[논문]학교 건물에서의 에너지절감 성과 활동 검증을 위한 방법론 연구

이항주; 김인수

doi:10.5855/energy.2020.29.1.025

초록
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최근 제로에너지건축물 의무화 정책이 추진됨에 따라 Zero Energy School로의 전환을 위한 정책/제도들이 추진되고 있으나 학교 건물에 대하여 에너지절감 활동결과 그 성과를 체계적으로 분석, 검증할 수 있는 방법이 제시되어 있지 않는 상황이다. 에너지성과 검증방법론 연구를 위하여 관련 유사표준들의 현황을 참고하였으며, 그 외 방법론들의 사례 조사를 통해 현장에서 성과를 분석해 볼 수 있는 Tool에 대한 검토와 더불어 국내 학교 현장방문을 통한 에너지관리 실태 및 특성을 분석하였다. 본 논문에서는 신규, 기존학교 건물에서의 냉난방설비, 조명, 단열 강화, 운영행태 변경, 운전방법 개선 등 각종 에너지절약사업의 수행과 에너지절약사업 이행 전·후의 에너지절감량을 검증할 수 있는 M&V 방법 등에 대하여 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, as the mandatory policy of zero energy building is promoted, policies / systems for transition to Zero Energy School are being promoted, but there is no method to systematically analyze and verify the results of energy saving activities for school buildings. For the study of energy perform...

Recently, as the mandatory policy of zero energy building is promoted, policies / systems for transition to Zero Energy School are being promoted, but there is no method to systematically analyze and verify the results of energy saving activities for school buildings. For the study of energy performance verification methodology, the current status of related standards was referred to, and the case study of other methodologies was conducted to examine the tools that can analyze the performance in the field. In addition, this study analyzed the current status and characteristics of energy management through domestic school visits. In this paper, we presented various energy saving projects such as air conditioning and heating facilities, lighting, insulation, change operation behavior, and improve operation methods in new and existing school buildings, and M & V methods for verifying energy savings before and after implementation of energy conservation projects.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Flowchart of energy performance verification method in school building
표 Table 1. Major Factors and Contents for Energy-saving Analysis of School Buildings
표 Table 2. Boundary Definition
그림 Fig. 2. Middle School Boundary Drawing
표 Table 3. Summary of Simulation target school
표 Table 4. Middle School Energy Map
그림 Fig. 3. Actual power consumption VS adjusted power consumption Compare with Actual power consumption with adjusted power consumption
표 Table 5. Result of power consumption model analysis
표 Table 6. 에너지성과평가 결과 Energy performance evaluation result

AI 본문요약
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제안 방법

또한 학교에 이해 관계자들과 가장 관련이 있는 에너지효율 혜택을 확인하고 이를 통해 이점들을 식별한다. 에너지절감, O&M, 학습에 적합한 환경, 온․ 습도 쾌적성, 안전성, 신뢰성 제고(정전 회피), 법적 의무사항 등이 해당되며, 이러한 조치에 따라 M&V 방법의 선택도 달라질 수 있다.
에너지베이스라인(2016년) 에너지사용량 그리고 2017년 및 2018년도의 조정된 에너지사용량(년도별 절감율 0%, 2,345 MMBTU 및 2,099 MMBTU)을 기준으로, 2017년도에는 5% 절감된 사용량(2018년도 조정된 에너지사용량의 95%, 2,228 MMBTU), 2018년도에는 -1% 절감된 사용량(2018년도 조정된 에너지사용량의 96%, 2015 MMBTU)을 적용하여 모델링 하였다.
에너지성과 검증방법 개발을 위하여 ISO50006, ISO17741, GSEP 2장 프로젝트 M&V 계획 수립, FEMP, New SouthWales 주정부 자료1), World Bank 자료2)를 참고하였고, GSEP M&V Tool의 알고리즘 그리고 M&V 2.0 방법론 등도 함께 검토하여 현장에서 성과를 분석해 볼 수 있는 Tool에 대한 검토와 더불어 국내 학교 현장방문을 통한 에너지관리 실태 및 특성을 조사하였다.

