선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
가설 설정
- 기존 공동주택 냉방 실태조사⑹에서 일반적인 재실자의 생활형태에 따라 18시 이후 냉방기기의 사용비율이 증가하는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 18시부터 다음날 06시까지인 야간에는 거주자가 재실하는 것으로 가정하고 06시부터 18시까지의 주간에는 비재실 상태라고 가정하였다. 주/야간 하루 동안의 냉방상태를 분석하기 위해 우리나라 여름철 기후 중 3일간의 고온 다습한 날을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 실내 열환경을 분석하였으며, 에너지 소비량은 냉방기간 전체를 대상으로 비교 평가하였다.
제안 방법
- 기존 냉방방식과 제안된 운영방안을 실내 열환경 측면과 에너지 소비량 측면에서 분석하였다. 5개의 냉방공간을 남측과 북측으로 나누어 분석하였으며 실내 열환경은 설정실온에 대한 평균실온 과의 제어편차를 분석하였고, 바닥표면온도와 실내 노점온도의 관계에 의한 표면결로 발생 유무 분석, 실내 열환경의 평가 및 설계를 위한 기준으로 사용되는 PMV 값에 의한 쾌적성을 검토하였다. 그리고 기존 패키지 에어컨의 운영에 의한 에너지 소비량은 압축기와 팬의 소비전력을 나타내며 바닥 복사냉방의 운영에 의한 에너지 소비량은 냉수공급에 의한 냉동기와 펌프의 소비전력을 나타낸다.
- 그러나 재실전 예냉시간을 달리해 재실시 냉방의 효과를 검토해 볼 필요가 있다. Fig. 11과 같이 바닥복사냉방만을 이용해 냉방시작 전 예냉 1시간, 2시간 및 3시간에 따른 냉방효과를 비교해 보았다. 냉방 시작 전 1시간 예냉을 실시할 경우 비냉방시의 26.
- Fig. 3과 같이 기존의 냉방방식은 대표실에 1대의 패키지 에어컨이 설치되는 경우(Simulation 1) 와 각 실별로 멀티에어컨을 설치하는 경우(Simulation 2)로 나누어 계획하였고 제안된 바닥복사 냉방의 운영방안으로 대표실에는 바닥복사냉방과 추가적인 제습 및 보조냉방방식을 이용하고 나머지 공간에는 바닥복사냉방만을 이용하여 냉방을 하는 경우로 나누어 시뮬레이션을 구성하였다 (Simulation 3).
- Fig. 4와 같이 기존의 패키지 에어컨에 의한 냉방 운영방식으로 비재실시는 비냉방의 상태이지만 거주자의 재실 여부 및 냉방요구에 따라 재실시 냉방을 하는 경우(Simulation 4)와 제안된 바닥복사냉방의 운영방안으로 비재실시 축냉을 이용한 바닥복사냉방만으로 예냉을 한 후 재실시에 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방을 동시에 사용하여 냉방을 하는 경우(Simulation 5)로 나누어 시뮬레이션을 계획하였다. 그리고 예냉시간을 달리하여 바닥복사냉방의 냉방효과를 분석한 후 적절한 예냉시간을 제시하였다.
- 그러므로 본 연구에서는 연속 냉방과 간헐 냉방시 적절한 바닥복사냉방의 운영방안을 제시하고, 시뮬레이션을 이용하여 제안된 바닥복사냉방의 운영방안을 기존의 패키지 에어컨에 의한 냉방방식과 실내 열환경 측면 및 에너지 소비량 측면에서 비교 평가하였다.
- 4와 같이 기존의 패키지 에어컨에 의한 냉방 운영방식으로 비재실시는 비냉방의 상태이지만 거주자의 재실 여부 및 냉방요구에 따라 재실시 냉방을 하는 경우(Simulation 4)와 제안된 바닥복사냉방의 운영방안으로 비재실시 축냉을 이용한 바닥복사냉방만으로 예냉을 한 후 재실시에 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방을 동시에 사용하여 냉방을 하는 경우(Simulation 5)로 나누어 시뮬레이션을 계획하였다. 그리고 예냉시간을 달리하여 바닥복사냉방의 냉방효과를 분석한 후 적절한 예냉시간을 제시하였다.
