[논문]대규모 고등학교의 냉난방 및 신재생에너지시스템 적용방안에 관한 연구

김지연; 박효순; 김성실; 서승직

문제 정의

선행연구에서는 소규모학교의 냉난방 및 신재생에너지복합시스템 최적화 방안에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 중규모의 학교예산 범위 내에서 에너지비용과 운영비용을 최소한으로 부담할 수 있는 최적의 냉 . 난방 및 신 .
본 연구의 목적은 신 . 재생에너지설치 의무화 사업을 통해 학교건물에 적합한 냉난방시스템 및 신재생에너지 복합시스템을 도출하는데 있다.
특히 TRNSYS는 건물 성능 시뮬레이션 프로그램 중 건물의 실질적 동적 반응을 모사할 수 있는 temperatureTevel-control로 해석할 수 있는 프로그램 중 하나이다. 이에 본 연구에서는 TRNSYS7} 건물 열성능 시뮬레이션 프로그램으로 적절한 것으로 판단되어 이를 이용하여 해석하였다.
14)한 후 학교시설을 포함한 신 . 재생에너지 시설설치 의무화 대상건축물을 신축”에서 “증 . 개축” 까지 확대하는 내용의「신에너지 및 재생에너지 개발 . 이용 .
난방 및 신 . 재생에너지 적용방안을 연구하는 것이 목적이며 최적 적용방안을 도출하고자 한다.
본 연구의 목적은 신 . 재생에너지설치 의무화 사업을 통해 학교건물에 적합한 냉난방시스템 및 신재생에너지 복합시스템을 도출하는데 있다. 하지만 최적의 시스템은 에너지비용, 유지비용, 초기투자 비용, 환경비용 등에 따라 각각의 다른 최적안이다를 수 있기 때문에 에너지비용, 유지비용, 초기투자 비용을 모두 고려할 수 있는 LCC(Life Cycle Cost)분석을 통해 최적안을 도출하고자 하였다.
재생에너지설치 의무화 사업을 통해 학교건물에 적합한 냉난방시스템 및 신재생에너지 복합시스템을 도출하는데 있다. 하지만 최적의 시스템은 에너지비용, 유지비용, 초기투자 비용, 환경비용 등에 따라 각각의 다른 최적안이다를 수 있기 때문에 에너지비용, 유지비용, 초기투자 비용을 모두 고려할 수 있는 LCC(Life Cycle Cost)분석을 통해 최적안을 도출하고자 하였다.

가설 설정

C- Indoor unit installation cost.D: Piping cost.
난방시스템으로 EHP나 GHP 시스템을 선호하고 있다. 개별제어가 가능한 이 두 시스템 중에 전력 단가가 낮은 학교에는 EHP를 냉난방방식으로 채택하는 것이 비용절감측면에서 효과적일 것이다. 또한 Fig.
550 kcaWn?으로 가정한다' 가스요금은 취사용과 냉 . 난방용 가스요금이 구분되어 있다.

