In this study, measurement and analysis of energy consumption of a research building have been conducted. The energy audit procedure includes monitoring of electricity and LNG consumption over a period of three yews from 2000 to 2002. Data acquisition system for collecting energy consumption data of...
In this study, measurement and analysis of energy consumption of a research building have been conducted. The energy audit procedure includes monitoring of electricity and LNG consumption over a period of three yews from 2000 to 2002. Data acquisition system for collecting energy consumption data of HVAC equipment such as chillers, fan filter units, AHUs, cooling towers, boilers, pumps, fan coil units, air compressors and etc. has been installed in a building located in Seoul. Data collected at an interval of 1 minute are analyzed for studying the energy consumption pattern of a research building. Percentage of energy consumption of all HVAC equipment is $51.0\%$ in 2000, $55.4\%$ in 2001, and $62.3\%$ in 2002, respectively. Electricity consumption of chillers accounts for $17.6\%$ of the total energy consumption, which is the largest. Annual energy consumption-rate per unit area is $840.5Mcal/m^2{\cdot}y$ in 2000, $1,064.8Mcal/m^2{\cdot}y$ in 2001, and $1,393.0Mcal/m^2{\cdot}y$ year 2002, respectively.
In this study, measurement and analysis of energy consumption of a research building have been conducted. The energy audit procedure includes monitoring of electricity and LNG consumption over a period of three yews from 2000 to 2002. Data acquisition system for collecting energy consumption data of HVAC equipment such as chillers, fan filter units, AHUs, cooling towers, boilers, pumps, fan coil units, air compressors and etc. has been installed in a building located in Seoul. Data collected at an interval of 1 minute are analyzed for studying the energy consumption pattern of a research building. Percentage of energy consumption of all HVAC equipment is $51.0\%$ in 2000, $55.4\%$ in 2001, and $62.3\%$ in 2002, respectively. Electricity consumption of chillers accounts for $17.6\%$ of the total energy consumption, which is the largest. Annual energy consumption-rate per unit area is $840.5Mcal/m^2{\cdot}y$ in 2000, $1,064.8Mcal/m^2{\cdot}y$ in 2001, and $1,393.0Mcal/m^2{\cdot}y$ year 2002, respectively.
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문제 정의
⑸은 사우디아라비아에 있는 7,660 m 규모의 사무소 건물을 대상으로 건물 내의 열원기기에 대한 측정을 실시하고 에너지 절약을 위한 기법을 제안한 바가 있으나 우리나라의 기후 조건과 확연히 다른 지역의 에너지 소비 실태를 이용하여 우리나라 건축물에 설치된 기기의 사용 실태를 파악하는 것은 어려울 것으로 생각한다. 따라서 본 연구에서는 건물의 운영과정에서 효과적인 에너지 절약 조치를 강구하기 위한 기초적인 자료를 마련하기 위해 공조 및 열원기기를 포함하여 건물 전체에 대한 에너지 소비 측정 시스템을 구축하고 2000년 1월 1일부터 2002년 12월 31일까지 3년 동안 건물 전체의 에너지 소비량뿐만 아니라 공조 및 열원기기 각각의 에너지 소비 형태를 측정하여 열원 및 공조기기의 에너지 사용이 건물 전체의 에너지 사용에서 차지하는 비중을 분석하였다.
본 연구는 실제 운전되고 있는 건물의 공조 및 열원기기에 대한 측정 시스템을 구축하고 이들 시스템의 에너지 소비량을 측정함으로써 실제 연구용 건물의 에너지 소비 형태에 대한 현장 데이터를 제공할 수 있었다. 본 연구의 결과는 모든 연구용 건물의 에너지 소비 형태를 나타내는 대표적인 예는 아니지만 앞으로 유사한 건물의 에너지 절감을 위한 원천 기술로서 활용을 기대하며 이에 그 의의가 있다고 생각한다.
본 연구에서는 건물 내 각종 설비 중에서 공조 및 열원기기를 중심으로 에너지 소비 측정 시스템을 구축하고 이들 시스템의 에너지 소비 형태를 측정하였다. 각종 기기와 건물 전체의 전기 사용량은 매 1분마다 측정하여 저장하였다.
본 연구에서는 일반 사무소 건물과 본 연구 대상 건물과 같은 연구용 복합용도 사무소 건물의 에너지 소비량을 에너지 원단위를 이용하여 비교하여 보았다. 한국에너지기술연구원의 연구결과에 따르면 중부지방에 위치한 일반 사무소 건물의 에너지 원단위는 194Mcal/mLyear로 나타났다.
본 연구에서는 클린룸과 실험실이 포함된 지하 1층, 지상 4층의 연면적 6,655.4m2의 연구용 건물의 공조 및 열원기기를 대상으로 연간 에너지 소비량 변화를 파악하가 위해 현장에서 측정 시스템을 구축하여 에너지 소비량을 측정하였다.