- 기존 냉방방식과 제안된 운영방안을 실내 열환경 측면과 에너지 소비량 측면에서 분석하였다. 5개의 냉방공간을 남측과 북측으로 나누어 분석하였으며 실내 열환경은 설정실온에 대한 평균실온 과의 제어편차를 분석하였고, 바닥표면온도와 실내 노점온도의 관계에 의한 표면결로 발생 유무 분석, 실내 열환경의 평가 및 설계를 위한 기준으로 사용되는 PMV 값에 의한 쾌적성을 검토하였다.
- 연속냉방은 냉방요구 공간을 실내부하 변동에 따라 냉방기기가 항상 켜진 상태로 설정 실온을 유지하는 것이며 간헐냉방은 거주자의 생활형 태에 따른 재실 여부에 따라 냉방 필요시 임의로 냉방기기를 작동하여 실내부하를 제거하는 것이다. 기존 패키지 에어컨을 이용한 국내 공동주택의 냉방실태를 분석한 자료(6)를 바탕으로 연속냉 방과 간헐냉방시 바닥복사냉방의 운영방안을 제시하였다.
- 기존의 냉방 운영방식인 냉방 필요시 패키지 에어컨에 의한 운영방식(Simulation 4)과 구조체의 축냉 효과를 이용한 바닥복사냉방의 운영방안 (Simulation 5)에 대한 에너지 소비량을 비교 분 석하였다. Fig.
- 기존의 냉방방식인 실별 패키지 에어컨에 의한 냉방방식 (Simulation 2)과 제안된 바닥복사냉방에 의한 운영방안(Simulation 3)을 에너지 소비량 측면에서 비교 분석하였다. Fig.
- 6RT)로 결정하였다. 두 가지 방식의 냉방 특징이 서로 다르기 때문에 이들의 용량이 달라질 수도 있지만 본 연구에서는 같은 대상모델의 냉방부하를 동등하게 제거해야 한다는 측면에서 동일한 용량을 선정하였다. 에어컨과 냉동기 모두 성능계수(COP)를 3.
- 본 연구에서는 바닥복사냉방의 운영방안을 제시하고, 제안된 바닥복사냉방의 운영방안을 기존의 패키지 에어컨에 의한 냉방방식과 비교평가 하였으며 그 결과는 다음과 같다.
- 그러나 냉방기간 전체에 대해 다양한 부하변화를 모사하여 멀티죤을 대상으로 평가하기에는 많은 제약이 따른다. 이에 시뮬레이션 도구로 바닥복사냉방의 열해석이 가능할 뿐만 아니라, 다양한 운영을 위한 제어가 가능하고 열성능 및 에너지 측면에서의 평가가 가능한 TRNSYS 15를 선정하였다.
- 일반적인 여름철 냉방기간인 6월 29일부터 8월 30일 2개월간 시뮬레이션을 실시하여 실내 열환경 측면과 에너지 소비량 측면에서 비교 평가하였다.
- 시뮬레이션을 위한 구조체의 각 벽체별 구조 및 물성치는 현장실험 대상 공동 주택의 것과 동일하게 구성하였다. 재실자의 인체부하, 조명기기, 각종 실내기기, 거주 및 운전 스케쥴은 4인 가족을 기준으로 각 실에서 재실자의 생활패턴을 반영하였다. 쾌적성을 평가하기 위한 PMV 입력조건들은 ISO 7730에 따라 착의량은 여름철 얇은 옷에 해당하는 0.
- 이를 바탕으로 본 연구에서는 18시부터 다음날 06시까지인 야간에는 거주자가 재실하는 것으로 가정하고 06시부터 18시까지의 주간에는 비재실 상태라고 가정하였다. 주/야간 하루 동안의 냉방상태를 분석하기 위해 우리나라 여름철 기후 중 3일간의 고온 다습한 날을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 실내 열환경을 분석하였으며, 에너지 소비량은 냉방기간 전체를 대상으로 비교 평가하였다.
