지하수와 지열분야에 총 82건의 발명특허등록 기술과 국내 최초 건설신기술을 기반으로 지열시스템의 설계·시공·유지관리와 함께 핵심제품 제조를 주력사업으로 하고 있는 지지케이는 혁신적인 기술로 지중열교환기 안정화 기술을 선도하고 있다.

지지케이를 이끌고 있는 안근묵 대표는 2005년부터 약 12년간 한국지하수지열협회장에 재직하면서 지열산업 발전을 위해 국회에서 매년 신성장산업포럼을 주관하면서 현실과 동떨어진 불합리한 제도에 대해 끊임없이 개선을 요구한 장본인이기도 하다. 서울시 송파구 문정동에 소재한 지지케이 서울사무소에서 안 대표를 만나 국내 지열시장의 동향과 사업계획 등을 들어봤다.

1993년 설립 이후 지하수분야에서 ‘크린캡’으로 명명된 세계 최초 지하수오염방지장치를 개발, 42개국에 국제특허를 등록하는 등 업계를 이끌어 왔다. 2006년부터 지열시스템과 관련된 다수의 국가 연구과제를 수행하면서 실용기술을 축적, 현재 지중열교환기 설치와 제품 관련 48건의 발명특허등록 기술을 보유하고 있다.

2015년 국내 최초로 지열분야 건설신기술 지정을 받았으며 중소벤처기업부 성능인증을 거쳐 이미 80여곳 이상의 공공기관 지열설비설계에 적용되고 있다. 4월말 ‘국가 신기술촉진 연구사업’의 성과물로 제2의 건설신기술 지정을 신청할 계획이다. 기술개발의 산실인 부설연구소에서는 그동안 축적한 기술력을 바탕으로 ‘지열설비 무상점검서비스’를 실시하고 있으며 지중열교환기 10년 보증제도 도입했다.

지하수 및 지질지반분야를 선도하는 우리 회사가 땅속에 설치하는 지중열교환기 시공기술 등에 관심을 갖는 것은 당연한 일이고 지지케이는 지중열교환기에 대해서만큼은 이미 최고의 기술력을 갖춘 기업이다.

잘 알다시피 지열시스템은 크게 히트펌프 등 지상의 기계설비와 땅속에 설치되는 지중열교환기로 구성되며 지중열교환기 설치방식에 따라 밀폐형과 개방형으로 구분한다. 그리고 지중의 열에너지를 취득하기 위해 땅속에 설치하는 지중열교환기의 설치공정을 들여다보면 지열공을 개발하고 그라우팅을 실시하는 작업공정이 지하수개발 공정과 동일하다. 실제 현장에서도 지하수개발·이용시공업체에 의해 지중열교환기가 설치되고 있다.

그러나 미흡한 설계와 기술적 이해가 부족한 상태에서 시공된 많은 지중열교환기에서 구조적 결함에 의한 성능효율 저하 등 부실 문제가 빈번하게 발생하면서 지열설비의 신뢰가 땅에 떨어지고 있다. 이러한 상황에서 지중열교환기 안정화에 최고의 신기술·신공법을 보유한 지지케이가 시장에 진출하는 것은 사명이자 지열시장의 요구라고 생각한다.

기술 및 시공능력 향상, 관련제도 개선 등 해야 할 일이 많지만 시장의 성장 가능성은 매우 크다고 본다. 단적인 사례로 우리나라는 전체 에너지소비량의 약 30%를 냉난방에너지로 사용하고 있다. 그만큼 냉난방에너지 비중이 크다는 것이다. 지열설비는 냉난방을 위한 최적의 신재생에너지설비임에 틀림없고 지열설비 확대를 통해 냉난방 전력수요 급증으로 발생하는 전력대란을 해소할 수 있다.

지열설비를 통해 냉난방에너지를 해결하는 것만으로도 EHP냉난방시스템 가동에 필요한 엄청난 전력수요를 줄일 수 있기 때문이다. 공공기관 의무설치제도에 민간부문 신재생에너지 보급확대 정책 등이 더해지면서 지열시장의 지속가능한 성장을 가져올 긍정적 이유는 너무도 많다.

