서 론
연구 배경 및 목적
연구 범위 및 방법
제어 전략 및 설정값
기존 연구 고찰
제어 전략 및 설정값 수립
건물 및 설비 모델링
대상 건물 모델링
건물 부하 분석 및 하이브리드 지열 히트펌프 시스템 모델링
시뮬레이션 결과
제어 전략별 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 에너지 소비량 분석
제어 전략별 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 부하분담률
결 론
서 론
연구 배경 및 목적
에너지 절약적 건축에 대한 관심과 정부에서 시행중인 제로에너지 건축물 의무화 정책에 따라 건물에서의 신재생에너지 시스템의 적용이 점차 증가하고 있다. 신재생에너지 시스템으로 현재는 태양광 발전 설비의 적용이 일반적이나, 태양광 발전만으로는 건물의 에너지 자립이 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 건물 외부에 설치되는 태양광 패널이 건물의 미관을 훼손한다는 점으로 인하여 다른 신재생에너지 시스템의 적용 또한 요구되는 실정이다. 다양한 신재생에너지 시스템 중에서 히트펌프를 활용한 지열 냉난방 시스템은 연중 온도가 일정한 지중을 열원으로 활용한다는 측면에서 에너지 효율적 시스템으로 언급되고 있다(Kavanaugh and Rafferty, 2014). 하지만, 지중열교환기 설치를 위한 굴착에 많은 비용이 소요되고, 건물의 냉난방 부하 불균형으로 인한 장기간에 걸친 지중온도의 변화는 히트펌프 효율을 저하시키는 문제를 야기하고 있다.
따라서 이러한 문제의 해결 방안으로 하이브리드 지열 히트펌프 시스템이 제시되고 있다(Kavanaugh, 1998). 하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 냉각탑, 태양열 집열기, 보일러 등을 보조열원으로 결합한 지열 히트펌프 시스템으로, 지중열교환기와 보조열원의 부하 분담을 통해 지중열교환기에서 부담하는 냉난방 부하간의 균형을 이루게 한다(Qi et al., 2014). 이를 통해 지중열교환기 용량을 감축하여 기존의 지열 히트펌프 시스템 대비 초기 설치비용을 절감할 수 있다. 건물의 부하 특성에 따라 냉방부하가 지배적인 건물에는 냉각탑을, 난방부하가 지배적인 건물에는 태양열 집열기 또는 보일러를 보조열원으로 설치하게 된다.
하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 설치 이후의 운영 방식에 따라 시스템의 에너지 효율과 경제성이 달라질 수 있다. 따라서 적절한 시스템 제어 전략을 적용하여 시스템 운영비용 감소를 통한 경제성 향상을 이루어야 하며, 지중온도 유지를 통한 시스템의 에너지 효율 향상을 이루어야 한다. 국외에서는 약 20년 전부터 냉각탑을 보조열원으로 사용한 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 제어 전략에 관해 여러 연구가 이루어져왔다. 하지만, 외기 습구온도에 따라 성능 특성이 달라지는 냉각탑의 특성을 고려하여 볼 때, 시스템이 설치되는 지역의 기상조건에 따라 연구 결과가 달라질 수 있다. 특히 우리나의 경우 냉방부하가 가장 크게 발생하는 여름철에 습구온도가 높게 나타나기 때문에 냉각탑 가동에 불리한 조건이 될 수 있다고 판단하였다. 이에, 본 논문에서는 국내에 설치되는 냉각탑 기반 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 가동을 위한 적절한 제어 전략 도출을 위해 연구를 진행하였다.
연구 범위 및 방법
본 연구의 목적 달성을 위하여, 하이브리드 지열 히트펌프 시스템과 제어 전략에 관한 기존 문헌 고찰을 통해 본 연구를 위한 제어 전략을 우선적으로 수립하였다. 분석을 위한 대상 건물로 DOE에서 제공한 Commercial Reference Building – Medium Office를 선정하였으며, TRNSYS18을 통해 국내 서울 기상 조건에 적합하도록 외벽 단열조건을 수정하여 대상 건물을 재모델링하였다. 이후, 건물의 냉난방 기간부하 및 피크부하를 분석하여 히트펌프와 냉각탑의 용량을 산정하였으며, GLHEPro를 이용하여 히트펌프와 지중열교환기 용량을 결정하였다. 다음으로, TRNSYS18을 사용하여 지열 하이브리드 시스템을 모델링하고, 각 제어 전략에 따른 15년간의 시스템 에너지 소비량을 분석하였다.
