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계측을 통한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 도출 및 분석

Title
계측을 통한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 도출 및 분석
Other Titles
Derivation and Analysis of Energy Use Intensity by Usage in Office Buildings through Measurement
Authors
임수현
Issue Date
2018
Department/Major
대학원 건축도시시스템공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
송승영
Abstract
본 연구는 계측을 통하여 업무시설에서의 용도별 연간 에너지사용량에 대한 원단위 및 월별·시간별 원단위를 도출하고, 도출 결과를 분석함으로써, 업무시설에서의 상세 에너지정보를 제공하고자 하였다. 최근 건물부문의 에너지 비중이 지속적으로 증가하고 있고 이러한 추세에 따라 온실가스 감축의 국가적 목표 달성을 위해 건물부문의 에너지절약이 매우 중요하게 부각되고 있다. 건물에서의 에너지사용과 관련하여 상세 정보를 제공한다면, 에너지절약형 건물 설계와 운전에 활용할 수 있어 건물에서의 에너지절약이 가능할 것으로 판단된다. 국내의 경우 원별(전력, 가스, 지역난방 등) 에너지사용 정보는 제공되고 있으나, 별도의 설비시스템으로 구성되고 익숙하여 에너지절약을 위한 구체적 Action plan 수립 단위가 되는 용도별(난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등) 에너지사용 정보는 제공되고 있지 않아, 그 활용 측면에서 다소 미흡한 상태이다. 뿐만 아니라 국내의 업무시설에서의 에너지사용과 관련한 월별·시간별 정보와 원단위에 대한 정보가 부족한데, 이에 국내 실정에 맞춘 국내 업무시설에서의 용도별 연간 에너지사용량에 관한 원단위 정보와 월별·시간별 원단위 정보 제공이 요구된다. 본 연구는 이러한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 정보 제공에 대한 필요성을 바탕으로 출발하였다. 또한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 정보를 계측을 통해 확보하여, 건물 운영 또는 거주자 특성 등과 같이 표준화가 어려운 사항들에 대한 영향을 반영하여 실제 에너지사용량과 근접한 정보를 얻을 수 있도록 하였다. 또한 정형화된 방식이 아닌 다양한 방식으로 운영되고 있는 업무시설에서의 에너지사용과 관련하여, 각 설비시스템을 고려한 용도별 에너지사용량 계측 방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 계측을 통한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 도출 방법을 요약하면 다음과 같다. (1) 본 연구에서는 국내 건축물 에너지효율등급 인증제도와 건축물 에너지소비 총량제와 ISO 12655를 참고하여, 업무시설에서의 에너지사용을 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기, 전기기기, 승강, 급수로 분류하였다. (2) 본 연구에서는 국내 업무시설에서의 각 설비시스템별 구성을 고려한 용도별 에너지사용량 계측 방법을 제안하였다. - 난방은 보일러 등의 중앙식 난방설비와 전기식열펌프, 가스식열펌프, 온풍기 등의 개별식 난방설비를 모두 계측하고, 난방순환펌프를 계측한다. - 냉방은 냉동기, 냉각탑 등의 중앙식 냉방설비와 전기식열펌프, 가스식열펌프의 개별식 냉방설비의 주 냉방설비에 냉방순환펌프를 포함하여 계측한다. - 급탕은 보일러 등의 중앙식 급탕설비와 전기온수기, 가스온수기 등의 개별식 급탕설비와 급탕순환펌프의 에너지사용량 계측한다, - 조명은 별도 분기회로로 구성된 주 조명기기의 전력사용량 계측한다 - 환기는 Air movement를 위한 공기조화기, 팬코일유닛, 전기식열펌프, 가스식열펌프 등 주 공기조화설비 팬의 전력사용량 계측한다, - 전기기기는 기준층 분전반 전체 전력사용량을 계측하고 별도 분기회로로 구성된 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 전력사용량 계측값을 제외하여 구한다. - 승강은 엘리베이터 및 에스컬레이터의 전력사용량 계측한다. - 급수는 급수펌프의 전력사용량 계측한다. (3) 계측 데이터의 오류 여부를 사전에 판정하고, 오류로 판정된 데이터는 보정하여 분석에 활용하였다. 계측 항목별로 1시간 동안 최대로 사용량을 기준으로 오류 판정 기준 범위를 정해 범위 밖의 계측 데이터는 오류 데이터로 판정하였다. 오류로 판정된 데이터는 선형보간하여 보정하였다. 또, 난방, 냉방, 급탕의 경우 전력, 가스 등 에너지원이 다양하므로 계측 데이터를 열량으로 환산하여 등가화한 후 각 용도별 에너지사용량을 구하였다. (4) 각 원단위화 기준값을 해당 용도의 에너지가 사용된 공간의 바닥면적으로 하여, 각 건물의 용도별 에너지사용량을 각 용도별 원단위화 기준값으로 나누어 원단위를 도출하였다. 이와 같이 본 연구에서 제안한 계측을 통한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 도출 방법을 바탕으로 서울시 소재의 업무시설에서의 실제 용도별 에너지사용량을 계측하여 원단위를 도출하였다. 계측 대상 19개 업무시설에 대한 2016년 6월에서 2017년 5월 1년 기간에 대한 용도별 에너지사용량 계측 데이터를 바탕으로 용도별 에너지사용량 원단위를 도출하고 분석하였다. 본 연구에서 도출한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위를 정리하면 다음과 같다. 19개 업무시설에서의 2016년 6월에서 2017년 5월의 1년 기간에 대한 연간 용도별 에너지사용량을 원단위화 기준값으로 나누어 원단위를 구하였다. 과대하거나 과소한 원단위의 영향을 최소화하기 위하여 상하위 10%에 해당하는 원단위는 제외하고, 나머지 원단위를 대상으로 하여 통계값을 구하였다. 각 용도별 원단위 평균은 전기기기(65.9kWh/m2∙year, 36.2%)> 난방(59.7kWh/m2∙year, 32.8%)> 냉방(28.8kWh/m2∙year, 15.2%)> 조명(15.8kWh/m2∙year, 8.7%)> 환기(4.8kWh/m2∙year, 2.6%)> 급탕(4.2kWh/m2∙year, 2.3%)> 승강(2.3kWh/m2∙year, 1.3%)> 급수(0.4kWh/m2∙year, 0.2%) 순으로 크게 나타났다. 이에 업무시설에서의 에너지절약을 위해서는 전기기기, 난방, 냉방에서의 에너지절약이 중요한 것을 알 수 있었다. 본 연구는 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 계측 및 계측 데이터 처리 방법을 제안하고, 계측을 통한 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위 도출 방법을 제안하여, 제안 방법을 통해 국내 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위를 도출하고자 하였다. 본 연구의 도출 결과의 경우, 계측을 기반으로 한 용도별 에너지사용량 정보로, 실제 국내 업무시설을 대상으로 하여 국내 실정에 맞는 업무시설에서의 용도별 에너지사용량 원단위를 도출했다는 점에서 의의를 갖는다. ;The purpose of this study is to provide detailed energy information in office buildings by deriving and analysing energy use intensity(EUI) and monthly & hourly energy use intensity(EUI) by usage in office buildings through measurement. Recently, the proportion of energy use in the building sector has been increasing steadily. In order to achieve the national goal of reducing GHG(Greenhouse Gases) emissions, energy conservation in the building sector is becoming very important. If detailed information on energy use in the buildings is provided, it can be used for