공조설비 운전방법 및 시설개선을 통한 에너지절약 효과분석 논문자료

공조설비 운전방법 및 시설개선을 통한 에너지절약 효과분석
An Analysis of the Energy Saving Effect Through the 
Retrofit and the Optimal Operation for HVAC Systems

건물 에너지 관리의 주요 목표는 편안한 환경 조건을 유지하면서 에너지 소비를 최소화하는 것입니다. 오늘날 HVAC 에너지 등을 절약하기 위한 건물 에너지 관리가 고효율 장비와 최적의 운영을 갖춘 기존 건물 서비스 부문에 가장 중요한 문제입니다. 이 연구에서는 건물 장비 개조와 운영 방법 개선의 건물 에너지 절감 효과, 특히 HVAC 시스템 분야에서 국내 중소 규모 건물을 대상으로 분석했습니다. 상업용 건물에서 총 에너지 소비량과 비교하여 8.8% 이상의 에너지 절감이 달성되었습니다. 이러한 결과는 다양한 건물 서비스 장비 및 관련 시스템의 합리적인 유지 관리와 효율적인 관리에 사용될 수 있습니다.

---

연구 주제

 

1. 문제 정의

본 연구에서는 지역냉난방을 수행하는 중소형 사무용 건물의 공조시설 개보수 및 운전개선을 통한 건물에서의 연간 냉난방 에너지 절약 효과를 분석하고자 한다.

추가적으로 각종 순환펌프에 대한 유지관리 시기 및 교체시기를 알 수 없고, 타 건물에 비하여 전력사용량이 많다는 문제점을 지적하였다.

2. 가설 설정

먼저 기계실에 설치된 구형 흡수식 냉동기의 운전성능을 알 수 없어 합리적인 교체 시기를 판단할 수 없다는 것이다.

Y：Heating energy consumption(Gcal/d).

또한, 2009년 12월의 공조기 환기온도는 약 29.2℃이었고, 2010년 2월의 공조기 환기온도는 24.0℃로 5.2℃의 실내온도 편차를 보였으며(공조기 환기온도가 건물의 실내온도를 대표하는 것으로 가정함), 실내외 온도 변화에 따른 냉난방 에너지 소비량은 1℃당 약 4～7%에 달하므로 본 연구에서는 5%를 적용하여, 실내온도 관리에 의한 난방에너지 절감율은 26%(5.2℃×5%/℃)로 가정하였다.

 

연구 방법

 

1. 제안 방법

온도측정은 PT100 센서를 탑재한 온도변환기(정확도 ±0.2℃ 미만, 4～20 mA 출력)를 사용하였고, 전력량 측정은 전력변환기(PD： Power Transducer, 정확도 ±0.2%, 4～20 mA 출력) 를 사용하였다.

냉수 및 중온수의 유량측정은 배관 외벽에서 유량을 측정할 수 있는 초음파식 유량계(제조사：프랑스 Ulra-Flux, 모델：E- WAVE, 정확도 1% 미만)를 설치하였다.

즉, 재생기 입․출구 온도, 흡수기 입․ 출구 온도, 응축기 출구온도 및 증발기 출구온도를 측정하였다.

먼저, K 건물을 온라인(on-line) 또는 오프라인(off-line)으로 유지관리하면서 난방분야에서 공조기 냉온수 유량제어밸브의 수리(Case ⓐ), 공조기 환기설정온도의 조정(Case ⓑ), 실내온도의 관리 (Case ⓒ), 동절기 동파방지운전 개선(Case ⓓ), 난방 및 급탕용 열교환기 오버홀(Case ⓔ)에 따른 개보수 전후의 에너지소비량을 분석하였다.

본 연구에서는 중규모의 사무소 건물인 K 건물을 대상으로 온라인 또는 오프라인으로 유지관리하면서, 공조기 냉온수 유량제어밸브의 수리, 공조기 환기 설정온도의 조정, 실내온도의 관리, 동절기 동파방지운전 개선 등의 시설 개보수 및 운전방법을개선하였으며, 이에 따른 에너지 절감효과를 정량적으로 분석하였다.

따라서 열원설비와 공조기를 대상으로 성능진단 및 고장진단을 실시하였고, 이에 따라 부착되는 센서도 유량계, 온도계, 전력량계 등이 기기별로 다수 설치되었다.

2. 대상 데이터

중소형 건물의 시설 개보수 및 운전개선을 통한 에너지절약 효과를 분석하기 위하여 고양시 소재의 K 건물을 선정하였다.

 

연구 결과

 

1. 성능/효과

밸브 교체 전후의 운전조건이 유사한 일간 데이터를 이용하여 일간 중온수 사용량을 각각 계산하면, 밸브 교체 후의 중온수 절감량은 872 Mcal/d로 밸브 교체 전 중온수 사용량의 23.4%를 절감하였다.

운전조건 및 외기조건이 유사한 상태에서 공조기 환기 설정온도를 30℃에서 24℃로 조정함에 따라 일간 중온수 절감량은 1,872 Mcal/d로 설정온도 조정 전 중온수 사용량의 33.5%를 절감할 수 있었다.

K 건물의 공조에너지 사용량은 2009년도 기준으로 114 toe/y이므로 공조에너지 절감율은 31.2%에 달하며, K 건물의 총 에너지 사용량 대비 8.8%(실내온도 관리 미포함)을 절감할 수 있었다.

2. 후속 연구

한편, K 건물(본관1동)의 총 에너지 사용량 중 전기사용량이 72%를 차지하므로 향후 전기에너지를 절감할수 있는 방안을 강구해야 할 것으로 판단된다.

향후, 온라인 건물통합관리 시스템을 이용하여 다수의 건물에 대한 운전 데이터를 지속적으로 수집할 예정이고, 관리하고 있는 건물에 대한 시설 및 운전개선 효과를 계속 검토할 예정이다.

---

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201215657176586

[논문]공조설비 운전방법 및 시설개선을 통한 에너지절약 효과분석