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[설비공학회 하계학술대회] 건물에너지전문위원회

건축물 에너지절감·쾌적성 향상 가능성 제시


대한설비공학회 하계학술발표대회 건물에너지전문위원회 특별세션에서는 △에어컨 사용 행태모델이 냉방에너지사용량에 미치는 영향력 분석(문선혜 서울시립대 연구원) △건물에너지 소비량예측 및 평가도구 개발에 관한 연구(이태동 에코시안 수석연구원) △대학도서관 열람실 내 이산화탄소 농도변화에 따른 재실자 온열감 분석(신학종 서울시립대 연구원) △건물에너지관리시스템 현장적용 및 보급확대방안 검토(이태원 한국건설기술연구원 소장) 등 발표가 진행됐다.


문선혜 서울시립대 연구원은 “아파트의거주자 에어컨사용행태가 냉방에너지 사용량에 미치는 영향력을 단열성능에 따라 시뮬레이션 했다”라며 “이를 통해 에너컨 사용빈도 및 사용시간과 건물성능의 상관성을 살펴봤다”라고 밝혔다.


건물의 최종 냉방에너지사용량은 건물의 단열성능에 큰 영향을 받는다. 거주자가 에어컨을 켰을 때 냉방부하의 저감속도, 에어컨이 가동중지되는 시점에서 냉방부하가 다시 증가되는 속도에 따라 에너지소요량에 차이가 발생한다.


이번 발표는 거주자의 행태가 동일하다는 전제 하에 건물의 단열성능이 상이한 경우 에어컨 운영에 따른 예측모델별 냉방에너지사용량 변화를 시뮬레이션한 연구결과가 소개됐다.


문 연구원은 “시뮬레이션 결과 건물의 단열성능이 에어컨 사용률에 미치는 영향력은 미미한 것을 분석으며 반면 높은 설정온도에서 에어컨 사용시간은 증가하는 것으로 분석됐다”라며 “냉방에너지 사용량의 경우 설정온도가 높을수록 감소하는 반면 건물의 단열성능과의 상관성은 없는 것으로 분석돼 이는 건물의 단열성능보다는 설정온도가 냉방에너지사용량에 미치는 영향력이 더 크다는 의미”라고 밝혔다.


이태동 에코시안 수석연구원은 ‘건물에너지 소비량예측 및 평가도구 개발에 관한 연구’ 발표에서 “건물온실가스 감축을 위한 효율적 에너지관리를 목적으로 BEMS 개방형플랫폼 및 표준화에 대한 연구개발이 진행되고 있다”라며 “그러나 적용기술에 대한 절감효과를 분석할 수 있는 도구는 미비한 실정”이라고 밝혔다.


이번 발표에서는 BEMS 도입효과를 예측하고 평가할 수 있는 도구개발 현황이 소개됐다. 예측 및 평가도구는 평가방법론에 따라 수식·회귀·시뮬레이션 도구로 구분되며 설계값을 입력하거나 개방형 플랫폼과 연동을 통해 관제점을 조회·등록함으로써 데이터를 직접 이용할 수 있다.


디바이스 공급자 및 소프트웨어 공급자는 개방형 플랫폼의 라이브러리에 제품을 등록하게 된다. 평가도구는 소프트웨어 라이브러리에 평가방법론에 따른 분석모듈별로 각각 등록된다. 이를 통해 핵심기술의 절감효과를 예측 및 평가할 수 있으며 분석단계는 관제점데이터 매핑 및 분석알고리즘으로 구성된다.


이태동 연구원은 “이번 연구를 통해 데이터레벨, 평가시점, 평가방식에 따라 수식분석,회귀분석, 시뮬레이션분석 중에서 방법론을 결정해 BEMS 도입효과를 예측 및 평가하는 도구를 개발했다”라며 “이를 이용함으로써 건물생에주기에 따라 효과적인 건물에너지관리가 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.


신학종 서울시립대 연구원은 ‘대학도서관 열람실 내 이산화탄소 농도변화에 따른 재실자 온열감 분석’ 결과를 발표했다.


