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지열시스템 그라우팅 목적
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
지열시스템에서의 그라우팅(Grouting) 작업의 목적에 대해 정리해보겠습니다.
지열시스템을 위한 수직밀폐형 천공공은 단순히 구멍만 뚫는 것이 아니라,
천공 후 그라우팅까지 정확하게 마무리하는 것이 시스템의 효율성과 안전성에 핵심입니다.
그라우팅이란?
지열 시스템에서 그라우팅(Grouting)이란,
보어홀(borehole, 천공공)에 지중열교환기(Loop)를 설치한 뒤,
공극을 충전재로 메우는 작업을 말합니다.
이 충전재는 일반적으로
벤토나이트, 시멘트계 혼합재, 열전도성 향상 첨가제 등을 포함합니다.
그라우팅의 환경적 목적
1. 지하수 오염 방지
- 보어홀은 지표수, 지하수, 암반층을 모두 통과합니다.
- 만약 천공공이 비어 있다면
지표 오염원이 지하수로 바로 침투하거나,
수평 지하수 간 교차오염이 발생할 수 있습니다. - 그라우팅은 이러한 지하 수계 오염을 원천 차단하는 역할을 합니다.
2. 지질 안정성 확보
- 공극이 비어 있는 상태에서는 보어홀 붕괴, 침하, 토양 이동 등이 발생할 수 있습니다.
- 그라우팅은 지중 안정성을 높여 천공구조물의 안전성을 확보합니다.
그라우팅의 성능적 목적
1. 열전도 성능 확보
- 지중열교환기는 지하에 매설되어 있는 파이프입니다.
- 파이프와 토양 사이에 공기가 남아 있으면,
공기의 낮은 열전도율로 인해 열전달 성능이 급격히 떨어집니다. - 그라우트 재료는 열전도율이 높은 재질을 사용하여
지중의 열을 효율적으로 파이프까지 전달할 수 있게 해줍니다.
2. 지중열교환기 고정 및 장기 안정성 확보
- 그라우팅은 단순 충전재가 아니라
지중 열교환기를 위치 고정하고, 외부 토압이나 침하로부터 보호하는 구조 역할도 수행합니다. - 특히 30년 이상 운영되는 지열시스템의 수명을 보장하기 위한
기초 작업이기도 합니다.
적용 시 고려사항
- 그라우트 재료의 열전도율 : 일반 벤토나이트는 낮음 → 실리카 혼합 등 첨가 필요
- 충전 밀도 및 방식 : 하부부터 상부로 역방향 주입하여 공기층 제거
- 환경규제 준수 : 지하수법, 토양환경보전법 등 관련 규정 확인
- 작업 품질관리 : 주입압, 주입속도, 경화시간 등 철저히 관리
결론
정리해보자면,
지열시스템의 그라우팅 작업은 단순한 메움 작업이 아니라,
환경 보호와 열전달 효율 확보를 동시에 달성하는 핵심 공정입니다.
- 환경적 측면 : 지하수 오염 방지, 지반 안정성 확보
- 성능적 측면 : 열전도 향상, 열교환기 위치 고정 및 수명 보장
따라서 지열시스템의 설계와 시공에서
그라우팅은 설비 효율과 생태계 보전의 균형을 동시에 확보하는 기초 작업이라고 할 수 있습니다.
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