AHU 토출온도에 따른 일반 공조시스템의 에너지 소비량 및 실내 온열환경 분석

 

AHU 토출온도에 따른 일반 공조시스템의

에너지 소비량 및 실내 온열환경 분석

Energy Consumption and Thermal Comfort

Assessment of Conventional Forced-air System

According to AHU Discharge Air Temperature

 

최근 지구 온난화가 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되면서 에너지 절약의 중요성이 높아지고 있습니다. 대부분 건물에서는 냉방, 난방, 환기로 인해 에너지 소비가 증가합니다. 이러한 문제로 인해 건물 에너지를 절감하기 위한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 기존 강제 공기 시스템에서는 공기조화장치(AHU) 토출 공기 온도에 대한 지침이 완전히 확립되어 있지 않습니다. 본 연구의 목적은 EnergyPlus를 활용한 기존 강제 공기 시스템을 모델링하여 중요한 제어변수 중 하나인 AHU 토출 공기 온도가 전체 에너지 소비 및 열 쾌적 특성에 미치는 영향을 평가하는 것입니다. 또한 기존 AHU의 에너지 절감에 대한 권장 사항도 제공됩니다.

 

[연구 주제]

 

1. 문제 정의

 

본 연구에서는 현재 사무실 건물에서 사용되고 있는 VAV 기반의 천장취출형 공조시스템의 바탕으로 AHU 토출 온도를 11℃에서 16℃로 총 6개의 Case로 선정하여 에너지 성능 및 실내 온열 환경 비교분석을 통해 AHU 토출 온도 설정에 관한 가이드라인을 제시하고자 한다.

 

[연구 방법]

 

1. 제안 방법

 

기상 데이터는 EnergyPlus에서 자체적으로 제공하는 인천 기상 데이터를 사용하였으며, 다른 조건들을 모두 동일하게 설정한 상태에서 AHU 토출 온도를 Table 1과 같이 6개의 토출 온도로 설정한 후에 AHU 토출 온도 변화에 따른 에너지 성능과 실내 온열 환경 변화를 비교 분석하였다.

 

또한 건물 외피와 실내외의 환경 조건에 의한 건물의 냉난방 부하에 대한 수학적 검증이 가능하며, 특히 각 시간 단계별로 구성 요소들에 대한 통합적 해석을 통해 건물 에너지 시뮬레이션 주요 구성 요소들인 Zone Surface, Air Heat Balance 및 System과 Plant 간의 유기적인 연결 관계를 묘사가 가능하기 때문에 본 연구에 적합하다 판단되어 선정하였다.

 

이 연구에서는 기존건물의 VAV 터미널 박스의 에너지 효율을 높일 수 있는 송풍량을 선정 후 에너지플러스를 적용하여 실내 열 환경, 에너지 소비량 및 실내 공기 환경을 분석하였다.

 

2. 대상 데이터

 

본 연구의 해석모델은 직사각형(53 mx35 m) 형태의 3층 규모 프로토타입 사무실 건물을 선정하였다.

 

[연구 결과]

 

1. 성능/효과

 

(1) AHU 토출 온도별 각 기기의 에너지 소비량을 살펴보면, 팬을 제외한 보일러, 냉동기, 펌프는 토출 온도가 증가함에 따라 에너지 소비량이 감소하였으며, AHU 토출 온도를 16℃로 유지했을 때 토출 온도 11℃의 경우에 비해서 각각 15%, 27%, 28% 감소하였으나 팬 에너지 소비량은 20% 증가하였다.

 

(2) 전체 연간 에너지 소비량을 살펴보면 AHU 토출 온도가 높아질수록 에너지 소비량은 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 11℃와 16℃의 차이는 약 15%로서 상당히 큰 냉난방 에너지 소비량 차이를 나타냈다.

 

(3) 실내 온열 환경 분석에서는 동계 토출 온도를 13℃로 설정 하는 것이 PMV 기반의 실내 쾌적성 측면에서 가장 우수하게 나타난 반면, 하계의 경우에는 AHU 토출 온도가 높에 유지될수록 낮은 잠열 제거량 및 높은 실내 상대습도로 인하여 PMV 값이 다소 높게 유지되는 것으로 나타났다.

 

2. 후속 연구

 

본 연구에서는 AHU 토출 온도가 실내의 온열환경과 에너지 소비량에 미치는 영향을 분석하였는데, 본 연구를 바탕으로 AHU 토출 온도를 연중 일정하게 유지시키지 않고 동적 부하 조건에 따라서 토출 온도를 시간별 제어함으로써 온열환경과 에너지 절감 효과를 극대화시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.

 

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201811553395096

[논문]AHU 토출온도에 따른 일반 공조시스템의 에너지 소비량 및 실내 온열환경 분석