시설하우스와 스마트팜 등 농업분야에서 기존 시스템과 다른 개선된 지열냉난방시스템과 함께 새로운 비즈니스 모델인 렌탈 서비스를 제안한 업체가 화제다.

축열설비 및 신재생에너지 시스템 엔지니어링 전문업체인 이젠에니지니어링은 최근 정부의 지원 없이 설치하고 농가의 초기투자비용을 에너지절감액으로 회수하는 지열시스템 렌탈 방식을 적용해 시공한 사례를 공개했다. 여기에는 기존 밀폐형 지열시스템의 단점을 개선하고 추가 기술 개발을 통해 성능 및 효율 향상시킨 개방형 지열시스템을 적용했다.

강한기 이젠엔지니어링 대표는 지열시스템 렌탈 서비스 도입에 대해 “그동안 농가 하우스에 지열시스템이 많이 설치됐으나 실제 효율 좋게 가동되는 시스템이 많지 않고 관리도 잘 안 돼 농민들의 시스템 업체에 대한 불신이 높아 선뜻 투자하지 않는 점을 고려했다.”라며 “냉난방설비 초기 설치비용 없이 겨울철 하우스 재배 작물의 생산량을 증대시키면서 난방에너지 비용은 절감할 수 있다는 점이 그나마 설치 농가에 어필돼 첫 성과를 거둘 수 있었다.”고 밝혔다.

경북 군위군 토마토 재배 농장(스마트팜)은 렌탈방식으로 기존 전기보일러+경유보일러 난방시스템 대신 지열 히트펌프+수축열 난방 및 모니터링 시스템 구축을 통해 난방에너지 소비량 60% 이상 절감효과를 거두고 있다. 에너지비용 절감은 정부 친환경 정책인 이산화탄소 저감으로도 이어진다. 초기투자비는 운영 상황에 따라 약간 차이가 있지만 4년이면 회수 가능하다.

강한기 대표는 스마트팜의 지열시스템 도입은 일반 건축물에 지열시스템을 도입하는 것과는 몇 가지 다른 부분이 있다고 언급했다. 먼저 농작물의 생육 특성을 면밀히 검토해야 한다. 대부분의 농작물은 혹서기 열기보다 혹한기 냉기에 훨씬 취약하기 때문에 난방에 우선순위를 두어야 하며 생육한계 온도 유지를 위한 환경을 고려해야 한다.

또한, 스마트팜의 지열시스템 도입 시, 지하수 유량에 대한 검토가 사전에 이뤄져야 한다. 지하수 유량에 따른 히트펌프 용량 및 축열조 용량에 대한 세밀한 분석이 필요하다. 그리고 냉방과 난방의 불균형을 해소할 수 있는 방법도 선행돼야 한다. 이는 수축열조와 같은 열저장시스템으로 어느 정도 대응할 수 있다.

강한기 대표는 “대부분의 스마트팜 농장주분들은 해당 설비에 대한 전문성과 경험 부족으로 문제 발생시 시공업체의 도움이 절실한데 제대로 된 대응이 안 되는 경우가 많다.”라며 “사업 방향성에 있어서도 값싼 비용으로 설치만 하고 끝내는 공사에서 운영 및 유지관리까지 책임지는 엔지니어의 모습이 필요할 때”라고 강조했다.

이젠엔지니어링, 축열설비·신재생에너지 시스템 엔지니어링 전문기업

이젠엔지니어링은 원칙을 지키는 설계, 시공, 제어를 통해 에너지 절약 및 환경개선의 일선에 설 수 있는 회사를 표방하며 2011년도 8월 설립됐다. 이젠(E-gen)은 에너지 세대, 에너지 생산을 뜻하는 ‘에너지 제너레이션 (Energy Generation)’의 약어로 ‘에너지 절약이 곧 에너지 생산과 같다’는 핵심 메시지를 담고 있다. 그만큼 주 아이템인 축열 및 지열 시스템 등의 엔지니어링 기술력에 자신이 있다는 얘기다.

주력사업은 크게 지열과 수열을 활용한 신재 생에너지 냉난방시스템, 빙축열, 수축열, 혼합 축열 등 고성능 축열 냉난방시스템 그리고 고효율 살균·탈취 필터를 내장한 복합공조기 사업이다.

강한기 대표는 “축열설비 및 신재생에너지 시스템에 대해 독보적인 기술력 및 많은 특허를 보유하고 있으며, 탄탄한 기술력과 기업의 신뢰를 바탕으로 창립 이래 매년 높은 성장세를 이어가고 있다.”라며 “세계 최고의 기술력을 바탕으로 한 설계, 시공 및 유지 관리를 통해 친환경·신재생에너지 산업을 선도하는 토탈 에너지 솔루션 전문기업으로 위상을 강화하고 있다”고 말했다.

이젠엔지니어링이 토마토 재배농장에 적용한 개방형 지열시스템은 일반 건축물 냉난방시스템에 많은 시공실적을 확보하고 있으며 관련된 여러 가지 기술개발을 통해 기존 시스템의 문제점을 해결하고 성능과 효율도 향상시켰다.

