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표제지
목차
국문 요약 11
제1장 서론 13
1.1. 연구의 배경 및 목적 13
1.1.1. 연구의 배경 13
1.1.2. 연구의 목적 16
1.2. 연구의 범위와 방법 17
1.2.1. 연구의 범위 17
1.2.2. 연구의 방법 18
제2장 이론적 고찰 21
2.1. 기존 문헌 고찰 21
2.1.1. 국내 연구 동향 21
2.1.2. 국외 연구 동향 25
2.2. 건물에너지 관리 프로세스 28
2.3.1. 건물 에너지 성능조사 (Energy audit) 28
2.3.2. 건물 에너지 성능분석 (Energy analysis) 29
2.3.3. 절약 가능성 평가 및 우선순위 선정 (Evaluating Opportunities) 29
2.3.4. 개수 시행 및 후속조치 (Implementation&Followthrough) 29
2.3. 한국전력공사의 제도 및 요금체계 31
2.3.1. 전기요금 제도 31
2.3.2. 교육용 전기요금 34
제3장 대상건물의 에너지 성능 조사 및 분석 36
3.1. 건물 에너지 성능조사 (Energy audit) 36
3.1.1. 간략한 현장조사 (Walk-thru audit) 36
3.1.2. 상세한 현장조사 (Detailed audit) 46
3.2. 건물에너지 성능분석 (Energy analysis) 57
3.2.1. 대상건물의 전기 사용 현황 및 분석 57
3.2.2. 대상건물의 전기 요금 부과 현황 및 분석 66
3.3. 소결 68
제4장 대상 교육시설의 전기요금 절감을 위한 방안 도출 69
4.1. 최대수요전력을 절감하기 위한 방안 69
4.1.1. 에너지 저장 시스템 (ESS) 69
4.2. 전력 사용량을 절감하기 위한 방안 70
4.2.1. 건물 운영/제어 부문 70
4.2.2. 시스템 부문 70
4.2.3. 건물 디자인 부문 71
4.3. 소결 72
제5장 대상 건물과 시뮬레이션의 Validation 73
5.1. 에너지 소비량 분석을 위한 EnergyPlus 시뮬레이션 73
5.1.1. Base Model의 구성 73
5.2. 대상건물과 시뮬레이션의 Validation 77
제6장 시뮬레이션을 통한 에너지 및 전기요금 절감량 분석 82
6.1. 최대수요전력을 절감하기 위한 방안 82
6.1.1. 에너지 저장 시스템 (ESS) 82
6.1.2. 에너지 저장 시스템 (ESS)의 에너지 및 전기요금 절감량 86
6.2. 전력 사용량을 절감하기 위한 방안 87
6.2.1. 건물 운영/제어 부문 87
6.2.2. 건물 운영/제어 부문의 에너지 및 전기요금 절감량 88
6.2.3. 시스템 부문 90
6.2.4. 시스템 부문의 에너지 및 전기요금 절감량 91
6.2.5. 건물 디자인 부문 93
6.2.6. 건물 디자인 부문의 에너지 및 전기요금 절감량 94
6.3. 소결 96
제7장 결론 98
참고문헌 101
Appendix 104
Abstract 108
〈표 1-1〉 초·중·고등학교의 전력 사용 현황 14
〈표 1-2〉 종별 전기요금 인상률 15
〈표 2-1〉 국외 연구 동향 25
〈표 2-2〉 한국전력공사의 계약종별 정보 33
〈표 2-3〉 계절에 따른 시간별 차등요금제 33
〈표 2-4〉 교육용 전기요금표 35
〈표 3-1〉 대상건물의 개요 37
〈표 3-2〉 교사동 주요 요소별 재료 47
