최근 지방행정연수원에 설치된 개방형(SCW) 지열시스템에 대한 부실시공이 논란이 되고 있는 가운데 이를 해결할 수 있는 공법이 개발돼 주목받고 있다.

그동안 개방형(SCW) 지열공이 운용 중 공벽이 무너지는 사고가 자주 발생해 지열공 폐쇄가 잦았고 지열공 내부에 수중순환펌프를 사용하게 되는 유지관리상의 불편과 잦은 모터 소손사고 발생, 그리고 순환되는 지하수의 수질이 악화될 경우 시설 운영을 중단할 수도 있다는 우려가 높았다.

개방형(SCW)이 가지고 있는 장점인 큰 열용량 이용에 대한 특성을 살리고 종래의 공 무너짐 사고 등에 대한 문제점을 해결하기 위해 국내 한 업체에서 시도됐던 기술이 독일에서 수입한 게오힐(GeoHill)공법이었다. 

게오힐공법은 굴착된 지열공 내부에 대구경의 프라스틱 케이싱을 삽입, 설치하고 이 프라스틱케이싱과 지열공 사이 공간에 별도의 환수관(30mm3가닥)을 지열공 바닥 깊이까지 함께 삽입하고 난 후 프라스틱케이싱과 지열 공사이의 남은 공간에 콩자갈(직경 5mm 내외)을 채움으로써 지열공이 중간에 무너지지 않도록 지지될 수 있도록 하면서 환수관을 통해 설혹 콩자갈을 채운 일부 구간이 진흙 등 토사류로 메워진다 하더라도 순환지하수가 장애를 받지 않도록 한 우수한 기술로 평가된 기술이었다.

그러나 이 기술이 국내에 소개된 이후 시공된 다수의 현장에서 프라스틱케이싱이 이탈되거나 바닥근처까지 삽입, 설치된 환수관이 국내 지질적 특성으로 인해 지하수와 함께 유입되는 미세한 토사류에 환수관 하부가 막혀 순환지하수 수량이 급감돼 수중펌프모터가 소손되거나 히트펌프가 소손되는 등 지열시스템에 장애를 발생시키는 사례가 00시 장애인복지관, 00시 연수원 등 시설된 여러 곳에서 빈번하게 발견되곤 했다.

지열기술 전문 벤처기업인 지앤지테크놀러지(대표 조희남)은 게오힐 지열 지중열교환기의 장점은 유지하면서 순환 지하수의 수량을 항시 확보가 가능토록 한 지오썸(GEOSSUM) 지열기술 개발을 완료하고 최근 특허등록했다.

지오썸공법은 200~250mm로 500m 깊이로 굴착된 지열공 내부에 프라스틱케이싱과 유통공이 가공된 환수관을 설치한 후 콩자갈을 충진재로 채우는 것은 종래 독일기술과 동일하지만 환수관 하부가 퇴적되는 토사류에 묻혀 순환지하수의 수량이 급격하게 감소하는 문제를 해결하기 위해 지열공 바닥부분에 환수관을 별도로 구성한 환수관햇더장치에 결합되도록 한 것이다.

이렇게 함으로써 환수관 끝 부분이 항상 열교환을 마친 후 급수측인 프라스틱케이싱 안쪽으로 연결되도록 해 환수관 함몰에 의한 순환지하수의 급감 현상을 근본적으로 방지하도록 한 기술이 추가된 것이다.

이러한 기술이 개발됨에 따라 기존 일반 개방형(SCW)지열공의 유공관이 토사류에 의해 폐색되거나 게오힐공법에서 환수관 끝 부분이 폐색되는 현상을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 상부보호공이 설치되는 프라스틱케이싱 상부 끝부분에는 차폐구간을 설치해 프라스틱케이싱 바깥쪽 환수관측과 안쪽의 급수관측에 물넘침 현상이 발생되지 않도록 한 기술도 부가해 개방형(SCW) 지열시스템에서 늘 고민거리로 등장하는 물넘침 현상을 방지토록 했다.

