여름 무더위나 겨울 한파에도 동굴 속에만 있으면 마치 다른 세상에 온 것처럼 늘 시원합니다. 동굴을 둘러싼 거대한 암석 덩어리가 거의 무한대에 가까운 축열체의 역할을 해주고 있기 때문입니다. 지중의 온도 역시 마찬가지입니다. 여름 평균 온도보다 낮고 겨울 평균 온도보다는 높습니다. 이렇게 잘 변하지 않는 땅속의 온도를 냉난방에 이용하는 것을 지열 시스템이라고 합니다.

지중 150 ~ 500m 사이의 암반과 열교환하여 냉난방과 급탕을 할 수 있는 기술로 기존의 보일러와 에어컨의 역할을 대신하는 고효율 친환경 냉난방 시스템입니다.

미국 환경 보호국(US Environmental Protection Agency)은 지열 히트 펌프에 대해 “에너지와 비용 측면에서 냉·난방에 가장 효율적이고, 환경적으로 깨끗하며, 유지관리가 적고 값비싼 화석연료를 사용하지 않아 에너지 비용을 65% 이상 줄일 수 있다”고 설명했습니다.

지열원 히트펌프 시스템의 성능 COP(Coefficient Of Performance)는 평균 3.5 이상으로 1kw(860kcal/h)의 전력을 투입하여 3.5배의 열량인 3,024kcal/h의 열을 얻을 수 있는 고효율 냉난방시스템이며, 우리가 생활하는 실내공간을 연중 24시간 냉난방할 수 있는 시스템입니다.

지열원 히트펌프 시스템은 다른 열원을 이용한 냉난방시스템 대비 최대 약 70%의 운전비용 절감효과를 가지고 있고, 일반 건축물의 냉난방, 생산공장의 공정수, 농작물 시설하우스, 어류 양식장 등 주거시설 및 다양한 산업시설에 적용하고 있습니다.

밸런싱 웰은 국내에서 독자적으로 개발한 지중열교환 시스템 기술로, 지중열교환기 지하수 높이차를 서로 다르게 형성시켰다가 안정화 되는 과정을 통해 지속적으로 지하수자원을 에너지자원화 할 수 있도록 했다는 의미를 담아  “밸런싱 웰(Balancing Well)”이라 명명하였습니다.

밸런싱 웰 기술은 대수층 지하수 흐름 유도에 의해 지중열교환기 효율을 향상시킨 한국형 지중열교환 기술로 국내 및 국제 SIC 논문 등에도 게재하여 독자기술로 인정 받았습니다.

• 국내 최초 상용화된 대수층 이용 고효율 지열원 히트펌프 냉난방시스템

밸런싱 웰은 대수층 지하수 흐름의 활성화를 통한 지중열교환기 열교환 효율 향상, 지중열교환기의 초기온도 회복 시간 최소화, 지하수의 외부방류 및 운전 중 누출 방지, 교차운전 제어를 통한 대수층 클로깅(Clogging) 방지기술이 적용된 제품입니다.

• 기존 지중열교환시스템의 장점 극대화 및 한계 극복

벨런싱 웰 시스템은 대수층 지하수 흐름 유도를 통해 지중열교환기의 열교환 효율을 기존 시스템 대비 냉방성능 23.27%, 난방성능 11.98%가 향상되어 지열에너지 자원 활용의 효율성과 운전비용 절약효과가 있는 것으로 확인되었습니다.

• 지하수자원의 보존과 지속 가능한 지열에너지 자원화

기존 시스템이 밸런싱 웰 시스템과 동일한 성능을 유지하기 위해서는 지하수의 외부방류가 필요한 반면, 밸런싱 웰은 대수층 지하수 흐름유도를 통한 열교환 향상기술로 지하수 외부방류가 필요없는 시스템입니다.

다수의 국내 인증제품은 히트펌프 단품의 성능개선에 관한 기술, 냉난방 부하 생산 시 히트펌프에서 발생하는 반대 열원 이용에 관한 기술, 현장 시공 및 유지보수 편의성을 개선한 기술로 요약될 수 있습니다.

건물측 냉난방 순환수의 온도가 결정된 조건에서 지열원 히트펌프 시스템의 운전성능은 열원측(지중열교환기) 순환수의 온도 조건에 따라 결정되기 때문에 기존 기술은 시스템 성능향상의 한계를 가지고 있습니다.