〈표 3-3〉 교사동(본관, 별관)의 면적, 조명 및 재실밀도, 재실 스케줄 48
〈표 3-4〉 교사동 EHP 실외기의 성능 50
〈표 3-5〉 교사동 실내기의 성능 50
〈표 3-6〉 정보센터 주요 요소별 재료 51
〈표 3-7〉 정보센터 냉난방기기 성능 52
〈표 3-8〉 정보센터의 면적, 조명 및 재실밀도, 재실 스케줄 52
〈표 3-9〉 조리실 기기 목록 54
〈표 3-10〉 조리실 및 식당 주요 요소별 재료 56
〈표 3-11〉 조리실 및 식당의 면적, 조명 및 재실밀도, 재실 스케줄 56
〈표 3-12〉 대상건물의 월별 전력사용량 58
〈표 3-13〉 월별 최대수요전력과 계산수요전력 64
〈표 3-14〉 월별 최대수요전력 발생 시간 65
〈표 3-15〉 부과된 월별 전기요금 66
〈표 5-1〉 Energy Plus 기본 입력 데이터 및 조건 75
〈표 5-2〉 건물별 유리 물성치 입력 데이터 75
〈표 5-3〉 Energy Plus 구조체 물성치 입력값 76
〈표 5-4〉 Base Model 검증을 위한 통계적 지표 77
〈표 5-5〉 ASHRAE Guideline14-2002의 허용 오차 범위 78
〈표 5-6〉 Base Model의 월별 전력사용량 79
〈표 5-7〉 Base Model과 대상건물의 통계적 지표 결과 80
〈표 6-1〉 목표 전력을 초과한 전력량 83
〈표 6-2〉 에너지 저장 시스템의 전기요금 절감량 86
〈표 6-3〉 단열 블라인드 Case별 성능 88
〈표 6-4〉 단열 블라인드의 전기요금 절감량 89
〈표 6-5〉 GHP Outdoor Unit의 성능 90
〈표 6-6〉 GHP Indoor Unit의 성능 90
〈표 6-7〉 시스템 부문 방안 적용을 통한 전기요금 절감량 92
〈표 6-8〉 건물 디자인 부문의 적용 방안 93
〈표 6-9〉 건물 디자인 부문 방안 적용을 통한 전기요금 절감량 95
〈그림 1-1〉 초·중·고등학교의 전력 사용 현황 14
〈그림 1-2〉 연구 진행 순서 20
〈그림 3-1〉 대상건물의 전경 36
〈그림 3-2〉 2014년 학사일정 및 스케쥴 38
〈그림 3-3〉 교사동 전경 39
〈그림 3-4〉 본관 교실과 천정형 에어컨 40
〈그림 3-5〉 교실 외부 창호 및 복도 측 창호 40
〈그림 3-6〉 정보센터 전경 41
〈그림 3-7〉 정보센터 전면부 창호 42
〈그림 3-8〉 조리실 및 식당 전면부 43
〈그림 3-9〉 식당 내부 전경 45
〈그림 3-10〉 세면대(연결통로)와 전기온수기 45
〈그림 3-11〉 건물 전체 평면도 46
〈그림 3-12〉 조리실의 2014년 월별 가스 사용량 53
〈그림 3-13〉 대상건물의 실제 사용량과 한전 스마트 계량기 데이터의 비교 57
〈그림 3-14〉 월별 전력사용량과 월별 평균 외기온 58
〈그림 3-15〉 대상건물의 일별 전력 사용량 60
〈그림 3-16〉 대상건물의 시간별 전력 사용량 62
〈그림 3-17〉 월별 최대수요전력과 계산수요전력 63
〈그림 3-18〉 월별 최대수요전력 발생 시간 65
〈그림 3-19〉 부과된 월별 전기요금 66
〈그림 3-20〉 월별 전기요금의 구성 67
〈그림 4-1〉 전기요금 절감을 위한 방안 도출 72
〈그림 5-1〉 사용한 시뮬레이션 툴 73
〈그림 5-2〉 Base Model의 모델링 74
〈그림 5-3〉 Base Model의 월별 전력사용량 79
〈그림 5-4〉 Base Model과 대상건물의 시간별 전력사용량 80