- 재실자의 인체부하, 조명기기, 각종 실내기기, 거주 및 운전 스케쥴은 4인 가족을 기준으로 각 실에서 재실자의 생활패턴을 반영하였다. 쾌적성을 평가하기 위한 PMV 입력조건들은 ISO 7730에 따라 착의량은 여름철 얇은 옷에 해당하는 0.078 meC/W, 대사량은 앉아서 가벼운 작업을 하는 상태로 설정하였다. 그리고 에어컨 및 냉동기의 용량은 일반적으로 40평형에 설치되는 12,000kcal/h(3.
대상 데이터
- 시뮬레이션 수행을 위한 대상은 시뮬레이션 결과의 정확성을 검토해 볼 수 있도록 기존의 현장 실험(3) 공간을 선정하였다. Fig. 1과 같이 경기도 광주시에 위치한 국내 공동주택 49평형의 기준층 중간 세대이며 정남향으로 냉방을 위한 공간은 5개로 구성되어 있다. 시뮬레이션을 위한 구조체의 각 벽체별 구조 및 물성치는 현장실험 대상 공동 주택의 것과 동일하게 구성하였다.
- 시뮬레이션 수행을 위한 대상은 시뮬레이션 결과의 정확성을 검토해 볼 수 있도록 기존의 현장 실험(3) 공간을 선정하였다. Fig.
성능/효과
- (1) 연속적인 냉방시 운영방안으로 각 실별로 다른 시스템과 제어를 적용하여 운영하는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 즉, 내부 발열부하의 증가가 예상되는 대표실인 거실이나 안방에는 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방에 의한 운영을 실시하고 내부 발열부하의 변화가 작은 나머지 실에 대해서는 바닥복사냉방만 실시하여도 냉방이 가능할 것으로 판단된다.
- (3) 연속적인 냉방 운영시 바닥복사냉방의 실별 운영방안을 기존 냉방방식과 비교 평가해 보았을 때, 제안된 운영방안은 기존 냉방방식에 비해 실내 열환경 측면에서 냉방기간 전체에 대해 실온편 차가 작게 나타났으며 에너지 소비량도 작은 것으로 나타나 쾌적한 실내 환경을 유지함과 동시에 경제적으로도 유리한 운영방안으로 판단된다.
- (5) 간헐적인 냉방 운영시 기존 냉방방식과 바닥복사냉방의 시간별 운영방안을 비교 평가해 보 았을 때, 제안된 운영방안은 기존 냉방방식에 비해 실내 열환경 측면에서 초기 실온 제어가 안정 적이고, 시스템의 운전시 에너지 소비량의 변동 폭이 작게 나타나 여름철 전력수요가 큰 구간에 대해 안정적인 전력공급이 예상된다.
- 기존의 냉방 운영방식인 냉방 필요시 패키지 에어컨에 의한 운영방식(Simulation 4)과 구조체의 축냉 효과를 이용한 바닥복사냉방의 운영방안 (Simulation 5)에 대한 에너지 소비량을 비교 분 석하였다. Fig. 13과 Table 5에서 Simulation 4와 Simulation 5의 비교 분석 결과 전체 냉방기간에 대해 단위세대 전체의 에너지 소비량이 600kWh를 나타낸 바닥복사냉방의 냉방방식이 559 kWh 를 나타낸 기존 냉방방식에 비해 약 6% 정도 큰 것으로 나타났다. 이는 실외 냉방부하가 큰 주간 에 냉방을 실시하지 않음으로써 기존 패키지 에 어컨에 의한 에너지 소비량이 감소한 것으로 판단되며 바닥복사냉방에 의해 예냉을 실시함으로써 에너지 소비량이 증가한 것으로 판단된다.
