[논문]초고층 건물 커미셔닝에 따른 에너지 절감 효과 예측

조현; 김효준; 류성룡; 조영흠

doi:10.17664/ksgee.2018.14.1.030

초고층 건물 커미셔닝에 따른 에너지 절감 효과 예측
Prediction of Energy Saving Effects by Commissioning of High-Rise Building 원문보기

한국지열에너지학회논문집 = Transactions of the Korea Society of Geothermal Energy Engineers, v.14 no.1, 2018년, pp.30 - 35

조현 (포스코건설 R&D센터) , 김효준 (영남대학교 건축공학과) , 류성룡 (금오공과대학교 건축공학과) , 조영흠 (영남대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the energy commissioning was conducted for high-rise buildings(manual control). First of all, we conducted monitoring the energy use of buildings (electricity, heating, etc.), a commissioning improvement (automatic control) was proposed for each system. In addition, energy simulation was conducted to predict the effectiveness of the reform measures. As a result, terminal units control the greatest energy saving effect, If we applied all the improvements, we could save about 20% less than traditional energy usage, and it turned out that $CO_2$ emissions were reduced by about 19% when converted to $CO_2$.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

건물 에너지 사용량(전기, 난방 등)에 대한 모니터링을 실시하였으며, 각 설비시스템에 대한 개선안(자동제어)을 제시하고, 개선안 별 에너지 절감 효과에 대하여 에너지 시뮬레이션을 통하여 그 결과를 제시하였다.
대상건물의 에너지 사용량 예측을 위하여 건물에너지 해석이 가능한 Energy-Plus 프로그램을 활용하여 건물의 열원과 에너지흐름을 모사하고(Fig. 4), 이를 통해 건물의 상세한 에너지 소비량을 분석하였다. Table 2는 시뮬레이션 모델링 조건을 나타내었다.
따라서 본 연구에서는 2014년에 준공된 초고층건물(68F, 업무용+호텔)을 대상으로 수동 운전되고있는 설비시스템의 커미셔닝(Commissioning)을 수행하였다.
또한 대상 건물에서 냉난방에 사용되어지는 에너지를 탄소배출량으로 환산하였다. 건물 커미셔닝을 통한 에너지 절감을 통하여 1) 냉수펌프제어(0.
6), 이를 통한 시스템 자동제어 개선 사항들을 제시하였다. 또한 커미셔닝 사항들을 바탕으로 에너지 절감량을 예측하였고, 기존의 제어방식에 의한 전기 및 중온수 사용량과 제안된 제어방식에 의한 에너지 소비량을 비교 분석 하였다. 그 결과 연간 약 20%의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 2014년에 준공된 초고층 건물을 대상으로 수동 운전되고 있는 설비시스템의 커미셔닝(에너지 사용량 모니터링 및 설비시스템의 운영개선안 제시) 수행 후 개선안 별 예상 에너지 절감량을 시뮬레이션을 통하여 그 결과를 제시하였다.
초고층 건물에서의 설비시스템 개선을 통한 에너지 절감 및 커미셔닝 사례에 대하여 기존 문헌을 조사하였다.
커미셔닝 대상 건물의 사무용 공간을 대상으로 약 1년 6개월간 건물 운영데이터를 수집하고, 운영 현황을 파악 분석하였으며(Fig. 6), 이를 통한 시스템 자동제어 개선 사항들을 제시하였다.

대상 데이터

2015년 1월부터 2016년 10월까지 업무시설에서 사용되어진 에너지 사용량에 대하여 조사하였다. 월간 평균 전기 사용량은 1,042,275 kWh이며, 월간 평균 전기 요금은 174,840천원으로 나타났다.
열교환기는AHU와 FCU의 난방코일과 Fin tube에 온수를 공급한다. VFD가 설치된 AHU 78대, FCU 1261대를 공조 시스템으로 사용하며 VAV 유닛 1156대, CAV유닛 63대가 설치 되어있다. 6대의 AHU(외조기)가 건물 전체의 외기도입을 담당해 각 층의 공조실로 외기를 공급해준다.
연구대상 건물은 인천에 위치한 지하 3층~지상 68층으로 구성된 초고층 업무시설로 연면적은195,324m²이며, 업무시설이 지상 3층~33층, 호텔이36층~66층, 기계실이 67층~68층에 계획되어 있다.건물 설비시스템은 Table 1과 Fig.
열원으로는 공랭식 인버터 냉동기 20대와 흡수식 냉동기 5대, 냉각탑 5대와 열 교환기 24대를 사용하고 있다.