가설 설정
Table 3에서 전기 소비량은 kW로 측정하여 나타내었으며, 가스 소비량은 m3로 측정하였다. 전기와 가스의 단위 일치를 위하여 가스 발열량 10,500 kcal/m3이라고 가정하였고, 전력량을 발열량으로 환산하는 기준인 2,500 kcal/kWh로 환산하여 가스 사용량을 kWh로 나타내었다.⑹
제안 방법
본 연구에서는 건물 내 각종 설비 중에서 공조 및 열원기기를 중심으로 에너지 소비 측정 시스템을 구축하고 이들 시스템의 에너지 소비 형태를 측정하였다. 각종 기기와 건물 전체의 전기 사용량은 매 1분마다 측정하여 저장하였다. 보일러의 열원으로 사용되는 가스 사용량은 매일 같은 시간에 기록된 가스미터의 검침자료를 이용하였다.
저장되었다. 데이터 파일은 매일 0시에 새로 생성되어 심야 12까지 24시간 동안의 측정값을 저장하였다.
주요 전력 소비원인 냉동기, FFU 이외에 AHU, 냉각탑, 공기압축기, 냉수 및 냉각수 순환 펌프의 전력 소비를 측정하였는데 기기들이 각 층에 분산되어 있으므로 RS485 통신을 지원하며 적산이 가능한 종합 전력계를 설치하여 측정하였다. 이 중 FCU의 전력 소비량은 건물 내에 분산되어 설치되어 있는 61개를 일일이 측정하기 어려우므로 FCU의 사용 전력에 본 연구에서 측정된 공조기의 가동시간을 곱하여 계산하였다. 이는 건물의 사무실 부분의 공조시간과 같은 시간 동안 건물의 외주부 공조용 FCU가 가동되기 때문이다.
팬은 건물의 지하 기계실과 전기실의 급기와 클린룸, 일반 사무실, 지하 기계실, 전기실, 엘리베이터 기계실, 화장실의 배기를 위해 사용되고 있다. 이 중 일부분은 거의 가동하지 않기 때문에 이를 고려하여 계속 사용되는 팬의 전력 소비량을 중심으로 사용시간에 따라 계산하였다.
주요 전력 소비원인 냉동기, FFU 이외에 AHU, 냉각탑, 공기압축기, 냉수 및 냉각수 순환 펌프의 전력 소비를 측정하였는데 기기들이 각 층에 분산되어 있으므로 RS485 통신을 지원하며 적산이 가능한 종합 전력계를 설치하여 측정하였다. 이 중 FCU의 전력 소비량은 건물 내에 분산되어 설치되어 있는 61개를 일일이 측정하기 어려우므로 FCU의 사용 전력에 본 연구에서 측정된 공조기의 가동시간을 곱하여 계산하였다.
대상 데이터
지상 2층과 3층에는 실험실과 사무실이 있다. 건물은 1997년 7월에 준공된 후 단계적으로 입주가 이루어졌다. Fig.
대상 건물의 설비는 공기를 순환시키는 공조 설비, 공기의 온 . 습도 조건을 제어하는 열원 설비, 클린룸에서 발생하는 유해가스 및 실내의 공기를 배출시키는 배기 설비, 압축 공기를 공급하는 공기압축기, 그리고 실험에 필요한 가스 제공 시스템 등 기타 설비로 구성되어 있다.
각종 기기와 건물 전체의 전기 사용량은 매 1분마다 측정하여 저장하였다. 보일러의 열원으로 사용되는 가스 사용량은 매일 같은 시간에 기록된 가스미터의 검침자료를 이용하였다.
본 연구는 에너지 소비가 일반 건물에 비해 많은 것으로 알려진 클린룸과 기타 각종 실험실을 포함하고 있는 연구원 건물을 대상 건물로 선정하였다. 본 건물은 지하 1층, 지상 4층의 연면적 6, 655.4m2으로 서울에 위치한 한국과학기술연구원의 연구용 건물이다. 구조는 철근콘크리트조이며 지하 1층에는 기계실, 지상 2층과 4층에는 공조기계실이 있다.
본 연구는 에너지 소비가 일반 건물에 비해 많은 것으로 알려진 클린룸과 기타 각종 실험실을 포함하고 있는 연구원 건물을 대상 건물로 선정하였다. 본 건물은 지하 1층, 지상 4층의 연면적 6, 655.
뿐만 아니라 계속하여 연구기기가 반입되고 있기 때문에 전기 에너지 소비가 증가하는 것으로 생각한다. 본 연구원 내에는 지상 4층의 연면적 11, 114m2(3,368평) 행정용 건물이 있다. 이 건물에는 연구 지원을 위한 사무실과 희의실이 대부분이고 연구를 위한 시설은 없다.
측정점은 건물 전체에 분산되어 있으므로 분산된 장소마다 현장용 데이터로거를 설치하여 여러 측정점으로부터 데이터를 입력받았다. 여러 대의 데이터로거에 수집된 1분 간격의 측정값은 RS485 통신으로 컴퓨터에 전송.
성능/효과
3배 더 큰 것으로 나타났다. 또한 전력 사용량 증가율이 연평균 17.5%로 연구용 건물은 일반 건물에 비하여 에너지 원단위와 전력 사용량 증가율이 매우 높다.