제어 전략 및 설정값
기존 연구 고찰
국외에서는 약 20년 전부터 냉방부하가 지배적인 건물에 대한 냉각탑 기반의 하이브리드 지열 히트펌프 시스템에 관해 연구가 이루어져왔다. Yavuzturk and Spitler (2000)는 미국 텍사스주 Huston과 오클라호마주 Tulsa의 사무소 건물을 대상으로 서로 다른 기후에 대한 직렬연결 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 제어 방식을 연구하였다. 이 연구에서 EFT (Entering Fluid Temperature) 기반 설정 온도 제어 방식인 FET, EFT 또는 ExFT (Exiting Fluid Temperature)와 외기 습구온도의 온도차 제어 방식인 FTD, 스케쥴 기반 제어 방식인 FRT를 분석한 결과, ExFT와 습구온도의 온도차 제어가 가장 우수한 것으로 결론을 내렸다. 이때 ExFT와 습구온도의 차가 2℃를 초과할 때 냉각탑을 가동, 1.5℃ 미만일 때 냉각탑을 정지하는 것이 최적 설정값으로 제안되었다. 이를 바탕으로 FTD 제어 전략을 적용한 결과 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 연간 에너지 소비량이 지열 히트펌프 시스템 대비 Houston에서 27%, Tulsa에서 17% 절감되었다.
Cui et al. (2015)은 중국 충칭지역의 사무소 건물을 대상으로 개방형 냉각탑을 적용한 직렬연결과 밀폐형 냉각탑을 적용한 병렬연결의 하이브리드 지열 히트펌프 시스템에 대한 최적 설계 및 최적 제어를 연구하였다. 하이브리드 지열 히트펌프 시스템에서 기존에 사용해온 FET (Fixed Entering Temperature), FTD (Fixed Temperature Difference), FRT (Fixed Runnin Time) 전략을 분석한 결과 직렬연결에서는 FET가 유리한 것을 확인하였으며, 병렬연결 대상으로 FLR (Fixed Load Ratio)을 새롭게 제안되었다. 직렬연결에서 채택된 FET의 Tu(상한온도)는 30℃, Tl(하한온도)은 28℃가 최적 설정값으로 제안되었으며, 이러한 최적 설정값을 적용할 때 20년간의 시스템 에너지 소비량이 가장 적게 발생하였다. 병렬 배치의 FLR은 0.5가 최적 설정값으로 제안되었으며, 이러한 최적 설정값을 적용할 때 마찬가지로 20년간의 시스템 에너지 소비량이 가장 적게 발생하였다.
이와 같이 하이브리드 지열 히트펌프 시스템에 관한 기존의 연구들은 국외에서 이루어져 왔으며, 국내에서는 연구가 미미한 실정이다. 외기 습구온도에 따라서 냉각탑의 성능이 달라짐을 고려한다면, 국외의 연구 결과를 국내에 바로 적용하는 것은 적합하지 않을 수 있다. 이에, 본 연구에서는 국내 기후 조건에서의 지열 하이브리드 시스템의 적정 제어 전략 도출이 필요하다고 판단하였다.
제어 전략 및 설정값 수립
본 연구에서는 냉각탑 기반 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 제어 전략으로서 히트펌프 입수온도를 기반으로 하는 FET 제어와 히트펌프 입수온도와 외기 습구온도의 온도차를 기반으로 하는 FTD 제어, 스케줄을 기반으로 하는 FRT 제어를 수립하였다. 각 제어 전략의 상세 알고리즘은 아래 Table 1과 같다.
Table 1.
Control algorithm for hybrid ground-source heat pump system
여기서, EWT 는 히트펌프 입수온도, Tu는 상한 온도, Tl은 하한 온도, Twet는 외기 습구온도, Tfixed는 고정 온도이다.