이론/모형

그 결과 연간 약 20%의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 확인되었다. 온실가스 배출량 산정 방법 및 에너지원별 배출계수는 IPCC 1996을 참고하여 산정하였다.

성능/효과

1) 개선안 별 에너지 절감량은 최소 8%(냉동기 제어)에서 최대 60%(냉수 공급온도 제어)까지 절감 가능한 것으로 나타났으며, 터미널 유닛제어 개선안이 전기에너지를 700,470 kWh 절감 가능한 것으로 나타났다.
2) 제시된 개선안을 모두 적용시 전기에너지는 1,739,289 kWh 절감이 가능한 것으로 예측되었으며, 연간 건물 에너지사용량의 약 22~34%가 절감되는 것으로 나타났다. 이를 비용으로 환산시 연간 총 3.
3) 대상건물에서 냉난방에 사용되어지는 에너지를 커미셔닝을 통한 개선안을 적용시 에너지 절감량은 냉수펌프제어(0.6%), 공급팬 정압제어(1%), 냉동기제어(1.6%), 냉수온도제어(2%), 터미널 유닛제어(3.5), 공급온도제어(4.9%), 이코노마이저제어(5.1%)로 나타났으며, 이는 기존 제어방식보다 연간 약 19%의 탄소배출량이 감소되는 것으로 나타났다.
5%), 6) 공급온도제어(4.9%), 7) 이코노마이저제어(5.1%)로 나타났으며, 이는 기존 제어방식보다 연간 약 19%의 탄소배출량이 감소되는 것으로 나타났다(Fig. 7).
각 개선안을 모두 적용했을 경우 전기에너지는1,739,289 kWh 절감이 가능한 것으로 분석되었으며,연간 건물에서 사용되어지는 에너지 중 약 22~34%가 절감되는 것으로 예측되었다(Table 4).
또한 커미셔닝 사항들을 바탕으로 에너지 절감량을 예측하였고, 기존의 제어방식에 의한 전기 및 중온수 사용량과 제안된 제어방식에 의한 에너지 소비량을 비교 분석 하였다. 그 결과 연간 약 20%의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 확인되었다. 온실가스 배출량 산정 방법 및 에너지원별 배출계수는 IPCC 1996을 참고하여 산정하였다.
(2010) [6]은 건물 커미셔닝의 하나인Continuous Commissioning의 정의와 절차를 설명하고, 이를 실제 오피스 건물에 적용하여 설비시스템의 최적화에 따른 에너지 사용량을 분석 및 제시하였다. 그 결과 연간 전기 사용량은 약 22% 절감되었고, 연간 가스 소비량은 약 47% 감소되는 것으로 나타났다.
에너지 절감에 따른 절감 비용에 가장 절감효과가큰 방법은 터미널 유닛 제어안으로 약 1년간 116,978천원이 절감될 것으로 나타났으며, 각 개선안을 모두 적용시 전기에너지 절감 비용은 290,461천원, 중온수 비용은 64,161천원으로, 연간 총 354,622천원이 절감될 것으로 분석되었다.
(2013) [3]은 다양한 창면적비와 창유리의 열 및 광학적 성능조건에서 업무용 건물의 내부 발열이 건물의 에너지요구량에 미치는 영향에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 연구결과 내부발열밀도가 20 W/m² 미만인 건물의 경우, 창면적비가 증가할수록 건물의 에너지요구량 또한 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다.
(2011) [5]은 커미셔닝 전과 후의 제어방식을 통한 결과를 제시하였으며, VAV 유닛, 변풍량 공조기,AHU, 냉수 공급시스템의 세부 요소들에 대한 커미셔닝 사례를 제시하였다. 전체 HVAC시스템을 대상으로 1년간 커미셔닝을 실시한 결과 약 12%의 전기사용량 절감, 연간 14%의 증기사용량 절감 효과를 나타냈다.
현재 수동제어 되고 있는 설비시스템을 자동제어로 운영할 경우 건물의 연간 에너지 소비량을 예측 한 결과 각 개선안 별 에너지 절감량은 최소 8%(냉동기 제어)에서 최대 60%(냉수 공급 온도 제어)까지 절감이 가능한 것으로 나타났으며, 터미널 유닛 제어 개선안이 최대 전기 에너지 절감(700,470 kWh)이 가능한 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건물 커미셔닝이란?	또한, 건물 커미셔닝(Building Commissioning)은 건물의 설비시스템의 기존 운영 현황을 파악하고, 건물 에너지 효율 및 거주자의 쾌적성을 향상시키기 위하여 개보수 및 개선사항을 파악하는 과정이다(Kim et al., 2017) [2].
	국내 초고층건물의 문제점은?	지금까지 국내 초고층건물에서는 과대한 냉난방 비용이 발생하는 것으로 알려져 왔으며, 환기 부족으로 거주환경에 대한 문제점이 지속적으로 지적받고 있다. 이는 초고층 건물의 경우, 건물 외피로 인해 야기되는 냉난방 부하가 크고, 쾌적한 거주공간을 유지하기 위해 냉난방, 공조, 급탕 및 전기설비 등에서 에너지 소비량이 크게 요구되기 때문이다.여름철 커튼월을 통한 외부 일사유입이 큰 반면, 고기밀 성능의 커튼월이 시공되고 자유롭게 열 수 있는 창면적이 작기 때문에 자연환기량이 부족하고 냉방에 대한 요구량이 크게 나타난다. 이는 거주자 입장에서 온열환경 측면 뿐 아니라, 빛환경, 공기환경 측면에서도 열악한 환경에서 거주하는 원인이된다.
	초고층 건물에서 냉난방 및 환기에 소요되는 에너지를 줄이려면?	초고층 건물에서 냉난방 및 환기에 소요되는 에너지를 줄이기 위해서는 1차적으로 건물 외피를 통해 손실되는 에너지를 줄이고, 다음으로 열원이나 분배시스템, 터미널 유닛에서 건물 운영기간동안 손실되는 에너지를 줄여야 한다(Lim et al., 2012) [1].

