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특별기획

지열 공동주택 적용 ‘3대 난제’ 핵심 이슈

공사비·천공부지·관리비절감 해결해야
LH, 공동주택 지열에너지 적용 전문가 자문회의 개최



LH(한국토지주택공사, 사장 박상우)는 6월8일 LH오리사옥에서 LH, 부산대, 지열전문기업 및 민간건설사 등 관련 전문가들과 함께 ‘공동주택 지열에너지 적용을 위한 전문가 자문회의’를 개최했다.

국내 주택시장은 정부가 추진하고 있는 2025년 제로에너지주택 달성을 위해 다양한 신재생에너지의 적용 검토가 필요한 상황이다. 대표적인 신재생에너지인 지열은 냉난방이 가능해 건축물의 적용성은 높지만 공동주택에 적용사례가 적다. 이번 회의는 지열을 공동주택에 적용했을 때 예상되는 문제점을 검토하고 해결방안을 모색하는 자리로 마련됐다.

이번 회의에는 △고영민 LH 주택시설처 차장 △박용부 LH 토지주택연구원 연구위원 △박영호 주택시설처 과장 △남유진 부산대 건축공학과 교수 △정민호 대림산업 차장 △박성구 지오테크 대표 △민경천 코텍엔지니어링 부사장 △최명덕 신성엔지니어링 본부장 △김한영 신성엔지니어링 수석연구원 △정대규 신성엔지니어링 팀장 등이 참석해 지열의 공동주택 적용사례와 문제점, 해결방안 등을 논의했다.

본격적인 회의에 앞서 남유진 교수가 공동주택 지열에너지 적용 사례에 대한 브리핑을 했다.

지열은 국가에너지안보 강화 및 국내 신재생에너지 보급목표 달성을 위한 필수 에너지원으로써 현재 공동주택 적용에 대한 민간수요 증가와 대규모 재개발사업 및 민간 의무화 사업에 관련된 수요가 확대되고 있는 상황이다.

하지만 공동주택 냉난방·급탕 적용 시 해결과제, 설계·운용 상 기술개발에 대한 과제가 남아있다. △지중열교환기(천공부지, 용량설계 방법) △2차측(냉방-난방 부하 불균형, 급탕 담당 여부, 2차측 기기 설계방법) △운영(세대별 에너지사용량 측정 및 과금방식) △비용(중앙난방으로 인한 공사비, 운영관리비) 등이 공동주택 지열적용의 주요이슈로 거론되고 있다.

이와 같은 이슈들은 다양한 국내·외 현장시공사례를 통해 최적화방안을 탐구하고 있고 △송도 더프라우2 △대전 반석동 6세대 빌라 △노원 EZ 센터 △독산동 금천 3차 △청량리 4구역 등이 현재 국내 지열시스템이 적용된 공동주택이다.

소규모 세대 난방 우선 적용
브리핑 뒤에 이어진 토론에서는 공동주택 지열 적용에 따른 여러 장애요인과 해결방안을 주제로 참석자들의 심도깊은 이야기를 들을 수 있었다.

특히 지중열교환기 공사, 지열 기계실 설치 등으로 인한 초기 공사비용 상승과 히트펌프 이용 중앙·개별난방을 비교한 정확한 데이터의 부재, 천공부지 부족 및 공사기간 지연 등이 주된 이슈로 거론됐다.

박용부 연구위원 초기투자비가 많이 투입되는데 현재처럼 유가가 안정된 상황에서도 민간에서 지열시스템을 적용하는 이유가 무엇인가

민경천 부사장 공동주택에 지열시스템 적용이 보편적인 모습은 아니고 롯데, 대림, GS, 대우 등 건설사들이 이제 본격적으로 지열을 도입하려는 단계다. 

민간에서 지열을 적용하려는 첫 번째 이유는 서울시 조례에 건물 전체 에너지사용량의 14%를 신재생에너지로 적용하라는 조항이 있다. 건축심의를 받을 때 환경영향평가를 받는 대형건물들은 무조건 신재생에너지가 일정 퍼센트 이상 들어가야 한다.