밸런싱웰 시스템은 국내기술 중 유일하게 열원측(지중열교환기)의 열환경을 개선한 제품으로 시스템의 성능을 근원적으로 향상시킨 기술입니다.

암반 대수층의 지하수 흐름을 유도하여 지중열교환기의 열교환 성능 및 시스템 운전성능을 향상시킨 기술로, 초기온도 회복 시간을 단축하여 반복 운전 및 장기 운전에 따른 성능 저하를 최소화합니다.

특히, 지하수의 외부 방류 없이 지중열교환기의 열교환 효율을 향상하여 지하수자원의 보존과 건강한 순환을 통한 지속 가능한 에너지 자원화가 가능하도록 하였습니다.

기존 시스템이 밸런싱웰 기술과 동일한 성능을 유지하기 위해 외부로 방류해야 하는 지하수의 연간 유량은 시스템 용량 1RT(3.5kW) 기준 약 108톤으로 1,653m²냉난방 면적에 설치될 경우 연간 5,400톤의 지하수 절감 효과를 가집니다.

• 중대형 건축물 / 광역권 분산열원 및 중앙공급시설에 안정적 열원 공급

지중루프형 및 기존 지하수 시스템 지중열교환기의 경우 상대적으로 낮은 열교환 성능으로 설치 개소 증가, 부하 편중 사용에 따른 효율 저하 등의 문제로 대규모 시설물의 경우 부하 공급의 안전성을 이유로 신재생에너지와 기존 냉난방 방식을 혼용하여 공급하고 있습니다.

밸런싱 웰 지중열교환기의 높은 시스템 성능과 짧은 초기온도 회복 능력은 장기적인 부하 편중 사용에 따른 성능 저하 문제를 최소화하고, 안정적인 열원 공급과 시스템 운전을 가능하게 함으로써 지열원 히트펌프 시스템의 광역권 재생에너지 열공급 시장 적용과 보급을 가능하게 합니다.

• 현재 운영중인 시스템의 열량 부족 또는 성능 저하문제 개선

대규모 건물의 경우는 냉난방 부하의 편중사용에 따라 지중열교환기의 열량 부족 현상이 생길 수 있습니다.

밸런싱 웰 교차 운전 기술이 적용된 아큐밸런서(AquiBalancer) 사용으로 지중열교환기의 추가 증설없이 지중의 열교환 효율을 향상시킴으로서 정상적인 냉난방 부하 대응을 가능하게 하고 시스템의 유지관리 비용을 절감시킵니다.

밸런싱 웰은 미활용 에너지를 지하 대수층에 열원으로 저장하고 부하 발생 시기에 사용할 수 있도록 기술 응용이 가능한 시스템으로, 대수층 지하수 흐름을 유도하여 열원을 저장하는 기능은 계간 축열 및 타 설비 간 응용도 용이합니다.

• 수막시설 적용 시설재배하우스의 지하수 절약

난방비용 절감을 위해 보급된 수막시설의 경우, 수막으로 이용한 지하수를 외부로 방류하거나 일부 함양하고 있으나, 대수층 막힘 현상 발생으로 일정시간 경과 후 함양이 이루어지지 않아 많은 양의 지하수가 방류되고 있습니다.

교차운전 제어를 통해 대수층의 클로깅(Clogging) 현상을 방지하고 열교환 효율을 향상시킨 밸런싱 웰 기술 적용 시 지하수 절약은 물론 난방 성능 개선 효과가 이루어집니다.

밸런싱 웰 기술은 2016∼2019년 중소벤처기업부 융복합기술개발사업 R&D를 통해 독자적으로 개발되어 2020년 중기부 성능인증(EPC), 2021년 녹색기술인증을 취득하며 제품의 우수성을 입증하였고, 2020년 한국에너지기술연구원 제품공급을 시작으로 밸런싱 웰 시장보급을 확대해 가고 있습니다.

밸런싱 웰 기술은 암반 대수층 지하수 흐름 활성화를 통한 열교환 효율 향상 기술로 국내에서 처음 현장 실증되고 상용화된 기술입니다. 해외의 경우 시뮬레이션을 통한 유효성 입증 단계로 국내외 최고기술(제품) 대비 동등 이상의 기술 수준을 확보하고 있습니다.

