[논문]고등학교 시설의 에너지 소비량특성에 관한 사례분석

김강식; 박재완; 윤종호; 신우철

doi:10.7836/kses.2011.31.5.099

고등학교 시설의 에너지 소비량특성에 관한 사례분석
A Case Study of Characteristics of Energy Consumption of a High School Education Facilities 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.31 no.5, 2011년, pp.99 - 104

김강식 (한전전력연구원녹색성장연구소) , 박재완 (대전대학교 건축공학과 대학원) , 윤종호 (한밭대학교 건축공학과) , 신우철 (대전대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

It has to take quantitative energy usage of high school education facilities in nations to set goals of their energy reduction. Therefore, The purpose of this study is to present various analysis result of energy consumption that is a statistic alanalysis of high school education facilities in Korea to set the goal of energy saving. This study has enforced analysis and has provided used energy for the year 2008 and general information from 2022 high school education facilities in 16 cities in South Korea by the relevant agency. Used energy sources in high school education facilities are electricity, gas for heating, oil, coal, water, and this study has changed the various used energy sources as unit 'kWh' only for comparison and analysis them.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 전국 고등학교의 에너지사용량에 대한 통계자료를 기반으로 기준 고등학교를 선정하고, 에너지소비와 관련한 현장실태조사와 에너지 시뮬레이션을 통하여 에너지소비형태 및 구조를 파악하였다.
이에 본 연구에서는 전국 고등학교의 에너지사용량에 대한 통계자료를 기반으로 기준 고등학교를 선정하고, 에너지소비와 관련한 현장실태조사와 에너지 시뮬레이션을 통하여 에너지소비형태 및 특성을 파악함으로서 향후 기존 고등학교 시설의 그린스쿨 사업추진과 관련한 기초자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

0⁵⁾을 사용하였다. 기준학교의 도면 및 현장조사를 기반으로 그림 7과 같이 실별 공조조건이 동일한 실에 대해 조닝을 실시하였으며,본관과 분리되어 있는 체육관 건물의 경우 시뮬레이션 특성상 본관과 함께 해석하기 곤란하므로 별도로 시뮬레이션 모델을 수립하였다.
전술한 바와 같이 재실스케쥴,조명 및 기기 조명밀도 등 시뮬레이션에 필요한 입력변수는 현장조사 및 인터뷰 등을 통해 파악하였으며, 건물의 침기는 블로우도어 테스트를 통해 측정된 50Pa일 때의 누기량(ACH50)을 기준으로 LBL 침기모델을 적용하였다. D 고등학교의 교실에 대한 블로우도어 누기량 측정결과 평균 ACH50는 14.
첫째, 전국 고등학교의 에너지사용량에 대한 통계자료를 기반으로 기준 고등학교를 선정하고 둘째, 기준학교의 현장방문 및 도면검토, 인터뷰 등을 통해 실제 에너지사용실태와 시뮬레이션 해석에 필요한 입력 데이터를 작성하였으며 셋째,타당성이 검증된 시뮬레이션 해석을 기반으로 기준학교에 대한 정확한 에너지소비형태 및 특성을 파악하였다.

대상 데이터

기준모델의 선정은 일정규모 이상의 학교를 대상으로 전국 평균 사용량을 기준으로 하였다. 분석결과 대전이 전국의 평균 에너지소비량에 가장 근접하는 지역으로 조사되었으며, 이 지역에서 전국 학생 1인당 평균에너지 소비량, 912kWh/인·yr에 일치하는 D 고등학교를 기준모델로 선정하였다.
창호는 실내 · 외측 모두 단열간봉이 들어가 있지 않은 알루미늄과 플라스틱 프레임의 2중창으로 구성되었으며,유리는 실내 · 외측 모두 12mm 맑은 유리를 사용하고 있다. 또한 08년 기준 1, 2, 3학년 및 특수학급 포함 총 37학급의 1,355명의 학생이 재학하였고,약 85명의 교직원이 재직하였다. 학사일정에 나타난 바에 의하면 수업일수는 1, 2학년이 208일, 3학년이 210일이며, 이외에 학년과 학생의 수준에 따라 방학기간의 보충수업을 하는 것으로 조사되었다.
분석결과 대전이 전국의 평균 에너지소비량에 가장 근접하는 지역으로 조사되었으며, 이 지역에서 전국 학생 1인당 평균에너지 소비량, 912kWh/인·yr에 일치하는 D 고등학교를 기준모델로 선정하였다.
시뮬레이션을 위한 기상자료는 대전 기상청에서 측정된 시간별 연간 자료를 사용하였다. 그림 8은 2008년의 대전지방의 월평균 외기온과 수평면 전 일사량⁶⁾을 나타낸 것이다.

