[표지] 1
제출문 2
요약문 3
SUMMARY 8
CONTENTS 13
목차 15
제1장 서론 25
제1절 개요 25
제2절 기술개발 필요성 27
1. 기술적 측면 27
2. 경제·산업적 측면 28
3. 정책·공공 측면 30
제2장 플러스에너지 커뮤니티 건물 리모델링 31
제1절 플러스에너지 건물 리모델링 설계 31
1. 건물 진단 31
2. 리모델링 설계 32
제2절 플러스에너지 커뮤니티 에너지성능, 리모델링 및 자립률 평가 41
1. ECO2 기반 리모델링 전후 에너지성능 평가 41
2. 간이분석을 통한 신재생에너지 설비 용량 및 실증 커뮤니티 규모 산정 50
3. 커뮤니티 내 실험주택 거주평가 52
4. 전력 모니터링 분석을 통한 자립율 예측 평가 54
제3절 플러스에너지 건물 리모델링 시공 74
제3장 건물 에너지 시스템 80
제1절 건물 에너지 시스템 80
1. 건물형 태양광 활용 80
2. 태양광·열복합(PVT) 모듈 개발 87
3. 연료전지 배열 활용 시스템 123
제2절 냉·난방·급탕 시스템 138
1. 주거용 건물 KePSH-1 138
2. 주거용 건물 KePSH-2 140
3. 사무용 건물 KPEB-1 142
4. 열에너지 공유 시스템 145
제3절 통신·제어 시스템 147
1. 측정, 통신 및 데이터베이스 시스템 147
2. 주거용 건물 제어 시스템 149
제4절 에너지 모니터링 시스템 158
1. 데이터 측정 장치 158
2. KePSH-1 & KePSH-2 HMI 시스템 159
3. 통합 모니터링 시스템 161
제4장 플러스에너지 커뮤니티 운영 163
제1절 플러스에너지 커뮤니티 디지털화 163
1. 디지털화 전략 163
2. 플랫폼 데이터베이스 168
3. 디지털플랫폼 시각화 178
제2절 플러스에너지 커뮤니티 운영데이터 분석 182
1. 건물별 운영데이터 분석 182
2. 커뮤니티 운영데이터 분석 186
제5장 결론 189
참고문헌 191
[뒷표지] 192
〈표 1-1〉 조사기관별 스마트도시 시장 전망 29
〈표 2-1〉 리모델링 설계 방향 검토 34
〈표 2-2〉 BIPV/BIPVT 신재생에너지 설계 용량 40
〈표 2-3〉 KePSH-1 형별성능내역 43
〈표 2-4〉 KePSH-2 형별성능내역 44
〈표 2-5〉 KPEB-1 형별성능내역 45
〈표 2-6〉 KPEB-2 형별성능내역 46
〈표 2-7〉 ECO2 분석결과(리모델링 전) 47
〈표 2-8〉 ECO2 분석결과(리모델링 후) 48
〈표 2-9〉 ECO2 분석결과 비교(리모델링 전·후) 49
〈표 2-10〉 PV설치용량에 따른 연간 예상 발전량 50
〈표 2-11〉 사무소건물 연면적당 에너지소비량 51
〈표 2-12〉 플러스커뮤니티 전력 모니터링 측정 요소 56
〈표 2-13〉 플러스커뮤니티 연간 예상 소비전력 간이평가(1차년도) 57
〈표 2-14〉 KPEB-1 사무소건물 층별 전력사용량 60
〈표 2-15〉 계절별 급탕을 위한 KPEB-1의 사용전력량 68
〈표 2-16〉 신재생에너지 설치용량에 따른 연간 예상 발전량 72
〈표 2-17〉 연간 예상에너지사용량 및 자립률 73
〈표 2-18〉 건물별 리모델링 공종별 주요 공사 항목 75
〈표 3-1〉 BIPV/BIPVT 신재생에너지 설계 용량 87
〈표 3-2〉 PVT집열기 제작 및 구성품 사양 102
〈표 3-3〉 KePSH-1 적용 1 kW PEMFC 발전량 126
〈표 3-4〉 KePSH-I 설치 1 kW PEMFC 상세 규격 127
〈표 3-5〉 KePSH-I 설치 1 kW PEMFC 상세 규격 127
〈표 3-6〉 온도 설치 및 측정 상세 내용 130
〈표 3-7〉 유량 설치 및 측정 상세 내용 130
〈표 3-8〉 펌프 접전 신호 및 측정 상세 내용 130
〈표 3-9〉 온수조 압력 및 측정 상세 내용 131
