[논문]청소년 수련관의 열원설비 대안별 생애주기 비용에 관한 연구

안창환; 방승기; 백용규

청소년 수련관의 열원설비 대안별 생애주기 비용에 관한 연구
Analysis of Life Cycle Cost for Heat Source Equipments in Buildings for Adolescent Trainees 원문보기

生態環境建築 = Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, v.5 no.3, 2005년, pp.25 - 31

안창환 (대구공업대학 건축설비.소방학부) , 방승기 (경민대학 실용건축과) , 백용규 (서일대학 건축과)

Abstract ▼ AI-Helper

Computer simulations were performed for Heating Ventilating and Air-Conditioning (HVAC) systems to figure out more efficient maintenance methods for the building used for adolescent trainees. This study aims at suggesting design alternatives for optimum operation and performing life cycle cost (LCC) for each alternative. First, the capacity of the heat source equipment was determined using annual maximum heating and cooling loads. Annual loads were calculated and applied to the alternative for the purpose of calculating annual energy cost. Second, several types of data were collected to predict energy cost. Finally, the pay back period for each alternative was calculated using total cost estimation during standard duration period. This study indicates that the absorption chiller that does not occupy most part of a mechanical room, and does not need much operation cost was most economical.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는, 청소년을 위한 수련관에서의 에너지 절약 및 저비용, 고효율적인 유지관리가 가능한 냉난방 시스템을 선정하기 위하여 건물의 초기 설계단계에서부터 열원 및 공조시스템에 대한 시뮬레이션 실시하여 최적설계를 위한 설계 대안을 제시하고 각 대안별 LCC (Life Cycle Cost)분석을 실시하는 것을 목적으로 한다.

가설 설정

대상 건물은 열원설비의 형식을 3가지 대안으로 나누어 각 대안(Case Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)별로 생애주기비용(LCC, Life Cycle Cost)를 계산하였다. Case Ⅰ은 흡수식냉온수기(150 USRT, 2ea)를 사용하는 것으로 가정하였으며, Case Ⅱ는 빙축열시스템(300 USRT, 1set)을, CASE Ⅲ은 흡수식 냉동기(150 USRT, 2ea)를 사용하는 것으로 가정하였다. 냉동기 및 이에 관계한 에너지 소비량은 부분부하특성에 따라 서로 상이한 운전패턴 및 에너지 소비패턴을 보인다.

제안 방법

DOE 시뮬레이션의 입력 과정에서 해당변수의 특징에 따라 결과치가 다양하게 변동될 수 있는데, 본 연구에서는 각 단계에서 space에 관한 사항은 건물의 Geometry를 이용한 기본 구성값을 적용하였으며 외벽,창호, 구조체의 열적성질을 입력하였다. System에 관한 내용은 청소년 수련관의 특징인 12시간, 8시간, 간헐 등의 스케쥴에 따라서 입력하였다.
DOE 시뮬레이션의 입력 과정에서 해당변수의 특징에 따라 결과치가 다양하게 변동될 수 있는데, 본 연구에서는 각 단계에서 space에 관한 사항은 건물의 Geometry를 이용한 기본 구성값을 적용하였으며 외벽,창호, 구조체의 열적성질을 입력하였다. System에 관한 내용은 청소년 수련관의 특징인 12시간, 8시간, 간헐 등의 스케쥴에 따라서 입력하였다.
각 대안별 열원장비의 수명을 고려한 20년간의 현가 누계액을 이용하여 투자회수기간을 산정하였다. 그림 9는 현가누계법에 의한 투자회수기간을 계산한 결과를 나타낸 것이이다.
대상 건물은 열원설비의 형식을 3가지 대안으로 나누어 각 대안(Case Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)별로 생애주기비용(LCC, Life Cycle Cost)를 계산하였다. Case Ⅰ은 흡수식냉온수기(150 USRT, 2ea)를 사용하는 것으로 가정하였으며, Case Ⅱ는 빙축열시스템(300 USRT, 1set)을, CASE Ⅲ은 흡수식 냉동기(150 USRT, 2ea)를 사용하는 것으로 가정하였다.
두 번째로는 에너지 비용 산정에 필요한 각종 자료를 제시하고, 현가법 및 각 장비의 수명을 고려한 20년간의 현가누계액을 이용하여 투자회수기간을 산정하고, 각 대안별로 투자회수기간을 계산하였다.
따라서. 본 연구에서는 CASE1 및 CASE3에 대해서는 각 냉동기의 용량 보다 부하량이 작은 경우 1대 운전을 수행하고 해당부하가 1개의 냉동기로 부족한 경우 2기를 전체 가동하는 조건으로 입력하였으며 빙축열 냉동기의 경우 (저부하상으로는 축열조 우선방식, 고부하상에서는 축열조+냉동기 동시이용 방식)으로 열원시스템을 구성하였다. 각 대안별 열원의 용량 계산근거와 계산결과를 표 4에 나타내었다.
각 대안별 열원의 용량 계산근거와 계산결과를 표 4에 나타내었다. 열원은 일반적인 열원시스템인 흡수식 냉동기(Case Ⅰ)를 사용하는 시스템, 에너지 효율이 비교적 높다고 알려져 있는 심야전력을 이용 하는 빙축열방식(CASE Ⅱ)과 도시가스를 이용하는 흡수식 방식(CASE Ⅲ)의 3가지로 선정하였다.
이를 위하여 먼저 연간 냉방부하와 난방부하를 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 구하고, 이 값을 이용하여 각 대안별로 연간 사용되는 에너지비용을 계산하였다.
청소년 수련관을 대상으로 에너지해석프로그램을 이용하여 년간열부하 해석 및 생애주기 비용분석을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

