전원주택 실속 냉난방기기 '지열 냉난방 시스템'

무한 청정 에너지로 냉난방을 동시에
지열 히트펌프는 자연 속에서 쉽게 접하는 공기, 물, 지열을 열원으로 가동하므로 유해 가스 배출이 전혀 없는 친환경 냉난방 시스템으로 화석연료를 사용하지 않아 안전하고, 실내·외 공기 오염을 방지해 쾌적성 측면에서 유리하며, 냉각탑이 필요 없으므로 건물의 미관과 구조 측면에서 유리하다. 무엇보다 지열 냉난방 시스템은 심야전기보일러, 도시가스보일러, 기름보일러 보다 난방비를 대폭 절감할 수 있다.

글 전원주택라이프 편집부
취재협조 경동나비엔
에너지관리 공단 신재생에너지센터 www.energy.or.kr
한국지하수지열협회 www.kogga.or.kr

“지열 냉난방 시스템 주택인데 한 겨울 한 달간 사용한 전력(히트펌프 가동용)이 1327㎾로 기본료를 포함해 전기요금이 총 11만 원 정도 나왔어요. 만약, 기름보일러를 땠다면 월간 난방비가 40만 원은 훌쩍 넘었을 거예요.”- 경기도 양평군 양서면 165.0㎡(50.0평)복층 철근콘크리트 주택 건축주 권태훈 씨.

“지열 시스템으로 난방하고 급탕하는 데 전혀 부족함이 없어요. 그뿐만 아니라 쾌적한 실내 환경을 유지하기에 보일러보다 훨씬 나아요.”-경기도 양주시 장흥면 182.3㎡ (55.2 평 ) 복층 경량 목조주택 건축주 박경진 씨.

정부에서 신·재생에너지 주택(Green Home) 지원 보조금을 받아 지열 냉난방 시스템을 설치한 전원주택 건축주들은 대부분 호의적인 반응을 보인다. 정부는 2004년부터 2020년까지 그린 홈 100만 호 보급을 목표로 태양광, 태양열, 지열, 소형 풍력, 연료 전지 등 신·재생에너지원을 주택에 설치할 경우 설치비의 일부를 보조하고 있다.

대상은 건물등기부 또는 건축물대장의 용도가 <건축법시행령>에서 규정한 단독주택과 공동주택으로, 단독주택은 기존 주택과 신축 주택 모두 해당한다. 용도별 지원 분야는 태양광은 전기 생산, 태양열은 온수 생산, 지열은 냉난방 이용, 소형 풍력은 전기 생산, 연료 전지는 전기·열 생산 등이다.

지열 냉난방 시스템을 설치한 경기 양평군 양서면 부용리 165.0㎡(50.0평) 복층 철근콘크리트 주택

경기 양주시 장흥면 일영리 182.3㎡(55.2평) 복층 경량 목조주택

■지열 에너지와 히트펌프
지열을 지열 에너지라고도 하는데 지중에 저장되는 약 47%의 태양열 복사에너지와 지구 내부의 마그마에서 열을 얻는다. 지열은 지하 5∼300m 깊이에 저장된 ‘천부 지열’과 지하 300m 이하 깊이에 존재하는 ‘심부 지열’로 구분한다. 천부 지열은 연중 15℃(±5℃)의 일정한 온도를 유지하는 토양, 지하수, 지표수, 하천수, 심층수 등의 열원을 히트펌프를 통해 건물의 냉난방용과 급탕용으로 열을 공급한다. 심부 지열은 40∼150℃의 온수나 증기 등의 열원을 열 교환기와 터빈을 통해 전력 생산용으로 사용한다.

우리나라엔 지열 자원이 풍부한 분화(噴火)지역이 많지 않기에 지열을 전력 생산보다 주로 냉난방용으로 사용한다.

히트펌프는 공기, 물, 지열 등 저온의 열원에서 열을 흡수해 고온의 열원으로 열을 운송하는 기계 장치이다. 열을 빼앗기 위해 사용하는 매체인 냉매 가스의 증발열과 응축열을 이용하는 순환 방식으로 외부 열원(지열)으로부터 열을 흡수해 냉난방과 급탕용으로 공급하는 시스템이며, 전기 1㎾의 입력 에너지로 3∼5㎾의 열량을 생산하는 고효율 에너지 시스템이다.

■지열 히트펌프 특징
높은 성능 효율과 안정적인 열원  성능 효율이 높고(5RT 기준(COP: 3.86, 냉방: 3.91)) 지열을 이용해 열원이 안정적임.