이론/모형

시뮬레이션 모델링 수립을 위한 해석도구는 VisualDOE4.0⁵⁾을 사용하였다. 기준학교의 도면 및 현장조사를 기반으로 그림 7과 같이 실별 공조조건이 동일한 실에 대해 조닝을 실시하였으며,본관과 분리되어 있는 체육관 건물의 경우 시뮬레이션 특성상 본관과 함께 해석하기 곤란하므로 별도로 시뮬레이션 모델을 수립하였다.

성능/효과

가스와 전기가 각각 63%와 37%로서, 가스의 사용량이 다소 많은 것을 알 수 있으며, 에너지 원단위는 142kWh/㎡,yr로 최종 분석되었다.
그 결과는 기존이나 신규 고등학교의 에너지 절약 대책의 우선순위 결정에 있어 난방에너지의 비중이 높은 것을 나타났다. 난방부하 저감을 위한 창호나 벽체의 단열강화 뿐만 아니라 동절기 방학으로 극한기 사용이 제한되는 점을 고려할 때 열효율이 높은 공기열원식 히트펌프나 지열히트펌프의 적용이 검토되어야 할 것으로 판단된다.
그림 9는 시뮬레이션의 해석 결과와 실측된 사용량을 비교한 것이다. 두 결과의 월별 오차율을 비교하면 6월의 10.5%를 제외한 모든 달에서 10%이내의 값을 나타내고 있다. 또한 두 결과의 연간 오차율이 3.
5%를 제외한 모든 달에서 10%이내의 값을 나타내고 있다. 또한 두 결과의 연간 오차율이 3.6%로서 해석모델을 통한 시뮬레이션 결과 값을 수용할 수 있는 것으로 판단된다.
표 2와 그림 3은 기저전력 파악을 위해 조사된 기기의 현황을 나타낸 것이다. 수배전반에서 고압의 전력을 저압으로 감압시켜주는 과정에서 전력변환 손실과 건물의 보안 및 안전설비, 소방설비 등에서 상시 전력소비가 있는 것으로 파악되었다. 동절기의 기저전력이 하절기에 비해 증가하는 이유는 화장실의 동파방지를 위해 전기히터를 12월부터 3월까지 24시간 사용하기 때문인 것으로 확인되었다.
그림 10은 시뮬레이션에서 분석된 용도별 에너지 소비량을 나타낸 것이다. 에너지원단위는 140kWh/㎡,yr로 파악되었으며,이 중 가스 및 전기사용량은 각각 61%와 39%로서 실측 에너지사용량 분석결과와 거의 동일한 것을 알 수 있다.
용도별 에너지사용을 살펴보면, 난방에너지가 36%로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 그 다음으로 식당의 취사용 가스 26%, 기저전력 11%, 조명전력 9%, 냉방에너지 7%, 플러그부하를 포함한 사무기기 6%, 기타 5% 순으로 나타났다.
동절기 심야전력을 제외한 상태에서도 기저전력이 높게 나타나는 원인은 교직원용 전기 급탕온수기와 난방기기의 대기전력 등으로 추정된다. 용도별 연간 총 전력사용량은 일반전력이 62%,기저전력이 30%,화장실 동파방지를 위한 심야전력이 8%인 것으로 나타났다.