제안 방법

그리고 각 실의 특성에 맞게 존은 구획하고 구획 후 건물외벽(Table 1), 창호의 면적과 물성치를 입력하여 건물부하를 계산하기 위한 모델링을 수행하였다. 학교건물에 적용되어야 할 각종 설계 인자 중 단열두께, 창유리두께 등 관련 법규에 정해진 사항들 외에 현장 확인이 필요한 요소가 건축주 또는 설계자의 의도대로 임의적으로 설계되기 때문에 1997~1998년에 걸쳐 "건물의 에너지원단위기준(안) 연구”에서 조사된 건물에너지소비 실태조사결과를 반영하여 작성된 학교표준도면을 이용하고 학급수에 따라 재실율과 내부발열조건 등의 입력조건을 구분하여 시뮬레이션을 수행하였다.
건물부하, 냉난방기기 의 에 너 지소비 량 등은 TRNSYS를 통해 계산하였다. TRNSYS 개념도는 Fig.
재생에너지적용비율을 선정하기 위해 건축공사비 5%를 기준으로 학교에 태양열 집열기, 멀티형 지열원 히트펌프, 태양광발전시스템을 조합하여 에너지비용을 비교한 표이다. 건축공사비 5% 비용의 범위 안에서 태양열 집열기와 멀티형 지열원 히트펌프를 적용하고 남은 비용으로 태양광발전 시스템을 적용하였다. 그 결과, 집열기 면적이 늘어날수록 에너지비용은 감소하는 것으로 나타났다.
난방 및 환기는 건물의 공조방식 및 현행 법규를 고려하여 설정하였으며. 그리고 각 실의 특성에 맞게 존은 구획하고 구획 후 건물외벽(Table 1), 창호의 면적과 물성치를 입력하여 건물부하를 계산하기 위한 모델링을 수행하였다. 학교건물에 적용되어야 할 각종 설계 인자 중 단열두께, 창유리두께 등 관련 법규에 정해진 사항들 외에 현장 확인이 필요한 요소가 건축주 또는 설계자의 의도대로 임의적으로 설계되기 때문에 1997~1998년에 걸쳐 "건물의 에너지원단위기준(안) 연구”에서 조사된 건물에너지소비 실태조사결과를 반영하여 작성된 학교표준도면을 이용하고 학급수에 따라 재실율과 내부발열조건 등의 입력조건을 구분하여 시뮬레이션을 수행하였다.
중 냉 . 난방 및 환기는 건물의 공조방식 및 현행 법규를 고려하여 설정하였으며. 그리고 각 실의 특성에 맞게 존은 구획하고 구획 후 건물외벽(Table 1), 창호의 면적과 물성치를 입력하여 건물부하를 계산하기 위한 모델링을 수행하였다.
. 난방, 환기, 조명, 재실, 온수, 콘센트 및 팬 동력 등의 설정조건이 상이하므로 사용스케줄이 필요하며, 이에 대한 각각의 사용스케줄을 작성하였다.
냉 . 난방부하를 계산하기 위해 수집한 기상 데이터와 캐드도면을 분석하고 각 실의 용도를 파악하였다.
난방 운영 기간이나 시간이 상대적으로 길다. 따라서 한 학교의 일정표와 일일시간표를 이용하여 실제 재실율과 냉난방 스케쥴을 작성하여 이를 이용하였다.
본 연구의 흐름도는 Fig. 2와 같으며 대부분의 입력 자료나 스케쥴은 실제 학교를 조사하여 작성하였다.
신 . 재생에너지시스템의 유지관리비는 고려하지 않았으며 고효율 전기식 냉난방기(EHP)의 유지관리비는 기기가격의 0.75% 를 적용하였다.(2)

대상 데이터

기상데이터는 서울지역의 1999 ~2004년까지의 시간 평균 데이터를 이용하였으며 건물부하에 영향을 미치는 외기온도와 상대습도를 비교한 결과는 Table 2와 같다.

