일반기술

지하수를 이용한 히트펌프 시스템

- 지하수를 이용한 열펌프 시스템에서 기존 지하수 취수정의 문제점을 보완하기 위하여 고안된 것으로 취수정 내에 설치 및 회수가 용이한 새로운 구조의 막을 설치하여 지하수의 흐름을 방해함으로써 상부의 지하수가 하부의 지하수로 이동할 때 지층을 통과하게 하여 열전달 효율을 증대 시키는 장치이다. 종래 기술의 단점 - 지하수를 활용한 냉난방 기술이란 깊이 40-60 m 부근에 위치한 지하수를 냉난방용 열펌프의 열원으로 이용하는 기술이다. 지하수를 이용한 시스템은 일반 냉난방시스템에 비해 초기 설치비는 높지만 열효율이 높아 단기간 내에 설치비를 회수할 수 있는 경제적인 시스템이다. 지하수 열원 시스템은 공기만을 단독으로 사용하는 열펌프에 비하여 성능이 향상되어 냉난방에 소요되는 에너지가 대폭 절감된다고 알려져 있다.기술의 우수성 - 지하수 열원 열펌프 시스템은 공조분야에서 중요한 대체에너지 중 하나로 인식되고 있다. 특히 이러한 열펌프 시스템에서 취수정 및 주입정은 시스템의 성능 뿐만 아니라 환경문제와도 연관된 중요 인자이므로 본 기술에서 제안한 방식은 종래의 취수정과 주입정으로 이루어진 방식과 두 개의 정이 통합된 단일 지중 열교환기 방식의 장점을 유지하면서 종래 방식의 단점으로 지적되던 초기 투자비를 줄일 수 있는 방식이다. 기술 요약 - 기존 수직형 closed loop 시스템은 수직 깊이로 시추한 후 열교환기를 매설하고 열저항을 감소시키기 위하여 grouting과 backfill을 수행한다. Backfill시 토양이 다공성인 지층으로 흘러가므로 보통 bentonite와 mortar 처리를 하게 되는데 열저항 측면에서 불리한 요인이 되고 시공비도 높아진다. 또한 열교환기에는 이물질이 들어갈 수 있으며 이는 열전달 성능을 약화 그리고 펌프를 손상시킬 수 있다. 따라서 이물질을 배출하는 기술 개발이 필요하다. 지반이 변동할 경우 열교환기의 손상시킬 수 있으면 이에 대한 대책이 필요하다. 이 경우 열교환기를 수리할 때까지 header에서 입구 및 출구를 차단하는 밸브의 설치가 필요하다 - 본 기술에서 제안하는 분리막을 사용하는 single open well 방식은 지하수를 직접 사용하므로 열교환기가 필요 없어 위의 문제점을 모두 해결하며 또한 시공비가 저렴한 장점이 있다. 국내외 시장 규모 - 국내: 1000억 이상 - 국외: 10억불 이상 사업성 -미국의 Department of Energy(DOE)는 1991년 Geothermal Heat Pump Consortium(GHPC, www.ghpc.org)를 발족시켜으며, 참여한 기관으로는 EPA, Edison Electric 연구소, Electric Power Research 연구소, International Geothermal Source Heat Pump Association(IGSHPA, 국제 지열원 열펌프 협회), National Rural Electric Cooperative Association, 다수의 열펌프 업체이다. 이 콘소시움에서는 지열 시스템의 보급과 기술 개발을 위한 업무를 담당한다. - 단일 취수정을 사용한 중앙 지하수 냉열원 환경시스템은 중국의 ESSTD (Ever Source Science & Technology Development Co., Ltd.)사가 유일하게 개발 보급하여 여러 건물에 적용하고 있다. 기존 지하수 방식은 지하수를 한 곳에서 인출하여 사용한 후 다른 곳으로 토출하여 여러 환경 문제가 야기되었으나 이 방식에서는 인출 및 토출 장소가 높이만 다를 뿐 한 곳에서 이루어져 기존의 환경 문제를 해결하였다. 또한 중앙 지하수 냉열원 환경시스템은 하나의 시스템이 난방, 냉방 및 온수공급을 수행할 수 있고, 열매 이송통로 및 열매체의 저장 공간이 필요하지 않아 초기 투자비를 절약할 수 있다.