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공동주택의 최적 열공급을 위한 난방부하 예측에 관한 연구
Prediction of Heating Load for Optimum Heat Supply in Apartment Building 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.36 no.8 = no.323, 2012년, pp.803 - 809  

유성연 (충남대학교 기계설계공학과) ,  김태호 (충남대학교 기계설계공학과) ,  한규현 (충남대학교 기계설계공학과) ,  윤홍익 (가교테크) ,  강형철 (가교테크) ,  김경호 (대전도시공사 시설사업팀)

초록
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지역난방 시스템의 최적 스케쥴 제어를 위해서는 난방부하 예측이 필요하다. 공동주택의 난방부하는 복잡한 변수들의 영향을 받기 때문에 손쉬운 난방부하 예측을 위해 사용하기 쉬우며 효용성 있는 예측방법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 익일의 시간별 난방부하를 예측하기 위해 단순화된 외기조건 예측방법과 부하 예측방법을 제안하였다. 난방부하 예측을 위해 건물설계서에서 쉽게 얻을 수 있는 간단한 사양과 예측된 온습도가 사용되었다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위해 지역난방 시스템으로부터 시간별로 실측된 난방부하와 예측된 결과를 비교하였다. 예측된 외기조건은 실측된 값과 비교하여 변화양상이 잘 일치하였다. 예측된 난방부하와 측정된 난방부하를 비교한 결과, 시간별, 일별, 월별 모두 예측과 실측이 비교적 잘 일치하였으며, 난방기간 동안 월별 부하의 평균 오차는 약 4.68%로 비교적 작은 값을 가졌다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is necessary to predict the heating load in order to determine the optimal scheduling control of district heating systems. Heating loads are affected by many complex parameters, and therefore, it is necessary to develop an efficient, flexible, and easy to use prediction method for the heating loa...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 간단한 부하산출식에 설계서에서 쉽게 얻을 수 있는 사양들과 기상청에서 쉽게 얻을 수 있는 익일의 최고, 최저 온도로부터 쉽게 예측되는 온도와 습도를 이용하여 익일의 시간별 총 난방부하를 예측하는 방법을 제안하였다. 제안된 부하예측방법의 타당성을 검증하기 위하여 열병합발전소에서 열공급을 받는 아파트에서 측정된 실측 데이터와 비교하였다.
  • 정확한 부하 예측을 위해서는 신뢰할 수 있는 외기조건이 필요한데, 본 연구에서는 현장에서 시스템 운전자의 손쉬운 사용을 위해 기상청에서 예보하는 최고, 최저온도만을 가지고, 익일의 온도를 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해 대전지역 기상청에서 측정했던 2005 ~ 2009년까지 5년간 데이터를 활용하였다.

가설 설정

  • 인체의 현열량은 62 kcal/h인, 잠열량은 29 kcal/h인으로 설정하였다. 그리고 생활패턴을 감안하여 오전 8시 ~ 오후 7시까지는 집에 주부만 있다고 가정하였다.
  • 여기서 K는 방위계수를 나타내며 난방부하에서는 통상 1로 설정한다. 벽체의 열관류율 k도 설계서에서 쉽게 얻을 수 있는 값이며, A는 외기에 접한 벽체면적으로 이는 다른 부하계산 방법에서는 매우 번거러운 과정이지만 본 연구에서는 공동주택의 구조를 환기, 일조량 등에 장점에 장점을 가지는 판상형으로 가정하여 그 과정을 단순화하였다. 실제로 대한건축학회논문집에 수록된 “아파트 주동평면형태의 특성 및 개방성에 관한 연구”(2)에서 대구지역 아파트를 분석한 결과, 판상형과 변형판상평이 주거용 아파트의 80% 이상을 차지하는 것으로 조사됐다.
  • 는 인체부하, 내부발생열, 기타부하를 의미하지만, 본 연구에서는 인체부하만을 고려하였다. 인체부하는 인원수에 인체의 현열과 잠열을 곱함으로써 구해지는데 본 연구에서는 흔한 가정이 생활하는 공동주택이라 간주하여 세대당 인원수를 4명으로 가정하였다. 인체의 현열량은 62 kcal/h인, 잠열량은 29 kcal/h인으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지역난방 시스템의 최적 스케쥴 제어를 위해서 필요한 것은 무엇인가? 지역난방 시스템의 최적 스케쥴 제어를 위해서는 난방부하 예측이 필요하다. 공동주택의 난방부하는 복잡한 변수들의 영향을 받기 때문에 손쉬운 난방부하 예측을 위해 사용하기 쉬우며 효용성 있는 예측방법의 개발이 필요하다.
소형열병합발전은 어떠한 설비인가? 최근 에너지 소비를 줄이고 이산화탄소의 배출저감이 가능한 설비인 소형열병합발전은 에너지 효율이 높은 장점을 가지는 동시에 인구의 집중도가 높고 도시의 주거형태가 공동주택의 비율이 높은 국내의 현실에 유리한 시스템으로 2000년대에 이르러 보급이 확대되어 왔다.(1) 이러한 냉난방 시스템의 효율화 및 안정적인 제어를 위한 중요한 요소는 시간별 난방부하 분포이다.
소형열병합발전의 효율화 및 안정적인 제어를 위한 중요한 요소는 무엇인가? 최근 에너지 소비를 줄이고 이산화탄소의 배출저감이 가능한 설비인 소형열병합발전은 에너지 효율이 높은 장점을 가지는 동시에 인구의 집중도가 높고 도시의 주거형태가 공동주택의 비율이 높은 국내의 현실에 유리한 시스템으로 2000년대에 이르러 보급이 확대되어 왔다.(1) 이러한 냉난방 시스템의 효율화 및 안정적인 제어를 위한 중요한 요소는 시간별 난방부하 분포이다. 과도한 부하 예측에 따른 열 공급은 공급유량 및 이송동력의 증가로 인해 에너지 사용량 증가를 야기시키고, 부족한 부하 예측은 오히려 거주자의 불쾌감 증가 및 보조 난방기 사용을 야기하여 궁극적으로 에너지 사용 증가라는 결과를 낳게 된다.
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참고문헌 (4)

  1. Monterio, E., Moreira, N. and A. Ferreira, So., 2009, "Planning of Micro-Combined Heat and Power Systems in the Portuguese Sebario," Applied Energy, Vol. 86, No. 3, pp. 290-298. 

  2. Kim, J. D., Kim, S. H. and Choi, M. H., 2010, "A Study on the Block Plan Characteristics and the Openness of the Apartment Complexes," Architectural Institute of Korea, Vol. 26, No. 4, pp. 99-107. 

  3. Yoo, H. C., Lee, K. H. and Park, S. H., 2008, "Analysis of Data and Calculation of Global Solar Radiation Based on Cloud Data for Major Cities in Korea," Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 28, No. 4, pp. 17-24. 

  4. Jo, D. O. and others, 2007, ''A Study On Development of Korean District Heating System in Apartment Building," Korea Institute of Construction Technology and Korea District Heating Corporation. 

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