[논문]한국형 아파트의 난방에너지 분석 3 :실내설정조건의 영향

박유원; 유호선; 홍희기

한국형 아파트의 난방에너지 분석 3 :실내설정조건의 영향
Analysis of Heating Energy in a Korean-Style Apartment Building 3 : The Effect of Room Condition Settings 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.17 no.8, 2005년, pp.722 - 728

박유원 (경희대학교 대학원 기계공학과) , 유호선 (숭실대학교 기계공학과) , 홍희기 (경희대학교 기계산업시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The present paper deals with heating energy estimation in Korean-style apartments, paying special attention to the effect of room condition settings. Two types of heating modes are considered: continuous single-zone and scheduled multi-zone. In the latter, zones during unoccupied periods remain unconditioned. Also analyzed are sensitivities in heating energy with respect to the air change rate and the set temperature. The energy use is estimated with TRNSYS 15, a dynamic load calculation program. Heating energy for the actual residential condition (1.0 ACH and $24^{\circ}C$) appears to be nearly the same as that for a typical design standard (1.5 ACH and $20^{\circ}C$). The air change rate affects heating energy as sensitive]y as the set temperature. For all the simulated cases, the scheduled multi-zone heating mode is more energy-efficient than the continuous single-zone. Heating energy depends appreciably on the shading factor. It is expected that considerable heating energy for apartment houses can be saved by employing a multi-zone mode along with appropriate control devices.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

실내온도의 경우 에너지절약 설계기준에서 20℃로 권장하고 있으나, 실태조사에서 추정한 실제 사용조건은 24~26℃이다.(6) 따라서 본 연구에서는 실제 사용조건을 해석에 반영하기 위하여 24℃를 기준으로 설정온도의 변화에 따른 난방에너지 소비량의 추이를 살펴보았다. 환기횟수의 경우 일반적인 설계기준은 1.
그러나 아파트의 에너지 사용량에 대한 실태조 사⑸에 따르면 비슷한 조건의 아파트에서도 적지 않은 차이를 보여 이에 대한 원인을 고찰하였 다⑹ 이를 통해 난방에너지 소비량이 난방방식 (개별난방, 중앙난방, 지역난방)에 따라 50% 이상 차이나는 주된 이유로 실내설정조건의 상이함에 의한 것으로 추정한 바 있다. 본 논문에서는 이를 뒷받침하는 측면에서 설정온도, 환기횟수, 제 어방식 및 창문 차폐율 등이 아파트 난방에너지 소비에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 이를 통해 가능한 범위에서의 적절한 기준 및 방안을 제시함으로써 에너지 절약의 가능성을 강구하였다.

가설 설정

3m)는 내부공간(거실, 3개의 침실), 3개의 발코니 및 계단. 승강기 공간으로 구성되고, 차폐율을 고려하기 위해 거실과 침실(room 1)에 일반커튼(fabric curtain), 발코니 (balcony 1) 안쪽에 수직블라인드(vertical blind)가 설치되어 있다고 가정하였다. 발코니와 계단.
4인이므로⑺ 본 연구에서는 연구의 편의성을 위해 세대 구성원이 가장, 전업주부 및 2 인의 학생 자녀로 구성된 4인 가족을 설정하였다. 한국의 1일 1인 평균 재택시간이 약 14.8시간⑺임 을 감안하여 가장과 2인의 자녀는 8시 30분부터 18시까지, 주부는 3시간 외출한다고 가정하였다. 주부의 1일 외출 빈도는 평균 2회이므로,(8) 오전에 1회 1시간, 오후에 1회 2시간의 외출을 하는 것으로 생활 패턴 스케줄을 작성하여 Table 1에 나타내었다.