〈표 3-10〉 4인 가족 월별, 일별 시간별 온수 부하 패턴 131
〈표 3-11〉 KePSH-I 1 kW급*2기 PEMFC 배열활용 열에너지 생산량 예측 132
〈표 3-12〉 SOFC 배열활용 시스템 측정센서 136
〈표 3-13〉 KePSH-1 공기 열원 히트펌프 사양 140
〈표 3-14〉 KePSH-2 지중 열원 히트펌프 사양 142
〈표 3-15〉 KPEB-1 공기 열원 히트펌프 사양-1 144
〈표 3-16〉 KPEB-1 공기 열원 히트펌프 사양-2 144
〈표 3-17〉 KPEB-1 전기 온수기 사양 144
〈표 3-18〉 KPEB 열 공유용 수열원 히트펌프 사양 146
〈표 3-19〉 PVT 태양열 운전 제어 논리(KePSH-1) 150
〈표 3-20〉 히트펌프 급탕 축열 운전 제어 논리(KePSH-1) 150
〈표 3-21〉 축열조 난방 운전 제어 논리(KePSH-1) 151
〈표 3-22〉 히트펌프 난방 운전 제어 논리(KePSH-1) 152
〈표 3-23〉 히트펌프 냉방 운전 제어 논리(KePSH-1) 152
〈표 3-24〉 PVT 태양열 운전 제어 논리(KePSH-2) 153
〈표 3-25〉 난방 운전 제어 논리(KePSH-2) 155
〈표 3-26〉 냉방 운전 제어 논리(KePSH-2) 156
〈표 3-27〉 난방 운전 제어 논리(KePSH-2) 157
〈표 3-28〉 플러스에너지 커뮤니티 데이터 측정 센서 수 158
〈표 4-1〉 커뮤니티 에너지 분류 별 설비 목록 168
〈표 4-2〉 커뮤니티 시계열 데이터 전처리 수식 170
〈표 4-3〉 커뮤니티 시계열 데이터 전처리 수식 171
〈표 4-4〉 파이차트 데이터 전처리 수식 171
〈표 4-5〉 건물별 시계열 데이터전처리 수식 172
〈표 4-6〉 설비간 에너지흐름 Sankey 차트 데이터 전처리 수식 172
〈표 4-7〉 건물간 에너지흐름 Sankey 차트 데이터 전처리 수식 175
〈표 4-8〉 KIER Energy map 데이터 전처리 수식 176
〈표 4-9〉 주거용 건물 건물 2개소 운전결과 요약(21-09-13 ~ 21-12-31 실증운전) 183
〈표 4-10〉 비주거용 건물 건물 2개소 운전결과 요약(21-09-13 ~ 21-12-31 실증운전) 185
〈표 4-11〉 커뮤니티 운영데이터 분석결과 요약 186
[그림 1-1] 도시에너지재생 최적화 구현 방안 25
[그림 1-2] 플러스에너지 커뮤니티를 위한 건물 구성 26
[그림 1-3] 신재생에너지 도입에 따른 발전 출력제한 증가(제주) 27
[그림 1-4] 전력망연계 건물을 이용한 부하평준화 에너지운영(예)... 28
[그림 1-5] 도시재생 관련 에너지기술 적용 확대 28
[그림 1-6] 세계 가상발전소 시장규모(출처: www.psmarketresearch.com) 29
[그림 1-7] 2050 탄소중립을 위한 추진전략(3+1 추진전략 중 『경제구조의 저탄소화』 정책 30
[그림 2-1] 건물 외피 진단 31
[그림 2-2] 대상 건물 리모델링 설계 방향 33
[그림 2-3] 리모델링 설계 아이디어(1) 35
[그림 2-4] 리모델링 설계 아이디어(2) 35
[그림 2-5] KePSH-2 입면도 36
[그림 2-6] KePSH-2 입면도 37
[그림 2-7] KPEB-1 입면도 디자인안 38
[그림 2-8] KPEB-1 '플러스에너지' 사인물 디자인안 38
[그림 2-9] KPEB-1 최종 입면 디자인안 39
[그림 2-10] KPEB-1 입면도 39
[그림 2-11] KPEB-2 입면도 40
[그림 2-12] 계획단계에서 플러스커뮤니티 건물 단위별 PV 용량 및 사양 51
[그림 2-13] KePSH-1 주택 5일(평일)간 거주평가 내용 요약 52
[그림 2-14] KePSH-1 주택 거주 및 비거주에 따른 총 소비전력 53