다만 지상의 지열히트펌프를 포함한 기계설비는 설계·제조·시공 등 모든 면에서 기술이 고도화·안정화된 반면 땅속에 설치하는 지중열교환기는 미흡한 설계와 낮은 수준의 기술, 부실시공이 더해져 지속적으로 하자가 발생하고 그로 인해 고객의 불신이 커져가는 상황이다. 이를 해결하기 위해 많은 노력을 기울여야 할 것이다.

여러가지 문제점을 안고 있는 것이 사실이다. 가장 심각한 것은 앞에서도 말했듯 대부분의 지열설비에서 성능효율 저하 등 하자가 발생하면서 신뢰할 수 없는 시설로 평가된다는 점이다. 원인은 잘못된 정보의 유통과 편향된 시각이라고 생각한다.

대표적인 사례가 유지관리를 할 수 없는 수직밀폐형 지중열교환기의 치명적 단점을 ‘밀폐형은 유지관리가 필요없다’는 식으로 오히려 장점인 것처럼 꾸며 말하거나 ‘개방형은 문제가 많다’는 등의 사실과 다른 잘못된 정보가 넘쳐나고 설계사 또는 수요자 측에서는 잘못된 정보를 여과없이 받아들이고 있는 것이다. 그러다보니 지중열교환기 부분에서 미흡한 설계와 낮은 기술 수준의 설치시공 방식이 채택되고 거기에 부실시공이 더해지는 경우 오랜 시간이 지나지 않아 지열시스템의 성능효율이 급격하게 저하되는 등 예견된 하자가 발생하게 된다. 결국 지열설비의 신뢰가 추락하게 되는 것이다.

우리나라의 열악한 부지여건과 지질지반 특성 등을 고려하면 밀폐형과 개방형이 모두 장단점을 가지고 있다. 편향된 정보와 시각을 가지고 특정 공법은 무조건 안된다는 식의 접근을 고집하게 되면 결국 품질이 낮은 지열설비를 만들어 놓게 되는 것이다.

우리나라의 지중열은 연중 15℃에서 20℃ 정도를 유지하고 있기 때문에 이를 냉난방 열에너지로 동시 이용하는데 최적의 조건을 가지고 있다. 지중열교환기의 시공성을 결정하는 지질지반 조건도 세계 어느 나라보다 좋아 지열시스템은 경제성 및 유지관리 측면에서도 유리하다. 이에 따라 지열시장 활성화를 위해서는 잘못된 정보에서 벗어나 효율적인 지중열교환기 설치 방식을 채택하고 현장에서는 부실시공을 차단하는 노력을 통해 지열시스템의 성능을 제고하고 신뢰를 회복하는 것이 무엇보다 시급한 과제라고 생각한다.

다음은 지열시스템의 장점을 제대로 홍보하는 한편, 전력생산에 치우쳐 있는 신재생에너지정책의 수정을 요구해야 한다. 냉난방에너지 비중이 높은 우리나라의 에너지소비 패턴을 감안하더라도 전력생산을 위한 태양광설비 보급보다는 열에너지를 해결하기 위한 지열설비 보급 확대가 더 중요하다. 이를 위해 지열설비의 보급 확대를 촉진하기 위한 인허가 절차 간소화, 신재생에너지 보정계수 적용규정의 조속한 폐지 등 관련제도 개선과 신재생에너지 보급정책의 전환이 반드시 필요하다.

이밖에도 공급자 중심으로 제안·설계·공급하던 관행을 수요자 중심으로 전환시켜 향후 공급되는 지열설비에 대해서는 성능효율 점검 또는 사후관리가 보장될 수 있도록 하는 한편, 신재생에너지센터가 제시한 ‘지열설비 시공기준’ 등 관련 규정과 조달청의 ‘지열공사 입찰 참가자격’ 결정 등에 대해서도 면밀한 검토를 거쳐 불합리한 내용이 있을 경우 제도개선을 미루지 말아야 한다.

