본 연구에서는 농가현장에 보급되어 있는 350kW (175kW × 2대)급 수직형 지열히트펌프시스템으로 1,650m2 면적의 육묘온실에 2011년 6월 7일부터 9월 18일까지 냉방실험을 수행하여 냉방성능을 분석하고, 농가현장에서 지열히트펌프를 가동함에 있어 보다 효과적인 운용방법을 고려해보고자 하였다. 증발기측 물 온도차는 증발기 입구 물온도가 26.4℃에서 17.1℃로 변할 때 최대 1.7℃, 최소 0.9℃ 차이(평균 1.3℃)를 보였으며, 증발기 입구 물온도가 16.6℃에서 13.1℃로 변할 때 최대 1.1℃, 최소 0.8℃(0.9℃) 차이를 보였다. 히트펌프를 1대(175kW × 1대) 가동하는 경우, 증발기 입구에 유입되는 물온도 13.0~15.5℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 19.4~21.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 1.1~1.8, 발생한 냉방열량은 68.2~106.8kW, 소비전력은 61.0kW, 히트펌프를 2대(175kW × 2대) 가동하는 경우, 증발기 입구 물온도 10.0~13.0℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 18.5~22.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 2.0~2.7, 냉방열량은 203.9~262.0kW, 소비전력은 95~98kW 이었다. 6월의 누적 냉방열량은 14,718.6kWh(12,657,996kcal), 누적소비전력은 6,352.0kWh이었으며, 7월은 각각 26,765.1, 11,600.0kWh, 8월은 각각 28,437.2, 12,508.0kWh, 9월은 10,065.0, 5,125.0kWh로 8월이 가장 큰 냉방열량을 나타내었다.

수직형에 비해 비교적 가격이 저렴하고 냉난방을 동시에 할 수 있는 농업시설에 적합한 10RT 규모의 수평형 지열히트펌프 시스템을 240m2 면적의 온실에 설치하고, 이 시스템의 냉방성능을 분석하였다. 응축기 출구온도가 40℃에서 58℃로 상승함에 따라 소비전력은 11.5kW에서 15kw로 상승하였으며, 고압이 1,617kpa에서 2,450kPa로 변화하였다. 냉방성능계수는 지중온도 25.5℃에서 2.7 수준이었으며 지온이 상승함에 따라 하강하여 33.5℃에서 2.0 수준이었다. 또한 온실 내부로부터 흡수하는 열량(냉방열량)은 같은 지중온도 수준에서 각각 28.8kW, 26.5kW이었다. 가동 8시간 후 지열교환기가 설치된 60cm깊이의 지온은 14.3℃가 상승하였으며 150cm는 15.3℃가 상승하였다. 반면 지열교환기가 매설되지 않은 60cm 깊이는 2.4, 150cm 깊이는 4.3℃의 지온상승을 보였다. 열매 체유가 지열교환기를 통과한 후 평균 7.5℃의 온포가 하강하였으며, 토양온도가 평균 27.5℃ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kw로 지중열교환기의 단위 길이 당 약 36.8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방 열량은 평균 28.2kW이었으며, 열매체유의 온도는 4.2℃ 상승하였다. 축열조내 열전달매체유의 온도가 26.0℃에서 2.0℃까지 하강하는데 3시간이 소요되었으며, 평균 축열율은 29.7kW, 총 축열량은 321MJ이었다. 또한 2.0℃까지 냉열을 축열한 후 25.4℃까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 28.5℃일 때 4시간이었고, 총 313.0MJ의 에너지가 방열되었으며, 이때 평균 방열율은 21.7kW인 것으로 분석되었다.

지열을 이용한 열펌프 시스템이 온실의 냉방과 과채류의 묘소질에 미치는 영향을 구명하였다. 온실 내 기온은 주간에는 차광구에 비해서 포그+차광구가 3~4℃ 낮았고, 야간에는 지열-펌프+차광구가 차광 및 포그+차광구에 비해 5~7℃ 낮았다. 오이, 고추 및 토마토 묘의 초장은 차광이나 차광+포그구에 비해 지열-열펌프+차광구가 가장 짧았고, 엽면적과 건물중은 지열-열펌프+차광구가 다른 처리에 비해 약간 작았다. 결과적으로 건묘지수는 지열을 이용하여 냉방을 한 지열+차광구는 포그+차광구 및 차광구에 비해 모두 높게 나타났다.

The world has recognized the shortage of energy resources. New and renewable energy development is the focus of much research and investment, and the world is trying to reduce carbon emissions. In November 2009, the Korean government announce a greenhouse gas emission reduction target of 30% by 2020. In this study, an underground heat exchanger was installed on the underside of the smart deep tunnel. The heat energy was calculated using the TOE conversion table from the Korea energy management corporation. Moreover, It is proposed to install heat exchanger in smart deep tunnel through reduction of carbon dioxide emissions and analyzing economic effects of carbon dioxide emissions reductions.