[논문]대학 건물에 설치된 가스엔진구동 히트펌프(GHP) 실외기의 조닝 계획에 따른 운전 특성과 경제적 효과

박강현; 김수민

doi:10.6110/kjacr.2012.24.1.070

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The purpose of this study is to analyze of the operating characteristics of the Gas engine driven Heat Pump(GHP) and to reduce maintenance costs through the most Economical plan. As the zoning modifications that have economic effects were confirmed. Applications should be made with a similar purpose...

The purpose of this study is to analyze of the operating characteristics of the Gas engine driven Heat Pump(GHP) and to reduce maintenance costs through the most Economical plan. As the zoning modifications that have economic effects were confirmed. Applications should be made with a similar purpose of the space. The combination of a modified space has led to reduced operating hours of the outdoor unit. The reduction of the outdoor unit operating hours, reducing maintenance costs accordingly. When analyzed at six years have elapsed, the amount of savings through zoning modifications is more than an additional construction cost. During the design phase, cost-effective operation of the GHP is required for the proper zoning plan.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 건축 설계의 의도에 따라 냉난방 조닝이 정해지거나 설계자의 경험에 의존하여 조닝 계획을 하는 불합리한 경우도 있다.⁽²⁾ 이에 따라 대학 건물에 설치되어 운용 중에 있는 냉난방 시스템의 조닝을 검토하여 적용된 조닝의 적합성과 경제적 효과를 분석하고자 한다.
실외기별로 냉난방을 담당하고 있는 공간의 성격과 용도를 조사하여 운전 시간을 줄이기 위한 조닝이 적절하게 되어 있는지 조사하였다. Fig.

가설 설정

추가비용에는 냉매배관, 보온재, 제어선로, 제어선로 보호관 등의 자재비와 배관공, 보온공, 케이블공, 용접공 등의 노무비, 안전관리비, 각종 보험료 등의 간접비용 등이 있다. 냉매배관은 간선부분이 아닌 지선부분의 물량이 증가하는 것으로 동관과 발포 보온재를 실외기당 40 m, 통신선과 전선관을 실외기당 200 m 추가하는 것으로 가정하였다. 기타 자재로 고무본드와 보강테이프 등을 산입하였다.
기타 자재로 고무본드와 보강테이프 등을 산입하였다. 노무비에 있어 배관공과 보온공을 각각 10인, 용접공을 5인, 케이블공을 4인, 보통인부를 15인 추가 투입하는 것으로 가정하였다. 자재비와 노무비의 10%를 기타 비용으로 하여 산출한 추가공사 비용은 6,497,232원이었다.

제안 방법

GHP 실외기별 운전시간과 GHP 유지보수 비용을 산출하였고, 실외기별 담당 조닝의 성격을 구분하였으며, 공간의 용도와 실외기의 운전시간 간의 연관성을 조사하였다. 또한 운전 시간을 줄이기에 부적합하게 조합된 조닝을 조사하였고, 적절한 조닝으로의 전환을 위해 추가해야 하는 공사비용을 산출하였다.
Table 3은 대상 건물의 용도에 따른 냉방 부하와 각 실의 사용시간을 나타낸 것이다. 각 실의 부하는 Loadsys Ver 2.01을 이용하여 산출하였으며, 부하 요소로 지붕, 벽, 창, 일사, 조명, 기기, 인체, 침입 외기 등을 적용하였다.
운전 시간이 2,972～23,101시간으로 차이가 크게 나타났다. 같은 사양의 실외기이지만 30번 실외기의 경우 10,000시간 도달에 따른 유지보수 점검을 2회 실시하였다.
GHP 실외기별 운전시간과 GHP 유지보수 비용을 산출하였고, 실외기별 담당 조닝의 성격을 구분하였으며, 공간의 용도와 실외기의 운전시간 간의 연관성을 조사하였다. 또한 운전 시간을 줄이기에 부적합하게 조합된 조닝을 조사하였고, 적절한 조닝으로의 전환을 위해 추가해야 하는 공사비용을 산출하였다. 이를 바탕으로 추가 공사비용을 산정하고 적절한 조닝에 따른 경제적인 효과와 비교 분석하였다.
실외기별 담당 공간의 용도와 운전 시간과의 상관관계를 조사하였다. 행정연구공간은 평일 기준 오전 9시부터 오후 11시까지 운용되고 있다.
또한 운전 시간을 줄이기에 부적합하게 조합된 조닝을 조사하였고, 적절한 조닝으로의 전환을 위해 추가해야 하는 공사비용을 산출하였다. 이를 바탕으로 추가 공사비용을 산정하고 적절한 조닝에 따른 경제적인 효과와 비교 분석하였다. Table 4는 기존 계획과 수정된 조닝 계획에 있어서의 고려사항을 나타낸 것이다.
실외기별 담당 공간을 확인 결과 행정연구 공간만으로 조닝이 된 실외기는 없었다. 이에 따라 행정연구공간과 강의실습공간이 혼합되어 조닝을 한 실외기와 강의실습공간으로만 조닝을 한 실외기를 구분하여 운전 시간을 비교 하였다.