대상 데이터

M 중학교에서 수집된 데이터를 기초로 하여 수립된 3개년도(2016~2018) 에너지사용량 데이터, 기후변수, 학교 운영행태 변수 등을 선정하고, EnPI V5.0 Tool을 활용하여 년도별 에너지절감률이 2017년 0%, 2018년 0%인 경우와 5%, –1%인 경우의 월별 전력사용량 및 9개 변수를 사용하여, 성능평가 모델을 시뮬레이션한 결과는 다음과 같다.
에너지성과 평가를 위한 검증 방법론에 대한 시뮬레이션은 학교를 우선 대상으로 하여 추진하였으나, 학교 건물에서의 2~3년간 에너지용도별 에너지 사용량 등의 데이터 확보가 가능한 학교를 찾기에는 한계가 있어, 그동안 에너지모니터링시스템 개선을 위해 수차 방문했던 학교(M중학교)를 대상으로 선정하였다. 이 학교는 3월 신설 개교하였고, 2019년 현재 1~2학년 500여명이 수업 중에 있으며, 에너지관련 현황은 다음과 같다.
에너지절감 성과는 베이스라인 대비 에너지사용량의 증감에 의해 산출되므로 이 학교에서 사용하는 에너지원인 전력, 도시가스의 월별사용량을 종속변수로 선정할 수 있으며, 금번 시뮬레이션 과정에서는데이터 수집의 한계 등으로 인하여 전력사용량만 대상으로 하여 선정하였다.

성능/효과

2017년~2018년 2개년간 누적 절감량은 201 MMBTU 인 것으로 나타났으며, 에너지절감률은 당초 가정한대로 에너지베이스라인 년도인 2016년 대비 2017년 5%, 2018년 –1%로 누적 절감률은 2017년 5%, 2018년 4%로 나타났다.
9개의 독립변수 중 평균기온(수업시간대), 평균상대습도(수업시간대), HDD+CDD(수업시간대), 일조율 (수업시간대)이 전력사용량에 영향을 많이 주는 인자로 도출되었으며, 특히 일조율 ,평균기온에 의한 영향이 가장 높은 것으로 나타났다.
외부로부터 공급받는 에너지는 전력, 도시가스이며, 그리고 자체 생산되는 태양광발전에 의한 전력으로 구분되며, 에너지는 냉/난방, 조명, 급탕, 환기, 취사, 기타 부분에서 에너지원으로 사용된다. 자체 생산된 태양광발전량은 학교내 사용하고 남을 경우 전량 버려지고 있으며, 특히 방과 후, 주말 및 방학기간에는 버려지는 전력이 상당히 많은 것으로 나타났다.
학교 건물에서 독립변수를 선정하면서 학교 특성을 반영할 필요성에 대해 검토한 결과, 학교의 특성상 겨울 및 여름 방학기간동안 외기온도는 년중 기온에 비해 상당히 낮거나 높은 반면 수업이 없어 냉, 난방 부하는 상당히 낮아, 통상 적용될 수 있는 년중 기후에 따른 HDD(난방도일), CDD(냉방도일)를 적용하기에는 부적절하며, 그 외 일조시간의 합, 일 조율도 학교 특성을 반영하여 적용함이 적절한 것으로 나타났으며 또한, 천안지역 기준 외기온도를 비교해보면 수업시간대가 24시간 기준 평균 기온에 비해 약 2.3 ℃ 높게 나타났으며, 난방시기에는 2.7 ℃, 냉방시기에는 2.5 ℃ 높게 나타났다.
학교건물에 대한 에너지절감 활동결과 그 성과를 체계적으로 분석, 검증할 수 있는 에너지성과 검증방법론을 제시하고 종속변수와 독립변수를 선정, EnPI Tool을 활용하여 시뮬레이션 한 결과 적용한 모델은 적합성이 있는 것으로 나타났다.

