건물운용단계의 에너지사용량은 우리나라 전체에너지 사용량의 약 25%이다. 지금까지 건물의 에너지사용량을 줄이기 위해서는 주로 설계단계에서 단열을 강화하고 고효율 기기를 사용해왔다. 이러한 노력들은 에너지절약 측면에서 그 한계가 있으며, 사용단계에서의 에너지절약생활이 큰 비중을 차지함에 따라 입주자들의 자발적인 참여로 인한 에너지절약 방법이 보다 효과적이라 할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 에너지사용자에게 보다 적극적으로 에너지절약 프로그램에 동참시키기 위해 본인들이 사용한 에너지실적 정보를 웹상에서 서로 공유할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 또한 프로그램의 필요성 및 사용의지를 조사하고 시범 적용하여 유효데이터의 수집가능성과 프로그램의 사용 용이성에 대하여 평가하였다.
에너지 절감을 위해 다양한 분야에서 노력을 기울이고 있지만 전체 에너지 사용량의 약 20% 이상을 차지하는 건물 분야는 정부의 정책과 제도적인 지원 하에 에너지 절감활동을 활발하게 진행하고 있다. 특히 $3000m^2$ 이상의 중대형 건물의 경우 BEMS(Building Energy Management System)기반의 건물에너지 관리가 의무화 될 예정이다. 하지만 기존 BEMS의 경우 특정 기업에 의한 단독 솔루션 형태로 제공되고 있어 BEMS간 데이터 상호호환성을 보장하지 않고, 단순 모니터링 기능에 의존하여 저장/관리 되지 않고 버려지는 데이터들이 많아 차후 문제가 발생한 경우 과거 데이터를 통한 분석 작업에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 건물에너지 통합관리 측면에서 원격지에 설치된 다양한 BEMS들의 센서/미터 데이터들을 웹을 통해 수집하고 데이터 웨어하우스에 저장/관리되며 건물에너지 통계, 분석 및 진단을 가능하도록 하는 데이터 웨어하우스 기반의 원격 건물에너지 통합 관리 시스템 설계에 대해 서술한다.
건물을 에너지 수요관리 자원으로 활용하기 위해서는 수요 반응에 대응할 수 있는 자동화된 시스템을 필요로 한다. 에너지 수요관리 사업자의 출현으로 이를 뒷받침할 수 있는 건물 에너지 관리 시스템과 수요반응 시스템에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 하지만 아직까지 자동화된 실시간 수요 반응 시스템 도입은 미흡하고 비용도 높다. 본 연구에서는 이를 해소하기 위해 건물을 대상으로 수요 반응 시스템 구축을 위한 OpenADR 프로토콜과 수요 반응에 참여할 수 있는 건물 에너지 관리 시스템을 개발하고 실환경에 적용하여 실증을 수행하였다. OpenADR은 표준 프로토콜로 사업자와 수요자원간의 이벤트 발생과 리포팅을 통해 자동화된 시스템이다. 또한 다양한 제어 시스템이 이용되고 있는 건물을 대상으로 단일화된 제어 시스템 구축을 위해 웹 기반 건물 자동제어 시스템을 개발하여 수요 반응 이벤트 발생 시 부하를 줄일 수 있도록 한다. 개발된 결과물을 건물에 적용하여 동작하는 것을 검증하고 감축량을 측정하여 수요반응 효과를 확인하였다.
본 연구는 목조주택의 건물에너지 성능을 평가하고 개선하기 위해 수행되었다. 목조주택의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 CE3 (Construction Energy Efficiency Evaluation) 웹기반 소프트웨어를 사용하였고 그 결과 대상 주택의 연간 난방에너지 요구량은 바닥면적 1 $m^2$당 160 kWh로 계산되었다. 난방에너지 요구량을 줄이기 위해 다음 4가지의 에너지 절감방법을 채택하였다; a) 건물형태의 단순화, b) 창호면적의 축소, c) 고성능 창호의 적용, d) 폐열회수환기장치의 적용. 열관류율 1 $W/m^2{\cdot}K$의 고성능창호로 교체할 경우 대상 주택의 난방에너지 요구량은 80 $kWh/m^2{\cdot}a$로 감소하였다. 4가지 방법을 조합하여 적용하면 고성능창호와 폐열회수환기장치를 함께 적용하였을 때 난방에너지 요구량은 34.5 $kWh/m^2{\cdot}a$로 감소하여 가장 우수한 성능을 나타냈다.
'탄소중립 기술적용 시나리오 모형 (CATAS; Carbon-neutrality Assessment based on Technology Application Scenario)'은 공간 단위에서 에너지전환, 수송, 건물 등 분야에 탄소중립 기술을 적용했을 경우 온실가스 감축 효과성 분석을 제공한다. 모형의 개발범위는 온실가스 배출원은 온실가스 직접배출량 대상으로 분석하며, 공간적 범위는 직접·간접배출의 경계를 공간적 범위로 설정하였다. 그리고 기술적 범위는 2050 탄소중립 시나리오에서 온실가스 배출량이 가장 큰 전환부문의 9개 기술과 산림 흡수원을 포함하였다. 탄소중립률 평가 방법론은 ①온실가스 배출현황 분석, ②기술도입에 따른 에너지생산량 예측, ③온실가스 감축량 산정, ④탄소중립률 산정까지 4단계로 이루어져있다. 웹기반 CATAS-BASIC을 개발 한 후 서울시의 「2050 온실가스 감축추진계획」상 제시된 신재생에너지 보급목표를 적용하여 분석을 실시하였다. 태양광·수소연료전지·수열을 적용한 결과, 서울시의 전환부문 배출량인 1.49백만 tCO2eq 중 기술도입으로 0.43백만 tCO2eq 감축하여 전환부문 탄소중립률은 28.94 %로 분석되었다.
In this study, the evaluation of the dynamic behavior and thermal performance of the "Façade integrated Natural circulation Solar Water Heating System" installed in the residential house was carried out. Experimental tests were performed during the all year around in the rural houses of $166m^2$ in size. Facade integrated solar collector of $5m^2$ were installed on the south-facing. Electrical heater of 1 kW capacity as an auxiliary heater was installed at the upper part of the heat storage tank. The analyzing results are as follows. (1) Monthly average solar fraction was 51 to 87% and yearly average value is 64%. (2) Hot water supply temperature in December which has the lowest solar altitude is 37 to $76^{\circ}C$. The highest working fluid temperature of solar collector in this period was below $84^{\circ}C$. The temperature difference of working fluid between the collector inlet and outlet has been shown to be around 9 to $26^{\circ}C$. (3) Overheating which is one of the biggest problems during summer did not appear at all, but rather had hot water supply temperature is rather low as $30{\sim}47^{\circ}C$ in summer than winter, which is supplied by a small solar load. The solar collecting temperature has been shown to maintain below $55^{\circ}C$. (5) The thermal performance of Facade integrated solar collector can be increase due to the reduction of heat loss to the back of the collector wall integration of the collector is reduced. As a conclusion, Facade integrated natural circulation type Solar Water Heating System is a well-functioning without any pumps or controllers, and it was found that the disadvantages of conventional solar water heaters, hot water or hot water system can be greatly improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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