- 기존의 냉방방식인 실별 패키지 에어컨에 의한 냉방방식 (Simulation 2)과 제안된 바닥복사냉방에 의한 운영방안(Simulation 3)을 에너지 소비량 측면에서 비교 분석하였다. Fig. 9와 Table 3에서 Simulation 2와 Simulation 3의 비교 분석 결과 전체 냉방기간에 대해 단위세대 전체의 에너지 소비량이 946kWh를 나타낸 바닥복사냉방의 냉방방식이 1,069kWh를 나타낸 기존 냉방방식에 비해 약 13% 정도 작은 것으로 나타났다. 이는 패키지 에어컨에 의한 냉방시 과냉에 의해 에너지 소비가 증가한 것으로 판단되며, 구조체의 축냉에 의해 바닥복사냉방의 냉방시 에너지 소비가 감소한 것으로 판단된다.
- 주간의 비냉방공간을 야간에 냉방공간으로 전환시 설정실온 26℃에 대해 실온 제어가 가능하였으며 초기 부하 제거시간이 빠르게 나타났다. 그러나 대류방식에 의해 실온의 급격한 하강으로 인해 실온편차가 2~3℃로 나타나 불쾌적함을 유발할 것으로 판단되며 잦은 작동으로 인한 PMV 값의 변동폭도 큰 것을 알 수 있었다. Fig.
- 단시간의 냉방 효과를 나타내는 기존 패키지 에어컨 냉방방식에 비해 구조체의 축냉에 의해 지속적인 냉방 특성을 나타내는 바닥복사냉방은 피크 부하의 감소와 함께 냉방 운영시간이 길어지는 특성이 있다. 그리고 예냉에 의해 바닥복사냉방만으로 운영시 추가적인 냉방장치의 설치가 필요 없어 초기 투자비 측면을 고려한다면 기존 패키지 에어컨에 의한 냉방에 비해 바닥복사냉방에 의한 운영이 전체 경제성 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
- 기존 공동주택 냉방 실태조사⑹에서 일반적인 재실자의 생활형태에 따라 18시 이후 냉방기기의 사용비율이 증가하는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 18시부터 다음날 06시까지인 야간에는 거주자가 재실하는 것으로 가정하고 06시부터 18시까지의 주간에는 비재실 상태라고 가정하였다.
- 7, Table 2에 나타내었다. 다른 실에 비해 부하의 크기가 상대적으로 큰 대표실인 거실에서 최대 현열부하 가 약 32W/m2 발생할 때, 바닥패널로 13.5℃의 냉수가 공급되어 평균 바닥표면온도는 24℃, 바닥 코일 배관 직상부의 최저 온도는 21 ℃를 나타내며 실온을 안정적으로 유지할 수 있었다. Fig.
- 2℃로 나타나 실온 제어가 효과적이었다. 대류 냉방방식에 의해 평균 실내습도도 64%를 나타내어 쾌적한 상태를 유지했으며 부하 제거에 빠르게 반응을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 실별 멀티에 어컨은 실내 열환경 측면에서 효과적인 냉방방식일 수 있으나 실온을 제어하는 과정에서 제어편차가 2~3℃로 크게 나타나 실온편차에 의한 불쾌적이 발생할 것으로 판단되며 각 실별 에어컨 의 설치에 따른 초기 투자비용의 증대와 실별 냉방에 따른 피크 전력의 증가가 예상된다.
- 대표실 냉방의 문제를 해결하기 위해 실별로 멀티에어컨을 설치한 시뮬레이션 2의 결과는 Fig. 6, Table 2와 같으며 대표실 냉방방식과 다르게 앞선 비냉방공간의 평균 실온이 26.2℃로 나타나 실온 제어가 효과적이었다. 대류 냉방방식에 의해 평균 실내습도도 64%를 나타내어 쾌적한 상태를 유지했으며 부하 제거에 빠르게 반응을 나타내는 것을 알 수 있었다.