〈그림 5-5〉 조리실 가스 사용량과 Base Model의 조리실 가스 사용량 비교 81
〈그림 6-1〉 2014년 2월, 12월 전력 사용량 및 목표전력 84
〈그림 6-2〉 에너지 저장 시스템의 전력 충·방전 85
〈그림 6-3〉 교사동의 교실 모델링 87
〈그림 6-4〉 단열성능의 블라인드 적용을 통한... 89
〈그림 6-5〉 시스템 부문 적용을 통한 에너지 절감량 92
〈그림 6-6〉 건물 디자인 부문 방안 적용을 통한 에너지 절감량 95
〈그림 6-7〉 절약가능성 방안들의 전기요금 절감량 96
초록보기 더보기
최근 몇 년간 교육시설의 에너지 비용에 대한 문제가 이슈화되고 있다. 노후화된 냉난방기기의 교체 및 급식실 신축, 교육과정 변화에 따른 교육시설의 개선으로 에너지 소비가 크게 증가하였고 그 중에서도 전력 사용량이 높다. 또한, 한국전력공사의 교육용 전기요금은 2008년부터 2013년까지 총 34.6% 인상되었고 교육시설의 에너지 비용에 대한 부담은 교육시설에서 가장 중요시 되어야 할 학생들의 교육환경에까지 영향을 미치고 있다.
따라서, 본 연구에서는 서울시에 소재한 중학교를 대상으로 하여 에너지 비용 절감을 위한 연구를 진행하였다. 그 중 전력 사용에 대해 중점적으로 분석하였고 대상건물의 전력 요율체계 및 전력사용현황 등을 분석하여 절약 가능성이 있는 방안들을 도출하였다.
도출된 방안은 최대수요전력 절감 방안과 전력사용량 절감 방안으로 분류하였고 후자는 건물 운영제어 부문, 시스템 부문, 건물 디자인 부문으로 다시 구분지어 방안을 도출하였다. 최대수요전력 절감을 위한 방안으로는 에너지저장 시스템으로 도출된 방안들은 동적 시뮬레이션을 통해 대상건물의 Base Model에 적용하여 전력 사용량과 최대수요전력의 절감량을 분석하였다.
시뮬레이션을 통해 각 방안들의 절감량을 분석한 결과, 시스템 부문의 방안 적용이 Base Model의 전기요금계 대비 약 27%가 절감되어 가장 절감율이 높았고 나머지 방안들은 빌딩 디자인 부문, ESS 부문, 운영/제어 부문 순으로 전기요금이 절감되었다. 시스템 부문의 방안 적용 결과 교육시설의 EHP 시스템이 전기요금에 큰 영향을 미쳤고 노후화된 냉난방기기를 변경하거나 신축 교육시설의 경우에는 투자 비용 및 유지관리 비용 등을 고려하여 GHP 시스템을 설치하는 것이 교육시설의 지속적인 운영비 부담을 줄여줄 수 있을 것이라 판단된다. 하지만 본 연구에서는 도출된 각각의 방안들을 에너지 및 전기 요금 절감량에 대해서만 분석 및 비교하였기에 각 방안들의 시행하기 위해서는 투자비용 및 시공성, 자본회수기간, 유지관리비용 등의 고려가 반드시 필요하다.
기존의 연구에서는 에너지 절감을 위한 방안에 초점을 맞추어 진행되는 경우가 대다수였다. 하지만 본 연구에서는 기존 교육시설의 전력 사용 및 전기 요금 부과현황에 대해 분석하고 전기요금 절감을 위한 방안 도출을 위해 시뮬레이션을 진행하였다. 그리고 기존의 연구방향과는 달리 에너지 비용 절감을 위해 대상 건물의 에너지 비용 구조에서 시작하여 다각적 분석을 진행하고, 비용 절감의 측면에서 에너지 절감 방안을 도출하고자 한 것에 새로운 연구로서의 의의가 있다고 판단된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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