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표제지
국문초록
목차
기호설명 10
1. 서론 11
1.1. 연구배경 및 필요성 11
1.2. 연구의 목적 및 내용 12
2. 본론 13
2.1. 생물안전 3등급 연구시설의 개요 13
2.1.1. 생물안전 3등급 연구시설의 정의 13
2.1.2. 생물안전 3등급 연구시설 특징 13
2.1.3. 생물 안전등급 14
2.2. 제로에너지 건물 개념 15
2.2.1. 제로 에너지 건물 정의 15
2.3. 패시브 하우스 16
2.3.1. 패시브 하우스의 정의 16
2.3.2. 패시브 하우스의 구성요건 및 장단점 16
2.4. 신재생 에너지 종류 17
2.4.1. 태양열 에너지 시스템 17
2.4.2. 태양광 에너지 시스템 19
2.4.3. BIPV 21
2.4.4. 지열 에너지 시스템 23
2.5. 국내 사례 25
2.5.1. KIER ZeSH-I 25
2.5.2. Eco 3ℓ하우스 26
2.6. 해외사례 27
2.6.1. 일본 요코하마 에코주택 27
2.6.2. 영국 베딩턴 28
2.6.3. 네덜란드 아메르스포르트 28
3. 시뮬레이션 해석기법 29
3.1. 시뮬레이션 해석방법 및 절차 29
3.2. 프로그램의 개요 30
1) 에너지 플러스 30
2) Open Studio 31
4. 생물안전 3등급 연구시설 모델 32
4.1. 시뮬레이션 모델구성 32
4.2. 대상건물의 개요 34
4.3. 주요시설 36
4.3.1. 일반사항 36
4.4. 패시브 하우스 및 신재생에너지 시스템 41
4.4.1. 패시브 시스템 41
4.4.2. PV 태양광 발전시스템 41
4.4.3. 태양열+지열 하이브리드 시스템 (Solar+GHP Hybrid System) 44
5. 결과 및 고찰 49
5.1. 부하계산 결과 49
5.2. PV모델 시뮬레이션 결과 분석 53
5.3. 연간 에너지 사용량 분석 55
6. 결론 62
ABSTRACT 64
참고문헌 66
표2.1. KIER ZeSH - I 주요 설비재원 26
표4.1. Open Studio(Sketch Up add-on) 모델링 Geometric 입력테이터 34
표4.2. 시뮬레이션 부하계산 Design Days 입력테이터 36
표4.3. Energy Plus 실내 온도제어 방식 37
표4.4. 일반 BL3실험실 구조체 열관류율 38
표4.5. 공조기 입력데이터 40
표4.6. 냉방용 냉동기기 입력데이터 40
표4.7. 패시브 입력데이터 41
표4.8. PV 어레이 종류 리스트 43
표4.9. 지열을 이용한 수직밀폐형 지중 열교환기 입력데이터 45
표4.10. 냉난방을 위한 지열열펌프의 입력테이터 46
표5.1. BL3 Basic System 여름철 냉방부하(W) 49
표5.2. BL3 Basic System 겨울철 난방부하(W) 49
표5.3. 패시브 시스템 적용시 여름철 냉방부하(W) 51
표5.4. 패시브 시스템 적용시 겨울철 냉방부하(W) 52
표5.5. 시뮬레이션 적용 case 55
표5.6. BL3 모든 시나리오 연간에너지 소비량 58
표5.7. BSL3 냉난방, 기기, 조명, 팬 부분의 에너지 소비량 60
그림2.1. 태양열 에너지 시스템 계통도 19
그림2.2. 태양광 에너지 시스템 계통도 20
그림2.3. BIPV 시스템 계통도 22
그림2.4. 지열 에너지 시스템 계통도 25
그림3.1. Energy Plus 계통도 29
그림3.2. Open studio Plug-In_Sketch up 화면 31
그림4.1. 생물안전3등급 연구시설 평면도 32
그림4.2. Energy Plus IDF 33
그림4.3. Open Studio(SketchUp add-on)로 구성한 모델링 35
그림4.4. PV 발전 계통도 44
그림4.5. 수직밀폐형 지중 열교환기 45
그림4.6. 지열을 이용한 물-물 히트 펌프 계통도 46
그림4.7. Alternate Energy Technologies AE-32형 집열기 설치외관 47
그림4.8. 태양열 지열 하이브리드 시스템 (Solar Geothermal Hybrid System) 계통도 48
그림5.1. BL3 Basic System 냉방부하중 외기부하, 인체, 기기, 조명 부하 50