- 그리고 부하의 크기가 상대적으로 크고 재실자의 재실빈도가 큰 대표실이 나머지 실에 비해 에너지 소비량이 약 2배 정도 크게 나타났다. 또한 에너지 소비량의 차이에서 실외부하의 크기가 작은 북향실에 비해 부하의 크기가 큰 남향실의 에너지 소비량이 큰 경향을 나타내었다. 이를 통해 냉방기간 전체에 대해 연속적인 냉방운영시 기존 패키지 에어컨에 의한 실별 냉방방식에 비해 제안된 바닥복사냉방으로 운영시 에너지 소비량이 절감되는 것으로 나타났다.
- 그리고 실내습도 및 바닥표면온도와 노점온도의 관계분석을 통해 결로발생이 예상되는 가장 온도가 낮은 부분인 배관 직상부의 온도가 2TC로 나타나 바닥표면온 도의 하강에 의한 표면결로발생은 없었다. 또한 평균 실내습도 68%, 평균 PMV 값이 0.3을 나타내어 ASHRAE의 쾌적범위 내에서 실내 열환경을 유지하였다. 이와 함께 바닥복사냉방에서는 바닥구조체의 냉각에 의해 바닥온도가 낮아 불쾌적할 것으로 예상되나 가장 온도가 낮은 부분인 배관 직상부의 온도가 바닥표면의 평균 온도보다 1~2℃ 정도 낮은 21℃로 나타나 ASHRAE 및 ISO 기준에서 정하는 바닥표면의 하한값(19℃)보다 높은 것으로 나타났다.
- 또한 에너지 소비량의 차이에서 실외부하의 크기가 작은 북향실에 비해 부하의 크기가 큰 남향실의 에너지 소비량이 큰 경향을 나타내었다. 이를 통해 냉방기간 전체에 대해 연속적인 냉방운영시 기존 패키지 에어컨에 의한 실별 냉방방식에 비해 제안된 바닥복사냉방으로 운영시 에너지 소비량이 절감되는 것으로 나타났다. 또한 바닥복사냉방만으로 운영 시 추가적인 냉방장치 의 설치가 필요 없어 초기 투자비 및 열원에 따른 에너지 비용 측면을 고려할 때 바닥복사냉방에 의한 운영시 더욱 경제적일 것으로 예상된다.
- 바닥복사냉방 운전시 부하의 변동에 대해 적정 바닥온도를 유지하면서 쾌적하고 안정적으로 실온을 제어함을 알 수 있다. 이를 통해 연속적인 냉방시 바닥복사냉방의 운영 방안인 대표실에는 바닥복사냉방과 추가적인 장치에 의해 냉방을 실시하고 기존의 비냉방공간 은 바닥복사냉방만으로도 냉방기간 전체에 대해 실온 제어가 안정적이며 표면결로를 방지할 수 있고, 실내 열환경이 쾌적한 상태를 유지할 수 있어 냉방이 가능함을 알 수 있었다.
- 그러나 냉방 시작 전 시스템의 작동에 의한 에너지 소비가 증가할 것으로 판단된다. 이상에서 냉방 시작 전 바닥복사냉방의 예냉 시간은 보조냉 방의 사용을 줄일 수 있고 에너지 소비 측면에서 2시간이 적당할 것으로 판단된다.
- 3을 나타내어 ASHRAE의 쾌적범위 내에서 실내 열환경을 유지하였다. 이와 함께 바닥복사냉방에서는 바닥구조체의 냉각에 의해 바닥온도가 낮아 불쾌적할 것으로 예상되나 가장 온도가 낮은 부분인 배관 직상부의 온도가 바닥표면의 평균 온도보다 1~2℃ 정도 낮은 21℃로 나타나 ASHRAE 및 ISO 기준에서 정하는 바닥표면의 하한값(19℃)보다 높은 것으로 나타났다. 바닥복사냉방 운전시 부하의 변동에 대해 적정 바닥온도를 유지하면서 쾌적하고 안정적으로 실온을 제어함을 알 수 있다.