고영민 차장 지열로 추가되는 초기비용은 공사비에 부가해야 할 것 같은데 경우에 따라서는 초기사업비를 줄이기 위해 외부 펀딩 후 나중에 사업자가 회수하는 방법 등이 적용될 수 있다. 우리가 바로 사업비를 부담하면 상관없는데 외부에서 사업자들이 펀딩하고 나중에 그 돈을 회수하는 경우 관리비 상승이 문제될까 우려된다.

최명덕 본부장 이러한 문제와 관련해 예전에는 공동주택 단위마을이나 대단위마을을 대상으로 한국에너지공단이 지원하는 그린빌리지라는 사업이 있었지만 현재는 존재하지 않는다. 아마도 그런 사업이 활성화되지 않았기 때문에 제도가 폐지된 것으로 생각된다. 

지금은 건물지원사업, 주택지원사업이 매년 활성화되고 있는데 아마도 LH에서 대단위로 신재생에너지를 적용한다고하면 산업통상자원부나 국토부, 에너지공단에서 관련제도를 같이 만들어나갈 수 있을 것 생각된다.

신재생에너지 개발은 사실 자의적으로 하기에 어려운 면이 많다. 제도를 통해 누진제나 세재혜택 등이 많이 적용되고 있으며 에너지공단에서는 매년 이런 업계의 의견을 청취하고 있다. 이 부분은 에너지공단과 같이 상의하면 어떨까 한다.

민경천 부사장 LH공사가 지열을 적용하는 것이 간단한 문제는 아니라고 생각된다. 만약 실패하면 국가적으로 문제가 생길 수 있기 때문이다. 그렇기 때문에 100% 신뢰가 가능한 검증된 시스템 설치해야 한다.

지금 유럽에 가면 공동주택을 지열만으로 난방하는 현장이 굉장히 많다. 유럽의 공동주택은 작게는 10채, 크게는 50채 정도로 우리와 규모가 다르다는 점은 고려돼야 한다.

강조하고 싶은 점은 유럽이나 미국, 캐나다는 기본적으로 지열로는 난방만 한다는 것이다. 급탕을 지열로 하면 COP가 떨어져서 오히려 에너지손실이 발생하기 때문에 45℃까지만 지열로 데우고 그 이상은 전기로 데우는 것이 일반적인 방식이다.

현재 우리의 고민은 지열로 난방만 하냐, 냉방도 하냐, 아니면 급탕도 같이 하냐인데 물론 궁극적으로 다 가면 좋다. 하지만 시작은 우선 난방만하는 것이 가장 확실한 선택이다. LH의 지열 적용방향은 우선 100, 200세대 등 작은 단지에 난방을 100% 지열로 하고 급탕, 냉방은 그 다음 프로젝트에서 검토하는 등 단계적으로 나눠 생각해야 할 필요가 있다. 한꺼번에 3,000세대 대형단지에 냉난방·급탕을 전부 적용했는데 난방조차 제대로 안 된다면 문제가 커질 일이다.

그동안 시뮬레이션한 결과를 보면 아파트 난방·급탕비가 30만원이 나오는 곳에 지열을 효율적으로 설치하면 10만원 나오는 게 정상이다. 거주자들은 혜택을 받는 느낌을 받을 수 있고 다른 집과 우리집 난방비 비교를 확실하게 보여주면 사업이 탄력을 받을 수 있을 것이다.

박성구 대표 지열시스템이 지금까지도 많이 고려되고 있지만 사실 주거공간에 적용된 사례는 거의 없다. 피트니스센터 등 공용공간에는 적용되고 있는데 히트펌프를 이용한 공기공조가 대부분이다.