대상 데이터

본 연구는 서울특별시에 소재한 대학의 건물에 설치하여 운용 중에 있는 가스엔진구동 히트펌프(Gas engine driven Heat Pump, GHP)를 대상으로 하였다. 연구 대상 건물은 전산, 어학, 교양을 지도하고 연구하기 위한 곳으로 행정실, 교수연구실, 어학실습실, 강의실 등으로 구성되어 있다.
본 연구는 서울특별시에 소재한 대학의 건물에 설치하여 운용 중에 있는 가스엔진구동 히트펌프(Gas engine driven Heat Pump, GHP)를 대상으로 하였다. 연구 대상 건물은 전산, 어학, 교양을 지도하고 연구하기 위한 곳으로 행정실, 교수연구실, 어학실습실, 강의실 등으로 구성되어 있다. Table 1은 연구 대상 건물의 개요를 나타낸 것이다.
노무비에 있어 배관공과 보온공을 각각 10인, 용접공을 5인, 케이블공을 4인, 보통인부를 15인 추가 투입하는 것으로 가정하였다. 자재비와 노무비의 10%를 기타 비용으로 하여 산출한 추가공사 비용은 6,497,232원이었다.
배관의 길이는 120 m까지 가능하며, 실내기 간의 상하 높이 차는 15 m까지 가능하다. 총 실외기의 수는 38대이며, 배관 길이를 줄이기 위해 남측 건물와 북측 건물의 옥상에 각각 19대씩 설치하였다.

성능/효과

38대의 실외기의 운전 시간을 조사한 결과 실외기의 운전 시간을 조사한 결과 실외기간 운전 시간의 차이가 큰 것으로 나타났다. Table 5는 실외기가 담당하는 공간과 실외기별 운전시간 누계치를 나타내고 있다.
4%의 유지보수 비용 절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 수정된 조닝을 통해 실외기의 운전 시간이 줄어드는 효과가 있어 실외기의 수명도 상대적으로 증가할 것으로 판단된다.
기존의 조닝(A)과 수정된 조닝(B)에 의한 운전 시간에 따른 유지보수 비용은 각각 24,235,200원과 13,464,000원이었다. 유지보수 비용에 있어 기존의 조닝과 수정된 조닝은 10,771,200원의 차이를 보여 44.4%의 유지보수 비용 절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 수정된 조닝을 통해 실외기의 운전 시간이 줄어드는 효과가 있어 실외기의 수명도 상대적으로 증가할 것으로 판단된다.
이에 비해 수정된 조닝으로 시공할 경우 추가공사 비용은 6,497,232원으로 조닝을 수정할 경우의 유지보수 비용 절감액보다 4,273,968원이 적은 금액이다. 이에 따라 연구 대상 건물에 운전 시간대가 유사한 공간으로 조합하여 실외기 조닝을 계획하는 것이 유지보수 비용의 절감 측면에서 경제적인 효과가 있는 것으로 나타났다.
6은 공간 용도에 따른 실외기의 누적 운전 시간을 나타낸 것이다. 행정연구공간과 강의실습공간이 혼합된 실외기 15대에 대한 운전 시간을 평균한 것으로 대당 15,611시간이며, 강의실습공간으로만 조닝을 한 실외기 22대의 운전 시간 평균값은 7,383시간이었다. 행정연구공간과 강의실습공간이 혼합된 실외기의 운전 시간이 강의실습공간으로만 조닝한 실외기의 운전 시간보다 긴 것은 행정연구공간의 연중 운전시간이 강의실습공간보다 길기 때문으로 판단된다.