- (1) 연속적인 냉방시 운영방안으로 각 실별로 다른 시스템과 제어를 적용하여 운영하는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 즉, 내부 발열부하의 증가가 예상되는 대표실인 거실이나 안방에는 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방에 의한 운영을 실시하고 내부 발열부하의 변화가 작은 나머지 실에 대해서는 바닥복사냉방만 실시하여도 냉방이 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
- (2) 실제 공동주택의 간헐적인 냉방 운영상황에 맞게 거주자의 재실 여부에 따라 시간별 다른 시스템과 제어를 적용하여 비재실시에는 축냉을 이용한 바닥복사냉방만으로 운영한 후 재실시에는 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방을 사용하여 운영하는 방안이 있을 것이다.
- (4) 비냉방 상황에서 냉방으로 전환되는 간헐적인 냉방 운영시 공동주택 구조체의 열용량이 큰 특징을 활용한 예냉을 실시한다면 추가적인 장치의 설치 없이 바닥복사냉방만으로 냉방이 가능할 것이다. 이는 초기 투자비를 고려한다면 기존 패키지 에어컨에 의한 냉방에 비해 바닥복사 냉방에 의한 운영이 전체 경제성 측면에서 유리 할 것으로 판단된다.
- 이를 통해 냉방기간 전체에 대해 연속적인 냉방운영시 기존 패키지 에어컨에 의한 실별 냉방방식에 비해 제안된 바닥복사냉방으로 운영시 에너지 소비량이 절감되는 것으로 나타났다. 또한 바닥복사냉방만으로 운영 시 추가적인 냉방장치 의 설치가 필요 없어 초기 투자비 및 열원에 따른 에너지 비용 측면을 고려할 때 바닥복사냉방에 의한 운영시 더욱 경제적일 것으로 예상된다.
- 본 연구를 바탕으로 향후에는 시스템 전체를 포함한 LCC 평가 및 한국인의 생활방식을 감안한 쾌적성 검토, 그리고 환경조건별 바닥복사냉방의 운영패턴에 관한 연구가 필요할 것이다.
- 대표실은 거주자의 재실에 따라 주/야간 연속적으로 냉방이 요구 되는 경우가 많고 내부 발열부하의 증가가 예상 되는 공간이며 나머지 공간은 주간에 비해 야간의 재실빈도가 높아 실외부하가 작은 야간에 냉방을 하는 경우가 많다. 이러한 기존 냉방 운영 방법을 바탕으로 Fig. 1, Fig. 2와 같이 내부 발열 부하의 증가가 예상되는 대표실인 거실이나 안방에는 바닥복사냉방에 추가적인 장치를 사용한 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방에 의해 운영을 하고 내부 발열부하의 변화가 작은 나머지 실에 대해서는 추가적인 냉방장치의 설치가 필요없이 바닥난방패널을 유효하게 냉방에 이용하는 바닥 복사냉방만으로 운영하여도 냉방이 가능할 것으로 판단된다.
- 6℃로 2℃ 이상의 하강과 냉방 시작 후 약 3시간 동안 잦은 작동을 통해 실온을 유지하는 과정에서 불쾌적이 발생할 것으로 판단된다. 이러한 대류냉방방식의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 바닥복사냉방에 의해 거주자의 재실 여부에 따라 재실전에 예냉을 실시함으로써 냉방의 효과를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 재실전 예냉시간을 달리해 재실시 냉방의 효과를 검토해 볼 필요가 있다.
- 이러한 단점을 보완하여 기존 연구(3,4)에서 언급한 보조냉방장치를 사용할 수 있으나 이에 따라 바닥복사냉방의 냉방 담당영역이 작아지고 시스템이 복잡해질 수 있다. 이에 공동주택 구조체의 열용량이 큰 특성을 이용해 실제 냉방 운영상황에 적합하도록 거주자 비재실시에 축냉을 이용한 바닥복사냉방만으로 예냉을 한 후 재실시에 바닥복사냉방과 제습 및 보조냉방을 동시에 사용하여 운영한다면 효과적일 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.