지열설비 시스템

지열설비의 정의

지열설비는 지중의 비교적 일정한 온도를 열원으로 삼는 설비다.

히트펌프로 건물의 냉난방과 급탕을 수행하는 것이 핵심이다.

국내 지열 직접 이용 설비는 대부분 지열 히트펌프다.

천부지열과 심부지열

지열은 깊이에 따라 천부지열과 심부지열로 나뉜다.

천부지열은 지표에서 150~200m까지이며 온도는 대략 10~20℃다.

200m 이하의 심부지열은 40℃ 이상이라 직접 이용이 가능하다.

깊이를 밝히지 않고 온도만 쓰면 흔한 실수가 된다.

구성요소와 흐름

지열설비는 지중열교환기, 순환펌프, 히트펌프, 분배장치로 나뉜다.

지중열교환기는 지반과 열을 주고받고, 히트펌프가 그 열을 냉난방 온도로 올리거나 내린다.

제어반은 온도와 압력을 감시하고 운전 순서를 제어한다.

난방과 냉방의 열 방향

지열설비의 핵심은 열의 방향을 계절에 따라 바꾸는 것이다.

난방 때는 지중에서 열을 흡수해 건물로 보낸다.

냉방 때는 건물의 열을 지중으로 버린다.

같은 설비로 연중 냉난방을 처리할 수 있다.

폐쇄형과 개방형 비교

지열설비는 지중 열교환 회로 구성에 따라 폐쇄형과 개방형으로 나뉜다.

폐쇄형은 부동액 혼합액이 순환하는 루프를 지중에 묻는 방식이다.

개방형은 지하수를 직접 끌어 쓰므로 수질 오염 우려가 있다.

수직형은 부지가 좁아도 시공할 수 있다. 수평형은 넓은 부지가 필요하다.

소비전력 계산 예제

계산 예로 난방 부하 60kW, COP 4.0인 지열히트펌프를 본다.

소비전력은 난방 열량을 COP로 나눈 값이라 15kW가 된다.

같은 부하를 전기저항 히터로 처리하면 60kW가 필요하다.

정리

지열설비는 천부지열을 열원으로 쓰는 히트펌프 설비다.

지중열교환기는 폐쇄형과 개방형으로 나뉘며, 국내는 폐쇄형 위주로 시공한다.

그라우팅은 아래에서 위로 채우고, 설계는 냉난방 부하 균형을 맞춘다.