현재 LH가 고민하고 있는 것처럼 바닥난방까지 적용하는 것은 매우 드믄 상황이다. 남 교수님이 언급했던 더프라우는 180공으로 60세대씩 총 세 동을 운영하고 있는데 아쉽게도 지금은 잘 운영이 안 되고 있다.

당시 산업부 과제를 통해 100RT 6개 연결한 스크류방식 히트펌프를 개발했는데 전부 고장났다. 히트펌프가 고장나니까 지중열교환기 용량은 남아도는 상황이다. 

거주자들도 처음 2년은 저렴한 관리비에 놀랐다. 총 3차 아파트였는데 2차까지는 기존 지역난방이었다. 지역난방과 비교해 관리비가 1/4수준으로 낮아 너무 좋아했는데 히트펌프가 고장나면서 현재 스크롤방식 50RT 3대로 냉방만 부담하는 방식으로 바뀌었다. 지금 시장에 공급되는 히트펌프는 굉장히 안정적이고 그렇게 고장날 일이 없는데 당시 제품을 개발한 업체에서 욕심을 많이 부린 것으로 알고 있다.

제언을 하자면 LH에서는 대규모단지에 지열을 당장 적용하는 것은 반대다. 지금 지열시스템을 적용하려면 한 동당 25층 이상인 곳은 천공면적 확보가 어렵다. 지중열교환기 설치면적이 작기 때문이다. 다만 건물 하부에 적용하는 것은 공사기간에 대한 문제이지 방법이 없는 건 아니기 때문에 이에 대해서는 시공사와 협의해야 할 사항이다.

가장 화두로 삼을 것은 공동주택은 개별보다 중앙집중식이 여러 면에서 효과적이라는 점이다. 아까 시공비 올라가지 않냐고 걱정하시던데 경험에 의하면 공동주택 표준부하량을 지금 생각하는 것보다 현저하게 낮출 수 있다.

공동주택은 가구마다 부하패턴이 불규칙해 동시사용률을 40% 이하로 잡아도 될 것으로 보인다. 연구를 통해 표준부하량을 빨리 산정할 필요가 있다.

개별세대별로 설치할 때는 모든 부하를 풀로 만족시켜야 하지만 중앙공급식으로 할 때는 이러한 동시사용률을 충분히 반영할 수 있기 때문에 우리가 생각하는 수치의 60% 정도로 예상된다.

완벽하게 소비자가 냉난방을 선택하는 시스템으로 가되 큰 규모가 아닌 100세대 정도 건물에 시범적으로 시작하면 일년 반 정도면 현재 기술로 충분히 가능할 것으로 보인다. 저희는 지열로만 급탕까지 요양원에 많이 설치했다. 요양원도 각 세대별로 보면 아파트 세대라고 봐도 문제 없다. 이러한 사례로 보면 기술적으로는 충분히 가능하다는 얘기다.

정민호 차장 대림산업도 공동주택 지열 적용을 위해 여러 가지 방법으로 생각을 하고 있었고 재작년까지만해도 전 세대 지열냉난방을 할 수 있는 아파트를 분양한다는 목표를 가졌지만 달성하지 못했다. 용량과 부지문제였다.

특히 건축에서는 지열을 설비아이템으로 본다. 건축에서는 지열용량이 커지는 것을 안 좋아한다. 신재생에너지 14% 의무적용 얘기가 나오면 저쪽에서는 편하게 태양광이나 연료전지로 채우면되지 않느냐는 생각이다.

이번에 송파쪽에 에너지파일 관련시공을 했었다. 파일을 300개 정도 묻었는데 시공간섭 때문에 건축과 말이 생겼다. 빨리 건물 올려서 완공해야 하는데 며칠 늦어지면 어려워하기 때문이다. PHC 파일에 묻으면 수평배관이 많아진다. 그 위에서 다른 건축작업들을 해야하는데 파이프 잘라지는 경우가 있었기 때문에 향후 PHC파일은 적용하는 게 힘들 것 같다.