후속연구

향후 GHP를 운용함에 따라 발생하는 에너지 비용과 유지보수를 위해 지출하는 비용에 대한 추가적인 조사와 분석이 필요하며, 설비 운용에 따른 환경 영향에 대한 연구와 검토가 필요하다. 후 기이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GHP 실외기의 유지보수 기간이 되면 어떤 작업을 수행해야 하는가?	GHP 실외기의 유지보수 기간이 도래하면 엔진오일, 오일 필터, 블로바이 필터, 점화플러그, 에어 엘리먼트, 압축기 벨트, 굴런트 강화제 등을 교환하여야 하며, 냉각수, 압축기, 냉매 누출 및 운전 이상음 발생 여부 등을 검검하여야 한다. 이에 따라 유지보수 기간이 도래한 GHP 실외기는 2011년 기준 1대당 1,346,400원의 비용이 발생하였다.
	공기조화 계획에서 사용되는 조닝에 종류에는 무엇이 있는가?	쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 시행하는 냉난방 조닝은 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하여 경제적인 시스템을 구현할 수 있도록 해준다. 일반적으로 냉난방을 포함하는 공기조화 계획에서 적용되는 조닝의 종류에는 운전시차, 열부하, 온습도 조절, 환기방식 등에 의한 조닝이 있다.
	건물 신축 계획 단계에서 조닝을 수정하여 시공을 할 경우 발생하는 추가비용에는 세부적으로 어떤 것들이 포함되는가?	Table 8은 건물 신축 계획 단계에서 조닝을 수정하여 시공을 할 경우 발생하는 추가비용을 나타낸 것이다. 추가비용에는 냉매배관, 보온재, 제어선로, 제어선로 보호관 등의 자재비와 배관공, 보온공, 케이블공, 용접공 등의 노무비, 안전관리비, 각종 보험료 등의 간접비용 등이 있다. 냉매배관은 간선부분이 아닌 지선부분의 물량이 증가하는 것으로 동관과 발포 보온재를 실외기당 40 m, 통신선과 전선관을 실외기당 200 m 추가하는 것으로 가정하였다.

참고문헌 (5)

Yu, J. Y., Cho, D. W., and Yu, K. h., 2005, The study on optimization of HVAC systems design in tall buildings, Journal of the Korean Institute of Ecological Architecture and Environment(KIEAE), Vol. 5, No. 1, pp. 11-18.
Woo, S. J., 2004, A study of the decision process of air-conditioning zone for air-conditioning room by fuzzy system, Journal of the Architectural Institute of Korea Planning and Design, Vol. 20 No. 10, pp. 327-336.
National Institute of Meteorological Research, Understanding climate change part 3-seoul's climate change, 2009.
Baek, S. H., Jeong, C. H., Lee, J. Y., Cho, D. W., Yeo, M. S., and Kim, K. W., 2010, An economic assessment of cooling systems in occupied zone when district cooling system is introduced in residential buildings, Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, Spring Annual Conference, pp. 132-137.
Korea Heat Energy Engineers Association, Thermal management handbook, 2005.

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