Table 2에는 각 제어 전략별 설정값을 정리하였다. FET 제어 전략의 Tu는 32℃, Tl은 30℃로 설정하여 히트펌프로 유입되는 유체 온도인 EWT가 32℃를 초과할 때 냉각탑을 가동하였으며, 30℃ 미만일 때 냉각탑 가동을 중지하였다. FTD 제어 전략의 Tfixed는 3℃로 설정하였다. 따라서, EWT와 외기 습구온도의 온도차가 3℃를 초과할 때 냉각탑을 가동하였으며, 3℃ 미만일 때 냉각탑 가동을 중지하였다. 마지막으로 FRT의 경우, 8시부터 18시까지 총 10시간 동안 냉각탑을 가동하였으며, 이외의 시간에는 냉각탑을 가동하지 않았다.
건물 및 설비 모델링
대상 건물 모델링
본 연구에서는 냉방 부하가 지배적으로 발생하는 사무소 건물을 대상으로 분석을 수행하였다. 검증된 건물 데이터를 사용하여 연구를 진행하기 위하여 본 연구에서는 DOE에서 제공한 Commercial Reference Building – Medium Office를 대상 건물로 선정하였다. Figure 1에서 보는 것과 같이, 대상 건물은 지상 3층 규모로, 각 층은 향별 4개의 외주부와 1개의 내주부로 구성되어 있으며, 층고 2.74 m의 각 층 사이에 높이 1.22 m의 Plenum 공간이 있다. 대상 건물의 건축 개요는 Table 3에 정리하였다.
Table 3.
Architectural overview of the target building
DOE에서 제공한 모델링 데이터는 Energy Plus 프로그램의 idf file 형태로, 국내의 단열 기준을 적용하고, 하이브리드 시스템의 모델링 및 제어 알고리즘 적용을 위하여 TRNSYS18에서 건물을 재모델링하였다. 이때 국내 서울의 기상 데이터를 적용하였으며, ‘건축물의 에너지절약 설계기준’에 적합하도록 건물의 외피 모델링을 수정하였다. 외피의 수정된 단열 정보는 아래 Table 4와 같다.
Table 4.
Exterior envelope modeling of office building located in seoul, south korea
건물 부하 분석 및 하이브리드 지열 히트펌프 시스템 모델링
Figure 2는 냉각탑 기반의 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 계통도를 보여준다. 본 시스템은 크게 히트펌프와 지중열교환기로 구성된 기존의 지열 히트펌프 시스템에 냉각탑을 보조열원으로 결합한 구조로 이루어져 있으며, 그 사이에 밸브와 펌프가 설치되어 배관 내 유체의 흐름을 결정한다. 지중열교환기와 냉각탑 사이를 판형 열교환기를 통해 직렬로 연결하였으며 외부 대기와 직접 열교환이 이루어지는 개방형 냉각탑을 사용함으로써 냉각탑 내부의 냉각수가 외부 대기와 직접 접촉하여 증발을 통해 열을 방출한다.
하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 전체 건물에서 냉방부하가 가장 크게 발생하는 남측 외주부를 담당하도록 설계하였다. 각 층의 남측 외주부에 대한 냉난방 부하 산출 결과를 Table 5, Figure 2에 정리하였다. Table 5의 결과를 확인하면, 연간 부하의 경우 난방부하에 비하여 냉방부하가 매우 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 상대적으로 내부 발열의 비중이 큰 사무소 건물의 특성으로 인한 것으로 볼 수 있다. 또한, 냉방의 경우 실의 현열 부하 뿐만 아니라 잠열 부하의 처리까지도 시스템이 담당하므로 냉방 부하에 대해서는 전열 부하를, 난방 부하에 대해서는 현열 부하만을 고려하였다. 지중열교환기 설계를 위해서는 월별 기간 부하와 피크 부하가 필요하여 Table 5와 Figure 2에는 월별로 냉난방 기간 및 피크 부하를 모두 표시하였다.
Table 5.