제안 방법

본 연구에서는 편의상 32평형 중간층 중간세대를 대상으로 24℃, 1ACH로 연속난방하는 것을 기준조건으로 부르기로 한다. 특별한 언급이 없으면 창문 차폐율은 0이며 기타 사항은 참고문헌 4와 동일하다.
발코니와 계단. 승강기 공간은 비 공조공간으로 간주하였으며, 각각의 환기횟수는 1ACH와 OACHS. 설정하였다.
실내설정조건에 따른 난방에너지 소비를 분석 하기 위해 TRNSYS 15를 이용하여 서울 소재 32평형 아파트를 중심으로 해석을 수행하였고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
앞서 언급한 바와 같이 난방제어방식으로 한 세대의 전체 실내공간을 단일존으로 하는 24시간 연 속난방(Mode 1)과 간헐난방(Mode 2), 그리고 방별 간헐난방(Mode 3)으로 구분하였다. Mode 2에 서는 전체 실내공간을 단일존으로 취급하여 Table 1의 거실 스케줄에 따라, Mode 3에서는 각 방별 로 스케줄에 따라 간헐난방이 이루어지는 것으로 설정하여 계산을 수행하였다.
다만 실측대상이 기밀 성이 좋은 자재로 시공된 신축아파트일 뿐만 아니라 입주자의 출입, 창문의 간헐적 개방, 화장실 환기팬의 작동 등이 없는 상태에서 측정된 자료인점을 비추어 실제 사용상태보다 과소 평가되 었음을 추정할 수 있다. 이 점을 고려하여 본 연구에서는 환기횟수를 LOACH로 설정하고, 이를 기준으로 환기횟수에 변화를 주어 그에 따른 난방에너지를 분석하였다.
3) 역시 선행연구와 동일한 방식으로 표시하였다. 주된 해석대상은 32평형 중간층세대이 나, 실내설정인자가 미치는 영향이 다를 수 있으므로 다른 위치 및 평형에 대해서도 해석을 시도 하였다.

대상 데이터

7 평 ), 119.8 11?(45평)인 서울 소재 아파트이며, 대부분의 세대에 해당되는 중간층만을 대상으로 정리하였다. 전용면적에 무관하게 Mode 1의 난방에너지보다 Mode 3의 난방에너지가 약 21~24% 작으며 Mode 2는 중간 정도의 값을 보인다.
2.1 해석방법

해석대상은 대표성이 인정되는 서울 소재 32평 형 아파트(Fig. 1)로서 벽체의 설정조건과 구조 및 물성은 선행연구(3)와 동일하므로 벽체의 구조 만 Fig.2에 정리하였다. 또한 위치별 .
해석대상인 32평형 아파트(전용면적 84.7m2, 천장높이 2.3m)는 내부공간(거실, 3개의 침실), 3개의 발코니 및 계단. 승강기 공간으로 구성되고, 차폐율을 고려하기 위해 거실과 침실(room 1)에 일반커튼(fabric curtain), 발코니 (balcony 1) 안쪽에 수직블라인드(vertical blind)가 설치되어 있다고 가정하였다.

데이터처리

해석의 도구로는 신뢰성이 검증된 동적 열부하계산용 소프트웨어인 TRNSYS(TRaNsient SYs- tem Simulation) 15를 사용하였으며, '" 표준기상 데이터를 사용하여 난방설비 특성과 무관한 에너 지율제어(energy rate control) 방식으로 공조 및 비공조 공간의 실내온도와 난방에너지를 산출하였다.

성능/효과

(1) 실내설정온도 1℃의 변화에 따라 8.3%, 10%의 환기량 변화에 따라 8.6% 정도의 난방에너지 증감이 이루어진다. 에너지 절약을 위해서는 낮은 실내온도의 설정뿐만 아니라 과도한 환 기량의 억제도 중요하며 공기정화기 및 열교환 환기장치의 도입 및 보급장려가 요망된다.
(2) 연속난방에 비해 방별 제어를 하는 간헐난 방의 경우 전용면적과 상관없이 대부분의 아파트에서 20% 이상의 에너지 절약이 가능하다. 기존의 아파트에서도 실내공간 전체를 단일존으로 한 간헐난방은 가능하므로 이를 적절히 활용하는 경우 10% 이상의 난방에너지를 절약할 수 있다.
(3) 차폐율의 변화에 따라 난방에너지는 최대 15%까지 차이를 보였다. 특히 직접 일사량을 차단하는 발코니에 설치된 수직 블라인드의 차폐율이 큰 영향을 미치므로 적절한 운용이 필요하다.
이로부터 단열재, 창호 등을 통한 열손실의 감소 못지 않게 실내설정조건의 영향이 에너지절약 에 매우 큰 것을 확인하였다. 효율 좋은 환기장 치와 제어장치에 의해 적지 않은 에너지를 절약할 수 있을 것으로 예상되며 대폭적인 도입 권장 및 설치 의무화의 제도적인 뒷받침이 요구된다.
때가 0)에 따른 기준조건에서의 난방에너지 변화를 나타낸 표로서 shading factor A는 공조공 간인 거실(living room)과 침실(room 1) 남쪽에 설치된 일반커튼의 차폐율을 나타내며 앙lading factor B는 비공조공간인 발코니(balcony 1) 내부에, 설치된 수직 블라인드의 차폐율을 나타낸다. 차폐율에 따른 난방에너지를 분석한 결과 커튼과 수직 블라인드의 개폐 여부에 따라 난방에너지는 L3~15.2%의 차이를 보임으로써 결코 작지 않은 요인임을 알 수 있다. 특히 커튼에 의한 shading factor A에 따른 난방에너지 차이보다는 블라인 드에 의한 shading factor B에 따른 난방에너지가 더 큰 차이를 보였다.
2%의 차이를 보임으로써 결코 작지 않은 요인임을 알 수 있다. 특히 커튼에 의한 shading factor A에 따른 난방에너지 차이보다는 블라인 드에 의한 shading factor B에 따른 난방에너지가 더 큰 차이를 보였다. 이는 해석모델이 남향 임을 미루어 볼 때 거실 및 침실에 설치된 일반 커튼보다는 발코니에 설치된 수직 블라인드가 직 접적으로 실내에 유입되는 일사를 차단하기 때문에 상대적으로 난방에너지 소비에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

