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열역학 이론 기반의 물류센터 전기에너지 소비량 산출 모형
Estimation Model of Electric Energy Consumption on Logistics Center Based on Thermodynamics Theory 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.10, 2015년, pp.6799 - 6806  

최련 (버지니아대학교 건설환경공학부) ,  김영주 (한국철도기술연구원 물류시스템연구실) ,  김철순 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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최근 물류센터는 대형화 첨단화에 따른 다양한 설비 및 장비의 도입으로 전기에너지 소비가 급격히 증가하고 있다. 본 연구는 물류센터의 전기에너지 사용 현황 및 소비 특성을 정량적으로 분석하고, 효율을 평가하기 위한 전기에너지 표준소비량을 추정하는 모형을 구축하는 것을 목적으로 한다. 제시된 모형은 물류센터의 온도요인이 전기에너지 소비에 큰 영향을 미치는 특성을 효과적으로 반영하기 위하여 열역학 이론을 도입하였다. 모형은 물류센터 벽면의 열전도, 출입문 열대류 및 취급물품의 열 손실로 구성된 냉동기 운용에너지 부문과 물류활동을 위한 기계설비의 전력소모 부문으로 구성된다. 모형은 또한 물류센터 운영자가 에너지 소비 효율을 평가하고 개선전략을 수립하는 것을 지원할 수 있도록 다양한 설명변수들을 포함한다. 실제 물류센터의 에너지 소비량을 기반으로 본 연구에서 개발된 모형의 적용성이 평가된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electric energy consumption is always followed by the introduction of diversity scale-up and state-of-the-art equipments in logistic centers. In order to analyze the status and the characteristic of the electric energy consumption quantitatively, and also to evaluate the efficiency of the electric e...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 동종업계의 설문을 통해 최적 운영 상태인 D물류센터를 선정하고 사례분석을 통해 모형을 검증하였다. 국내 물류센터 산학연 전문가 논의를 통하여 모형과 관측값과의 차이를 발생시키는 원인을 탐색하였다. 단, 원인별로 정량적인 차이를 밝혀내는 일은 추후 연구로 진행하기로 한다.
  • 본 연구에서는 물류센터 전기에너지 표준 소비모형을 구축하여 전기에너지 사용 효율을 평가할 수 있는 기초를 마련하고자 한다. 또한, 모형의 구축 및 분석과정에서 다양한 설명변수를 도입함으로써 물류센터의 특성에 따라 전기에너지 절감을 위한 전략을 수립하는데 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
  • 물류센터의 전기에너지 소비 절감을 위해서는 우선적으로 물류센터의 전기에너지 사용 현황 및 소비 특성을 파악하는 기초연구가 필요하다. 본 연구에서는 물류센터 전기에너지 표준 소비모형을 구축하여 전기에너지 사용 효율을 평가할 수 있는 기초를 마련하고자 한다. 또한, 모형의 구축 및 분석과정에서 다양한 설명변수를 도입함으로써 물류센터의 특성에 따라 전기에너지 절감을 위한 전략을 수립하는데 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
  • 그러나 물류센터라는 복합적 특성을 갖고 있는 대상에 대해서는 그 특성을 정확하게 반영할 수 있는 독창적인 모형이 필요하다. 본 연구에서는 물류센터의 구조적 특성과 활동 특성을 반영할 수 있는 열역학 이론 기반 전기에너지 소비량 산출 모형을 구축하였다.
  • 본 연구에서는 열역학 이론을 기반으로 물류센터의 표준 전기에너지 소비량을 열량손실과 기계설비의 전력 소비 두 가지 측면으로 구분하여 계산하는 모형을 제시 하였다. 그 중 냉동․냉장창고의 열에너지 소비는 외벽의 열량 소비, 물류활동 시 출입문 개방으로 인한 열량소비, 취급물품의 열량 방출로 구성되었고, 기계설비의 전기에너지 소비는 각종 기계설비의 공률과 가동시간으로부터 전체 기계설비의 전력소비를 산출하였다.
  • 이러한 요인을 정량적으로 측정하는 것은 매우 어려운 작업이며, 요인별 상관성으로 인하여 그 패턴이 일정하지 않다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 물류센터에서 소비되는 총 에너지를 열과 전기의 형태로 구분하였다. 기존 연구에서 널리 활용되는 열역학 이론[6]을 토대로, 열역학 기반의 물류센터 전기에너지 표준 소비량 산출 모형을 개발하였다.

