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문제 정의
- 따라서, 변화하는 난방 트렌트 및 송도지역 주거 건물의 난방특성을 반영하여 지열원 히트펌프를 이용한 난방과 지역난방의 사용요금을 비교해 경제성을 검토하고자 한다. 적용 아파트는 총 180 세대이며 2013년 1월 1일 기준 102세대(입주율 57%)가 입주를 완료하였다.
제안 방법
- 지열원 열펌프 이용 공동주택의 성능평가 및 경제성 검토 대상은 아파트 180세대이며, 냉난방 공급방식으로, 난방은 바닥난방을 사용하였다. 각 세대별 냉난방의 사용량 제어를 위해 세대별 난방 컨트롤러를 설치하고, 부하 변동에 따른 케스케이드 방식을 적용하였으며, 세대별 적산열량계를 설치하여 열량사용량에 따라 요금을 부과하도록 하였다.
- 난방은 2012년 9월 24일부터 시작하였으며 2012년 10월부터 12월까지 3개월간 지열난방 사용열량과 발생요금을 분석하였고, 지열난방 사용열량에 대응하는 지역 난방요금을 추정하여 두 설비의 사용열량에 따른 발생요금을 비교하였다.
- 또한, 지열용 전기계량기를 분리하여 설치함으로서 지열난방용 전력요금을 분리하여 부과토록 하고, 정책적으로 누진제의 적용은 제외하도록 하였다. 지중열교환기는 수직밀폐형으로 지열 프로그램(GLD)을 사용하여 설계하였으며, 천공깊이는 약 300 m 80공으로 크기는 150 mm이며, 천공홀 간격은 5 m로 하였다.
- 실제 사용한 난방열량 및 발생한 요금을 분석하여 그림 13과 같이 그래프로 비교분석하였으며 난방열량 250 Mwh 이후로 지열난방의 단가를 250kWh와 동일한 39.6원/kWh를 적용하였다 (지역난방은 변함없이 75원/kWh 적용).
- 아파트에서 지열원 열펌프를 이용한 난방운전은 9월, 10월에 난방 시운전을 시작으로 11월과 12월의 본격 난방운전을 실시하였으며, 이에 대한 난방운전데이터를 분석하였다.
- 또한, 지열용 전기계량기를 분리하여 설치함으로서 지열난방용 전력요금을 분리하여 부과토록 하고, 정책적으로 누진제의 적용은 제외하도록 하였다. 지중열교환기는 수직밀폐형으로 지열 프로그램(GLD)을 사용하여 설계하였으며, 천공깊이는 약 300 m 80공으로 크기는 150 mm이며, 천공홀 간격은 5 m로 하였다. 배관크기는 30A이며, 그라우트의 열전도도는 2.
대상 데이터
- 따라서, 변화하는 난방 트렌트 및 송도지역 주거 건물의 난방특성을 반영하여 지열원 히트펌프를 이용한 난방과 지역난방의 사용요금을 비교해 경제성을 검토하고자 한다. 적용 아파트는 총 180 세대이며 2013년 1월 1일 기준 102세대(입주율 57%)가 입주를 완료하였다. 난방은 2012년 9월 24일부터 시작하였으며 2012년 10월부터 12월까지 3개월간 지열난방 사용열량과 발생요금을 분석하였고, 지열난방 사용열량에 대응하는 지역 난방요금을 추정하여 두 설비의 사용열량에 따른 발생요금을 비교하였다.
- 지열원 열펌프 이용 공동주택의 성능평가 및 경제성 검토 대상은 아파트 180세대이며, 냉난방 공급방식으로, 난방은 바닥난방을 사용하였다. 각 세대별 냉난방의 사용량 제어를 위해 세대별 난방 컨트롤러를 설치하고, 부하 변동에 따른 케스케이드 방식을 적용하였으며, 세대별 적산열량계를 설치하여 열량사용량에 따라 요금을 부과하도록 하였다.
