난방비 지출은 농가들의 가장 큰 고민거리다. 정부는 농민들의 난방비용을 줄이고 온실가스배출량도 감소시키기 위해 ‘에너지이용효율화사업’을 통해 지열히트펌프시스템을 공급하고 있지만 지열시스템 특성 상 초기투자비가 크게 들어가는 단점이 있다.

농촌진흥청은 ‘지하수층 계절간 축열 온실 냉난방시스템’ 개발로 천공비용을 줄이는 데 성공, 향후 농촌 지열히트펌프 보급확산에 기여할 것으로 보인다.

이번 시스템은 설치비가 고가인 기존 지열히트펌프의 지중 열교환기 대신에 20~30m 길이의 관정만 필요하므로 일반적인 수직밀폐형 및 개방형 지열시스템보다 설치비를 약 30% 정도 줄일 수 있다.

지하수 계간축열시스템은 히트펌프에서 발생하는 온열과 냉열을 충적대수층*이 발달한 하천 주변 지하수층에 저장해 두고 필요할 때 20~30m 깊이에 설치한 냉·온수관정으로 뽑아 올려 히트펌프의 열원으로 이용하는 기술이다.

여름철 온실냉방 시 히트펌프 응축기에서 배출되는 25~30℃의 온수를 지하수층에 저장한 후 겨울에 이를 뽑아 올려 히트펌프로 온실난방에 이용하고 겨울에는 반대로 히트펌프 증발기에서 배출되는 7∼12℃의 냉수를 저장한 후 히트펌프를 이용해 온실냉방에 사용하는 시스템으로 히트펌프의 효율을 20% 향상시켰다.

공기열대비 1/3 수준 운영비

농촌진흥청은 충남 부여의 한 농가에 지하수 계간축열시스템을 시범설치하고 실증시험을 진행했다.

이번 시스템이 설치된 농가는 약 6,000m²(1,800평) 규모이며 방울토마토를 재배하고 있다. 농장주인 김면종 대표는 지하수 계간축열 시험현장 말고도 4,600m²(1,400평)의 방울토마토 농장에서 공기열히트펌프를 사용해 온실을 경영하는 등 에너지비용에 대한 관심이 높다.

김면종 대표는 “이정도 규모의 농장을 공기열시스템으로 운영할 경우 월 300만원의 난방비가 나오는데 지하수 계간축열시스템은 난방비가 80만원대로 경제적이며 아직까지 불편한 점은 느끼지 못했다”라며 “1만m²(3,000평)의 유리온실을 추가로 건설할 계획인데 이 시스템을 도입할 생각”이라고 말했다.

이어 “시스템을 설치하는 비용이 만만치않기 때문에 투자비를 빠른 시간 내에 회수할 수 있을 정도의 규모가 있는 농장에 설치하는 것을 권장한다”고 덧붙였다.

지하수 계간축열시스템의 총 설치비는 2억8,000만원가량으로 비용의 70%를 보조받을 수 있다. 2,300m²(700평) 기준으로 70RT가 설계됐지만 6,000m²(1,800평) 농장 전부에 냉난방을 공급할 정도로 용량은 충분하다.

이곳 농가는 지하수 계간축열시스템을 이용해 겨울철 외부기온 -13℃에서도 온실 내부는 평균 15℃를 유지했다. 면세등유를 사용하는 온수보일러보다 난방비용은 78%, 이산화탄소 배출량은 38% 줄일 수 있었다.

겨울철 난방은 물론 여름철 냉방에도 히트펌프시스템을 활용하고 있다. 방울토마토 재배기간은 10월 정식(작물을 심는 것) 후 5월까지인데 냉방 가동으로 다음 작기를 더욱 일찍 시작해 방울토마토의 수확량을 25% 증가시켰다.

농촌진흥청은 이번에 개발한 ‘지하수층 계절간 축열 온실냉난방시스템’에 대해 특허등록(제10-1715752호)과 기술이전을 완료했으며 2019년부터 보급할 계획이다.

*충적대수층: 지하수가 있는 모래, 자갈층. 우리나라의 경우 한강, 낙동강 등을 비롯한 대규모 하천 연안에 넓게 분포하며, 전 국토 면적의 약 27%, 대수층 두께는 2~30m다.