가설 설정

  • 공기의 자연 열대류 전도계수는 온도에 의해 변하지만 변화량이 크지 않으므로 1(W/㎡·K)로 가정한다.
  • 냉동·냉장창고 벽체의 열량 침입은 벽체 내·외부 온도 차이에 정비례한다고 가정하며, 벽체의 열전도 성능, 두께 및 면적에 의해 결정된다.
  • 농축수산물의 수분 비율은 70%∼85%, 본 연구에서는 75%를 가정하여 3.35(kJ/kg∙K)로 설정한다.
  • 취급물품의 입고 전 온도는 냉동냉장차의 설정온도와 동일한 것으로 가정할 수 있으며, 이 온도가 냉동냉장창고의 온도보다 높으면 입고 후 열량을 방출한다. 단, 상온의 물품을 냉동시키는 경우에는 취급 물품의 열량을 별도로 산출해야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
물류센터의 전기에너지 소비는 어떠한 요인들에 의해서 결정됩니까? 물류센터의 전기에너지 소비는 지리적 특성, 물품의 특성, 운영온도와 물류활동의 특성 등 다양한 요인에 의해서 결정된다. 이러한 요인을 정량적으로 측정하는 것은 매우 어려운 작업이며, 요인별 상관성으로 인하여 그 패턴이 일정하지 않다.
물류산업은 경제에서 어떤 가치를 갖는가? 물류산업은 다른 산업의 가치를 실현하는 데 있어서그 기반이 되는 국가 경제의 동맥이라 할 수 있다. 특히, 무역의존도가 높은 우리나라에서는 물류산업의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
공인된 건축물 에너지 시뮬레이션은 어떻게 에너지 소비를 평가합니까? 이외에도 DeST, EnergyPlus, DOE-2 등과 같은 공인된 건축물 에너지 시뮬레이션으로 평가하는 방법이 있다[10]. 시뮬레이션 기법은 벽체의 구성 및 내․외부 온도, 실내 온도 변화, 그리고 공조시스템의 구성에 따른 열평형을 상세하게 분석하여 건축물의 에너지 소비를 평가한다. 시뮬레이션 방식은 일반 건축물을 대상으로 발전되어 왔으며, 재실 인원의 활동량이 반영된다.
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참고문헌 (12)

  1. The Korea Transport Institute, "Korean Macroeconomic Logistics Costs in 2010", 2013. 

  2. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Press released in August 27th, 2013. 

  3. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Project on the Development of Logistics Facilities Energy Savings (Dock Systems, Fan Systems, the Self Powered Roller, the Energy Control & Management System)", Survey data, 2014. 

  4. Korea Electric Power Corporation, "Table of Electricity Fare", 2013. (http://home.kepco.co.kr/kepco/KO/ntcob/list.do?boardCdBRD_000099&menuCdFN05030103) 

  5. Korea Energy Statistics Information System, "Status of Domestic Energy Consumptions, 2015. (http://www.kesis.net/flexapp/KesisFlexApp.jsp) 

  6. M. J. Moran, H. N. Shapiro, D. D. Boettner, and M. B. Bailey, "Fundamentals of Engineering Thermodynamics", John Wiley & Sons, 2010. 

  7. Korea Energy Agency, "Operational Regulations of the Building Energy Efficiency Rating Certification System", 2013. 

  8. Efficiency Valuation Organization (EVO), "International Performance Measurement and Verification Protocol (IPMVP), Concepts and Options for Determining Energy and Water Savings", 2012. 

  9. Ministry of Trade, Industry and Energy, "The Technical Developing Study of Energy Saving BEMS (building energy management system) Package", 2005. 

  10. D. D. Zhu, D. Yan, T. Z. Hong, and C. Wang, "Comparison of Building Energy Simulation Programs: DeST, EnergyPlus and DOE-2", Building Science, 28(2), pp. 218-226, 2012. 

  11. Ministry of Trade, Industry and Energy, "A Study of the Industry Energy Efficiency Plan Against Climate Change", 2010. 

  12. M. E. Schmalko, R. O. Morawicki, and L. A. Ramallo, "Simultaneous Determination of Specific Heat Capacity and Thermal Conductivity Using the Finite-difference Method", Journal of Food Engineering, 31(4), pp. 531-540, 1997. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0260-8774(96)00074-X 

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