특히 개방형 지열공 설치현장에서 빈번하게 발생되는 물넘침 현상은 비록 지열 지중열교환기의 문제와 함께 지열공에 설치되는 상부보호공의 기능에도 관련이 돼 있다고 볼 수 있다. 지열공 수량이 1~2개소인 경우에는 심각하지 않으나 지열공 수량이 10개 이상 등 다수개가 구성돼 있으면서 발생되는 지열공의 물넘침은 시스템의 안정적인 운전에 치명적이다.

조희남 대표는 “운전 정지 중인 지열공으로도 환수된지하수가 아무런 장애없이 흘러 들어가도록 시설이 이뤄진다는 것이 문제”라며 “즉 일부 지열공에 설치된 수중순환펌프가 가동을 중지하게 되면 가동 중인 지열공으로부터 양수돼 공급되는 순환지하수가 공급관 쪽으로는 역류방지밸브(체크밸브)가 설치돼 다른 휴지 중인 지열공으로 넘어가지 않게 되지만 환수관 쪽에는 역류방지밸브 또는 차단밸브가 구성이 돼 있지 않은 상태로 설치되고 있다”고 지적했다.

사실 개방형(SCW) 지열 지중열교환기가 설치돼 있으면서 물넘침이 극심했던 00시 장애인복지관이나 00대학병원 등은 동일하게 환수관에 아무런 밸브장치없이 독립적으로 지표면 아래 매설하게 됨으로써 가동중지 중인 지열공으로도 환수관을 통해 순환지하수가 차단되지 않고 지열공 안으로 흘러들어 물넘침 현상이 발생됐다. 결과적으로 가동 중인 지열공에서는 지하수 수위가 급격하게 하강되면서 수시로 수중순환펌프의 모터가 소손되는 사고가 발생했다.

이번 신기술은 지열 상부보호공 내부에 공급관과 환수관을 모두 내장토록 해 유지관리를 용이하게 하고 유량조정이 가능토록 함은 물론 환수관측에 해당 지열공의 수중순환펌프가 가동됐을 때만 한정해 순환관이 자동으로 열리도록 역류방지용 자동차단밸브가 구성되도록 했다. 이로써 운전휴지된 지열공으로는 일절 순환지하수가 역류되지 않도록 해 물넘침이 근본적으로 발생되지 않도록 한 것이다.

조희남 대표는 “이 기술이 현장에 접목될 경우 지열공 무너짐이 극심한 지역에서도 굴착이 완료된 이후 시설설치와 운용이 가능한 지중열교환기 설치 기술 제공이 가능하다”고 강조했다.

지앤지테크놀러지는 실제로 평창군에 시험시공한 지열공은 450m 이하 깊이에서 굴착공 무너짐이 심했음에도 불구하고 국내 유일하게 한국냉동공조인증센터로부터 지열공의 국제시험공인 인증기준인 콜라스(KOLAS)를 통과한 유일한 지열공으로 인정받아 기술의 신뢰성을 높여주고 있다.

조 대표는 “20여년간 지하수 개발과정에서 발생되는 오염에 대한 예방과 굴착된 관정의 시설개량 과정, 그리고 문제가 발생된 일반 개방형 지열공은 물론 독일에서 수입돼 시공된 게오힐 지열 공에 대해 수행한 수많은 유지보수경험이 어우러져 결국 개방형 지오썸(GEOSSUM) 지열지중열교환기의 기술을 완성하게 됐다”고 밝혔다.

조 대표는 “우리가 경험했던 개방형 지열공에 대한 제반 문제점들에 대해 지오썸공법으로 거의 해결이 될 수 있다”라며 “앞으로 대형 업무용 및 주거용 아파트 등 신축 건축물뿐만 아니라 기존 건축물의 신재생에너지 리모델링 사업에서도 폭 넓게 적용될 수 있도록 하겠다”고 포부를 밝혔다.