참고문헌 (6)

Lim Jae-Han and Kim Kwang-Woo, "Design Technology for Energy Saving in Super-tall Complex Building", Architecture of the the Architectural Institute of Korea, 56(04), (2012), pp.35-45.
Kim Hyo-Jun, Cho Young-Hum, Ryu Seong-Ryong, and Cho Hyun, "Proposal of Energy System Improvements through Building Commissioning Process of High-rise Building", Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems 11(2), (2017), pp.100-107.
Yoon, Yong-Sang, Choi Won-Ki, and Sim Myoung-Hee, "A Study on the Characteristics of the Energy Performance in Curtain Wall Building - Focused on the Glazing Type, Window to Wall Ratio and Internal Gains", Journal of the Architectural Institute of Korea, 29(7), (2013), pp.255-264.
Chae Young-Tae, Huh Jung-Ho, and Sohn Jang-Yeul, "Building Load Characteristics and Energy Conservation Strategies in High-rise Office Building", Society of Air-conditioning and refrigerating engineers of Korea, 11, (1998), pp.590-595.
Cho Young-Hum and Ahn Dong-Joon, "A Study on the Improving Energy Efficiency through Retro-Commissioning" Journal of the Architectural Institute of Korea, 27(9), (2011), pp.301-308.
Cho Young-Hum, "Continuous Commissioning Process and Application", Journal of the Korean Solar Energy Society, 30(5), (2010), pp.77-84.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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