성능/효과
- (1) 공동주택에서 지열원 열펌프를 이용한 난방운전은 입주세대가 약 절반정도 입주한 상태인 12월 난방기간에 일부를 제외하고 열펌프만의 성적계수는 4.0 ~ 3.0 정도를, 시스템 성적계수는 3.6~2.6 정도로 외기온도에 따라 난방성능이 폭넓게 분포됨을 보이고 있다.
- 102세대가 입주한 상태에서 2012년 12월 달의 사용열량이 250MWh으로, 추후 180세대 입주 완료시 최대로 발생할 수 있는 난방열량을 600MWh로 예상하여 실제 가동 데이터를 기준으로 600MWh 사용 시 지역난방보다 약 36% 요금을 절감이 예상된다.
- 11월 ~ 12월의 단가를 비교하여 보면, 12월의 외기조건이 지열시스템에 불리함에도 불구하고 단가가 적게 나왔음을 확인할 수 있는데(45.4원 /kWh → 39.6원/kWh) 이는 난방 사용량이 증가함에 따라 지열원 히트펌프의 성능이 최적이 되는 정격운전시간이 증가하여 지열시스템 효율이 높아진 것으로 판단된다.
- 11월의 난방운전결과는 그림 1 ~ 4에, 그리고 11월의 대표일(11월21일)을 기준으로 하여 집중적으로 운전결과를 그림 5 ~ 6에 표시하고 있다. 난방 정격운전기간으로 11월의 외기온도도 일부를 제외하고는 0℃ ~ 15℃로 폭넓게 분포하고 있으며, 난방시스템의 성능을 확인할 수 있는 성적계수, 즉 냉방공급열량과 소비전력을 모두 고려한 성적계수는 일부를 제외하고 열펌프만의 성적계수는 3.8 ~ 2.8 정도를, 시스템 성적계수는 3.2 ~ 2.2 정도로 외기온도에 따라 난방성능이 폭넓게 분포됨을 보이고 있다.
- 난방시스템의 성능을 확인할 수 있는 성적계수, 즉 냉방공급열량과 소비전력을 모두 고려한 성적 계수를 살펴보면, 일부를 제외하고 열펌프만의 성적계수는 4.0 ~ 3.0 정도를, 시스템 성적계수는 3.6 ~ 2.6 정도로 외기온도에 따라 난방성능이 폭넓게 분포됨을 보이고 있다. 또한, 12월 중에서 대표일(12월26일)의 난방성능도 12월 전체에서 보여준 성능의 범주에서 벗어나지 않음을 역시 확인할 수 있었다.
- 또한, 11월 중에서 대표일(11월21일)의 난방성 능도 11월 전체에서 보여준 성능의 범주에서 벗어나지 않음을 역시 확인할 수 있다.
- 6 정도로 외기온도에 따라 난방성능이 폭넓게 분포됨을 보이고 있다. 또한, 12월 중에서 대표일(12월26일)의 난방성능도 12월 전체에서 보여준 성능의 범주에서 벗어나지 않음을 역시 확인할 수 있었다.
- 지중열교환기는 수직밀폐형으로 지열 프로그램(GLD)을 사용하여 설계하였으며, 천공깊이는 약 300 m 80공으로 크기는 150 mm이며, 천공홀 간격은 5 m로 하였다. 배관크기는 30A이며, 그라우트의 열전도도는 2.30 W/mK를 기준으로, 열응답시험을 실시하였으며, 그 결과 열전도도는 3.13 W/mK임을 확인하였다.
- 2013년 1월 1일 기준 102 세대가 입주한 상태에서 2012년 12월 달의 사용 열량이 250 MWh로 나왔으며 추후 180세대 입주 완료시 최대로 발생할 수 있는 난방열량을 600 MWh로 예상하였다. 실제 가동 데이터를 기준으로 600 MWh 사용 시 지역난방보다 약 36% 요금을 절감 할 수 있을 것으로 보인다.
- 이상으로 본격적인 난방운전이 이루어지면서 공동주택에서 지열원 열펌프 이용 냉난방시스템의 성능을 확인할 수 있다.
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