국외 SCI 논문 게재(5편)를 통하여 기술의 우수성을 알려왔으며, 앞으로 끊임없는 기술 혁신을 통해 고효율, 대용량, 열원융합형 지중열교환기 개발로 광역권 집단 재생에너지 열공급 시스템 개발과 보급에 기여하겠습니다.

밸런싱 웰은 대한민국 규정 및  KS 규격 준수,  ISO인증을 통해 표준화된 중소벤처기업부 성능인증(EPC) 제품입니다

• 국내 규정
- 신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침(산업부)
- 지열설비의 설치･운영 등에 관한 환경관리요령(환경부)

• KS 규격
- KS B 8292 : 물-물 지열원 열펌프 유닛(지열히트펌프)
- KS KS B 8293 : 물-공기 지열원 열펌프 유닛(지열히트펌프)
- KS KS B 8294 : 물-공기 지열원 멀티형 열펌프 유닛(지열히트펌프)

기존 지열분야 녹색기술인증의 핵심(요소)기술은 열펌프 유니트 성능, Grout 열전도기술, 지열원 열펌프 설계 및 시공기술, 천부시추 기술 등 지열 시스템의 부분기술 또는 히트펌프 단품 위주의 인증체계로 운영되었으나, 지난 2021년 5월 ‘지열 냉난방 시스템 성능’이 신설되었습니다.

밸런싱 웰 기술은 신설된 ‘지열 냉난방 시스템 성능’ 분야에서 국내 최초로 유일하게 전체 시스템(지중열교환기, 히트펌프, 배관, 제어기 등)이 구축된 실증설비에서 현장비교시험을 통하여 성능향상을 입증하여 녹색기술인증을 받은 제품입니다.

밸런싱 웰 기술은 정부의 탄소중립 실천을 위한 친환경적인 지하수자원 재생 열원 기술로 지속 가능한 녹색성장에 기여합니다.

기후변화 위기 대응을 위해 2015년 채택된 「파리협정」에 따라 EU, 미국, 일본 등 당사국 모두는 자발적으로 온실가스 감축목표를 수립하고 이를 이행할 의무가 있습니다.

정부도 기후위기의 심각성에 대한 인식을 바탕으로 이러한 국제사회의 흐름에 발맞추어 2050년 탄소중립 목표를 선언하고 「기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법」을 제정하였습니다.

중소벤처기업부 전략기술 로드맵에 따르면, 지열에너지는 에너지 절약과 환경 규제 대응에 크게 기여할 수 있는 환경친화적인 재생에너지원으로, 세계 시장은 2018년 172억 달러에서 연평균 10.0%씩 성장해 2024년 304억 달러를 기록할 것으로 전망하였습니다.

국내의 경우 지열 냉난방 에너지 생산량은 최근 10년간 확대되고 있습니다. 정부의 녹색성장, 제로에너지건축 의무화 등 탄소중립 정책으로 연평균 5.0%씩 성장하고 있으며 민간시장 확대 시 시장수요 및 성장속도는 더욱 커질 전망입니다.

2050 탄소중립 실천을 위해 정부는 공공기관 신축과 증축 또는 개축하는 부분의 연면적1,000㎡이상 건축물을 기준으로 ‘신재생에너지설치 의무화’와 ‘제로에너지건축 의무화’를 실시하고 있습니다.

정부는 향후 대상 건축물의 범위를 민간까지 확대하고 공급의무비율도 상향하였습니다. 제로에너지건축물의 경우는 2030년까지 단계적 의무화(2020년 공공 1,000㎡이상, 2023년 공공 300㎡이상, 2025년 민간 1,000㎡ 이상, 2030년 모든 건축물 500㎡이상),지구단위 제로에너지화 사업을 추진하고 있습니다.

신재생에너지 중 지열은 건축물에 직접 냉난방 열원을 제공할 수 있는 유일한 시스템으로 건축물에서 소비하는 전체 에너지의 약 40%가 냉난방을 위한 에너지임을 감안하면 지열은 가장 경제적이고 효과적인 대안입니다.

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「녹색건축물 조성 지원법」에 의한 ‘제로에너지건축물 인증’제도를 시행하고 다양한 인센티브를 제공하고 있습니다.