energy saving building design and operation, and energy saving in the buildings could be possible. In Korea, information on energy consumption by carrier(electricity, gas, etc.) is provided, but information on energy consumption by usage(heating, cooling, domestic hot water, lighting, air movement, etc.) is not provided. Furthermore, there is a lack of information on the monthly & hourly energy consumption intensity by usage in office buildings. Therefore, it is required to provide annual energy consumption intensity, monthly & hourly energy consumption intensity by usage in domestic office buildings. This study is based on the necessity of providing information on energy consumption intensity by usage in office buildings. In addition, information on energy consumption in office buildings was achieved through measurement, so that it was possible to obtain information that is close to the actual energy consumption, reflecting the effects on standardization difficulties such as building operation or resident characteristics. The following is a summary of the method of derivation energy consumption intensity by usage in office buildings through measurement proposed in this study. In this study, energy consumption by usage in office buildings was classified into heating, cooling, domestic hot water, lighting, air movement, electric appliance, vertical transportation, and city water supply by referring to related domestic and foreign standards. In heating, central heating system such as boiler, individual heating system such as electric heat pump and gas engine driven heat pump were all measured and the heating circulation pump was measured. In cooling, central cooling system such as chiller and cooling tower, individual cooling system such as electric heat pump and gas engine driven heat pump were all measured and the cooling circulation pump was measured. In domestic hot water, central domestic hot water system such as boiler, individual domestic hot water system such as electric water heater and gas water heater were all measured and the domestic hot water circulation pump was measured. The energy consumption of lighting was obtained by measuring the electricity consumption of the main lighting equipment that forms a separate branch circuit. In air movement, fan electricity consumption of main air handling unit systems such as fan coil unit, electric heat pump and gas engine driven heat pump was measured. The energy consumption of electric appliance was obtained by measuring the total electricity consumption of the reference layer distribution board and excluding measurement values of heating, cooling, hot water supply, lighting, and ventilation electricity consumption, which are separate branch circuits. The energy consumption of vertical transportation was obtained by measuring the electricity consumption of elevators and escalators. The energy consumption of city water supply was obtained by measuring he electricity consumption of the water supply pump. Then, this study decided to derive energy consumption intensity by usages by dividing the energy consumption into the floor area of the space in which energy is used. Based on the energy use measurement data for each of the 19 office buildings to be measured for the period from June 2016 to May 2017, this study derived and analyzed energy consumption intensity by usage. In order to minimize the effect of excessive energy consumption intensity, statistical values were calculated for the remaining energy consumption intensity except for energy consumption intensity corresponding to 10% of the upper and lower levels. The mean of energy consumption intensity by usage in the office buildings derived from this study was electric appliance(65.9kWh/m2∙year, 36.2%)> heating (59.7kWh/m2∙year, 32.8%)> cooling(28.8kWh/m2∙year, 15.2%)> lighting (15.8kWh/m2∙year, 8.7%)> air movement(4.8kWh/m2∙year, 2.6%)> domestic hot water(4.2kWh/m2∙year, 2.3%)> vertical transportation(2.3kWh/m2∙year, 1.3%)> city water supply(0.4kWh/m2∙year, 0.2%). The result of this study is meaningful in that it uses the energy consumption by usages through the measurement and derives the energy consumption intensity by usage in office buildings that are appropriate for domestic situation.
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