또한 유공관 보호장치를 설치해 공무너짐에 의한 관정 붕괴를 예방하며 고강도 재질 사용 및 열융착 방식으로 연결방법을 개선했다. 자체 플러싱 기술로 이물질을 제거하고 열교환기 대 신 내부 이물질 제거를 위한 공기먼지기를 설치해 시스템 효율도 높였다. 그리고 공급관과 환수관 재설계로 충분한 열교환이 이루어지면서 효율도 향상됐다.

강한기 대표는 “개방형 지열시스템은 일반 건축물 냉난방에 표준화돼 있는 만큼 시설하우스나 스마트팜에 적용 시에는 농가 여건, 지하 수량, 주변 여건 등을 복합적으로 고려해 설계가 이루어져 최적의 시스템으로 적용된다.”라고 시스템에 대한 자신감을 드러냈다.

초기 투자비 에너지절감 비용으로 회수, 시스템은 농가 소유로 귀속

그동안 대부분의 농가에서는 정부의 에너지이용합리화 자금 지원을 통해 난방시스템을 구축했으며 그중에서도 지열난방시스템이 다수 공급됐다. 정부와 지자체의 자금 지원이 80% 이상 되다 보니 과다 설계가 이루어지고 지열 시스템 구축 업체는 시스템 설치 후, 운영이나 유지보수에는 무관심한 경우가 비일비재했다. 강한기 대표는 “지열시스템의 운영과 유지보수를 감안한 설계가 초기부터 이뤄져야 하는데, 정부 지원을 통한 설비 구축에만 급급하다 보니 지열시스템이 외면받게 된 상황을 초래했다.”고 안타까움을 내비쳤다.

지열시스템은 지열을 열원으로 해 냉방시에 는 지중에 열을 버려 냉방에 이용하고 난방 시에는 지중의 열을 획득해 난방에 이용하게 된다. 그런데 대부분의 농장은 지열시스템을 난방에만 이용하기 때문에 지중의 열을 계속 획득할 수밖에 없다. 지열시스템 도입 후, 초기에는 우수한 난방효율을 확보할 수 있었지만 3년 이상 이 같은 운영이 지속될 경우, 더 이상 획득할 열이 부족하기 때문에 지열시스템의 효율이 급격히 떨어지는 상황이 발생한다. 냉방과 난방의 균형이 깨져 효율 저하가 발생돼 제 기능을 못하게 된 지열난방시스템은 결국 농장 주에게 실망과 불신감을 안겨주면서 보일러를 통한 난방시스템으로 회귀하는 원인이 된다.

강한기 대표는 스마트팜 농가에서 기존 난방시스템을 개선하는 것에 대해 크게 두 가지 부분에 부담을 느끼는 것 같다고 언급했다. 우선 개선 난방시스템 구축에 따른 설비 투자비에 대한 부담이다. 초기투자비가 만만치 않기 때문에 농작물 판매가 주 수익인 농가에서는 큰 부담을 느낄 수밖에 없다. 그다음은 시스템 개선 후, 성능보장 및 유지보수 등에 대한 불신감이다.

강한기 대표는 “첫 번째보다 두 번째 이유가 더 크다고 생각된다”라며 “보일러에 익숙한 농가에서는 히트펌프, 지열, 축열조 등 설비에 대해 전문성이 떨어질 수밖에 없고 또 큰 돈을 투자해 개선된 지열 시스템을 구축하더라도 문제 발생시 이에 대한 대응이 안 될 것 같다는 불신이 있을 수밖에 없다.”고 말했다.

이어 강 대표는 그런 이유에서 두 가지 요인에 모두 대응할 수 있도록 개선 시스템 구축 공사를 렌탈사업 형태로 추진하게 됐다고 소개했다.

지열시스템 렌탈사업은 시스템 공급업체의 자본으로 시스템을 구축한 후, 기존 시스템 대비 개선 시스템의 에너지 비용을 분석해 절감된 에너지 비용 만큼을 일정기간 동안 렌탈 비용으로 회수하는 방식이다. 렌탈 기간이 종료되면 개선 시스템은 농가 소유로 귀속되게 된다.

농가는 렌탈사업을 도입하면 초기투자비에 대한 부담이 없어지고 렌탈 기간 동안의 성능보장 확보와 유지보수 또한 원활하게 받을 수 있는 장점이 있다.

강한기 대표는 “공급업체 입장에서는 가격이 아닌 성능에 우선순위를 두고 설계를 진행함에 따라 전문성이 강조되고 초기투자비 회수기간 동안은 안정적인 수익을 기대할 수 있는 장점도 있다.”라며 “공급업체와 농가 모두가 편익을 볼 수 있는 비즈니스 모델인 만큼 앞으로 스 마트팜으로 시장 확대가 기대된다.”고 밝혔다.

