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특집 전원주택 실속 난방기기 3 - 치솟는 난방비 해결사, 지열
2013년 12월 26일 (목) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2013년 12월호 - 전체 보기 )

무한 청정 에너지로 냉난방을 동시에

 
지열 히트펌프는 자연 속에서 쉽게 접하는 공기, 물, 지열을 열원으로 가동하므로 유해 가스 배출이 전혀 없는 친환경 냉난방 시스템으로 화석연료를 사용하지 않아 안전하고, 실내·외 공기 오염을 방지해 쾌적성 측면에서 유리하며, 냉각탑이 필요 없으므로 건물의 미관과 구조 측면에서 유리하다. 무엇보다 지열 냉난방 시스템은 연간(6개월 난방 기준) 난방비를 심야전기보일러 대비 약 240만 원, 도시가스보일러 대비 약 60만 원, 기름보일러 대비 약 410만 원을 절감할 수 있다. 그럼에도 지열은 여타 신·재생에너지원에 비해 보급률이 저조한 편으로 정부와 지자체의 적극적인 지원뿐만 아니라 대국민 인식 전환을 위한 홍보가 필요하다. 
 
글 윤홍로 기자  취재협조 경동나비엔 최지영 부장 010-3007-3100, 에너지관리 공단 신재생에너지센터 www.energy.or.kr 한국지하수지열협회 www.kogga.or.kr 
 
“지열 냉난방 시스템 주택인데 11월 4 일부터 12월 4 일까지 한 달간 사용한 전력(히트펌프 가동용)이 1327㎾로 기본료 2만 원을 포함해 전기요금이 총 11만 원 정도 나왔어요. 만약, 기름보일러를 땠다면 월간 난방비가 40만 원은 훌쩍 넘었을 거예요.”- 경기도 양평군 양서면 부용리 165.0㎡(50.0평)복층 철근콘크리트 주택 건축주 권태훈 씨. 
“지열 시스템으로 난방하고 급탕하는 데 전혀 부족함이 없어요. 그뿐만 아니라 쾌적한 실내 환경을 유지하기에 보일러보다 훨씬 나아요.”-경기도 양주시 장흥면 일영리 182.3㎡ (55.2 평 ) 복층 경량 목조주택 건축주 박경진 씨. 
정부에서 신·재생에너지 주택(Green Home) 지원 보조금을 받아 지열 냉난방 시스템을 설치한 전원주택 건축주들은 대부분 호의적인 반응을 보인다. 정부는 2004년부터 2020년까지 그린 홈 100만 호 보급을 목표로 태양광, 태양열, 지열, 소형 풍력, 연료 전지 등 신·재생에너지원을 주택에 설치할 경우 설치비의 일부를 보조하고 있다. 대상은 건물등기부 또는 건축물대장의 용도가 <건축법시행령>에서 규정한 단독주택과 공동주택으로, 단독주택은 기존 주택과 신축 주택 모두 해당한다. 용도별 지원 분야는 태양광은 전기 생산, 태양열은 온수 생산, 지열은 냉난방 이용, 소형 풍력은 전기 생산, 연료 전지는 전기·열 생산 등이다. 
 
지열 에너지와 히트펌프 
지열을 지열 에너지라고도 하는데 지중에 저장되는 약 47%의 태양열 복사에너지와 지구 내부의 마그마에서 열을 얻는다. 지열은 지하 5∼300m 깊이에 저장된‘ 천부 지열’과 지하 300m 이하 깊이에 존재하는‘심부 지열’로 구분한다. 천부 지열은 연중 15℃(±5℃)의 일정한 온도를 유지하는 토양, 지하수, 지표수, 하천수, 심층수 등의 열원을 히트펌프를 통해 건물의 냉난방용과 급탕용으로 열을 공급한다. 심부 지열은 40∼150℃의 온수나 증기 등의 열원을 열 교환기와 터빈을 통해 전력 생산용으로 사용한다. 
우리나라엔 지열 자원이 풍부한 분화噴火지역이 많지 않기에 지열을 전력 생산보다 주로 냉난방용으로 사용한 다. 한편, 경북도는 2015년 준공을 목표로 지난해 9월 포항시 흥해읍 남송리에서 ㎿급 지열발전 플랜트 건설 기공식을 가진 바 있다. 1단계로 지하 3000m 부근 심부에서 160℃ 이상의 열원을 확보하고, 2단계로 5000m 내외의 심부 시추와 인공 지열 저류층 생성을 통해 ㎿급 인공 지열 발전 기술(EGS: Enhanced Geothermal Systems)을 접목해 발전하겠다는 계획이다. 이는 세계적으로 프랑스와 독일에 이어 비화산 지대에 건설하는 세번째㎿급 지
열 발전소이다. 
히트펌프는 공기, 물, 지열 등 저온의 열원에서 열을 흡수해 고온의 열원으로 열을 운송하는 기계 장치이다. 열을 빼앗기 위해 사용하는 매체인 냉매 가스의 증발열과 응축열을 이용하는 순환 방식으로 외부 열원(지열)으로부터 열을 흡수해 냉난방과 급탕용으로 공급하는 시스템이며, 전기 1㎾의 입력 에너지로 3∼5㎾의 열량을 생산하는 고효율 에너지 시스템이다. 