[그림 2-15] 특정일 기준 KePSH-1(주택) 총소비량 및 발전량 비교 54
[그림 2-16] 플러스커뮤니티 전력 모니터링 개요도 55
[그림 2-17] 플러스커뮤니티 전력 모니터링을 위한 프로세스 55
[그림 2-18] 플러스커뮤니티 전력모니터링 화면 구성(1차년도) 56
[그림 2-19] KePSH-1(주택) 용도별 사용량 및 소비/생산 비(21.02.15) 58
[그림 2-20] KePSH-1(주택) PV 및 PVT 발전량 비교(21.02.15) 59
[그림 2-21] KPEB-1 '냉방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 층별 전력사용 비 60
[그림 2-22] KPEB-1 '냉방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 전력사용 비교 62
[그림 2-23] KPEB-1 '비냉난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 전력사용 비교 62
[그림 2-24] KPEB-1 '난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 전력사용 비교 62
[그림 2-25] KPEB-1 '냉방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 추이 63
[그림 2-26] KPEB-1 '비냉난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 추이 63
[그림 2-27] KPEB-1 '난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 추이 63
[그림 2-28] KPEB-1 '냉방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 비 65
[그림 2-29] KPEB-1 '비냉난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 비 65
[그림 2-30] KPEB-1 '난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 용도별 전력사용 비 65
[그림 2-31] KPEB-1 '냉방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 급탕 전력사용량 66
[그림 2-32] KPEB-1 '비냉난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 급탕 전력사용량 66
[그림 2-33] KPEB-1 '난방기간' 주말(휴일), 주중(근무일) 급탕 전력사용량 66
[그림 2-34] KPEB-1 계절별(냉난방 여부) 일일 전력사용량 비교(근무일 기준) 67
[그림 2-35] KPEB-1 온수공급을 위한 펌프 및 전기온수기 소비동력 68
[그림 2-36] 급탕을 위한 하절기 7일간 전기온수기 및 펌프 소비전력(20.08.22-28) 69
[그림 2-37] 급탕을 위한 추절기 7일간 전기온수기 및 펌프 소비전력(20.10.17-22) 69
[그림 2-38] 급탕을 위한 동절기 7일간 전기온수기 및 펌프 소비전력(21.01.09-15) 70
[그림 2-39] KPEB-1 건물 온수공급 계통도 70
[그림 2-40] KPEB-1 건물 온수공급 계통도 : 대안 1 71
[그림 2-41] 리모델링 공사 공정표 74
[그림 2-42] 지붕층 바닥구조 평면도 75
[그림 2-43] 지붕 및 벽체 열교방지재 설치 76
[그림 2-44] 기존 벽체 단열재 샘플 76
[그림 2-45] 벽체 준불연 단열재 설치 77
[그림 2-46] KePSH-1 리모델링 공사 77
[그림 2-47] KPEB-1 리모델링 공사 78
[그림 2-48] 건물별 리모델링 공사 전·후 78