에너지기술연구원에서는 원단위 산정시 전기의 발열량을 이차 에너지 발열량인 860kcal/h으로 환산하여 나타내었다. 본 연구에서 측정한 결과를 이를 선행 연구 결과와 같이 이차에너지로 환산하여 비교하면 351.0Mcal/m2-year, 446.1 Meal/ m2year, 616.2 Mcal/m2year 년 별로 각각 1.8배, 2.3배, 3.2배 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구 대상 건물이 일반 사무소 건물과 비교하여 에너지 소비가 크게 나타난 것은 대상 건물이 클린룸과 실험실과 같이 많은 전기 에너지를 필요로 하는 시설이 포함되어 있기 때문으로 판단되므로 이에 대한 적극적인 에너지 절약 방안이 강구되어야 할 것으로 생각된다.
10에서 살펴본 바와 같이 건물 전체의 전 기 에너지 소비량에 가장 큰 부분을 차지하는 것은 냉동기와 FFU임을 알 수 있었다. 이와 같은 결과로 볼 때 냉동기의 효율 향상과 적절한 유지 관리가 건물의 에너지 절약에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 또한 클린룸과 같은 특수한 용도의 실은 실내의 청정도 유지를 위한 실내 순 환 풍량과 도입 외기량이 일반 사무실에 비하여 상당히 크기 때문으로 생각한다.
측정 결과 건물에서 열원 및 공조기기에서 사용되는 에너지 비율은 2000년에 51.0%, 2001년에 55.4%, 2002년에 62.3%를 차지하는 것으로 나타났다. 연도별, 열원기기별로 전기에너지를 소비하는 비율을 살펴보면 2000년에 건물에서 가장 많은 전기 에너지를 소비하는 기기는 냉동기로써 전체의 13.
후속연구
본 연구 대상 건물이 일반 사무소 건물과 비교하여 에너지 소비가 크게 나타난 것은 대상 건물이 클린룸과 실험실과 같이 많은 전기 에너지를 필요로 하는 시설이 포함되어 있기 때문으로 판단되므로 이에 대한 적극적인 에너지 절약 방안이 강구되어야 할 것으로 생각된다. 또한 해마다 에너지 소비가 증가하는 것을 고려해 볼 때 향후 설비 증가에 대한 고려도 필요할 것으로 생각한다.
2배 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구 대상 건물이 일반 사무소 건물과 비교하여 에너지 소비가 크게 나타난 것은 대상 건물이 클린룸과 실험실과 같이 많은 전기 에너지를 필요로 하는 시설이 포함되어 있기 때문으로 판단되므로 이에 대한 적극적인 에너지 절약 방안이 강구되어야 할 것으로 생각된다. 또한 해마다 에너지 소비가 증가하는 것을 고려해 볼 때 향후 설비 증가에 대한 고려도 필요할 것으로 생각한다.
본 연구의 결과는 기존 건물의 공조 및 열원기기의 효율적인 운용과 새로운 설비 시스템의 설계 및 운용의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각되며, 효율적인 기기의 운영에 따른 에너지 이용 효율화 방안을 개발 및 제시하는데 활용함으로써 비효율적인 건물 운용에 따라 발생하게 되는 에너지 낭비 요소를 줄이는 데 중요한 역할을 할 것으로 생각한다.
본 연구는 실제 운전되고 있는 건물의 공조 및 열원기기에 대한 측정 시스템을 구축하고 이들 시스템의 에너지 소비량을 측정함으로써 실제 연구용 건물의 에너지 소비 형태에 대한 현장 데이터를 제공할 수 있었다. 본 연구의 결과는 모든 연구용 건물의 에너지 소비 형태를 나타내는 대표적인 예는 아니지만 앞으로 유사한 건물의 에너지 절감을 위한 원천 기술로서 활용을 기대하며 이에 그 의의가 있다고 생각한다.
참고문헌 (7)
STAT-Korea, http://www.stat.go.kr.
Kim, S. D., 1986, A study on the energy consumption in office buildings, Journal of AIK, Vol. 2, No.2, pp, 145-150
jang, J. H., Choi, Y, Kim, B. S. and Lee, K. R., 1994, A survey on heating and cooling energy consumption in the office building, Proceeding of Journal of AIK, Vol. 14, No. 2, pp.417-420
Lee, S. R., Lee, Y. G., Yang, K. S., Ahn, T. K., Lee, S. E. and Park, H. S., 1998, A study on the energy consumption in office build-ings in Seoul, Journal of AIK, Vol. 14, No. 11, pp.379-386
Hasnain, S. M., Mohamed, S., Smiai, M. S., Al-Ibrahim, A. M. and AI-Awaji, S. R., 2000, Analysis of electric energy consumption in an office building in Saudi Arabia, ASHRAE Transaction, Vol. 106, pp. 173-184
Ministry of Commerce, Industry and Energy, 2002, Regulations on energy usage plan and consultation procedure
KIER, 1999, A study on the typical energy consumption criteria in building, KlER Re-port 983522
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