지열 히트펌프 특징 
높은 성능 효율과 안정적인 열원_성능 효율이 높고(5RT 기준(COP: 3.86, 냉방: 3.91)) 지열을 이용해 열원이 안정적임. 
경제적_신·재생에너지원으로 화석연료 사용이 전혀 없음. 저렴한 운전비용으로 경제적임. 
안전하고 편리_폭발이나 화재 위험이 없고 사계절 모두 냉난방과 온수를 마음대로 쓸 수 있음. 
에너지 절약_냉방 에너지는 일반 에어컨 대비 약 44%, 난방 에너지는 약 80%의 에너지 절감 효과가 있음. 
내구성_안정적인 운전으로 장비 수명은 약 25년임(지하 열 교환기 수명은 50∼100년). 
적은 공간 사용_열 교환기가 지중에 설치돼 건물 외관이 미려하고 보일러와 연료 탱크가 불필요해 설비 기기의 옥 내·외 설치면적을 최소화할 수 있음. 
친환경적_대기 오염 물질 배출 절감과 화석연료 사용 절감 효과로 CO2 배출량을 감소시킴. 
 
경동나비엔 최지영 부장은 히트펌프 전기요금에 대해“지열 히트펌프는 일반(갑) 저압 전기요금을 적용하고 별도로 누진제가 없는 계량기를 설치한다. 165.0㎡(50.0평) 주택을 기준으로 겨울철 하루 10시간 난방한다 고 가정할 때 월간 전기요금은 5㎾ 기본요금(29,950원), 전력량 요금(1500㎾ × 88,8원 = 133,200원), 부가세(16,315원), 전력산업기반기금(6,030원)을 포함해 185,495원이 나온다. 난방 효율 면에서 지열 시스템은 기름보일러 대비 70∼80% 연료비를 절감하고, 심야전기보일러 대비 60% 전기요금을 절감할 수 있다”고 설명한다. 
 
지열 냉난방 시스템 주택 
지열 냉난방 시스템 주택이란 연중 약 15℃로 일정한 지열을 히트펌프로 변화시켜 냉난방에 이용하는 주택으로, 정부의 가구당 지원 규모는 17.5㎾(5RT) 이하이다. 겨울철엔 지중에서 열을 흡수해 히트펌프로 온도를 상승시켜 난방하고, 여름철엔 실내의 높은 열을 지중으로 방출해 냉방에 이용한다. 
지열 시스템은 지하 시설인 땅을 굴착穿孔해 설치하는 2공의 지중 열 교환기(지열공)와 지상 시설인 히트펌프, 축열 탱크 그리고 냉방 시 팬 코일 유니트Fan Coil Unit와 전기온수기가 필요하다. 지하 시설인 2공의 지중 열교환기는 순환 유체의 열 복원 과정을 통해 약 15℃의 지열을 확보해 지상 시설인 히트펌프로 반복해서 보내고, 히트펌프는 지열을 컴프레서를 통해 응축·압축해 난방에 필요한 50∼60℃ 상승시켜 축열 탱크로 보내고, 축열 탱크는 히트펌프에서 받은 온수를 저장한다. 
지열 시스템의 유형은 크게 수직형(밀폐식), 수평형(밀폐식), 수직 개방형(우물 관정식) 등으로 구분하는데, 정부 보조금 지급은‘수직 밀폐형’에 한한다. 수직 밀폐형의 원리는 지표면에서 150m 깊이로 2공을 수직 굴착해 U자형 지열 루프(Ground Source Loop)를 설치하고, 용량에 따라 150∼200m 깊이로 폐회로를 매설하고, 지열 루프 내부에 순환 매체를 주입해 지열과 열 교환하는 방식이다. 일반적으로 지중 열 교환기를 위해 50.0㎡(15.2평), 기계실을 위해 6.6㎡(2.0평)의 설치 면적이 필요하다. 지열 냉난방 시스템은 에어컨과 전열기에 비해 72%까지 에너지를 절감하기에 경제적이고, CO2 발생량을 줄이기에 친환경적이고, 폭발과 화재 위험이 없기에 안전하고, 소음이 없으며 유지 관리가 용이하기에 편리하고, 냉난방과 급탕을 동시에 해결하기에 유연한 설계가 가능하고, 여타 신·재생에너지에 비해 초기 투자비용이 저렴하다. 이러한 특성으로 한국지하수·지열협회 안근묵 회장은 지난해 국회 신성장 산업 포럼-지열에너지 보급·확산 개선 방안-에서“지열에너지는 냉난방과 급탕을 동시에 구현할 수 있으며, 특히 우리나라 어느 곳 에서나 15℃ 내외의 온도를 유지하는 지중열地中熱은 냉난방을 동시에 구현하는 데 가장 적합한 조건을 갖췄기에 냉난방 수요 폭증으로 인한 요즘의 전력 대란을 해소하는 데 크게 이바지하는 에너지가 될 것이다. 또한, 기후 조건에 절대적인 영향을 받는 태양광과 태양열, 풍력과 다르게 어떤 환경에서나 밤낮을 가리지 않고 일정한 열에너지를 이용할 수 있으며, 초기 설비 투자비가 적고 사후 유지관리가 용이하다는 점에서 가장 안정적이고 경제적이며 편리한 에너지 설비이다. 그러나 지열에너지가 이같이 우수한 경쟁력을 갖고 있음에도 그동안 타 신·재생에너지 설비에 비해 주목받지 못한것은 참으로 안타까운 일이다”고 밝혔다. 
 
