일본 센다이시에서 하수도관에서 얻은 열에너지를 사용한 급탕시스템의 실증연구가 시작되었다. 실제로 매설되어 있는 하수도관의 열을 이용한 것은 일본에서 처음이다. 노후화가 진행된 하수도관의 보강을 겸해 열회수 기능을 부가한다. 급탕시스템은 시내의 슈퍼마켓에 설치되어 이용된다.

 

         (그림 1) 하수도의 열에너지를 이용한 급탕시스템


지중은 외기와 비교하여 온도의 변동이 적고 여름에는 차갑고 겨울에는 따뜻한 특성이 있다. 도시부의 지중에 매설되어 있는 하수도관의 내부는 한여름에 25도, 한겨울에 15도가 표준적인 온도가 된다. 이 열에너지를 사용하여 열교환시스템의 히트펌프를 가동시키면 지상보다 좋은 효율로 공조 및 급탕에 이용할 수 있다.

센다이시는 시미즈화학공업과 공동으로 하수도관의 열을 이용한 급탕시스템의 실증연구를 11월부터 개시하였다. 노후화된 하수도관을 대상으로 보강공사와 함께 열회수 기능을 부가하였다. 하수도관의 내측에 열회수관을 나선형으로 설치하고 회수관을 통해 열매체를 순환시켜 히트펌프에 에너지를 전달하는 시스템이다.

 

            (그림 2) 하수도 열이용시스템의 설치장소(좌)와 하수도관의 시행 상황(우)

 

 

실증연구는 공장부지를 재개발하는 곳에서 실시된다. 이 지역에 있는 슈퍼마켓에 히트펌프와 온수 저장탱크를 설치하여 점포 내의 급탕에 이용할 예정이다. 2015년 3월까지 실증연구를 지속하면서 에너지 효율 및 비용 대비 효과를 검증하여 사업 확대의 가능성을 찾는다.

도시부에서는 대량의 하수도관이 매설되어 있으며 지중열을 효율적으로 이용하는 기술을 확립할 수 있으면 새로운 재생가능 에너지로서 이용범위를 확대시킬 수 있을 것으로 기대된다. 노후화된 하수도관의 내진성 및 내구성을 높이는 대책과 함께 도입할 수 있기 때문에 설치비용을 제어할 수 있는 장점이 있다.

 

                     (그림 3) 지중열 이용 시스템 설지 장소


한편, 오다큐전철은 도쿄도 내 두 개의 지하역에 지중열을 이용한 공조시스템을 도입하였다. 역의 밑바닥에 열교환기를 설치하여 플랫폼의 공조에 이용한다. 1년 동안 온도가 변동하지 않는 지중열을 이용하여 공조효율을 높일 수 있으며 연간 운영비용을 30% 삭감할 수 있을 것으로 예상한다.

 

오다큐전철은 도쿄도 세타야구에서 복복선화 사업을 추진하고 있다. 터널공법을 사용한 노선과 세 군데의 역을 지하로 이동시키는 사업으로 두 개의 역에 지중열을 이용하는 공조시스템을 도입하였다.

지중은 지상과 달리 여름과 겨울의 온도가 거의 변하지 않는다. 이 특성을 살려 여름에는 냉방에 의해 발생하는 열을 차가운 지중에 배출하고, 겨울에는 따뜻한 지중의 열을 난방에 이용할 수 있다. 공조효율이 향상되어 전력 및 가스 사용량을 삭감할 수 있는 장점이 있다.

오다큐전철이 채용한 지중열 이용시스템은 “수평방식”으로 역의 터널 아래에 있는 바닥 부분에 코일형 열교환기를 설치하였다. 이 열교환기가 공조시스템의 히트펌프와 연동하여 냉난방의 열원이 되는 시스템이다. 통상 공기를 열원으로 사용하는 공조시스템과 비교하여 연간 운영비용이 약 30% 삭감할 수 있을 것으로 예상된다.

수평방식의 지중열 이용 시스템은 열교환기를 지중에 수직으로 설치하는 방식과 비교하여 공사가 간단하다는 특징이 있다. 개발한 것은 미쯔비시메터리얼테크노이며, 환경성의 “지구온난화 대책 등 기술개발 사업”을 통해 큐슈대학 및 큐슈전력 등과 공동으로 실용화하였다. 철도의 터널에 채용한 것은 처음이다. 최근에는 도쿄 스카이트리에 설치하였으며, 이곳은 지하를 깊게 굴삭하는 “포어홀 방식”을 채용하였다.