LCC 분석대상건물의 분석기준일자는 2005년 1월을 기준으로 하였으며, 분석대상기간은 건물이 완공되고 운영이 되는 시점이라고 예상되는 2008년 1월부터 2028년 1월까지의 20년간을 대상으로 하였다.
그림 2는 본 연구에서의 연구흐름을 나타낸 것이며 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 DOE 2.1의 User Interface 를 개량한 Visual DOE 3.1이다. 표 1은 시뮬레이션을 위한 모델링결과를 나타낸 것이며 표 2에 각 층에서의 용도, 사용시간을 고려한 죠닝 결과를 나타내었다.
그림 1에 대상건물의 평면과 단면을 나타내었다. 대상 건물은 시흥시에 위치하고 있으며, 지하 1층, 지상 4층의 규모로 지하1층에는 수영장, 지상 1층에는 다목적 강당, 지상 2층부터 3층은 실내체육관으로 이루어져 있으며, 각층에 이들 시설을 지원하기 위한 사무실 및 기타 지원시설로 구성되어있다.

성능/효과

1) 현가누계총액법을 사용한 LCC 분석 결과 적정 연간 운영비를 나타내는 흡수식냉온수기를 사용하는 CASEⅠ 의 적용이 가장 경제적인 것으로 나타났다.
2) 단순 투자회수기간을 이용한 LCC 분석 결과 CASE Ⅱ인 빙축열을 사용하는 방안은 연간운용비는 상당부분 절감이 가능하나 초기투자비가 커서 투자회수기간이 12년으로 나타나 흡수식 냉온수기를 사용하는 CASE Ⅰ에 비해 상대적으로 긴 것으로 나타났다.
3) 현가법 및 현가누계법을 사용하여 열원대안별 LCC 분석 결과, 도시가스를 사용하는 흡수식방식의 경우 투자비및 연간운용비가 흡수식냉온수기를 사용하는 경우보다 커서 경제성이 없는 것으로 판단된다.
LCC 분석을 위한 초기투자비는 표 5에 나타낸 것처럼 흡수식 냉온수기를 사용하는 CASE Ⅰ이 가장 적게 나타났으며, 빙축열냉동기를 사용하는 CASE Ⅱ가 초기 투자비가 가장 큰 것으로 나타났다.
가스 사용량의 경우에는 3안이 가장 사용량이 많은 것으로 나타났으며 빙축열을 사용하는 2안이 가장 소비량이 적은 것으로 나타났다. 이는 냉동기의 형식 및 용량에 기인한 것으로 판단된다.
초기투자비와 연간에너지 사용에 따른 단순투자회수 기간을 계산한 결과를 그림 8에 나타내었다. 그림 8에서 볼 수 있는 바와 같이 흡수식 냉온수기, 빙축열, 흡수식냉동기를 사용하는 3가지 방안을 비교한 결과 초기투자비는 흡수식 냉온수기를 사용하는 것이 가장 저렴하나, 12년을 경과하면서 부터는 빙축열을 사용하는 방안이 가장 경제적인 것으로 나타났다.
그림 9는 현가누계법에 의한 투자회수기간을 계산한 결과를 나타낸 것이이다. 장비의 수명은 동일하게 가정하고, 장비내구연한인 20년간의 생애비용 현가누계증가추이를 분석한 결과 20년 후에 가장 현가누계총액이 저렴한 시스템은 흡수식 냉온수기를 사용하는 CASE Ⅰ이 가장 경제적인 것으로 나타났다.