또 하나 중요한 것은 준공이 완료된 지열설비는 기존 화석에너지 설비보다 우선 사용토록 하는 강제적 규정을 마련해서라도 신재생에너지설비의 가동률을 높여야 한다. 국가예산 낭비를 방지하고 지열산업을 건전하게 발전시키는 일 외에도 이산화탄소 배출 저감이라는 정부의 신재생에너지정책 목표를 실현하는데 도움이 될 것이다. 이로 인해 지열설비의 신뢰성이 확보되면 시장 활성화를 함께 기대할 수 있을 것이다.

기존 개방형 지열시스템은 지중열교환기의 구조적인 문제로 빈번하게 하자가 발생했다. 원인은 500m 깊이의 굴착구간 전체에 125회의 소켓 연결작업을 거쳐 설치한 PVC 파이프가 이탈 또는 파손되거나 스트레이너가 막히는 현상으로, 지하수 이동에 장애가 발생하게 되는 것이다. 지지케이의 건설신기술은 PVC 파이프를 제거한 나공 상태의 지열우물공에 순환설비가 최적화된 지중열교환기를 구축하는 기술이다.

이를 통해 시공난이도 개선과 함께 순환설비 자재의 변형 및 파손, 지하수 이동 장애 등 하자발생 요인을 근본적으로 해소해 지중열교환기의 안정성을 확보했다. 기존 기술과 비교할 때 순환용적이 1.7배 확장된 공간에서 1.6배 더 많은 시간을 가지고 상향 순환하는 ‘Bottom-Up’ 열교환 방식으로 성능효율도 약 18% 향상되는 것을 확인했다.

특히 지중열교환기에서 고장이 발생하는 경우 재생정비가 어려웠던 기존 기술과 달리 점검 및 재생정비가 용이한 구조로 개선됨에 따라 지중열교환기의 수명 연장과 유지관리 편리성을 확보했다. 건설신기술 지정 외에도 LH공사 우수신기술(제품) 선정, 국방부 및 인천도시공사 시범적용 신기술 선정, 최근 중소벤처기업부 성능인증을 거쳤다. 건설기술진흥법과 함께 서울특별시, 충청북도 등 광역시·도에서 제정한 ‘건설신기술 활용촉진에 관한 조례’에 적시된 ‘설계반영 의무’ 규정과 ‘업무담당자 면책’ 규정에 힘입어 나라키움정책연수원(400RT), 행정중심복합도시건설청 복합민원센터(280RT), 대전지방국세청 신청사(380RT), 동대구벤처밸리(400RT) 등 전국에 신축되는 32개 건축물에 적용돼 기술력을 입증했다. 현재 50여건의 사업에 설계적용을 진행하고 있다.

지지케이는 2016년 10월부터 서울에 소재한 삼육대학교를 테스트베드로 ‘복수의 지열정 페어링 및 지하수연동 제어기술을 활용한 지중열교환 효율증대기술 연구’라는 과제명을 가지고 ‘국가 신기술촉진 연구사업’을 수행해 왔다. 핵심은 기존 개방형 지중열교환기를 설치할 때 약 500m 깊이의 굴착 과정에서 나타나는 공벽 무너짐과 동일 공간에서 이뤄지는 열교환의 비효율성 등 치명적 문제점을 해소하기 위한 기술개발을 목표로 접근한 것이다. 500m 깊이를 250m 깊이의 지열공 2개로 나눠 A와 B를 설치하고 각각의 지열공에 동일한 순환설비를 구축하는 것이다. 우선 굴착비용을 5% 이상 줄였다. 구조적 특성을 보면 여름철 냉방기에는 A에서 공급하는 지하수가 지상의 히트펌프를 통과한 후 B로 이동하고 B에서 열교환된 지하수가 2개의 지열공을 연락되게 설치한 연통관을 통해 다시 A로 넘어오는 과정을 갖게 했다. 그리고 겨울철 난방기에는 반대로 돌리게 된다. 즉 B에서 공급한 지하수가 지상의 히트펌프를 통과한 후 A로 이동하고 A에서 열교환된 지하수가 연통관을 통해 다시 B로 넘어오게 되는 순환구조를 갖는 것이다. 이와 같은 유체순환 구조로 열교환 효율이 최대 25%까지 향상되는 것으로 확인됐다.