 

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1 천공 작업. 2 지열 PE관 150m 2개. 3 에너지관리공단 감리 로심도측정. 4 지중에 PE관 삽입. 5 트렌치, 히트펌프까지 열 교환기를 연결하는 트렌치 작업. 지열 냉난방 시스템 기계실. 히트펌프에열교환기를연결한모습. 
 
지열 냉난방 시스템 설치비와 경제성
지열 냉난방 시스템 공사비는 천공과 기계실까지 책정하며, 배관을 추가할 경우 별도로 부담해야 한다. 총 공사비가 2,600만 원으로 자부담이 100%일 경우 부담스럽지만, 그린 홈으로 들어가면 그중 정부에서 1,200만 원과 지자체에서 200만∼500만 원을 무상 보조한다. 이 경우 현장 여건에 따라 가격이 변동될 수 있지만, 자부담 금액은 900만∼1,200만 원 선이다. 전원주택은 간격 5m 천공 두 개와 6.6㎡(2.0평) 정도 기계실이 필요하다. 공사기간은천공 3일, 기계설비 3일, 전기공사 1일로 총 1주일정도인데, 각 단계마다 에너지관리공단의 확인 절차가 있으므로 약간 더 걸리는 편이다. 지열을 설치하면 약 50만 원 하는 5㎾ 계량기를 따로 달아야 한다. 
에너지관리공단은“겨울철 하루 8시간씩 30일간 운전한다고 가정할 때, 지열 냉방 시스템 17.5㎾(5RT)를 설치한 주택은 기름(등유)보일러를 설치한 주택에 비해 난방비를 월간 25만 6천 원 정도 절감할 수 있다”고한다. 
에너지관리공단 자료를 보면 지열 냉난방 시스템이 기름보일러에 비해 월간 25만 6천 원, 연간 153만 6천 원(6개월 난방 시)을 절감할 수 있다. 또한, 경동나비엔 최지영 부장이 제시한 132.0∼198.0㎡(40∼60평) 주택기준 난방 에너지원별 경제성 비교를 보면 지열 냉난방 시스템은 연간(6개월 난방 시) 심야전기보일러에 비해 238만 1,760원, 도시가스보일러에 비해 61만 7,760원, 등유보일러에 비해 415만 2,960원을 절감하는 것으로 나타났다. 
 
