공조시스템 용량과 재가동 시작 시간 설정에 따른 실내 열환경 및 에너지 사용량 평가 (Evaluation of the Indoor Thermal Environment and Energy Usage by Adjusting the Heating System Capacity and the Restart Time)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 3호 / 113 ~ 125페이지
· 저자명 : 진산, 이찬욱, 도성록

초록

본 연구는 재실 패턴에 따라 간헐적으로 운용되는 HSCP 및 HSRT에 따른 실내 열환경과 에너지 사용량을 평가하였다. 이를 위해 사무용 건물 시뮬레이션 모델을 이용하여 에너지 시뮬레이션을 수행하고 Case별 시뮬레이션 결과를 분석하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
(1) 난방시스템 CLR에 따른 Recovery time 평가 결과, CLR이 증가할수록 Recovery time은 감소하였다. CLR 0.6인 경우는 재실 기간 내에 실내온도가 난방설정온도에 도달하지 못하였다(Recovery time 측정 불가). CLR 0.8∼CLR 2.0은 재실 기간 내에 실내온도가 난방설정온도에 도달하였으나, CLR 1.4 미만의 Cases는 누적 난방부하를 이른 시간 내에 제거하고 실내온도를 상승시키기 위한 열량을 공급하기 위해 부족한 용량이었다. 따라서 본 연구에서 HSCP는 재실 시작 시간 이전에 실내온도를 난방설정온도에 도달시키기 위해 CLR 1.4 이상으로 설정되어야 할 것으로 판단된다.
(2) 난방시스템 CLR에 따른 에너지 사용량 평가 결과, CLR이 증가할수록 일간 에너지 사용량이 증가하였다. 이는 CLR이 증가할수록 난방시스템이 감당 가능한 첨두부하가 증가하여 난방부하가 신속하게 제거되기 때문이며, 이는 Recovery time 단축에 이점으로 작용하였다. 따라서 본 연구에서 HSCP는 실내 열환경 및 에너지 사용량 평가 결과를 동시에 고려하여 CLR 1.4로 설정되어야 할 것으로 사료된다.
(3) HSRT에 따른 실내온도 및 Recovery time 평가 결과, HSRT가 늦게 설정될수록 Recovery time이 감소하였다. 이는 시간이 오전 9시에 가까워질수록 증가하는 내부 발열량 및 일사 획득 열량에 의해 난방부하가 감소하기 때문이다. 그리고 HSRT가 오전 7시 이후로 설정된 경우에서 실내온도가 재실 시작 시간 이전에 설정온도에 도달하지 못하였다. 따라서 본 실내 열쾌적성 저하 방지를 위해 본 연구에서의 HSRT는 최소 오전 7시 30분 이전으로 설정되어야 할 것으로 판단된다.
(4) HSRT에 따른 에너지 사용량 분석 결과, HSRT가 늦게 설정될수록 난방시스템의 일간 가동시간이 감소함에 따라 에너지 사용량 또한 절감되었다. 그리고 HSRT가 늦게 설정될수록 증가하는 내부 발열량 및 일사 획득 열량에 의해 난방시스템의 첨두부하가 감소하였다. 따라서 Recovery time 분석 결과와 에너지 사용량 분석 결과를 동시에 고려하여 본 연구에서의 HSRT는 오전 7시∼오전 7시 30분으로 설정되어야 할 것으로 사료된다.
(5) HSCP 및 HSRT를 동시에 고려한 Heat map 분석 결과, HSCP의 증가는 Recovery time의 감소 및 에너지 사용량 증대를, HSRT의 지연은 Recovery time의 감소 및 에너지 사용량 감소를 야기하였다. 이에 재실기간 초기의 실내 열쾌적성 저하 방지 및 에너지 사용량 절감을 위한 본 연구에서의 최적 HSCP는 CLR 1.6, 최적 HSRT는 오전 8시일 것으로 판단된다.
본 연구 결과는 사무용 건물의 난방시스템이 간헐적으로 운용될 경우, 재실기간 초기의 실내 열쾌적성 악화 방지 및 불필요한 에너지 사용 방지를 위해 최적의 HSCP 결정이 선행된 이후에 HSRT가 적절하게 설정되어야 할 것을 시사한다. 본 연구는 시뮬레이션을 기반으로 수행되었기 때문에 분석 결과는 추후 실제 건물에 적용 후의 결과 비교를 통한 검증이 요구된다. 또한 본 연구의 분석 결과를 기반으로 실내 열쾌적성 만족과 에너지 사용량 절감을 동시에 달성 가능한 공조시스템 최적 제어에 관한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.

영어초록

An office heating system is intermittently operated according to general occupancy patterns. When the heating system is not operated, the heating load accumulates in the indoor space, causing a decrease in the indoor air temperature. Because of this phenomenon, recovery times are required when the heating system is restarted and are affected by the heating system capacity and restart time. An excessive capacity causes an increase in the recovery time and an insufficient capacity causes an increase in the installation cost. Also, if the heating system restart time is set late, it may cause a worsening of the indoor thermal environment. Conversely, if the restart time is set early, it may cause unnecessary energy usage, therefore, determining the optimal capacity and restart time is important. This study aims to evaluate the recovery time and energy usage according to various heating system capacities and restart times. To achieve this, an energy simulation was implemented using EnergyPlus by varying the heating system capacity and restart time. As a result, the recovery time varied between 46-379 min and the daily energy consumption varied between 636.0-879.7 kWh with various heating system capacities. The recovery time varied between 53-118 min and the daily energy consumption varied between 675.4-869.8 kWh with various heating system restart times.

참고자료

· 없음