Annual heating and cooling loads generated in the south-facing zone of a building
| Floor | Total Loads (kWh) | Peak Loads (kW) | ||
| Heating | Cooling | Heating | Cooling | |
| 1F | 229.5 | 23,921.7 | 3.9 | 11.9 |
| 2F | 130.6 | 25,408.3 | 4.7 | 12.3 |
| 3F | 817.0 | 26,098.0 | 7.4 | 13.7 |
| Total | 1,177.1 | 75,428.0 | 16.0 | 37.6 |
남측 외주부의 냉난방 부하를 분석한 결과, 최대 냉방부하는 37.6kW, 최대 난방부하는 16.0kW로 나타났다. 사무소 건물 특성상 냉방부하가 난방부하보다 더 크게 발생하였으며 겨울철에도 내부발열로 인한 냉방부하가 나타났다. 이를 바탕으로 건물의 최대 냉방부하를 충족할 수 있도록 냉방 정격 용량이 46.3kW인 히트펌프를 선정하였으며 EER은 16.4이다. 난방 정격 조건에서 난방 용량은 34.6kW이고 COP는 3.4다. 히트펌프의 냉방 운전은 실내온도가 24.5℃를 초과할 때 가동되고 23.5℃ 미만일 때 중지되며 난방 운전은 실내온도가 21.5℃를 초과할 때 가동되고 20.5℃ 미만일 때 중지되도록 설정하였다. 냉각탑의 경우 최대 냉방부하와 최대 난방부하의 차이를 충족할 수 있도록 용량이 21.6kW인 모델을 선정하였다. 선정된 히트펌프의 Performance Data는 Table 6을 통해 나타내었으며, 냉각탑의 Performance Data는 Table 7을 통해 나타내었다.
Table 6.
Heat pump performance data
| Rated LPM | Rated CMH | Cooling* | Heating** | ||
| Capacity (kW) | EER | Capacity (kW) | COP | ||
| 142.0 | 7433.2 | 46.3 | 16.4 | 34.6 | 3.4 |
Table 7.
Cooling tower performance data
Table 6과 Table 7의 히트펌프 및 냉각탑을 적용한 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 지중열교환기 용량 설계를 위해 GLHEPro를 사용하였다. TRNSYS18에서 산출한 월별 기간부하 및 월별 피크부하와 지중 열특성 및 그라우트 재료, 지중열교환기의 배치형태에 대한 정보를 GLHEPro에 입력하여 지중 열교환기를 설계하였다. 이때 계산되는 지중열교환기 용량은 보조열원의 용량이 적용된 값으로 보조열원으로 인한 지중열교환기의 용량 감축이 고려되었다. 보어홀의 배치는 2×2의 격자 형태를 가진다고 가정하였으며 배관은 Single U-tube 형상의 고밀도 폴리에틸렌을 적용하였다. 또한 지중열교환기 순환 유체는 프로필렌글리콜과 물의 혼합액으로 가정하였다. 이를 바탕으로 설계한 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 지중열교환기는 각 보어홀의 길이가 88.37 m로, 총 353.46 m의 용량을 갖는다. 지중 열교환기의 구성 재료에 대한 열적 물성치는 Table 8과 같다.
Table 8.
Input parameters for ground heat exchanger design
냉각탑 기반 하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 보조열원이 없는 지열 히트펌프 시스템과 히트펌프의 용량은 동일하지만, 냉각탑을 설치함으로써 냉각탑이 부담하는 부하만큼 지중열교환기의 길이가 감소하였다. 기존 지열 히트펌프 시스템의 경우 지중열교환기의 총 길이가 781.67 m로, 냉각탑을 적용한 하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 기존 시스템 대비 지중열교환기 용량이 약 55% 감소하였다. 이를 통해 시스템의 초기 설치비용을 절감할 수 있을 것으로 판단하였다.
본 연구에서는 각 제어 전략을 적용하여 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 15년간 가동하였다. 이때 두 시스템 모두 난방기(12/1~2/14)와 냉방기(2/15~11/30)에 따라 실온이 설정 온도(난방 21℃, 냉방 24℃)에서 0.5℃ 미만으로 떨어지거나 0.5℃를 초과할 시 히트펌프를 가동하도록 하였다. 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 경우 모든 제어 전략에서 히트펌프의 냉방운전을 냉각탑의 가동 전제조건으로 설정하였다. 즉, 하이브리드 지열 히트펌프 시스템은 냉방기에 히트펌프가 가동될 경우에만 각 제어 전략에 따라 냉각탑이 가동된다. 이와 같은 조건을 바탕으로 시스템의 성능을 비교 및 분석하였다.
