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- 이를 통해 분석된 연간 에너지 비용과 30년간 분석된 에너지비용의 현재가치는 Table 5에 정리하였다. 연간 소요되는 에너지 비용은 지역 냉난방이 지열 시스템에 비해 약 24% 저렴하다.
제안 방법
- 본 연구에서 지역 냉난방 시스템의 초기 투자비는 지열 시스템 운전을 위해 투입된 전력량 및 건물로 공급된 에너지량을 지역 냉난방으로 공급할 경우, 필요한 설치공사비와 지역 냉난방사업자에게 납부하는 공사부담금을 합산하는 것으로 산정하였다. 그리고 지열 시스템과 동일한 열량을 공급할 경우 발생하는 열요금을 에너지비용으로 분석하였으며, 기계실에 설치된 설비의 보수주기, 보수율, 교체주기를 조사하여 수선 유지비로 분석하였다.
- 지열 시스템은, 5개의 설비항목에 수선기간 3~10년, 항목별 교체주기는 15년, 20년으로 구분하여 유지비용과 교체비용을 결정하였다. 따라서 본 연구에서 지열 시스템의 수선유지비는 지중 열교환기, 히트펌프, 기계실 장비류(탱크 및 펌프류), 배관 및 제어 시스템 등 5개 항목으로 분류하고 지중 열교환기를 제외한 항목의 수선주기는 3~10년, 수선비율은 0.5~1.0%, 교체주기는 15~20년으로 설정하였다.
- 본 연구에 활용된 대상 건물은 3,900 kW 용량의 지열 시스템이 설치되어 2014년부터 운전되었으며, 지중 열교환기는 건물지하에 200 m 깊이로 설치되어, 전체 건물 중 일부에 냉방 및 난방 열원을 공급하고 있다. 본 건물에 설치된 지열 시스템과 지역 냉난방 시스템의 경제성 분석을 위해, 건물 인근에 지역 냉난방 배관이 매설되어 지역 냉난방을 이용하는 조건으로 양 시스템의 경제성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 신재생에너지 설비 의무화에 따라 확대되고 있는 지열 시스템과 지역 냉난방 시스템과의 경제성을 현행 요금 체계에서 비교, 분석하였다.
- 본 연구에서는 지열 시스템 운전에 따른 에너지 사용량 및 생산량 등 실측 데이터가 측정되고 분석된 공공건물의 운영 사례를 수집하여 동일 건물에서 지역 냉난방 시스템을 적용하였을 경우, 발생하는 초기 투자비, 에너지 비용, 수선 유지비 및 환경비용을 생애주기비용으로 분석하였다.
- 지역 냉난방 시스템은 지열 시스템과 유사하게 열교환기, 흡수식 냉동기, 기계실 장비류, 등 5개 항목으로 수선주기 2~10년, 수선비율 0.1~2.0%, 교체주기 20~30년으로 기계실 설비 승인 전문가의 분석결과를 기초로 이용하였다.
- 지역 냉난방 시스템의 환경비용은 히트펌프를 통해 생산된 냉난방 에너지량을 집단 에너지 시설에서 생산할 경우, 소요되는 화석연료 소비량과 그에 따른 오염물질 배출결과를 계산하였다.
- 지열 시스템과 지역 냉난방 시스템의 경제성 분석의 범위는 초기 설치비, 에너지 비용, 수선 유지비와 환경비용으로 구분하였으며, 지역 냉난방사업자가 집단 에너지 사업허가를 받기 위한 경제성 평가 기간인 30년을 기준으로, 동 기간 동안 발생하는 각각의 항목에 대한 생애주기 비용을 분석하였다.
- 지열 시스템은, 5개의 설비항목에 수선기간 3~10년, 항목별 교체주기는 15년, 20년으로 구분하여 유지비용과 교체비용을 결정하였다. 따라서 본 연구에서 지열 시스템의 수선유지비는 지중 열교환기, 히트펌프, 기계실 장비류(탱크 및 펌프류), 배관 및 제어 시스템 등 5개 항목으로 분류하고 지중 열교환기를 제외한 항목의 수선주기는 3~10년, 수선비율은 0.
