[논문]에너지소비량 벤치마킹을 위한 대학건물의 전력사용량 비교

노광철; 오명도

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노광철 (서울시립대학교 대도시에너지연구센터) , 오명도 (서울시립대학교 기계정보공학과)

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문제 정의

앞서 설명한 바와 같은 목적을 가지고 서울시립대학교에 있는 건물 중 강의실과 연구실이 대부분인 건물을 대상으로 전력사용량을 분석하였고 향후 연구될 내용의 선행연구로 소개하고자 한다.

제안 방법

서울시립대에서는 2011년 이후부터 그린캠퍼스 사업의 일환으로 건물별로 조닝을 하여 전력량, 가스 및 수도 사용량 등을 모니터링하고 있었으며 모니터링 데이터 중 일부를 본고 작성에 활용하였다. 에너지 사용량 중 총량의 80% 이상이 전력이기 때문에 전력사용량만을 이용하여 분석하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상 건축물들은 서울시립대에서 운영하고 있는 건축물들의 현황이다(그림 1). 1930년대 지어진 건물에서부터 2000년대 완공된 건물까지 다양하게 있으며 절반 이상이 1990년대 이후에 완공되었다.

성능/효과

(2) 여름철보다 겨울철에 전력사용량이 많은 것으로 나타났고 이러한 경향은 이전의 연구결과 들과 유사하며 원인 중의 하나는 공랭식 히트펌프의 사용이 증가했기 때문으로 판단된다.
(3) 학교 건물에서 월별 전력소비량의 편차를 증가시키는 요인은 외단열의 감소와 개별 냉난방 방식의 적용에 기인한다. 따라서 현재 전력소비량이 높은 건물에서 외단열을 증가시키는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
2) 이와 같이 대학건물의 에너지 사용량에 대한 절감이 매우 중요한 시점이 되었으며 서울시립대를 포함한 여러 대학교에서 그린캠퍼스 사업을 진행하고 있는 것으로 알려졌다.
그리고 비이공계 건물과 이공계 건물의 연간 전력소비량은 각각 78.5 kWh/m², 132.6 kWh/m² 로 나타났고 약 54.1 kWh/m² 의 차이를 보였다.
본 연구에서 측정된 건물들의 전력소비량의 평균값은 101 kWh /m²이었고 5개의 건물이 평균값을 초과하였다.
전력소비량 비교평가지표로서의 정규화는 건물별로 월별 전력소비량 패턴을 분석할 수 있기 때문에 각 건물이 갖고 있는 전력소비량을 보다 근본적으로 분석하고 전력소비량이 큰 원인이 무엇인지를 찾는 데 도움이 된다. 정규화된 데이터를 분석해 보면 월별 전력사용량 편차는 비이공계 건물에서 0.4~1.2, 이공계 건물에서 0.3~0.8값을 나타냈으며 비이공계 건물들이 이공계 건물들에 비해 큰 것을 확인할 수 있었다. 다양한 원인으로 인해 이러한 결과가 도출되었겠지만 우리가 쉽게 생각해 볼 수 있는 이유는 이공계 건물에서 운영하는 실험장비들이 겨울철에 난방부하를 상쇄하기 때문으로 판단된다.