성능/효과

건축공사비 5% 비용의 범위 안에서 태양열 집열기와 멀티형 지열원 히트펌프를 적용하고 남은 비용으로 태양광발전 시스템을 적용하였다. 그 결과, 집열기 면적이 늘어날수록 에너지비용은 감소하는 것으로 나타났다. 이는 집열기를 통해 생산할 수 있는 열에너지가 지열원 히트펌프 적용을 통해 절감되는 에너지나 태양광발전 시스템에서 발생되는 전기에너지보다 크고 열효율이 높기 때문이며 학교시설의 경우 가스단가가 전기단가보다 높기 때문인것으로 판단된다.
LCC 분석에서 제외하였다. 대안 1, 5, 6, 7에 대해서 총 생애비용을 계산한 결과(Fig. 5), 대안 5 가 총 생애주기비용이 가장 낮은 것으로 나타났다. 대안 1과 7은 대안 5와 비교하여 에너지비용이 낮았지만 에너지비용의 차가 크지 않고 기기 교체로 인해 투자비회수가 불가한 것으로 나타났다.
대안 1과 대안 2의 에너지비용의 차이는 고효율 전기식 냉난방기(EHP)과 GHP시스템의 에너지 비용 차이로 고효율 전기식 냉난방기(EHP)가 GHP시스템보다 COP가 더 크며 GHP시스템이 에너지원으로 가스를 사용하기 때문에 상대적으로 높은 가스 단가로 인해 에너지비용이 큰 것으로 판단된다. 대안 2과 대안 3의 에너지비용의 차이는 멀티형 지열 원히트 펌프와 물-물 지열원히트펌프의 에너지비용 차이에서 오는 것으로 추가적인 실내측 순환 펌프의 동력소요, 상대적으로 낮은 COP로 에너지비용이 증가된 것으로 판단된다. 대안 7의 연간에너지비용은 3*6312 천원으로 가장 비용이 적게 드는 것으로 나타났으며, 대안 1과 5도 에너지효율이 높은 것으로 나타났다.
대안 2과 대안 3의 에너지비용의 차이는 멀티형 지열 원히트 펌프와 물-물 지열원히트펌프의 에너지비용 차이에서 오는 것으로 추가적인 실내측 순환 펌프의 동력소요, 상대적으로 낮은 COP로 에너지비용이 증가된 것으로 판단된다. 대안 7의 연간에너지비용은 3*6312 천원으로 가장 비용이 적게 드는 것으로 나타났으며, 대안 1과 5도 에너지효율이 높은 것으로 나타났다.
이를 토대로 동절기를 고려하여 태양의존율 60%를 기준으로 태양열 급탕 시스템의 적정용량을 계산한 결과 집열기 240 n?로 급탕부하를 담당하고 나머지 부하를 보일러를 설치하여 충당할 경우, 전체 가스사용량은 가스발열량 10, 550 kcal/Nn?를 기준으로 하였을 때의 연간 가스소비량은 13, 811 Nn?으로 보일러로 모든 급탕부하를 담당할 경우와 비교하여 약 42%의 급탕에너지를 절약할 수 있을 것이다. 따라서 태양열의존율에 따른 적정 집열기용량을 고려할 경우, 멀티형 지열원 히트펌프 261kW+태양열 집 열기 24고효율 전기식 냉난방기(EHP) 7B.8 kW를 적용하는 것이 효율적인 것으로 나타났다.
때의 연간 가스소비량은 13, 811 Nn?으로 보일러로 모든 급탕부하를 담당할 경우와 비교하여 약 42%의 급탕에너지를 절약할 수 있을 것이다. 따라서 태양열의존율에 따른 적정 집열기용량을 고려할 경우, 멀티형 지열원 히트펌프 261kW+태양열 집 열기 24고효율 전기식 냉난방기(EHP) 7B.
초기투자비는 대안 5<대안 1< 대안 7< 대안 6< 대안 4< 대안 2< 대안 3 순으로 증가하였으며 LCC분석 결과, 대안 5가 학교시설에 적합한 시스템으로 도출되었다.

후속연구

1과 같이 EHP 시스템을 주된 냉 . 난방방식으로 하여 멀티형 물/공기 지열히트펌프와 연계한다면 냉난방비용을 절감할 수 있을 것이며 태양열 집열기나 태양광시스템을 통해 급탕부하와 전기부하를 줄일 수 있을 것이다. 하지만 성능이 좋은 신 .

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

대규모 고등학교의 냉난방 및 신재생에너지시스템 적용방안에 관한 연구
A Study on the Application Plan of Air-Conditioning and New and Renewable Systems in the Large High Schools 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

대규모 고등학교의 냉난방 및 신재생에너지시스템 적용방안에 관한 연구 A Study on the Application Plan of Air-Conditioning and New and Renewable Systems in the Large High Schools 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김지연 (3) 박효순 (54) 김성실 (4) 서승직 (41)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

대규모 고등학교의 냉난방 및 신재생에너지시스템 적용방안에 관한 연구
A Study on the Application Plan of Air-Conditioning and New and Renewable Systems in the Large High Schools 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper