농촌진흥청 농업공학연구소는 원예연구소와 공동으로 땅속의 지열을 끌어내 온실의 난방과 냉방에 이용하는 환경 친화적이면서도 경제성까지 갖춘 지열-히트펌프시스템을 개발했다.
15일 농진청에 따르면 이번에 개발한 시스템은 아무리 추운 겨울 날씨에도 땅속 3~5m에서 온도가 11~13℃를 유지하며 지온이 가장 높은 시기에도 18~20℃를 넘지 않는 않는 것을 열원으로 사용했다.
개발한 시스템은 땅속에서 열을 획득하는 '열교환시스템'과 이 열을 이용해 냉방과 난방을 하는 '히트펌프', 냉난방이 필요한 온실의 공간을 최소화하는 '보온터널 온실'로 구성돼 있다.
열교환시스템은 땅속 3m깊이에 열교환파이프를 매설하고 열매체유(물+부동액)를 순환시키면 따뜻한 지온으로 열을 받아 순환 열매체유의 온도는 상승한다. 이를 히트펌프의 증발기(냉방의 경우 응축기)와 연결해 순환 냉매에 에너지를 전달하고 열매체유는 다시 식어져 땅속으로 내려가는 순환시스템으로 구성돼 있다.
히트펌프는 지열을 받아 순환냉매의 상(狀)이 변화되면서 잠열을 이용해 온수나 냉수를 만들어 난방과 냉방을 하게 된다.
개발된 시스템의 주요 특징으로는 땅속 지열을 끌어올리는 열교환시스템은 컴퓨터 시뮬레이션(Fluent 5.4)을 통해 슬린키+스파이럴 복합형으로서 최적화 했다.
낮 동안에는 일사량으로 온실의 온도가 고온상태가 되면 그 잉여열을 땅속으로 순환시켜 땅속에 다시 저장할 수 있는 시스템인 '온도 보상회로'를 세계 최초로 개발 부착하여 효율을 향상시켰다. 또 온실 내 냉난방 공간을 자동으로 최소화해 냉난방 부하를 줄일 수 있도록 보온터널자동개폐장치를 개발 설치했다.
이에 따라 지열-히트펌프시스템을 농가에서 난방에만 사용할 경우 기존의 온풍난방기에 비해 기름값을 81.2% 절감할 수 있다. 하지만 본 지열시스템은 초기 투자비가 많이 들어가기 때문에 그 비용까지 다 고려하면 연간 12% 정도의 비용을 절감할 수 있는 셈이다.
농촌진흥청 농업공학연구소는 원예연구소와 함께 현장실증시험을 거친 후 2006년부터 본격 보급할 계획이다.