후속연구

따라서 이 이하의 환기횟수를 유지하기 위해서는 공기정화기 및 열교환능력이 있는 환기장치의 도입이 요구되며, 성능에 따라 달라지겠지만 이를 통해 적지 않은 에너지 절약이 가능할 것으로 판단된다. 다만 본 논문에서는 현재 일반적인 아파트에 적용되는 침기에 의한 환기와 일부 고급아파트 및 향후 신축아파트에 의무화될 강제환 기를 구분하지 않았으며, 환기량 자체에만 초점을 맞추었으나 향후 환기방식에 따른 연구가 수반되어야 한다.
35ACH이다. 따라서 이 이하의 환기횟수를 유지하기 위해서는 공기정화기 및 열교환능력이 있는 환기장치의 도입이 요구되며, 성능에 따라 달라지겠지만 이를 통해 적지 않은 에너지 절약이 가능할 것으로 판단된다. 다만 본 논문에서는 현재 일반적인 아파트에 적용되는 침기에 의한 환기와 일부 고급아파트 및 향후 신축아파트에 의무화될 강제환 기를 구분하지 않았으며, 환기량 자체에만 초점을 맞추었으나 향후 환기방식에 따른 연구가 수반되어야 한다.
인접한 건물 사이의 간섭으로 일사가 차단되는 경우 내부 차폐와 비슷한 효과로 난방에너지가 더 소모될 수 있으므로 향후 일조분석을 통한 연구가 수반되어야 할 것이다.

참고문헌 (11)

？Korean National Statistical Office, 2000, The census of population and residence 2000, Report of residence, pp.44-45
？Ministry of Commerce, Industry and Energy, 2002, Mid- and Long-Term Policy Improvements for Efficient Utilization of Energy in Building Sector, Korea, p. 2
？Yoo, H., Hyun, S. K. and Hong, H., 2002, Ef？fects of various factors on the energy consumption of Korean-style apartment houses, Korean Journal of Air Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 14, No. 11, pp. 972-980
？Yoo, H., Hyun, S. K., Park, Y. W., Kim, Y. and Hong, H., 2004, Analysis of heating energy of Korean-style apartment building 1: the effect of location, Korean Journal of Air Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 16, No.1 pp. 101-110.
？Kang, J.-S., Lee, S.-E. and Ahn, T.-K., 1995, A study on characteristics energy consumption in apartment house, Journal of Korean Association of Air Conditioning Hefrigerating and Sanitary Engineers, pp.91-103
？Lee, B.J ., Chung, D.-Y., Lee, S. and Hong, H., 2003, Analysis of heating energy in a Korean-style apartment houses, Korean Journal of Air Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 16, No.5 pp.459-466
？Hong, W., Bae, H., Kim, S. and Choi, M., 1998, A study on the energy consumption by the life style of resident in apartment houses, Korean Journal of AIK, Vol. 14, No. 6, pp. 193-200
？Chang, S. and Park, C., 1996, A study on the evaluation of resident's living behaviour in high-rise apartment, Korean Journal of AIK, Vol.12, No. 10, pp.145-155
Solar Energy. Laboratory, 2004, TRNSYS Reference Manual, University of Wisconsin at Madison
？Park, J.-W., Bae, S.-H. and Hong, C.-H, 2001, An evaluation on natural ventilation in apartment houses, Proceedings of the SAREK 2001 Summer Annual Conference, pp.637-643
？Kim, J, Cho, S., Lee, G. and Lee,S., 2002, Energy saving effect of the room control system in a ondol houses, Proceeding of the SAREK 2002 Summer Annual Conference, pp.307-314

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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