농가 지열시스템 확대 위해 작물 및 부하특성 맞게 시스템 설계, 시공 필요

경북 군위군에 위치한 약 5,000평 규모(2동)의 토마토 농장은 메인 난방에 전기보일러를, 보조난방기로 경유보일러가 설치돼 있었다. 또 이미 기존 우물공이 있어 우물공의 지하수량을 측정한 결과, 유량이 매우 풍부한 대 수층에 위치해 있었다. 이를 토대로 지하수를 이용한 지열히트펌프 및 기존 물탱크를 수축열 조로 활용한 난방시스템을 제안했다. 전체적인 시스템 설계는 기존 경유보일러는 철거하고 메인 난방기기였던 전기보일러는 예비기기로 사용하기 위해 연결했다. 또 기존 우물공, 물탱크, 온수배관 등은 재사용하는 것으로 초기투자비 부담을 줄였다. 수축열조 도입에 따라 난방 필요시 예열과정 없이 즉각 대응 가능하도록 했다.

강한기 대표는 전기보일러를 예비로 둔 이유에 대해 “농작물은 사람과 달리 연중 하루라도 한계 생장 온도 이하로 기온이 내려가면 생장이 원활하지 못한 것은 물론 고사할 위험이 매우 높다.”라며 “연중 며칠 되지않는 최저 기온을 위해 난방시스템을 구축하는 것은 용량과 다 설계로 투자비 부담이 클 수밖에 없어 기존 전기보일러를 예비로 두고 만약의 상황에 대비하게 했다.”고 밝혔다.

난방시스템 운영 결과, 겨울철 하우스의 실내온도는 10℃ 내외를 유지해 안정적인 생육 환경이 조성되는 것으로 확인됐다. 에너지 사용량을 살펴보면 심야시간 외 전력사용량은 축열조 온수를 저장하는 용도로만 사용돼 에너지 사용량이 적으며, 심야시간에는 축열조 온수를 이용한 난방, 히트펌프 가동을 통한 난방, 필 요시 전기보일러를 통한 난방 등으로 에너지가 사용되고 있었다. 직전년도 동월 대비 운전비는 48% 수준으로 에너지 비용에 대한 부담이 상당부분 해소됐다. 또한 직전년도 동월 대비 해당 동월의 경우, 평균 외기온도가 2℃ 가량 낮은 것을 알 수 있었는데, 외기온도에 대한 보정을 통해 절감효과를 분석해 보면 38% 수준으로 대폭 감소된 것을 알 수 있다. 이에 대한 효과에 대해 해당 농장주도 상당히 만족한 상황이다.

원격 실시간 모니터링 시스템도 구축, 이젠엔지니어링 서울 본사에서 상시 운영상황을 파악 하도록 설계했으며 주기적으로 데이터를 취합해 성능 검토를 수행했다.

강한기 대표는 “지열시스템을 통한 농가 난방시스템 개선은 난방 안정성 확보로 과실 생산량 증가는 물론 가스나 전기요금이 오르면 오름폭 만큼 에너지절약 비용도 같이 늘어나게 돼 농가 수익 확대에 기여할 수 있다”라고 말했다.

기존 난방용 보일러 기기를 고효율 기기로 개선한 것이 해당 스마트팜에 적용된 지열 난방시스템이다. 일반 가정집의 경우, 난방은 온수배관을 통한 바닥난방으로 난방이 이뤄지며, 냉방은 스탠드형 또는 천장형 에어컨을 통해 상부에서 냉기가 공급돼 냉방이 이뤄지게 된다. 따라서 난방시스템 위주의 스마트팜에 냉방시스템을 도입하기 위해서는 상부의 팬코일 유닛을 통해 냉기가 공급되도록 해야 한다. 그런데 대부분의 스마트팜은 온수배관을 통해 바닥에서 열기가 위로 확산되면서 농작물 주변에 난방이 이뤄지며, 열기가 농작물 주변에 맴돌 수 있도록 상부에 설치된 팬코일유닛을 통해 온기를 하부로 공급하는 형태로 돼 있다. 따라서 난방용량 비율의 대부분이 바닥에 위치한 온수배관에 집중된다.

강한기 대표는 ”냉방의 경우에는 정반대의 상황으로 냉방용량 비율의 대부분을 상부에 위치 한 팬코일 유닛에 집중해야 한다.“라며 ”난방에 대한 내부 시스템 부족으로 구현하지 못했던 냉방 시스템도 팬코일 수량, 용량 및 냉수 유량 등을 조정해 우선 내년 상반기 중 두 개 동 중 규모가 작은 1500평 농장에 적용해 운용할 계획이다“라고 밝혔다.

이어 “지열 냉난방 시스템의 시설하우스나 스마트팜 보급 확대를 위해 작물 및 부하 특성에 맞는 시스템 설계와 시공, 농가 부담을 최소화 할 수 있는 최대가 아닌 최적 시스템 구현, 하나의 열원이 아닌 지열(수열)과 공기열, 지열( 수열)과 전기히터 등 하이브리드 열원을 통한 최대 효율 및 최소 운전비 시스템 구축이 필요하다.”고 지열시스템 농업분야 확대보급 방향을 제시했다.