시뮬레이션 결과
제어 전략별 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 에너지 소비량 분석
국내 기후에 적합한 제어 전략을 도출하기 위해선 우선적으로 제어 전략별 시스템의 에너지 소비량을 분석해야 한다. 이때 냉각탑의 가동시간이 증가할수록 지중열교환기에서 부담하는 냉방 부하가 줄어들어 히트펌프의 에너지 소비량이 감소할 수 있다. 그러나 반대로, 냉각탑의 에너지 소비량이 증가하여 히트펌프의 에너지 소비 절감을 상쇄함으로써 시스템의 총 에너지 소비량이 크게 발생할 수 있다. 따라서 각 제어 전략에 따른 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 15년간 에너지 소비량과 냉각탑 가동시간을 분석하여 Table 9와 Figure 3에 나타내었다.
냉각탑의 가동시간을 분석한 결과, FTD 제어 전략을 적용하였을 때 33,905시간으로 가장 오래 가동되었으며, FET 및 FRT 제어 전략 대비 각각 약 28.2%, 31.5% 긴 시간 가동된 것으로 나타났다.
에너지 소비량은 냉각탑이 가장 오래 가동된 FTD 제어 전략에서 447,682kWh로 가장 적게 발생하였으며, FET 및 FRT 제어 전략을 적용하였을 때와 비교하여 각각 약 6.2%. 5.8%의 에너지 소비가 절감된 것을 확인하였다.
국내 여름철은 외기 습구온도가 높게 나타나는 기후로 히트펌프 입수온도와 외기 습구온도의 온도차를 기준으로 냉각탑을 가동하는 FTD 제어 전략은 냉각탑 가동에 불리할 것이라고 예상하였다. 그러나 외기 습구온도가 낮은 봄, 가을에도 냉각탑이 지속적으로 가동되어 다른 제어 전략에 비해 냉각탑이 가장 오래 가동되었으며 에너지 소비 절감에 가장 효과적이었다.
Table 9.
The simulation results of operating a hybrid ground-source heat pump system with control strategies over a period of 15 years
제어 전략별 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 부하분담률
본 연구에서는 지중열교환기에서 부담하는 냉난방 부하의 균형을 맞춰 지중의 온도를 유지시키기 위해 냉각탑을 보조열원으로 설치 및 가동하였다. 따라서 제어 전략에 따라 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 운영할 때 지중열교환기에서 부담하는 냉난방 부하가 균형을 이룰 수 있도록 보조열원인 냉각탑에서 냉방부하를 제거해야 한다. 일반적으로 냉각탑에서 제거하는 냉방부하가 클수록 지중열교환기에서 부담하는 냉방부하가 낮아져 지중으로 방출되는 열량이 줄어든다. 이에 따라 지중에 열이 축적되는 현상을 감소시킬 수 있지만, 냉각탑의 에너지 소비량이 크게 발생하기 때문에 시스템의 에너지 소비량을 최소화하면서도 지중의 온도를 유지시킬 수 있도록 냉각탑이 부담하는 냉방부하의 적절한 비율을 찾아야 한다. 즉, 제어 전략에 따라 총 냉방부하 중 냉각탑에서 제거되는 열량을 알아야 하며 본 연구에서는 이를 “부하분담률”이라 지칭하였다. 각 제어 전략에 따른 냉각탑 및 지중열교환기의 부하분담률은 Table 10을 통해 나타내었다.
냉각탑의 부하분담률을 분석한 결과, FET와 FTD, FRT 제어 전략에서 각각 53.3%, 63.3%, 51.6%로 나타났으며 냉각탑의 가동시간이 길수록 냉각탑 부하분담률의 비중이 높게 나타났다. 이러한 냉각탑의 부하분담률은 지중열교환기의 부하분담률과 반비례 관계로써 냉각탑의 부하분담률이 낮을수록 지중열교환기의 부하분담률이 높아진다. 지중열교환기의 부하분담률 증가에 따라 지중으로 방출되는 열량이 증가하고 열 축적 현상으로 인해 지중온도가 상승하여 시스템의 성능이 저하될 수 있다. 따라서 각 제어 전략에 따른 시스템의 성능 분석을 위해 15년간의 지중열교환기 및 냉각탑 열량, Heat Pump COP, 연평균 지중온도와 월평균 EWT를 분석하여 Table 11과 Figure 4, 5, 6에 나타내었다. 분석 결과, 냉각탑의 부하분담률이 높을수록 지중열교환기에서 지중으로 방출되는 열량이 감소하여 지중온도와 EWT가 낮게 나타났으며 냉각탑의 부하분담률이 가장 높은 FTD 제어 전략에서 지중온도와 EWT가 비교적 일정하게 유지되었다. COP의 경우 시스템의 총 열량이 가장 크고 총 에너지 소비량이 가장 작은 FTD 제어에서 가장 높은 값으로 나타났다. 이에 따라 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 운영할 때는 냉각탑의 가동시간을 길게 설정해서 지중열교환기의 부하분담률을 낮추고 지중으로 방출되는 열량을 줄여 지중온도의 상승을 완화하는 것이 장기간 운영에도 시스템의 성능이 꾸준히 유지될 것으로 판단하였다.