후속연구

실제 데이터를 계측, 수집, 분석 등을 통해 학교내에서의 운영비용 측면에 에너지절감 활동들이 많이 도출될 것으로 보이며, 신뢰할 수 있는 세분화된 데이터를 통해 M&V 검증 또한 활성화 될 것으로 예상된다.
앞으로 2020년 공공시설의 제로에너지의무화 시행에 따라 학교 건물도 이에 대상자 되며, 점차 EMS 시스템을 도입 운영하는 학교들을 지속적으로 늘어날 것으로 판단된다. 실제 데이터를 계측, 수집, 분석 등을 통해 학교내에서의 운영비용 측면에 에너지절감 활동들이 많이 도출될 것으로 보이며, 신뢰할 수 있는 세분화된 데이터를 통해 M&V 검증 또한 활성화 될 것으로 예상된다.
실제 데이터를 계측, 수집, 분석 등을 통해 학교내에서의 운영비용 측면에 에너지절감 활동들이 많이 도출될 것으로 보이며, 신뢰할 수 있는 세분화된 데이터를 통해 M&V 검증 또한 활성화 될 것으로 예상된다. 이러한 정책/제도들의 시행에 따른 학교 건물 대상에 대한 통합 운영 가이드라인이 앞으로 필요할 것으로 보이며, 지속적인 연구를 통해 활성화 방안 또한 모색하여야 할 것이다.
학교 건물에서의 에너지사용 분석에 필요한 인자는 용도에 따른 에너지원 사용량, 에너지 사용행태 및 관리 현황, 에너지시설 관리현황, 에너지성과 관련 측정 시스템 수준이 필요하며, 건물 내 EMS 시스템이 구축되어 있을 경우 좀 더 수월한 분석이 이루어 질 수 있다. 아래 표는 학교 에너지 현황, 시설 운영 및 관리 현황에 대한 주요 인자를 분류하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ECM 세부정보에 포함할 사항에 필요한 조건으로 무엇이 있는가?	에너지절감량 검증 프로세스는 제안된 ECM(Energy Conservation Measure : 에너지절감조치)으로부터 시작되며, ECM는 일반적으로 진단, 유사한 활동 중에 확인한다. 특히, ECM 세부정보에 포함할 사항으로는 비용, 기간, 시설에 영향성, 단순기기 교체등 다양한 조건들이 필요하고 이를 통해 M&V 옵션을 선택하게 된다.
	학교 건물에서의 에너지사용 분석에 필요한 인자로 무엇이 있는가?	학교 건물에서의 에너지사용 분석에 필요한 인자는 용도에 따른 에너지원 사용량, 에너지 사용행태 및 관리 현황, 에너지시설 관리현황, 에너지성과 관련 측정 시스템 수준이 필요하며, 건물 내 EMS 시스템이 구축되어 있을 경우 좀 더 수월한 분석이 이루어 질 수 있다. 아래 표는 학교 에너지 현황, 시설 운영 및 관리 현황에 대한 주요 인자를 분류하였다.
	학교에 이해 관계자들과 가장 관련이 있는 에너지효율 혜택으로 어떠한 것들이 있는가?	또한 학교에 이해 관계자들과 가장 관련이 있는 에너지효율 혜택을 확인하고 이를 통해 이점들을 식별한다. 에너지절감, O&M, 학습에 적합한 환경, 온․ 습도 쾌적성, 안전성, 신뢰성 제고(정전 회피), 법적 의무사항 등이 해당되며, 이러한 조치에 따라 M&V 방법의 선택도 달라질 수 있다.

참고문헌 (20)

ISO 50006:2014, Energy management systems - Measuring energy performance using energy baselines (EnB) and energy performance indicators (EnPI) - General principles and guidance
ISO 17741:2016, General technical rules for measurement, calculation and verification of energy savings of projects
ISO 17742:2015, Energy efficiency and savings cal culation for countries, regions and cities
ISO 50001:2011, Energy management systems - Requirements with guidance for use Energy management systems
ISO 50015:2014, Measurement and Verification of Energy Performance of Organizational - General Principles and Guidance
ISO 50047:2016, Energy Savings Determinations of Energy Savings in Organizations
ISO 10006:2003, Quality management systems - Guidelines for quality management in projects
IPMVP(International Performance Measurement and Verification Protocol) Vol.1
IPMVP(International Performance Measurement and Verification Protocol) Core Concepts
GSEP M&V Energy Performance Measurement and Verification - Guidance on Data Quality
GSEP MV Process for Calculating and Reporting on Energy and Demand Performance - General Guidance
ASHREA(American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers) Guideline 14-2014, Measurement of Energy, Demand, and Water Saving
FEMP(Federal Energy Management Program) M&V guidelines : Measurement and Verification for Performance-Based Contacts Version 4.0, NOV 2015
US DOE. 2014. Department of Energy Advanced Manufacturing Office EnPI V5.0 Tool Algorithm
ISO 50015:2014, Energy management systems - Measurement and verification of energy performance of organizations - General principles and guidance
EVO 10100-1:2014, Statistics and uncertainty for IPMVP
U.S. Department of Energy, Superior Energy Performance - Measurement and Verification Protocol for Industry
World Bank Technical Report 011/17, Assessing and Measuring the Performance of Energy Efficiency Projects.
New South Wales Governments, Measurement and Verification Operational Guide-Best Practice M&V Process
Lee, Y. R. 2017, A Study on Performance Verification for Remodeling of Existing Building with EnPI , KIAEBS, Vol. 11, No. 5, pp. 392-403

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