5RT 설치 시 월간 난방비용 
■ 기름(등유)보일러 월간 난방비 
1,373원/ℓ×{(5RT×3024㎉ / RT×부하율 0.7×일간 8시간 운전×월간 30일 운전)÷등유 발열량 8200㎉/ℓ}≒42만 5천 원 
■ 지열 시스템 월간 난방비 
(5RT×3024㎉ / RT×부하율 0.7×일간 8시간 운전×월간 30일 운전)÷ (전력당 열량 860㎉/㎾h)÷COP 3.2≒923㎾h/월 전기요금: 923㎾h/월×183원/㎾h = 16만 9천 원(누진 요금 미적용) 
 
최지영 부장이 설명하는 지열 냉난방 시스템을 선택할 때 확인 사항이다. “첫째, 견실한 제조사의 제품을 선택해야 한다. 초창기 지열 시스템을 설치한 화훼단지 등 여러 곳에서 제조사의 부도로 부품을 조달하지 못해 히트펌프가 무용지물이 됐기 때문이다. 둘째, 한두 해 사용하는 제품이 아니므로 전국적으로 A/S망을 확보한 곳을 선택해야 한다. 점검과 유지 보수의 경우 정부 공사는 3∼5년 무상 A/S하며 소비자는 보충 수만 보면 된다(단, 소모품 교체비 별도). 셋째, 건축 진행에 차질을 빚지 않으려면 건축과 지열 시스템 공사 일정을 조율해야 한다. 참고로 전원주택의 지열 기계실 출입구는 80㎝×200㎝ 이상, 실내는 220㎝×160㎝×200㎝ 이상이다.”

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지열 냉난방 시스템은 초기 투자비가 부담스럽지만, 초기 투자 회수 기간은 5년(태양광은 10년)으로 여타 에너지원에 비해 경쟁력이 뛰어나다. 내구성은 지하 시설은 100년이고 지상 시설(히트펌프)은 25년 정도이다. 히트펌프가 전기를 사용하지만, 연료까지 따지면 기름보일러에 비해 연간 70% 정도 난방비를 절감할 수 있다. 그럼에도 일조량과 바람 등 일기의 영향을 많이 받고 적정한 장소와 면적이 필요하고 사후 유지 관리가 필수인 여타 신·재생에너지에 비해 지열은 보급률이 낮은 편이다. 따라서 지열 냉난방 시스템의 보급 확산을 위해선 정부와 지자체의 지속적인 지원뿐만 아니라 소비자의 인식 전환이 필요하다.田
 

지열 냉난방 주택 Q&A 



Q. 지열 설비를 설치하려면 어떻게 신청하는지. 
A. 지열 관련 시공업체를 그린 홈 홈페이지(http://greenhome.kemco.or.kr)에서 선정한다. 그리고 시공업체와 설치 가능 여부, 자부담금 등에 대해 충분히 상담한 후 설치를 결정하고 계약을 체결한다. 그리고 직접 그린 홈 홈페이지에서 사업을 신청한다. 이때 업체 홍보 내용 중 과대광고에 현혹되지 않도록 2개 이상의 업체와 상담한다. 
 
Q. 시공업체와 어떻게 연락하는지. 
A. 시공업체 정보는 그린 홈 홈페이지의‘제품 및 기업 소개’,‘ 참여 시공 기업 소개’에 대표자, 연락처, 주소 등의 정보를 공개하고 있다. 
 
Q. 사업 신청을 위해 준비할 서류는. 
A. 표준 설치 계약서, 건물등기부등본 또는 건축물대장(신축 건물은 건축허가서), 설치 예정 장소 현장 사진과 약도, 신청자 주민등록번호 또는 사업자등록증 등이다.
 
Q. 설치 신청 마감은 언제인지. 
A. 지열 사업 신청 기간 내 신청을 완료해야 하며, 당해 연도 지원 예산이 소진될 경우 사업을 종료한다. 또한, 승인받은 사업은 설치 완료기간 내 설치를 완료해야 한다(지열 4개월 이내). 
 
Q. 2개 이상의 주택을 소유한 경우 각각 설치할 수 있는지. 
A. 설치 신청자가 2주택 각각 건물등기부등본의 소유주와 일치한다면 각각 설치할 수 있다.
 
Q. 보조금은 어떻게 받는지. 
A. 신청자가 시공업체와 체결한 표준계약서의 자부담금을 농협 가상계좌에 선예치하면 에너지관리공단 신·재생에너지센터가 사업을 승인하고 정부 보조금 중 선급금을 시공업체에 지급한다. 시공을 완료한 후 센터에서 설치를 확인한 후 자부담금과 보조금 잔금을 시공기업에 지급한다. 
 
Q. 설비에 이상이 생길 경우 어떻게 A/S를 받는지. 
A. 시공업체에 연락해 조치하거나 신·재생에너지 설비 통합 A/S신고센터(1544-0940)로 요청하면 된다. 단, 하자 보증기간이 만료된 이후 발생한 설비의 하자 수리비용은 소유주가 부담해야 한다.
 
출처: 에너지관리공단,《 알기 쉬운 그린 홈 안내 가이드》
 
 
 

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2013년 12월호
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