Table 10.
System average load distribution by control strategy (%)
| System | Cooling Tower | Ground Heat Exchanger | ||||
| Control Strategy | FET | FTD | FRT | FET | FTD | FRT |
| Value | 53.3% | 63.3% | 51.6% | 46.7% | 36.7% | 48.4% |
Table 11.
The quantity and annual average COP according to control strategy for system operation
결 론
본 연구에서는 국내 기후 조건에서 냉각탑 기반 하이브리드 지열 히트펌프 시스템 운영에 적합한 제어 전략을 도출하고자 하였다. 이를 위해 기존 문헌 고찰을 통해 본 연구에서 다룰 제어 전략과 설정값을 수립하였다. 수립된 제어 전략으로는 히트펌프 입수 온도 기반의 FET 제어 전략, 히트펌프 입수 온도와 외기 습구온도의 온도차를 기반으로 한 FTD 제어 전략, 스케줄 기반의 FRT 제어 전략이 있다.
연구 대상 건물로 DOE에서 제공한 Commercial Reference Building – Medium Office를 선정하였으며, 국내 서울의 기상조건에 적합하도록 TRNSYS18을 통해 건물을 재모델링하였다. 모델링된 건물의 부하를 산출하여 이를 기반으로 히트펌프와 냉각탑을 선정하였으며, GLHEPro를 통해 지중열교환기를 설계하였다. 이때 기존의 지열 히트펌프 시스템과 보조열원이 설치된 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 지중열교환기를 각각 설계한 결과, 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 지중열교환기가 353.46 m로 설계되어, 781.67 m인 지열 히트펌프 시스템 대비 약 55%의 용량 감축을 이룰 수 있었다. 이를 통해 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 제안함으로써 지중열교환기 설치를 위한 초기 비용을 절감할 수 있음을 확인하였다.
이후, 국내 서울의 기상조건을 바탕으로 하이브리드 지열 히트펌프 시스템의 에너지 소비 절감을 위한 제어 전략을 연구하였다. 수립된 각 제어 전략에 따라 15년간 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 가동한 결과, FTD 제어 전략을 적용할 때 냉각탑 가동시간이 33,905시간으로 가장 길게 나타났으며 이에 따른 15년간의 총 에너지 소비량이 447,682kWh로 FET 제어 전략 및 FRT 제어 전략 대비 약 6.2%, 5.8% 적게 나타났다. 냉각탑의 부하분담률을 분석한 결과, FET와 FTD, FRT 제어 전략에서 각각 53.3%, 63.3%, 51.6%로 나타났으며 냉각탑의 가동시간이 길수록 냉각탑 부하분담률의 비중이 높게 나타났다. 또한, 냉각탑의 부하분담률이 높을수록 지중열교환기에서 지중으로 방출되는 열량이 감소하여 지중온도와 EWT가 낮게 나타났으며 냉각탑의 부하분담률이 가장 높은 FTD 제어 전략에서 지중온도와 EWT가 비교적 일정하게 유지되었다. COP의 경우 FTD 제어에서 가장 높은 값으로 나타났다.
제어 전략별 시스템의 성능을 비교 및 분석한 결과 FTD 제어 전략을 적용하였을 때 시스템의 성능이 가장 우수하게 나타났다. 이를 통해 냉각탑 기반의 하이브리드 지열 히트펌프 시스템을 운영할 때는 냉각탑의 가동시간을 길게 설정해서 지중열교환기의 부하분담률을 낮추고 지중으로 방출되는 열량을 줄여 지중온도의 상승을 완화하는 것이 에너지 소비를 절감하고 시스템의 성능을 유지하는데 효과적임을 확인하였다.
