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지앤지테크, 지열 지중 열교환기 기술 선도

함몰방지 ‘지오썸’·고심도공법 ‘딥코일300’ 개발

지열시설 설치 시 필수 구성요소 중 하나가 지중열교환기 설치공사다. 지열시스템은 지상에 설치되는 히트펌프와 지중에 설치되는 지중열교환기로 이뤄지며 지열시스템에서 지중열교환기의 비중은 매우 크다.

지중열교환기분야에서 국내에서 독보적인 기술을 개발하고 보유하고 있는 기업이 바로 지앤지테크놀러지(대표 조희남)다.

국내 지열 설치현장에서 지중열교환기는 지하수를 직접 양수해 열교환시킨 후 다시 재주입하는 개방형(SCW)과 지열코일관을 지열공 내 삽입, 설치한 후 그라우팅을 시행한 후 사용하는 수직밀폐형으로 구분돼 설치되고 있다. 국내에서는 수직밀폐형이 대세를 이루고 있다. 

지앤지테크놀러지은 개방형(SCW) 중 함몰방지형 공법인 ‘지오썸(GeoSSum)’과 300m 이상 심도를 시공할 수 있는 고심도 수직밀폐형 공법인 ‘딥코일300’ 등의 지중열교환기 기술을 보유하고 있다. 

NET인증 받은 ‘지오썸’

대표적인 함몰방지형 공법인 지오썸은 개방형 공법에서 가장 많은 하자사례가 있었던 지열공 함몰(공무너짐)사고를 근본적으로 방지할 수 있다. 잦은 케이싱 이탈에 의한 열교환 용량 부족으로 히트펌프 손상을 방지할 수 있도록 케이싱이탈방지 하부그라우팅 기술을 적용했다. 

특히 연약한 지반이나 미세 토사류 퇴적으로 순환 유로에 설치된 유공관이 부분적으로 폐색돼 발생되는 환경에서도 정상적인 지하수 순환을 위해 지중열교환기 하부구간에 별도의 환수용햇더를 환수관과 연결, 설치했다. 이러한 우수한 기술력을 인정받아 환경신기술(NET) 제495호로 인증받기도 했다. 

딥코일300, 굴착공 부지 1/2 이상 줄여

고심도 수직밀폐형 공법인 ‘딥코일300’은 한국에너지기술평가원의 기술개발지원으로 개발이 완료된 지중열교환기 기술이다. 기존에는 220m가 설치한계였던 것을 300m 이상 깊이까지 지열 열교환코일관 설치가 가능토록 개발됐다. 고심도 설치 시 지열 열교환코일관이 가지고 있는 낮은 비중(0.93~0.97)으로 발생되는 부력을 하중밴드(weight band)를 열교환코일관에 일정한 간격으로 결착시켜 이를 극복할 수 있도록 한 것이다. 

하중밴드 설치로 지열 열교환코일관의 고심도 설치가 가능케 됐으며 코일관의 직경을 50mm로 대구경화해 열전달 효과를 상승시키고 지열공마다 상부에 점검구 구성을 통해 누출여부 확인 등 유지관리 편의성을 높일 수 있도록 했다.  

‘딥코일300’의 탄생으로 기존 지열시스템 설치 시 지열공 굴착부지가 좁아 발생된 문제를 해결할 수 있게 됐다. 즉 기존 150m 심도보다 ‘딥코일300’ 적용 시 굴착공 부지를 1/2 이상 크게 줄일 수 있는 효과가 있어 부지가 특히 좁은 도시지역 내 지열을 시설하게 될 경우 필요성과 효과가 크게 부각될 수 있는 기술이기 때문이다.  

토목공사 터파기 전 지열공 굴착 완료기술 개발

지앤지테크놀러지는 ‘딥코일300’ 외에 도시지역 내에서 토목공사 터파기 전 지열공 굴착을 완료할 수 있는 기술도 보유하고 있다. 이 기술은 건축부지 정리단계에서 지열공을 굴착하고 지열 열교환코일관 헤드상부에 깊이표식이 된 스케일직관을 연결해 최종 굴착 예정깊이 상단부 1m 내외에 지열 열교환코일관 헤드가 위치할 수 있도록 하면서 지중열교환기 설치와 그라우팅주입을 완료하도록 한 것이다. 

열교환코일관 헤드가 설치된 깊이에는 주황색 색상액을 집중적으로 주입해 경고성 위치가 표식되도록 한 것이다. 발파 시에는 열교환코일관의 손상을 방지하기 위해 별도 보호관이 덧씌워지도록 했다. 

토목공사 터피기 작업자는 주홍색으로 표식된 그라우팅 원형기둥체가 드러나기 전까지는 노출되는 스케일 직관이나 열교환코일관 등을 자유롭게 절단해 제거하면서 터파기작업을 진행하면 된다. 열교환코일관 내부는 수압이 채워지 상태로 존치되며 설치된 압력센서를 통해 토목공사 중이라도 열교환코일관의 손상으로 누출여부 등을 확인할 수 있도록 해 안전시공에 만전을 기할 수 있다.

지앤지테크의 관계자는 “길이가 표시된 직관을 열교환코일관에 연결해 지열공에 삽입하고 색상액을 그라우팅액과 함께 주입해 정확하게 터파기 마감깊이에 열교환코일관의 상부가 위치되도록 하는 것”이라며 “이 기술의 등장으로 종래 좁은 건축부지 내에서 토목공사 터파기 후 굴착장비를 대형 크레인등을 동원해 지하에 투입해 지열공을 굴착하면서 발생되는 공종간 공사 간섭 및 안전사고도 미연에 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다”고 밝혔다. 

가장 큰 효과는 토목공사 후 진행되는 지열공 굴착공사 공정을 건축공정 초기의 부지정리단계로 이동시킬 수 있고 지열공 굴착시기를 이 단계에서 여유롭게 조정하면서 시행할 수 있어 결과적으로 공사기간을 크게 단축시킬 수 있다.

지앤지테크는 제주도형 하이브리드 밀폐식 지중열교환기 기술도 보유하고 있다. 이미 제주 헬쓰케어타운에 160RT 규모로 시설되기도 했다. 

지앤지테크의 관계자는 “제주도는 화산암반으로 이뤄진 지질특성과 지하수 대수층에서 지하수 이동속도가 빨라 그 지형에 적합한 지열 지중열교환기 개발이 필요하다”라며 “제주 지질 지형에 적합토록 다발관 형태의 지중열교환기를 개발했으며 현장 설치를 완료해 성능의 우수성을 확인했다”고 밝혔다.