공조설비 경제수명 해석을 위한 LCC 분석 패키지 개발에 관한 연구 논문자료

공조설비 경제수명 해석을 위한 LCC 분석 패키지 개발에 관한 연구
A Development of a LCC Analysis Package 
for Maintenance of HVAC Equipments

건물의 HVAC 시스템은 성능과 내구성에서 매우 다양한 특성을 가지며, 이는 관리인(superintendent)의 관리 및 유지보수 능력에 따라 크게 좌우됩니다. 이러한 시스템이 제대로 관리되지 않으면 결국 기대 수명이 단축되고, 낮은 효율로 인해 운영 비용과 에너지 소비가 증가하게 됩니다. 따라서 건물 시설을 적절히 유지하고 효율적으로 사용하는 방법을 개발하는 것이 필수적이며, 이를 통해 지구 환경과 제한된 자원을 보호할 수 있습니다. 본 연구에서는 LCC(Life Cycle Cost) 기반의 수치 계산 패키지를 개발하여 효율적인 유지보수 계획을 수립하고, 장비의 수리 또는 교체 시점을 합리적으로 결정하는 방법을 연구할 예정입니다.

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연구 주제

 

1. 문제 정의

이에 본 연구에서는 설비의 효율적 유지관리를 지원할 수 있는 LCC 분석 프로그램 패키지를 개발하고자 한다.

본 연구에서는 당 연구원에서 수행한 과제인 “공조설비 성능진단 및 통합형 제어 · 관리시스템 개발” 연구를 통해서 개발한 LCC 분석 패키지를 사용하여 보다 현실적이고 정확한 계산을 통해 LCC 분석의 정확성을 높이고자 하였다.

2. 가설 설정

또한 유지관리 비용을 설치비에 대하여 일정한 비율로 가정하였고, 시간의 경과에 따른 대상기기의 성능 저하로 인한 운전비의 증가는 전혀 고려하지 못하고 있다.

유지관리 비용을 설치비에 대하여 일정한 비율로 가정하였고, 시간의 경과에 따른 대상기기의 성능 저하로 인한 운전비의 증가는 전혀 고려하지 못하고 있다.

열원설비는 연면적 20,000 m2의 업무용 빌딩에 대해서 용량이 300 RT인 터보냉동기 2대와 시간당 4톤 및 3톤 용량의 증기보일러가 각 1대씩 설치되어 있는 것으로 가정하였다.

유지관리 비용을 설치비에 대하여 일정한 비율로 가정하였고, 시간의 경과에 따른 대상기기의 성능저하로 인한 운전비의 증가는 고려하지 못하고 있다.

 

연구 방법

 

1. 제안 방법

즉 온라인으로 제공되는 설비의 성능 및 비용정보, 운전정보, 금용정보를 통합·분석하여 설비의 LCC를 계산하고, 대안 별 비교 분석을 통하여 설비의 최적 유지관리 방안을 지원할 수 있는 정보를 제공하게 된다.

LCC 분석을 위한 입력자료로는 각종 공기조화 설비별 계획 및 설계, 시공비용 등을 포함하는 초기비용과, 각 설비의 성능에 따라 소요되는 에너지 사용량 등을 나타내는 운전비용, 연간 은행금리 및 인플레이션율 등에 관한 금융정보, 설비의 수리 및 교체, 진단, 해체 및 폐기비용을 포함한 유지관리비용, 그리고 각종 자원 및 에너지의 요금체계를 사용하였다.

하지만 본 연구에서 개발한 LCC 분석 패키지는 유지관리 수행여부 및 유지관리 수준, 유지관리 수준에 따른 설비의 성능 저하 및 그에 따른 운전비 변화 등을 고려할 수 있는 분석기법을 적용하였고 현장의 실측 데이터를 이용해서 설비의 최적 경제수명에 미치는 영향 등을 분석할 수 있는 프로그램이다.

계산에 필요한 실제 데이터의 입력이 끝나면 데이터를 저장하고 LCC 분석 패키지를 실행할 수 있도록 하였으며 이 후 각종 분석자료 및 그래프를 출력할 수 있도록 하였다.

공기조화설비가 건축물의 전체 유지관리비용 중 가장 큰 부분을 차지하며, 본 연구에서는 냉동기와 보일러에 한정하여 분석을 수행하였다.

공조설비의 효율적인 유지관리를 위한 의사결정에 이용할 도구를 제공하기 위하여 LCC 분석 방법을 이용한 해석이론을 개발하였고, LCC 분석을 기반으로 설비를 유지·관리할 수 있도록 지원하기 위한 경제성분석 패키지를 개발하였다.

LCC 분석 패키지는 실측 운전 데이터를 바탕으로 최적 경제수명 도출이 가능하여 획일적인 설비의 내구년수가 아닌 설비의 운전환경 및 유지관리수준에 따라 변하는 최적의 설비 교체시기를 판단할 수 있는 정보를 제공한다.

LCC 분석 패키지는 해당 건물에서 LCC 계산 대상 설비, 유지관리 방식 등을 다양하게 선택하여 LCC 계산을 수행하고 분석 결과를 다양한 형태로 제시한다.

2. 대상 데이터

연간 운전비는 Hong과 Jung이 1998년부터 2003년까지의 국내 모 은행 본사 건물의 운영일지를 분석한 냉난방 운전 데이터를 사용하여 산출하였다.

LCC 분석기간은 30년으로 선정하였고, 그 이외의 분석에 필요한 조건과 변수들은 선행 연구(4)에 자세하게 설명되어 있다.

3. 데이터 처리

개발된 LCC 분석 패키지의 신뢰성 검토를 위해서 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 BLCC(Building Life Cycle Cost) 프로그램을 이용하여 계산결과를 비교하였다.

 

연구 결과

 

1. 성능/효과

LCC 분석 패키지는 실측 운전 데이터를 바탕으로 최적경제수명 도출이 가능하여 획일적인 설비의 내구년수가 아닌 설비의 운전환경 및 유지관리수준에 따라 변하는 최적의 설비 교체시기를 판단할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.

BLCC 프로그램과 LCC 분석 패키지의 분석결과, 경상비, 운전비, 초기투자비 측면에서 5 % 이내의 오차로 일치하는 것을 확인하였다.

계산결과를 보면, 일정 기간 간격으로 유지관리를 수행한 결과 연간 LCC가 최소가 되는 시기인 최적경제수명이 약 23년 이상으로 증가하는 것으로 계산되었지만 냉동기의 마모, 부식과 같은 성능 열화의 진행과 신기술 개발에 따른 냉동기 성능의 지속적 향상 및 고가인 냉동기의 초기 설치비 등을 고려하면 정기적 유지관리를 통해 최소 LCC를 유지하면서 사용연수 20～25년 사이에서 냉동기의 교체시기를 결정하는 것이 경제적일 것으로 판단된다.

2. 후속 연구

따라서 현장에서 운영되고 있는 각 설비에 대한 정확하고 체계적인 운전 데이터가 축적되어 데이터베이스화 된다면 좀 더 정확한 설비의 성능모델링이 가능하고 신뢰성 있는 분석 결과의 도출이 가능할 것이다.

따라서 개발된 LCC 분석 패키지는 기기별 LCC 분석을 수행하는 데 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

또한, 교체시기에 다다른 각종 설비의 개보수 작업이 발생할 경우 주변 환경변화에 따라 동일한 작동방식의 신제품이나 다른 작동방식의 설비로 교체하는 방안도 고려할 수 있을 것이다.

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▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=NPAP08391598

[논문]공조설비 경제수명 해석을 위한 LCC 분석 패키지 개발에 관한 연구