그림 7은 앞에서 구한 부하계산결과를 이용하여 각 열원대안별 냉방용 전기 및 가스 소비량을 계산한 결과를 나타낸 것이다. 전기소비량은 빙축열 시스템을 사용하는 2안이 가장 많은 전기소비를 보이고 있으며, 흡수식 냉온수기 및 흡수식 냉동기를 사용하는 전부하(100%) 담당의 경우인 1안과 3안은 유사한 패턴을 가지는 것으로 나타났다.

후속연구

본 연구에서는 설계도면을 이용한 시뮬레이션 결과이므로 실제 건물이 완공된 후 시뮬레이션에 의한 결과와 실제 건물을 운용하여 얻어진 결과를 비교할 필요가 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건축물의 설계에서 전문가뿐만 아니라 비전문가에게도 큰 관심사항이 된 것은 무엇인가?	건축물의 설계단계에서부터 시공단계에 까지 소요되는 비용에 대한 관심은 전문가뿐만 아니라 비전문가에게도 큰 관심사항이 되어 왔다.
	건물 운용의 냉난방에 소요되는 비용 파악에 있어 올바른 방법은 무엇인가?	실제 건물운용 시 냉난방에 소요되는 비용을 파악하기 위하여 단순하게 에너지 사용량 비용만을 고려하는 것은 올바른 방법이 아니며, 실제 에너지를 사용하는 기기의 내구성 및 초기투자비등을 함께 고려하는 것이 올바른 방법이라고 할 수 있다.
	건물의 유지, 관리측면에 소요되는 비용 중 무엇이 가장 큰 항목을 차지하는가?	그러나 실제 건물을 완공한 후 유지, 관리측면에 소요되는 비용에 대한 관심은 시공단계에 소요되는 비용에 대한 관심에 비해서 상대적으로 적은 실정이다. 유지관리비용 중 가장 큰 항목을 차지하는 것은 냉난방에 소요되는 에너지 비용이라고 할 수 있다.

참고문헌 (5)

손보식, 장명훈, 이현수(2005) LCC 분석을 이용한 공동주택 개보수의 경제성 분석방법, 대한건축학회 논문집,21권 7호, pp.73-82
손보식,안선주,이현수(2005) 공동주택의 유지관리 적정성 평가 방법, 대한건축학회 논문집, 21권 5호, pp.113-122
이갑원(2005) 공공 프로젝트에서의 CM 도입에 따른 효과 및 개선 방향, 대한건축학회지, 49권 4호, pp.29-35
김학길, 윤승현, 김용수 (2005) LCC 기법을 이용한 리모델링 및 재건축 대상 수원시 지역 5층 공동주택의 경제성 분석에 관한 사례 연구, 대한건축학회 논문집, 제 21권 2호, pp.131-137
정순성(2004) 개별식 공조방식과 중앙식 공조방식의 LCC 계산을 위한 비용분석 구조에 관한 연구, 대한건축학회 논문집, 제 20권 제 1호, pp.277-276

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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