후속연구

그 결과는 기존이나 신규 고등학교의 에너지 절약 대책의 우선순위 결정에 있어 난방에너지의 비중이 높은 것을 나타났다. 난방부하 저감을 위한 창호나 벽체의 단열강화 뿐만 아니라 동절기 방학으로 극한기 사용이 제한되는 점을 고려할 때 열효율이 높은 공기열원식 히트펌프나 지열히트펌프의 적용이 검토되어야 할 것으로 판단된다. 또한 상당한 비중을 차지하는 기저전력의 경우 현 단계에서 정확한 원인규명이 어려운 실정으로서 정밀하고 지속적인 모니터링을 통해 보완되어야 할 것으로 사료된다.
난방부하 저감을 위한 창호나 벽체의 단열강화 뿐만 아니라 동절기 방학으로 극한기 사용이 제한되는 점을 고려할 때 열효율이 높은 공기열원식 히트펌프나 지열히트펌프의 적용이 검토되어야 할 것으로 판단된다. 또한 상당한 비중을 차지하는 기저전력의 경우 현 단계에서 정확한 원인규명이 어려운 실정으로서 정밀하고 지속적인 모니터링을 통해 보완되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	학교건물이 정부주도의 에너지절약 정책에 적합한 이유는 무엇인가?	학교건물은 건폐율이 낮고,건축구조가 단순하며,지붕형태,재실크기,사용스케쥴,사용인원 및 건물의 규모 등이 학교별로 큰 차이를 보이지 않는다는 측면에서 정부주도의 에너지절약 정책과 기술을 도입하기에 매우 적합하다고 할 수 있다.특히 공공건물로 분류되는 학교 건물은 에너지절약기술을 도입함으로써 사회 공공성과 교육적 효과를 극대화 할 수 있고,체계화된 행정구조로 인한 정책도입 및 유지관리에 따른 제반비용을 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
	에너지절약사업의 방향과 목표를 구체화하기 위해 해야하는 선행적으로 이루어져야 하는 것은 무엇인가?	이에 따라 교육과학기술부는 2009년 그린스쿨 사업추진계획을 통해 생태학교,자연친화형학교,에너지절감형학교,친환경소재형학교에 대한 신축 및 개보수에 대한 구체적인 정부사업을 추진하고 있다1).이와 같은 에너지절약사업의 방향과 목표를 세부적으로 구체화하기 위해서는 학교건물에 대한 에너지 사용량 및 사용패턴, 운영실태 등에 대한 기초조사가 선행적으로 이루어져야한다.하지만 지식경제부에서 발간하는 ‘에너지총조사보고서’2)와 각 교육청에서 보유하고 있는 학교별 전체 에너지사용량 등을 제외하면 학교건물에서 사용되는 에너지의 사용패턴 및 세부사용량,운전실태 등 학교건물에 대한 면밀한 분석이 거의 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
	난방에너지의 비중이 높기에 제안되는 에너지 절약대책은 무엇인가?	그 결과는 기존이나 신규 고등학교의 에너지 절약 대책의 우선순위 결정에 있어 난방에너지의 비중이 높은 것을 나타났다. 난방부하 저감을 위한 창호나 벽체의 단열강화 뿐만 아니라 동절기 방학으로 극한기 사용이 제한되는 점을 고려할 때 열효율이 높은 공기열원식 히트펌프나 지열히트펌프의 적용이 검토되어야 할 것으로 판단된다. 또한 상당한 비중을 차지하는 기저전력의 경우 현 단계에서 정확한 원인규명이 어려운 실정으로서 정밀하고 지속적인 모니터링을 통해 보완되어야 할 것으로 사료된다.

참고문헌 (6)

강은주, 학교환경을 고려한 에코스쿨의 계획방향에 대한 연구, 박사학위논문, 충남대학교, 2007
지식경제부, 2008년 에너지총조사보고서, 2009
U.S. Green Building Council, U.S. Department of Energy,Advanced Energy Design Guide for K-12 School Buildings Achieving 30% Energy Savings Toward a Net Zero Energy Building American, 2008
한국교육개발원, 제로에너지.생태학교 모형개발 연구, 2008
Architectural Energy Corperation, Visual DOE user manual, 2004.
신재생에너지자원 데이터센터, http://kredc.kier.re.kr/kier/default.aspx

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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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