지열이 전체 세대에 들어가기 위해서는 지열용량만 키울 것이 아니고 그렇다고 히트펌프나 팬코일에서만 해결될 문제가 아니다. 여러 요소기술들이 합쳐져서 전체 시스템이 엮어지는 작업이 선행돼야 한다. 아까 말씀처럼 난방이면 난방 먼저, 그 다음 급탕, 냉방이 단계로 조금씩 진척돼야 할 것이다.

시스템 최적화 검토 필수
고영민 차장 지열은 몇 가지 문제가 있다. 우선 공사비가 많이 상승한다. 보조금 없다고 봤을 때 단순히 지열로 냉난방을 함께 한다면 지중열교환기나 히트펌프, 배관. 기계실 등을 포함해 정확하게 어느 정도나 비용이 상승하는지 정확한 데이터가 있는가

민경천 부사장 30평 아파트를 기준으로 세대당 필요한 용량은 2RT다. 에너지공단 기준가로 하면 800만원인데 이걸 30평으로 나누면 평당 27만원 정도 상승한다.

고영민 차장 에너지공단 단가도 정확한 건 아닌 것 같다. 기계실 등 부가적으로 들어가는 비용까지 했을 때 그것보다 훨씬 더 많이 들어갈 것 같다. 

공사비 상승이 가장 큰 문제고 상승치만큼 절감효과 확실히 나타나야 한다. 아까 예를 들었던 현장들에서 몇 년간 운전해보고 정확한 데이터가 축적, 제시돼야 하는데 송도에 가보니까 데이터가 없다. 이지하우스는 1년이 채 안됐으니 아직 비공개 상태다.

들리는 말로는 순환펌프를 많이 넣어 전체 COP로 했을 때 1 조금 넘는 정도로 에어컨에 비해 거의 절감효과가 적을 것 같다는 생각이 든다.

누진제 적용 여부도 있고 간절기 등 사용 안할 때 기본요금이 나오기 때문에 히트펌프 용량이 커지면 생각보다 전기요금이 많이 나온다. 건설사나 LH를 설득하기 위해서는 명확한 실험지구 실험데이터 필요하다. LH본사에 지열시스템이 설치돼있지만 업무용 건물은 부하형태가 다르기 때문에 비교가 힘들다.

박성구 대표 공용주택에 최적화되지 않아 파생적으로 나온 문제는 앞으로 개선이 가능하다. 근본적으로 지열시스템이 경제성 확보가 됐다는 것은 LH본사에서 체험하고 있을 것이다.

고영민 차장 지열은 업무용에는 적합하다고 생각한다. 사무실 냉난방부하는 있지만 급탕은 보일러로 운전하면 되니까. 그런 경우에는 최적화될 수 있지만 송도나 다른 도입현장에서는 잘 안됐다.

일반 단위세대는 부하패턴이 전혀 다르다. 업무용 시설과는 다르게 냉방부하 불균형도 크고 급탕도 사용하기 때문에 부하가 굉장히 불규칙하다. 이런 부분 때문에 업무용에서 효과가 있었기 때문에 공동주택에서도 똑같이 있을 것이라고 보기는 어렵다.

공사비 상승, 절감효과가 명확하지 않다는 부분, 천공부지 부족 등 3가지가 가장 큰 문제가 아닐까. 이 세 개가 해결이 안되면 계속 공동주택 지열적용은 힘들다. 2010년부터 지열을 활성화한다고 들었는데 아직까지도 안되는게 이러한 원인이다.

특히 공사기간 지연에 관해서 건물 밑에다 천공하는 것을 쉽게 얘기하셨는데 근데 이건 굉장히 큰 문제다. 공사가 일주일만 지연돼도 따라오는 부대비용이 엄청나게 늘어난다.

최명덕 본부장 지금 말씀하신 천공부지, 공사비 등은 피할 수 없는 문제다.

