[와우! 과학] 지하철 터널로 만드는 친환경 냉난방 시스템이란?

무더운 여름이 다가오면 전기 요금이 부담스러워도 에어컨 켤 수밖에 없다. 겨울철 역시 난방비를 아끼기 위해 많은 노력을 하지만, 그래도 보일러 없이 생활하긴 힘들다.

따라서 우수한 단열재와 효율적인 냉난방 시스템을 갖춰 비용과 에너지를 절감할 수 있는 친환경 주택 및 빌딩이 늘어나는 추세다. 비용 문제는 물론이고 냉난방에 들어가는 에너지 중 상당수가 화석 연료에서 나오기 때문에 전 세계적으로 친환경 냉난방 시스템에 대한 요구가 늘어나고 있다.

친환경 에너지 절약형 주택을 건설하는 방법은 중 하나는 지열을 이용하는 것이다. 추운 겨울철이나 더운 여름철에도 땅속 온도는 비교적 일정하기 때문에 이를 활용해 냉난방비를 줄일 수 있다.

보통 지하에 열교환을 위해 파이프를 지하에 매립하고 히트펌프로 물을 순환시켜 냉난방에 활용한다. 하지만 지하에 매립된 구조물이 많고 공동 주택과 빌딩의 밀도가 높은 도시에서는 활용하기 힘든 방법이다.

스위스 로잔의 연방 공과대학(EPFL) 연구팀은 지하철 터널을 활용한 냉난방 시스템을 제안했다. 방법은 간단하다. 지하 깊숙한 곳에 있는 지하철 터널 측면에 열교환을 파이프를 설치하고 지상의 아파트나 빌딩에 연결해 냉난방 에너지를 절감하는 것이다.

지하철 터널 역시 추운 겨울에 지상보다 높은 열에너지를 지니고 있으며 반대로 더운 여름날에는 지상보다 선선하다. 가장 좋은 점은 새로운 터널을 뚫을 필요가 없고 다른 지중 구조물과의 간섭도 고민할 필요가 없다는 것이다. 단지 지하 터널에 얇은 파이프를 매립할 여유만 있으면 된다.

연구팀은 6만㎡ 면적의 열교환기를 설치하면 전용면적 80㎡ (24.2평형) 아파트 1500가구에 필요한 냉난방 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 계산했다. 물론 지열 시스템만으로 모든 냉난방 수요를 충족시키는 것은 아니지만, 에어컨과 보일러에 들어가는 에너지의 상당 부분을 절약할 수 있다. 연구팀은 로잔 전체에 이 시스템을 도입하면 연간 줄일 수 있는 이산화탄소의 양이 200만t에 달할 것으로 추산했다.

다만 지하 터널에 열교환기를 설치하는 것은 물론 지상 건물에도 열교환 시스템을 건설해야 하기 때문에 이에 따른 비용을 에너지 절감으로 얼마나 빨리 회수할 수 있는지가 관건이다. 기발한 아이디어이지만, 어느 정도 경제성이 확보되지 않으면 실제로 상용화되기는 어렵다.

사진=LMS / 2019 EPFL

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com