경제적  신·재생에너지원으로 화석연료 사용이 전혀 없음. 저렴한 운전비용으로 경제적임.

안전하고 편리 폭발이나 화재 위험이 없고 사계절 모두 냉난방과 온수를 마음대로 쓸 수 있음.

에너지 절약  냉방 에너지는 일반 에어컨 대비 약 44%, 난방 에너지는 약 80%의 에너지 절감 효과가 있음.

내구성  안정적인 운전으로 장비 수명은 약 25년임(지하 열 교환기 수명은 50∼100년).

적은 공간 사용  열 교환기가 지중에 설치돼 건물 외관이 미려하고 보일러와 연료 탱크가 불필요해 설비 기기의 옥 내·외 설치면적을 최소화할 수 있음.

친환경적  대기 오염 물질 배출 절감과 화석연료 사용 절감 효과로 CO2 배출량을 감소시킴.

1 천공 작업. 2 지열 PE관 150 m 2개. 3 에너지관리공단 감리 로 심도 측정. 4 지중에 PE관 삽입. 5 트렌치, 히트펌프까지 열 교환기를 연결하는 트렌치 작업. 6 지열 냉난방 시스템 기계실. 히트펌프에 열 교환기를 연결한 모습.

■지열 냉난방 시스템 주택
지열 냉난방 시스템 주택이란 연중 약 15℃로 일정한 지열을 히트펌프로 변화시켜 냉난방에 이용하는 주택으로, 정부의 가구당 지원 규모는 17.5㎾(5RT) 이하이다. 겨울철엔 지중에서 열을 흡수해 히트펌프로 온도를 상승시켜 난방하고, 여름철엔 실내의 높은 열을 지중으로 방출해 냉방에 이용한다.

지열 시스템은 지하 시설인 땅을 굴착(穿孔)해 설치하는 2공의 지중 열 교환기(지열공)와 지상 시설인 히트펌프, 축열 탱크 그리고 냉방 시 팬 코일 유니트(Fan Coil Unit)와 전기온수기가 필요하다. 지하 시설인 2공의 지중 열교환기는 순환 유체의 열 복원 과정을 통해 약 15℃의 지열을 확보해 지상 시설인 히트펌프로 반복해서 보내고, 히트펌프는 지열을 컴프레서를 통해 응축·압축해 난방에 필요한 50∼60℃ 상승시켜 축열 탱크로 보내고, 축열 탱크는 히트펌프에서 받은 온수를 저장한다.

지열 시스템의 유형은 크게 수직형(밀폐식), 수평형(밀폐식), 수직 개방형(우물 관정식) 등으로 구분하는데, 정부 보조금 지급은 ‘수직 밀폐형’에 한한다. 수직 밀폐형의 원리는 지표면에서 150m 깊이로 2공을 수직 굴착해 U자형 지열 루프(Ground Source Loop)를 설치하고, 용량에 따라 150∼200m 깊이로 폐회로를 매설하고, 지열 루프 내부에 순환 매체를 주입해 지열과 열 교환하는 방식이다.

일반적으로 지중 열 교환기를 위해 50.0㎡(15.2평), 기계실을 위해 6.6㎡(2.0평)의 설치 면적이 필요하다. 지열 냉난방 시스템은 에어컨과 전열기에 비해 72%까지 에너지를 절감하기에 경제적이고, CO2 발생량을 줄이기에 친환경적이고, 폭발과 화재 위험이 없기에 안전하고, 소음이 없으며 유지 관리가 용이하기에 편리하고, 냉난방과 급탕을 동시에 해결하기에 유연한 설계가 가능하고, 여타 신·재생에너지에 비해 초기 투자비용이 저렴하다.

■지열 냉난방 시스템 설치비와 경제성
지열 냉난방 시스템 공사비는 천공과 기계실까지 책정하며, 배관을 추가할 경우 별도로 부담해야 한다. 총 공사비가 2,600여 만 원으로 자부담이 100%일 경우 부담스럽지만, 그린 홈으로 들어가면 그중 정부에서 1,200만 원과 지자체에서 200만∼500만 원을 무상 보조한다. 이 경우 현장 여건에 따라 가격이 변동될 수 있지만, 자부담 금액은 900만∼1,200만 원 선이다. 전원주택은 간격 5m 천공 두 개와 6.6㎡(2.0평) 정도 기계실이 필요하다. 공사 기간은 천공 3일, 기계설비 3일, 전기공사 1일로 총 1주일정도인데, 각 단계마다 에너지관리공단의 확인 절차가 있으므로 약간 더 걸리는 편이다. 지열을 설치하면 약 50만 원 하는 5㎾ 계량기를 따로 달아야 한다.