- 지열 시스템의 환경비용은 히트펌프와 순환펌프 등의 장비에 투입되는 전력을 발전소에서 생산할 때, 소요되는 화석연료(LNG)의 소비량을 계산하였다. 그리고 사용 연료에 따른 대기오염 물질별 배출계수와 방지 시설 효율을 적용하여 오염물질량을 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 활용된 대상 건물은 3,900 kW 용량의 지열 시스템이 설치되어 2014년부터 운전되었으며, 지중 열교환기는 건물지하에 200 m 깊이로 설치되어, 전체 건물 중 일부에 냉방 및 난방 열원을 공급하고 있다. 본 건물에 설치된 지열 시스템과 지역 냉난방 시스템의 경제성 분석을 위해, 건물 인근에 지역 냉난방 배관이 매설되어 지역 냉난방을 이용하는 조건으로 양 시스템의 경제성을 분석하였다.
- 지역 냉난방은 히트펌프를 통해 생산된 에너지량을 기준으로 동일한 냉난방 에너지량을 집단에너지 방식으로 공급하였을 경우, 한국지역난방공사의 열요금 산정기준(원/Gcal)인 난방시 94,680원, 냉방시 29,890원을 적용하였다.
데이터처리
- 지열 시스템의 환경비용은 히트펌프와 순환펌프 등의 장비에 투입되는 전력을 발전소에서 생산할 때, 소요되는 화석연료(LNG)의 소비량을 계산하였다. 그리고 사용 연료에 따른 대기오염 물질별 배출계수와 방지 시설 효율을 적용하여 오염물질량을 분석하였다.
이론/모형
- 본 연구의 생애주기 비용 중에서 초기 투자비와 같은 연속하지 않는 비용은 식(1)의 현재가치 환산법을 이용하였다. 그리고 에너지 비용, 수선 유지비 및 환경 비용과 같이 매년 반복적으로 발생하는 비용은 식(2)의 연등가액 현재가치 환산법을 적용하였으며, 두 계산 결과의 합계인 식(3)으로 생애주기 비용을 분석하였다.
성능/효과
- (1) 초기투자비는 지열 시스템이 4,716백만 원, 지역 냉난방 시스템이 1,299백만 원으로 지역 냉난방 시스템이 지열 시스템 대비 약 28% 수준이다.
- (2) 에너지 비용은 지열 시스템이 연간 2,805백만 원, 지역 냉난방 시스템이 2,146백만 원으로 지역 냉난방 시스템이 지열 시스템 대비 약 24% 낮다.
- (3) 수선유지 비용은 지열 시스템이 924백만 원, 지역 냉난방 시스템이 343백만 원으로 지역 냉난방 시스템이 지열 시스템 대비 37% 수준이다.
- (4) 환경비용은 지열 시스템이 1.6백만 원, 지역 냉난방 시스템이 3.4백만 원으로 지열 시스템이 약 46% 적은 수준이다.
- (5) 30년간 생애주기 비용은 지역 냉난방 시스템이 3,793백만 원, 지열 시스템이 8,447백만 원으로 지역 냉난방 시스템이 지열 시스템 대비 약 45% 수준으로 경제성이 우수하다.
- 30년간 생애주기 비용 분석결과, 지열 시스템은 8,447 백만 원, 지역 냉난방 시스템은 3,793백만 원이 소요된다. 따라서, 지역 냉난방 시스템이 지열 시스템 대비 45% 수준으로 경제성이 우수한 것으로 분석되었다.
- 본 연구에서 지역 냉난방 시스템의 초기 투자비는 지열 시스템 운전을 위해 투입된 전력량 및 건물로 공급된 에너지량을 지역 냉난방으로 공급할 경우, 필요한 설치공사비와 지역 냉난방사업자에게 납부하는 공사부담금을 합산하는 것으로 산정하였다. 그리고 지열 시스템과 동일한 열량을 공급할 경우 발생하는 열요금을 에너지비용으로 분석하였으며, 기계실에 설치된 설비의 보수주기, 보수율, 교체주기를 조사하여 수선 유지비로 분석하였다.
- 시스템별 화석연료 사용량에 따라 계산된 환경비용은 지열 시스템이 지역 냉난방 시스템 대비 약 46% 수준으로 분석되었으나 생애주기비용에서는 미미한 수준의 양으로 확인되었다.
후속연구
- 본 연구를 통해 사업자 요금 정책에 따라 에너지 비용은 가변적인 요소로 확인되어, 지역 냉난방 사업자별 요금 및 신재생에너지에 대한 정책 요금 등 영향 요소를 반영하여 분석한 시스템별 최적 설치 모델 수립 연구가 필요하다.
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