이 건물 냉·난방에 활용할 수 있다는 점에서 앞으로 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다.
하지만 일각에서는 신재생에너지 산업이 수요적인 측면을 고려하지 않고 공급적인 측면만 집중되고 있는 것이 아니냐는 우려의 목소리가 높아지고 있다. 이에 따라 신재생에너지 산업의 활성화와 에너지 효율을 향상시키기 위해서는 공급적인 측면과 수요적인 측면까지 고려해야 한다는 것이 전문가들의 의견이다.
지열시스템은 시스템의 최적화와 운전 효율 향상을 위해 공급적인 측면의 지중열교환기, 벤토나이트 첨가제 개발, 수요적인 측면의 열펌프 효율 향상과 안전장치 개발, 고효율점 운전영역 활용 등이 균형을 이룰 때 운전효율이 극대화 할 수 있다.
공급과 수요 측면을 확대하면 지중의 열원 취득을 통해 열을 공급(Source)하는 시스템을 1차측으로, 입상관을 통해 건축물에 열을 반송 및 제어하고 분배, 수요(Load)하는 요소를 2차측으로 구분된다. 1차측 배관과 열펌프 등의 각 구성품과 2차측의 배관, 밸브, 열원사용 장비 등 각 구성품의 계획과 선정은 각각의 특성과 장단점을 비교해 최적화하게 된다.
이 때, 수요적인 측면의 일일부하, 계절부하 등 다양한 패턴의 부하가 형성되는데 공급·수요적인 측면의 불균형 조건에도 시스템은 균형을 찾아 운전 될 수 있도록 설계해야 한다. 수요적인 측면의 수요예측, 조절기능 등의 최적화 통합시스템 구성을 통해 에너지 절감을 향상시킬 수 있다.
수열시스템의 경우, 수열시스템의 공급적인 측면을 기계실내의 열교환기를 순환하고 환수되는 부분으로, 열교환기 후단의 각종 구성품을 수요적인 측면으로 구분하면 지열시스템과 유사한 시스템으로 공급·수요적인 측면에서 계통연계와 접점공유, 균형기능은 최적화 설계, 적용해 에너지 저감운전을 기대할 수 있다.
현재, 지열과 수열시스템의 주요구성품은 국토교통부, 산업통상자원부, 한국에너지공단 등의 각 기준에 따라 여러 인증기관에서 제품인증과 시스템인증을 통해 관리가 우수하며 우수한 제품은 적재적소에 적용·검증해 운영되고 있다.
에스엠ENG 최명덕 대표이사(사진)는 “지열시스템의 공급적인 측면과 수요적인 측면이 각각의 구성품 개선과 개발을 통해 효율향상과 천공수량을 감쇄시키고 있으며, 지중무너짐방지공법 등의 개발은 국내의 20여년 지열산업의 공급·수요적인 측면의 기대효과로 볼 수 있다”며 “지속적인 구성품과 시스템의 개발을 통한 효율 개선과 선제적 대응기술을 활용해 수배관을 설계하고 자동, 자율조정 구성품으로 최적화하고 다양한 운영데이터 학습, 분석 자동화 프로그램을 통해 에너지 저감을 기대 할 수 있다”고 말했다.
지열시스템의 경우 우수한 제품을 설치해 운전하더라도 간혹 불만 요소가 발생한다. 지열시스템은 냉·난방 겸용운전이 장점이지만 사용자 측면에서는 계절별 절환 등 다소 어려운 유지관리 관점이 있다.
이에 따라 1차측 지열시스템의 열에너지 공급적인 측면에서 2차측의 수요적인 측면을 고려하고 사용인의 유지관리를 고려해 좀 더 세밀한 1차측 열에너지 운영 매뉴얼과 2차측 열에너지 사용 매뉴얼이 함께 구성돼야 한다는 것이 최 대표의 의견이다. 현재 기계설비법이 제정돼 유지관리 절차가 수립된 것 또한 개선방안의 하나로 볼 수 있다.
이에 냉수, 온수의 반송펌프와 수배관, 밸브 제어장치, 신축이음, 각종 계측기 등으로 구성된 수배관시스템을 설계 시 최대부하를 기준으로 최적화 되고 있다.
부하는 하절기와 동절기 편차가 있으며 하루 중에도 부하의 편차가 적지 않기 때문에 이러한 조건을 모두 만족하기 위해 각 구성품을 비교 평가해 최고기능의 제품을 적용할 필요가 있다.
이에 반해, 간헐부하 조건에서는 최고의 기능보다 최적의 기능이 매우 중요한 요소로 손꼽힌다. 자동조정구성품을 넘어서 자율조정구성품 또는 자동, 자율조정구성품과 검증된 프로그램을 통해 각 구성품을 검토하고, 최대부하 조건과 간헐부하 등의 검토로 수요적인 측면의 운전효율이 최적화 될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
에스엠ENG는 공조, 냉동, 환경, 신재생에너지 사업 분야에서 기술 개발부터 제조, 설치공사 유지관리에 이르기까지 폭 넓은 사업 수행으로 많은 경험을 통해 축적한 노하우를 기반으로 고객의 니즈에 부합하는 솔루션과 서비스를 제공하고 있다.
최근 새로운 환경의 신재생에너지 분야 최적화 제안과 개발·설치·운영관리 사업, 신재생융복합사업, 기타 사업을 통해 고객중심의 기업으로 고객과 함께 정진하며 나아가고 있다. 특히, 신재생에너지 융복합시스템 등을 접목해 온실가스를 감축시키고 에너지 저감과 운영 효율 향상이 구현되는 시스템 개발을 목표로 구슬땀을 흘리고 있다.
최 대표는 “신재생에너지 중 지열시스템은 설치공간의 필요에 따라 TOP-DOWN 건축현장의 지열공사에 적합한 공법을 개발해 공기를 단축시킬 것”이라며 “신뢰성과 품질이 확보된 구성품과 공법, 운영측면의 선제적 대응기술, 각 분야에 적합한 최적화 시스템 등을 개발해 최적의 기능을 발휘할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
그는 이어 “또한, 수열에너지 분야에서 유출지하수와 하수는 열펌프를 이용하면 냉난방의 열원으로서 온도조건이 우수하고 효율이 높은 에너지이기 때문에 서울시에서도 수열에너지 확대 사업을 추진하고 있다”며 “건축 후 발생하는 지하유출수와 하수를 활용해 신재생에너지로서의 이용이 검증되고 확대돼 온실가스 저감에 기여하기를 기대하고 있다”고 말했다.