신 연구원은 “대학도서관 열람실의 경우 학습능률 향상을 위해 실온제어가 아닌 쾌적제어가 적합하다”라며 “이를 위해서는 시험기간, 방학 등 대학도서관의 특징적인 재실스케줄에 적합한 제어방식을 고민해야 한다”고 밝혔다.


대학도서관은 시험기간과 같은 특정 시점에 높은 재실밀도에 따라 CO₂ 농도가 급격히 증가하는 특성이 있어 온열환경, 실내공기질에 더해 이와 같은 상황을 종합적으로 고려할 필요가 있다.


이번 연구는 대학도서관 열람실의 평균복사열, 실내공기온도, 실내상대습도, CO₂ 집중도 등의 데이터를 분석한 결과 CO₂ 농도가 2415ppm 이상인 경우 재실자 온열감에 영향을 끼질 수 있음이 확인됐다. 이에 따라 쾌적제어 시 PMV(예상평균온열감) 제어만으로는 적합하지 않다는 결론이 도출됐다.


신 연구원은 “향후 CO₂ 농도가 높은 조건에서 데이터수집을 통해 농도와 온열감 사이의 상관성 분석을 진행할 것”이라고 밝혔다.


이어 이태원 한국건설기술연구원 소장이 ‘BEMS 현장적용 및 보급확대방안 검토’를 주제로 발표를 진행했다.


이태원 소장은 “국내 건물관리시스템은 일반적으로 BAS를 기반으로 운영되고 있으며 BEMS라는 명목으로 공급되는 시스템도 수집된 정보를 모니터링하는 수준에 그치고 있다”라며 “이번 연구에서는 개방형 운영체계를 이용한 저비용 고성능 BEMS 보급 확대방안을 현장적용 및 실증사례를 통해 검토했다”라고 밝혔다.


개방형플랫폼 기반의 BEMS는 경기도 화성시에 위치한 한국건설기술연구원 화성청사에 적용돼 있다. 2016년 80개의 관제점을 선정했으며 2017년 세부분기의 전력소비량 분석을 위해 35개의 관제점을 추가로 선정했다.


개방형 BEMS 플랫폼은 건물관리에 필요한 S/W와 각종 관리도구로 구성된다. 관리도구는 관리시스템 설계를 지원하는 DM, 현장 디바이스 설치를 지원하는 FM, 설치된 서비스모듈의 필요한 정보를 제공하는 SMM, 모든 정보를 저장하고 제공하는 컨트롤타워 역할의 DIM 등 여러 프로그램으로 구성된다.


실증현장의 전력소비율을 분석한 결과 항온항습기에서 3.8%, 개별시스템에서 9.7%, 전력소비율이 절감돼 공조분야에서는 총 12%의 에너지를 절가한 것으로 나타났다. 또한 사무용에서는 총 5.6%, 위생용에서는 1.4%의 에너지를 절감했다.


다만 실험장비 및 실험의 증가로 실험용에서 12.4%, 실험용 배기팬의 증설로 기타항목에서 6.5%의 에너지가 증가했다. 향후 추가 센서설치를 통해 이 부분에 대한 상세분석이 진행될 예정이다.


이와 함께 향후 연구에서는 외기냉방 항온항습시스템 도입, 태양열원·지열원 하이브리드 시스템 운영, 근무시간 외 불필요 전력사용 장비 운영방법 개선 등으로 추가적 에너지절감이 가능한지를 분석할 방침이다.


종합적으로 보면 이번 실증사례를 통한 분석 결과 개방형 운영체계를 기반으로 누구나 쉽게 적용가능한 BEMS 구축이 가능한 것으로 나타났다. 개방형 운영체계를 이용하면 센서구매, 설치비를 제외하고 별도의 외부 전문가나 추가비용 없이 건물에너지분석을 위한 관제점 데이터 수집, 모니터링이 가능하다.


개방형 운영체계 연구단에서는 향후 건물에너지소비량 분석·관리·진단, 통합제어시스템 및 설비 성능분석 서비스모듈, 고장예측 서비스 모듈 등을 현장에 적용해 관리자들이 효율적으로 활용할 수 있고 경제적으로 우수한 시스템을 구현할 예정이다.