지열 COP가 좋은 건 누구나 알 수 있는데 방금 말씀하신 순환펌프 등을 여러 대 넣어서 불필요한 운전 때문에 전기요금이 많이 나가는 것이다. 그건 사실 지열전문회사의 책임이다. 운전에 대한 조닝을 잘 나눠서 히트펌프, 순환펌프를 적절하게 분배해야 하는데 설계할 때 2차측 잘 고려하지 않고 1차측만 고려한다. 

제가 알기로는 LH에 설치한 것도 순환펌프가 대형 하나로 묶여서 운전하다보니까 작은 부하에도 큰 모터가 돌아 에너지가 많이 소모되다가 지금은 개별운전이나 인버터 등을 통해 많이 개선됐다.

민경천 부사장 공사비, 천공부지, 공사기간, 정확한 사용데이터 등이 핵심 이슈라고 말씀하셨는데 우리 지열회사들이 얼마든지 숫자를 제시할 수 있다.

5RT면 50평을 난방할 수 있는데 한 공 뚫는데 10평이 필요하고 1,000세대면 만평 필요하다. 그 정도는 어느 아파트에나 다 있다. 공사비는 에너지공단기준으로 400만원인데 실제 시장서는 300만원이면 다 한다.

피트와 기계실은 지역난방을 넣더라도 다 있는 것이다. 물론 기계실이 약간 더 커질 수는 있다.

고영민 차장 절감효과에 대한 데이터를 많이 봤지만 실제 시공해서 그만한 절감량이 나오는지 확신이 없다.

박성구 대표 시스템 최적화에 대한 검토가 필요하다. 이지하우스는 한 세대만 난방을 해도 순환펌프가 24시간 내내 돌아가야 한다. 인버터를 쓰든 순환펌프를 분할하든 운용의 묘를 찾아야 하는데 이를 도외시 하면 ‘지열 적용했는데 COP 겨우 1 넘더라’라는 얘기가 나온다. 최적화하면 효과는 확실하다. 

모든 것이 첫술에 배부를 수 없듯이 시행착오와 경험이 존재한다. 우리는 현재 과도기인 것 같다. 이지하우스도 이러한 사항을 개선하면 COP 3 나오는 것은 우습다.

박용부 연구위원 LH 내부의 의지가 가장 중요하다.

예전과 상황이 많이 달라졌고 지열의 효과나 장단점이 많이 드러나고 불확실성이 많이 개선됐기 때문에 전담조직을 빨리 만들어서 이러한 문제들을 정리한다면 좋은 결과가 도출될 것이다. 업계에서도 자료들을 충분히 제공할 수 있다면 추진할 수 있는 여건은 만들어졌다.

남유진 교수 TF팀을 구성해 난방, 냉방, 급탕 등을 적용하는 방안을 검토하고 비용분석 자료를 가지고 다시 한 번 논의하는 등 체계적인 로드맵을 그리는 작업이 필요하다. 

공동주택 지열에 집중된 연구과제는 한 번도 없었다. 전문기업들이 참여해서 데이터 분석하는 연구이기 때문에 의미있을 것이다. 두루뭉술하게 대상도 없고 몇몇 추상적인 데이터 집계가 아닌, 예를 들어 공공임대 행복주택이든 어떤 대상을 가지고 케이스를 면밀하게 분석한다면 큰 성과가 나온다.

박용부 연구위원 행복주택 등 구체적 대상에 대한 데이터가 나온다면 그 후엔 상황에 따라서 선택할 수 있고 빠른 시간 내에 설계도 나올 수 있다.

이러한 경우 특정사안에 대한 설계사들의 생각이 다르기 때문에 부분적으로 떼어서 연구용역을 주기 어렵다. 신속하게 결정해야 하는데 부분별로 생각이 다르다보면 시간이 오래 걸리고 결정을 하기 힘들다.

특정기간 동안은 지열업체에서 LH를 많이 도와줘야 한다. 이쪽에서 원하는 자료를 빨리 만들어줘야 결과가 빨리 도출될 수 있다. 행정절차가 복잡해지지 않게 도와달라.