또 하나의 특성은 계절적 운영에 따라 지중에 저장되는 계간축열을 자연스럽게 활용하게 되는 것이다. 그리고 A의 순환펌프가 고장나는 경우 곧바로 B가 가동하게 됨으로써 비상 대체운전이 가능한 것도 자랑이다. 신기술촉진 연구과제 수행일정에 따라 4월 중 신기술 신청을 진행할 계획이다. 지열시스템 성능효율을 위해 한층 안정되고 향상된 기술이며 지중열교환기 안정화에 크게 기여하게 될 신기술이라고 확신한다.

지열시스템 안정화를 위한 건설신기술 보급 확대에 함께 노력하고 공동 이익 증진이라는 목표를 가지고 건설신기술 이전협약을 체결했다. 관련 법령에 근거해 신기술개발자인 지지케이와 신기술협약사가 동일한 권리와 책임을 갖게 되며 상호 신뢰를 바탕으로 업무적 협력관계를 갖게 된다. 지중열교환기 안정화와 신뢰 회복을 위한 일이라면 누구와도 협력할 수 있다는 것이 지지케이 입장이다.

몽골의 지중온도는 연평균 5℃ 미만으로 난방에는 부적합한 반면에 냉방시스템 운영에는 매우 유리한 조건을 가지고 있다. 2006년부터 몽골의 정부 관계자들과 잦은 교류를 갖게 되고 지하수 또는 신재생에너지와 관련 다양한 지원방안을 검토하는 과정에서 몽골의 농업 발전 등에 필요한 ‘지열에너지를 이용한 저온저장시설’을 시범 구축키로 했다. 몽골 정부에서도 적극적인 협력을 약속했으며 우리나라의 지열설비 구축기술을 해외에 수출하는 좋은 계기가 될 것으로 생각한다.

전기생산을 목적으로 하는 지열발전설비와 열에너지 취득을 목적으로 하는 지열냉난방설비는 개념적으로 크게 다르다. 지열발전설비는 약 5km 깊이의 굴착공에 엄청난 압력으로 계속해서 물을 주입하기 때문에 지중에 압력이 커지면서 문제가 되는 것이다. 풍선에 계속 압력을 불어넣으면 터져버리는 것과 같은 현상이라고 생각하면 이해가 쉬울 것이다. 반면 지열냉난방설비는 굴착공 안으로 압력을 가하지 않고 단순히 유체를 순환시키는 구조로 지층에 아무런 영향을 주지 않는다.

우선 건설신기술 보급 확대에 힘쓰는 한편, 제2의 건설신기술 지정을 마무리할 계획이다. 지중열교환기 안정화를 위해 지난 13년간 지속해온 신공법·신기술 개발에 대한 열정을 계속 이어갈 것이다. 지지케이가 가지고 있는 가장 큰 장점은 30년 이상의 현장 경험을 통해 우리나라의 지하수 및 지질지반 특성을 누구보다도 잘 이해하는 것이다. 남과 다른 차별화된 제3, 제4의 신기술개발을 통해 지중열교환기 만큼은 최고의 기술력과 시공능력을 가진 기업으로 성장시키고 지열시스템 신뢰 회복과 시장 활성화에 이바지할 것이다. 지난해부터 ‘지중에너지 활용 다변화기술’ 개발에 많은 노력을 쏟고 있다. 지열에너지가 모든 산업 전반에 폭넓게 이용되는 새로운 시장 개척에 앞장서는 일이 될 것이다.