인증 취득 시, 용적률, 높이 등에 따라 인증등급에 따라 11~15% 완화비율 적용, 에너지이용합리화자금 지원, 기반시설 기부채납 최대 15% 경감률 적용, 주택도시기금 대출한도 20% 상향, 신재생에너지 설치 보조금 지원, 취득세 15% 감면 등 다양한 인센티브가 있습니다.

• 제로에너지건축물 인센티브 바로가기

환경부에서 지하수를 이용한 냉난방 에너지 자원 시설은 「지하수법」과 「지열설비의 설치 운영 등에 관한 환경관리요령」에 의해 제도적으로 관리하고 있습니다.

지하수의 지열을 활용하고 지하수를 재주입하는 방식의 지열냉난방시설의 경우 지하수 오염의 우려가 없으므로 지하수개발·이용허가 유효기간 연장허가를 신청하는 경우에는 지하수영향조사 실시도 면제하고 있습니다. 또한 지하수의 수질보전 등을 위한 사후관리 대상과 지하수이용부담금의 부과대상에서도 제외되고 있습니다.

아울러, 환경부는 지하수 고갈 등 변동실태를 파악·분석하기 위하여 국가관측망 설치 등 지하수의 적절한 개발·이용과 효율적인 보전 및 관리에 관해 「지하수법」에 의해 1시간 단위로 체계적인 관리를 하고 있습니다.

• 국내 지열 냉난방 이용 지하수법
지하수법 제9조의7 지하수의 냉난방에너지원으로 이용 등
지하수법 시행령 제12조의3 지하수영향조사서 면제
지하수법 시행령 제14의4 지열냉난방시설을 사후관리 대상과 지하수이용부담금의 부과대상 제외
환경부 지열설비의 설치 운영 등에 관한 환경관리요령

기존 지중루프 시스템(수직밀폐형)및 지하수 시스템(스탠딩컬럼웰형)의 효율은 건물측 부하의 장기간 편중사용으로 성능저하가 발생할 수 있습니다.

지하수 시스템은 지중루프 시스템보다 지중 열교환효율이 더 높으나 열량 부족으로 지하수 온도가 설계 온도보다 높거나 낮을 경우 블리딩(순환유량의 20%이내의 지하수 외부방류)을 통해 시스템효율을 임시적으로 유지할 수 있도록 허용하고 있습니다. 이는 지하수 낭비 및 오염의 문제가생길 수 있습니다.

이와 달리 밸런싱웰 시스템은 대수층의 지하수 흐름 유도로 지중의 열교환 효율을 향상시킨 기술입니다. 원천적으로 블리딩(지하수의외부방류)을 방지하여 지하수자원의 지속 가능한 에너지자원화를 가능하게 한 친환경 제품입니다.

밸런싱웰 시스템은 수직밀폐형 냉난방 설비처럼 설치 시 굴착 공사(지하수법에 의한 지하수개발 이용시공업)를 합니다.

착공 전 실시설계 시 지질지반 확인 및 지하수영향조사를 의무화하여 지하 수자원 환경예측 및 시공방법 대응이 가능하도록 한국에너지공단 지열이용검토서 확인 후 굴착을 합니다.

모든 지열 냉난방 시스템은 한국에너지공단 법적기준으로 관리하고 있습니다. 시공기준인 “지열우물공 내부에 파쇄대 또는 연약지반 등 공 붕괴 가능성이 있는 경우 이를 방지하기 위한 보강 공사를 사전에 수행해야 한다”는 규정에 따라 안전하게 설치됩니다.

밸런싱 웰 제품은 「국가계약법 시행령」 제26조, 「지방계약법 시행령」 제25조, 「판로지원법」 제14조 등에 의해 수의계약이 가능합니다.

밸런싱 웰 시스템은 중기부 성능인증(EPC)과 녹색기술인증을 통해 현장 적합성과 우수성을 검증받았고, 기술의 혁신성과 사업의 성장성이 우수하게 평가되어 혁신성장형 벤처기업 인증을 받기도 하였습니다.

수의계약 대상은 정부, 지자체, 특별법에 따라서 설립된 법인, 「공공기관의 운영에 관한 법률」 제5조에 따른 공공기관, 지방공사 및 지방공단, 지방의료원 등 정부가 운영에 대한 직간접 지배력이 있는 모든 공공기관을 비롯한 신재생에너지 의무화 민간시설까지 포함합니다.