지열 열펌프
지열은 원래 뜨거운 물이나 스팀이 나오는 곳에서만 이용 가능한 것으로 여겨졌다. 그러나 최근에 땅을 열 저장소나 열 싱크로 이용하여 난방이나 냉방을 하는 열펌프가 개발되어 퍼지면서 지열 이용은 어디서나 가능한 것으로 바뀌었다. 미국에서 지열 열펌프는 냉방과 난방용으로 가장 에너지 효율이 높은 것으로 평가되어 있다. 지열 열펌프는 땅 속에 이미 존재하는 약간의 열을 이용하기 때문에 기존의 공기를 이용한 열펌프보다 훨씬 높은 효율을 낸다. 이 기술은 땅속이나 지하수가 연중 비교적 일정한 온도(섭씨 10도 내외)를 유지한다는 점을 활용하는 것이다. 땅속은 여름에는 지상보다 온도가 낮고, 겨울에는 지상보다 온도가 더 높다. 지열 열펌프는 땅속이나 지하수에 저장된 열을 겨울에는 건물로 전달하고, 여름에는 열을 건물로부터 뽑아서 땅속으로 보내는 일을 한다. 그러므로 땅속은 겨울에는 열원으로, 여름에는 열 싱크로 작용하는 것이다. 지열 열펌프를 이용하는 시스템은 크게 땅속과 연결하는 장치, 열펌프, 열 배분장치로 구성되어 있다. 이와 같이 땅속 얕은 곳의 온도가 일정하다는 것을 이용해서 냉난방을 하는 것은 땅속의 온도가 오랜 시간이 지나도 변화하지 않기 때문에, 뜨거운 물이나 증기를 이용하는 지열발전과 달리 재생가능한 것이다.
땅속을 열원이나 열싱크로 이용하기 위해서는 냉난방을 할 대상건물 가까운 곳의 땅 속에 물과 같은 열매체가 흐르는 열교환기 역할을 하는 파이프를 묻어야 한다. 열교환기는 수직방향이나 수평방향으로 매설할 수 있는데, 그 속으로는 주위의 흙으로부터 열을 흡수하거나 발산하는 액체(물 또는 물과 부동액의 혼합물)가 흐른다. 이 액체는 건물 안에 설치된 열펌프로 전해지고 그곳에서는 겨울에는 난방을 위해 열이 집약되어서 건물 곳곳에 전해진다. 여름에는 반대의 과정이 진행된다. 에어컨과 같이 건물의 더운 기운을 열펌프가 흡수해서 그것을 땅속에 버리는 것이다. 지열 열펌프는 난방용 열을 전달하는 작용뿐만 아니라 온수를 만드는 데도 이용될 수 있다. 열교환 장치를 수평방향으로 묻을 경우에는 땅을 1-1.5미터 파고 묻는다. 묻는 면적을 줄여야 할 경우에는 땅을 좀더 깊이 파면 된다. 수직으로 묻으면 면적이 더욱 줄어드는데, 이 경우에는 100미터 깊이까지 땅을 파고 묻는다.
지열을 적절하게 이용하는 것은 환경적인 측면에서도 꽤 유리하다. 이산화탄소 배출도 별로 없고 오염물질도 거의 나오지 않는다. 물론 땅속의 뜨거운 물이나 증기는 이산화질소, 이산화탄소, 황화수소 등을 함유하고 있고, 이러한 물이 지상으로 솟아오르면 이들 기체들도 함께 나와 대기로 방출된다. 그러나 이들 기체의 농도는 그다지 높지 않기 때문에 화석연료와 비교할 때 지열을 이용해서 1킬로와트시의 전기를 생산하면 약 13-380그램의 이산화탄소가 배출된다. 이에 비해서 석탄은 1킬로와트시를 생산하는 데 1000그램 가까운 이산화탄소가 배출된다. 황 방출량도 화석연료와 비교하면 무시할 정도로 적다. 낮은 온도의 지열 이용의 경우에는 이산화탄소와 황 배출량은 거의 무시할 만한 정도이다. 간혹 기체 함유량이 아주 높은 경우도 있는데, 이러한 경우에는 특수한 기술을 사용하여 기체가 대기로 방출되지 못하도록 해야 한다. 지열을 이용하는 열펌프는 에너지 효율이 매우 높다. 이 장치는 기존의 장치보다 적은 양의 전기를 소비하고, 따라서 이산화탄소나 오염물질 배출량도 적다. 또한 프레온 가스를 사용하지 않고도 냉방을 하기 때문에 오존층 파괴도 억제하는 효과도 낳는다.
지열 열펌프를 사용하는 것은 아니지만 땅 속에 긴 공기관을 묻고 이 관을 통과한 공기를 건물에 공급하는 것도 지열을 이용하는 것이다. 이 경우 겨울에는 공기가 관을 통과하면서 지열을 받아 데워져서 건물에 공급되고, 여름에는 뜨거운 바깥 공기가 관을 통과하면서 땅에 열을 빼앗겨서 식혀져서 건물에 들어가기 때문에, 이것도 지열을 이용해서 냉난방을 하는 것이다. 보통 건물의 크기가 조금 크고 에너지 사용량을 가능한 한 줄이려는 건물에 이러한 땅속 공기흡입관을 설치한다. 독일의 연방의회 건물에서 이러한 장치를 도입해서 신선한 공기를 공급하고 있고, 최근에 새로 건설되는 많은 저에너지 건물들이 이와 같은 방식으로 환기를 하고 있다. 독일에서 집열판 생산회사로 널리 알려진 바그너사는 회사 건물을 신축하면서 태양에너지를 가능한 한 받아들이여 이용하는 방식으로 건축을 했는데, 에너지 사용을 줄이기 위해 땅속을 지나가는 환기시설도 설치했다. 이 건물에서는 신선한 공기가 지하 1.5 미터 속에 묻힌 길이 35 미터의 관을 통과한 후에 실내로 들어온다. 이를 통해 건물로 들어오는 공기가 겨울에는 땅 속에서 데워지고 여름에는 냉각되므로, 난방을 위한 에너지와 냉방을 위한 에너지를 절약할 수 있게 된다. 뜨거운 여름에도 컴퓨터 방만을 제외하면 냉방시설이 돌아가지 않는데, 여름에 기온이 떨어지는 밤에는 창문을 열어놓아 바깥 공기로 건물을 식히고 낮에는 창으로 들어오는 햇빛을 차광장치로 차단하여 불필요하게 온도가 올라가는 것을 막는 한편 땅 속을 통과하면서 식혀진 공기를 계속 공급함으로써 실내를 서늘하게 유지한다.
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