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문제 정의
- 본 연구에서는 시간별 연간 부하변동 프로파일을 결정하기 위해 기존의 단지규모 실측자료 및 선행연구 결과 등을 중심으로 광범위한 자료수집을 수행하였다. 실측자료를 통한 프로파일의 결정이 가장 바림직할 것으로 판단되나 여러 현실적 문제로 최종적으로는 시뮬레이션을 통한 시간별 난방 부하변화를 도출하였으며, 급탕의 경우 선행 조사연구 결과에 기반하여 1년간의 시간별 급탕부하 변동 프로파일을 작성하였다.
- 본연구에서는 국내 공동주택의 현실적 여건을 고려해 열부하의 경우 급탕 및 난방+급탕 부하를 대상으로 태양열 시스템을 적용하는 것으로 한정하였으며, 전기부하의 경우 결정계 PV모듈만을 통해 부하분담을 하는 것으로 가정하였다. 앞서 태양접근성 평가 연구 결과를 통해 적용 가능한 부위 및 면적과, 음영영향에 대한 계수가 도출되었기 때문에, 본 단계 연구에서는 다양한 가능성으로 태양열 및 태양광 시스템을 적용했을 때 과연 어느 정도의 열생산 및 전기생산이 가능한지의 여부와, 전체 단지의 총부하 대비 몇 %를 신재생에너지로 충당가능한지의 여부를 평가한다.
- 즉 공동주택은 단지 내 인동간격 및 배치형태, 방위에 따른 단위 세대 내의 음영영향이 크게 변화되며, 이는 태양열 및 태양광 시스템 적용 시 매우 큰 영향요소가 된다 따라서 본 고에서는 아파트 배치 형태에 따른 주동 외피의 연간 적산일사수열량 분석과 위치에 따른 등급화 및 패턴분석을 통해 공동주택 단지의 종합적인 태양 접근성을 평가하고, 단지내 전기 및 열부하분석을 통해 에너지의 수요량과 태양광 및 태양열 시스템을 통한 공급 가능량을 평가함으로 서 공동주택 단지에서 적용가능한 태양열 및 태양광 시스템의 규모를 예측해보고자 한다.
- 한편 본 연구에서는 공동주택의 열부하 및 전기부하를 균형적으로 분담하기 위해 태양열과 태양광의 동시적용을 목표로 하고 있다. 따라서 현실적 여건을 고려하여 태양광 및 태양열 시스템의 효율을 최대화시킬 수 있는 방안의 조합을 구성하고, 거기에 따른 연간 열 및 전기생산량과 단지규모 신재생에너지 분담율에 대한 평가를 수행하였다
가설 설정
- 따라서 본 연구에서는 옥상에 설치된 태양열 시스템을 통해 그 동내의 10, 20, 30, 40세대에 각기 공급할 경우의 조건을 가정하여 다양한 조건별 해석결과를 도출하였다 수직 외벽면에 설치하는 경우는 태양열 집열기가 설치되는 해당세대에서 모든 부하를 소화하는 것으로 정의하였다.<그림 11>에서 급탕에 대한 해석 결과를 보면 우선 1 개동 40세대에서 발생하는 총 급탕부하량은 104, 920Mcal/yrO| 다.
- 즉, 주거단지에서 재생에너지의 분담은 난방 및 급탕에 의한 요구와 조명 및 기타 전기기구 사용을 위한 전력이 필요할 것이다. 본 고에서는 국내 공동주택의 현실적 여건을 고려해 열부하의 경우 급탕 및 난방+급탕 부하를 대상으로 태양열 시스템을 적용하는 것으로 한정하였으며, 전기부하의 경우 결정계 태양광 PV모듈만을 통해 부하분담을 하는 것으로 가정하였다. 또한 기존의 설비시스템으로 분담하고 있는 단위 세대 및 동단위의 총부하에 대하여 난방, 급탕과 같은 열부하를 분담할 수 있는 태양열 시스템과 전기부하를 분담할 수 있는 태양광 시스템을 선행연구1)에서 분석된 일사량 및 일사수열면적을 토대로 정남 측 지붕과 수직벽면의 음영등급 A등급과 B등급에 각각 적용하였을 경우의 에너지 공급량 및 부하분담율을 고찰하였다
- 이들 시스템은 단일 종류로도 적용 가능하며, 여러 시스템을 조합해서 공급하는 것도 가능하다. 본연구에서는 국내 공동주택의 현실적 여건을 고려해 열부하의 경우 급탕 및 난방+급탕 부하를 대상으로 태양열 시스템을 적용하는 것으로 한정하였으며, 전기부하의 경우 결정계 PV모듈만을 통해 부하분담을 하는 것으로 가정하였다. 앞서 태양접근성 평가 연구 결과를 통해 적용 가능한 부위 및 면적과, 음영영향에 대한 계수가 도출되었기 때문에, 본 단계 연구에서는 다양한 가능성으로 태양열 및 태양광 시스템을 적용했을 때 과연 어느 정도의 열생산 및 전기생산이 가능한지의 여부와, 전체 단지의 총부하 대비 몇 %를 신재생에너지로 충당가능한지의 여부를 평가한다.
- 단위세대 전면 외벽에 대한 전면 발코니 창호의 창면적비는 71% 수준이다. 북층창의경우는 남층창면적의 U2을 가정하였다. 한편 적용 가능면적의 산출 시 실제 조건을 고려해 가용 유효면적의 개념을 적용해 실제 도출면적의 일정 수준의 면적에만시스템을 적용할 수 있는 것으로 가정하였다.
- 앞서 정의한대로 본 연구에서는 9개의 동이 1개 단지를 구성하는 것으로 가정하였다.<그림 13>은 정남향 일자형 배치의 경우 9개동 1개 단지를 대상으로한 각종 대안별 평가결과를 요약한 종합 결과표이다.
- 3>은 본 연구에서 설정한 해석대상 단지 중 일자배치 형태의 모형을 나타난 것이며, 우측에 기본 단위세대 및 동 단지 규모의 세 대부 층수, 동수와 지붕, 외벽, 창호 등의 부위별 기정 치수를 나타낸 것이다 1동은 층별로 2개 세대가 위치하는 20층 규모로 가정하였으며 총 9개의 동이 1개 단지를 구성하는 것으로 가정하였다; 지붕은 30도 경사각의 박공형태를 가정하였다.
- 북층창의경우는 남층창면적의 U2을 가정하였다. 한편 적용 가능면적의 산출 시 실제 조건을 고려해 가용 유효면적의 개념을 적용해 실제 도출면적의 일정 수준의 면적에만시스템을 적용할 수 있는 것으로 가정하였다. 예를 들면 불투명벽 적용가능 면적 및 발코니창 면적의 산출시 가용 유효면적 비율을 80% 수준으로 적용하였다.
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