그림5.2. BL3 Basic System 난방부하중 외기부하, 벽체부하 50
그림5.3. 패시브 시스템(Passive System)과 Basic System의 냉방부하 52
그림5.4. 패시브 시스템(Passive System)과 Basic System의 난방부하 52
그림5.5. 울산지역 연간 단위면적당 일사량 53
그림5.6. 태양광 발전시스템(PV photovoltaic) 연간 발전량 54
그림5.7. Basic System 적용시 연간에너지 소비량 56
그림5.8. 패시브(Passive System)적용시 연간에너지 소비량 56
그림5.9. PV(Photovoltaic)태양광 발전시스템 적용시 연간에너지 소비량 57
그림5.10. 태양열, 지열 하이브리드 시스템 적용시 연간에너지 소비량 57
그림5.11. 패시브 시스템 + 신재생에너지 적용시 연간에너지 소비량 58
그림5.12. BL3 연간에너지 사용량 비교 59
그림5.13. BSL3 냉난방, 팬 부분의 에너지소비량 비교 60
그림5.14. 운전 스케줄에 따른 Basic System 및 패시브 시스템+신재생에너지의 연간 단위면적당 냉난방 에너지소비량 비교 61
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생물안전 연구시설(Bio Safety Laboratory, BSL)이란, 위해병원체의 취급에 있어서 사람에게 감염될 수 있는 감염성 물질을 안전하게 관리하여 연구원의 생물안전 사고를 예방하고 외부환경으로의 유출로 인한 생물재해를 방지하는 것을 목적으로 하는 시설이다. 감염성 병원체를 취급, 보존, 유지하는 실험실 환경에서 이들을 안전하게 관리하기 위한 기본적인 개념은 "밀폐"이다. 실험실 내부의 오염을 방지하기 위해, Class 10,000 ~ 100,000정도의 청정도를 확보하여야 한다. 이러한 청정도를 유지하기 위하여 공조기를 종일 운전하는 경우가 많아 경부하 상태(열부하가 적고, 기기 등으로부터의 강제배기량이 적음 등)의 운전 시에 관한 충분한 검사를 요하며, 공조시스템이 전외기, 전배기 방식이라서 외기의 영향을 많이 받는다. 다른 실과의 교차오염을 방지하기 위하여 공조계통은 독립계통으로 한다.
BSL에서 위해 3등급 병원체를 취급하는 생물안전3등급 밀폐시설(Biosafety Level 3 Laboratory, BSL3)은 각실 마다 급배기 덕트가 설치되어 있다. 또한 각각의 급배기에 반드시 HEPA Filter를 통과한 후 급배기 하여야 하므로 덕트 설계가 복잡하며 자재비등 초기 건설공사비가 기존에 비해 5배 이상 많이 소비되는 경제적인 문제가 있다.
본 연구에서는 이와 같은 BSL3에서 에너지 문제에 대한 개선안을 제시하기 위해서 Energy Plus를 적용하여 에너지 해식을 수행하였다.
그 결과 BSL3의 경우, 신재생 에너지 시스템을 미적용 하였을 경우 324.95GJ 에너지를 소비하고 있으며, 패시브 (Passive System)시스템을 사용하였을 경우 302.43GJ, PV (Photovoltaic System)을 적용한 경우 283.46GJ, 태양열과 지열을 이용한 하이브리드 시스템을 사용한 경우 164.18GJ의 에너지를 소비하고 있는 것으로 나타나고 있다. 또한 패시브 (Passive System)과 신재생에너지(PV+Solar Geothermal Hybrid System)을 사용을 하였을 경우 118.15GJ의 에너지를 소비하고 있는 것을 알 수 있다.
따라서 신재생 에너지 시스템을 미적용 하였을 경우에 비해서 패시브시스템 (Passive System)을 적용한 경우 연간 6.9%를 절감하였으며, PV (Photovoltaic)의 경우 연간12.7%, 태양열과 지열을 이용한 하이브리드 시스템 (Solar Geothermal Hybrid System)의 경우 연간 49.5% 절감하였으며. 패시브 시스템과 신재생에너지(PV+Solar Geothermal Hybrid System)를 사용하면 약 63.6%의 절감효과를 나타낼 수 있음을 알 수 있었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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