■지열 냉난방 시스템을 선택할 때 확인 사항
첫째, 견실한 제조사의 제품을 선택해야 한다. 초창기 지열 시스템을 설치한 화훼단지 등 여러 곳에서 제조사의 부도로 부품을 조달하지 못해 히트펌프가 무용지물이 됐기 때문이다.
둘째, 한두 해 사용하는 제품이 아니므로 전국적으로 A/S망을 확보한 곳을 선택해야 한다. 점검과 유지 보수의 경우 정부 공사는 3∼5년 무상 A/S하며 소비자는 보충 수만 보면 된다(단, 소모품 교체비 별도).
셋째, 건축 진행에 차질을 빚지 않으려면 건축과 지열 시스템 공사 일정을 조율해야 한다.
참고로 전원주택의 지열 기계실 출입구는 80㎝×200㎝ 이상, 실내는 220㎝×160㎝×200㎝ 이상이다.”

지열 냉난방 주택 Q&A
Q. 지열 설비를 설치하려면 어떻게 신청하는지.
A. 지열 관련 시공업체를 그린 홈 홈페이지(http://greenhome.kemco.or.kr)에서 선정한다. 그리고 시공업체와 설치 가능 여부, 자부담금 등에 대해 충분히 상담한 후 설치를 결정하고 계약을 체결한다. 그리고 직접 그린 홈 홈페이지에서 사업을 신청한다. 이때 업체 홍보 내용 중 과대광고에 현혹되지 않도록 2개 이상의 업체와 상담한다.

Q. 시공업체와 어떻게 연락하는지.
A. 시공업체 정보는 그린 홈 홈페이지의‘제품 및 기업 소개’,‘ 참여 시공 기업 소개’에 대표자, 연락처, 주소 등의 정보를 공개하고 있다.

Q. 사업 신청을 위해 준비할 서류는.
A. 표준 설치 계약서, 건물등기부등본 또는 건축물대장(신축 건물은 건축허가서), 설치 예정 장소 현장 사진과 약도, 신청자 주민등록번호 또는 사업자등록증 등이다.

Q. 설치 신청 마감은 언제인지.
A. 지열 사업 신청 기간 내 신청을 완료해야 하며, 당해 연도 지원 예산이 소진될 경우 사업을 종료한다. 또한, 승인받은 사업은 설치 완료기간 내 설치를 완료해야 한다.

Q. 2개 이상의 주택을 소유한 경우 각각 설치할 수 있는지.
A. 설치 신청자가 2주택 각각 건물등기부등본의 소유주와 일치한다면 각각 설치할 수 있다.

Q. 보조금은 어떻게 받는지.
A. 신청자가 시공업체와 체결한 표준계약서의 자부담금을 농협 가상계좌에 선예치하면 에너지관리공단 신·재생에너지센터가 사업을 승인하고 정부 보조금 중 선급금을 시공업체에 지급한다. 시공을 완료한 후 센터에서 설치를 확인한 후 자부담금과 보조금 잔금을 시공기업에 지급한다.

Q. 설비에 이상이 생길 경우 어떻게 A/S를 받는지.
A. 시공업체에 연락해 조치하거나 신·재생에너지 설비 통합 A/S신고센터(1544-0940)로 요청하면 된다. 단, 하자 보증기간이 만료된 이후 발생한 설비의 하자 수리비용은 소유주가 부담해야 한다.

출처 에너지관리공단,《알기 쉬운 그린 홈 안내 가이드》

지열 냉난방 시스템은 초기 투자비가 부담스럽지만, 초기 투자 회수 기간은 5년(태양광은 10년)으로 여타 에너지원에 비해 경쟁력이 뛰어나다. 내구성은 지하 시설은 100년이고 지상 시설(히트펌프)은 25년 정도이다. 히트펌프가 전기를 사용하지만, 연료까지 따지면 기름보일러에 비해 연간 70% 정도 난방비를 절감할 수 있다.

그럼에도 일조량과 바람 등 일기의 영향을 많이 받고 적정한 장소와 면적이 필요하고 사후 유지 관리가 필수인 여타 신·재생에너지에 비해 지열은 보급률이 낮은 편이다. 따라서 지열 냉난방 시스템의 보급 확산을 위해선 정부와 지자체의 지속적인 지원뿐만 아니라 소비자의 인식 전환이 필요하다.