후속연구

(4) 향후 정확한 저에너지 소비형 학교건물에 대한 벤치마킹을 수행하기 위하여 평가지표 (metrics), 열원 및 공간활용 현황, 건축적인 요소 및 기계설비적 특징 등에 대한 연구를 추가하는 것이 필요할 것으로 생각된다.
대학건물에서 점차 증가하고 있는 에너지 소비량을 효과적으로 제어하고 감소시키기 위한 방법으로 적정한 평가지표를 개발하고 이를 활용하여 건물별 에너지 사용량을 비교하는 것이 필요하다. 건물별 에너지 사용량을 비교한다면 현재 수준에서 에너지 사용량이 낮은 건물의 특징을 파악할 수 있을 것이며 이를 벤치마킹하여 에너지 소비가 높은 건물을 개선할 수 있는 방안을 제시할 수 있다. 이와 같은 방법을 사용하면 현 수준에서 에너지 다소비 건물의 효율화를 추구할 수 있으며 필요에 따라 신재생에너지를 추가하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
(3) 학교 건물에서 월별 전력소비량의 편차를 증가시키는 요인은 외단열의 감소와 개별 냉난방 방식의 적용에 기인한다. 따라서 현재 전력소비량이 높은 건물에서 외단열을 증가시키는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이와 같은 방법을 사용하면 현 수준에서 에너지 다소비 건물의 효율화를 추구할 수 있으며 필요에 따라 신재생에너지를 추가하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다. 이를 통하여 궁극적으로는 에너지소비가 최적화된 대학건물의 설계방안을 제안할 수도 있을 것이다.
아이러니하게도 최근에 지어진 건물일수록 건축물의 미적 요소를 강조하면서 외단열 성능이 감소하게 되었는데 이러한 경향들이 연간 전력소비량을 증가시킨 것은 아닌지 의심해 볼 수 있겠다. 향후 더욱 깊이 있는 연구결과를 바탕으로 벤치마킹을 시도해 볼 필요가 있겠지만, 현재까지의 결과로 학교 건물들에서 나타내는 특징을 본다면 학교 건축물에서는 개별 냉난방보다 중앙 냉난방이 효율적인 방식이라고 여겨진다
현재까지 분석된 결과들을 토대로 연구 대상 건물에서 벤치마킹을 통한 전력에너지 소비량을 줄이고자 한다면 현재 상태에서 외단열의 성능을 높일 수 있는 방안을 찾을 필요가 있다고 보인다. 아이러니하게도 최근에 지어진 건물일수록 건축물의 미적 요소를 강조하면서 외단열 성능이 감소하게 되었는데 이러한 경향들이 연간 전력소비량을 증가시킨 것은 아닌지 의심해 볼 수 있겠다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

에너지 벤치마킹이란?

건축물에서 에너지 벤치마킹이란, 건물로의 투입에너지, 즉 전력, 가스, 유류 등의 소비량에 대한 데이터 비교를 통하여 건물에서 에너지 소비량 감소에 대한 효과적 기회를 인식하는 것을 의미한다. 이러한 에너지소비량 벤치마킹은 설계 시에 에너지효율적인 건물을 설계하였다는 믿음과 에너지는 쉽게 제어할 수 있는 비용이 아니라는 인식을 넘어서 건물에너지를 개선하기 위해 실제 건물의 운영 측면에서 타 건물과 비교하여 어떤 차이가 있는지, 대상 건물의 설계 및 운영상의 단점은 무엇인지를 알기 위한 작업이라고 볼 수 있다.

2010년 에너지 다소비 기관 조사에서 대학건물의 개수는?

녹색연합에 따르면 2010년 건물부문에서 연간 2,000 TOE 이상을 사용하는 에너지 다소비 기관을 조사한 결과, 전체 886개 기관 중 대학건물이 83개를 차지하였으며1) 업종별 사용량에서는 2008년 4위에서 2010년 2위를 기록하였다.2) 이와 같이 대학건물의 에너지 사용량에 대한 절감이 매우 중요한 시점이 되었으며 서울시립대를 포함한 여러 대학교에서 그린캠퍼스 사업을 진행하고 있는 것으로 알려졌다.

강의실과 연구실로 구성된 건물의 전력소비량에 대한 벤치마킹 연구 결론은?

(1) 학교 건물에서 전력소비량이 적은 건물들은 비이공계건물로서 준공연도가 오래된 특징을 갖고 있다. 이는 최근에 지어진 건물일수록 건축물의 심미적 요소를 중요시하는 경향으로 외단열 성능이 감소하기 때문으로 판단된다. (2) 여름철보다 겨울철에 전력사용량이 많은 것으로 나타났고 이러한 경향은 이전의 연구결과 들과 유사하며 원인 중의 하나는 공랭식 히트펌프의 사용이 증가했기 때문으로 판단된다. (3) 학교 건물에서 월별 전력소비량의 편차를 증가시키는 요인은 외단열의 감소와 개별 냉난방 방식의 적용에 기인한다. 따라서 현재 전력소비량이 높은 건물에서 외단열을 증가시키는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. (4) 향후 정확한 저에너지 소비형 학교건물에 대한 벤치마킹을 수행하기 위하여 평가지표 (metrics), 열원 및 공간활용 현황, 건축적인 요소 및 기계설비적 특징 등에 대한 연구를 추가하는 것이 필요할 것으로 생각된다.

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