[그림 2-49] 리모델링 공사 후 조감도 79
[그림 3-1] 국내외 BIPV 시스템 시공 사례 80
[그림 3-2] BIPV 시공 예시 81
[그림 3-3] KePSH-1 BIPV 모듈 배치도 81
[그림 3-4] KePSH-1 BIPV 계통도 82
[그림 3-5] KePSH-1 BIPV시스템 시공 82
[그림 3-6] KePSH-2 BIPV 모듈 배치도 83
[그림 3-7] KePSH-2 BIPV 계통도 83
[그림 3-8] KePSH-2 BIPV시스템 시공 84
[그림 3-9] KPEB-1 BIPV 모듈 배치도 84
[그림 3-10] KPEB-1 BIPV 모듈 시공 상세도 85
[그림 3-11] KPEB-1 BIPV 계통도 85
[그림 3-12] KPEB-1 BIPV시스템 시공 85
[그림 3-13] KPEB-2 BIPV 모듈 배치도 86
[그림 3-14] 화이트 BIPV 모듈 광학 특성 86
[그림 3-15] KPEB-2 BIPV시스템 시공 87
[그림 3-16] PVT 모듈의 기술 분류 89
[그림 3-17] 태양열집열기, 태양광모듈 및 PVT 적용 예시 89
[그림 3-18] PVT 모듈의 개념 및 기술 분류 89
[그림 3-19] 호텔 지붕 거치 형 PVT 90
[그림 3-20] 주택 지붕 거치형 PVT 90
[그림 3-21] 공공건물 수직 벽면 거치형 PVT 90
[그림 3-22] BIPVT 모듈 구성 단면도 92
[그림 3-23] 1차 지붕설치형 BIPVT 적용 서펜타인 동관 상세도 93
[그림 3-24] 1차 수직벽면형 BIPVT 적용 서펜타인 동관 상세도 93
[그림 3-25] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 적용 서펜타인 동관 상세도 94
[그림 3-26] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 라미네이팅 후 흡수판 전후면 94
[그림 3-27] 과열방지를 위한 모듈 설계 95
[그림 3-28] BIPVT모듈 에어채널 커버 96
[그림 3-29] 과열방지를 위한 Thermal Actuator 96
[그림 3-30] All-Black 코팅이 적용된 Frame 97
[그림 3-31] PVT모듈 Frame 구조도 97
[그림 3-32] PVT모듈 프레임 조립도 98
[그림 3-33] 1차 지붕설치형 BIPVT 내부 상세도 98
[그림 3-34] 1차 지붕설치형 BIPVT 내부 상세도 99
[그림 3-35] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 내부 상세도 99
[그림 3-36] 1차 지붕설치형 BIPVT 종/횡단면도 및 휨방지 고정가이드 상세도 100
[그림 3-37] 1차 수직벽면형 BIPVT 종/횡단면도 및 휨방지 고정가이드 상세도 101
[그림 3-38] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 종/횡단면도 및 휨방지... 101
[그림 3-39] 1차 지붕설치형 BIPVT 평면도 및 측면도 103
[그림 3-40] 1차 수직벽면형 BIPVT 평면도 및 측면도 103
[그림 3-41] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 평면도 및 측면도 104
[그림 3-42] 성능개선형 2차 지붕설치형 BIPVT 전면 및 후면 104
[그림 3-43] PVT모듈의 열전달 모델 105
[그림 3-44] PVT모듈의 유로 구성 105
[그림 3-45] 태양열 집열기 인증시험장치 시스템 개략도 108
[그림 3-46] 1차년도 제작 지붕설치형 BIPVT 성능시험장치 거치 110
[그림 3-47] 1차년도 제작 이중투과체 및 단일투과체 BIPVT... 110
[그림 3-48] 1차년도 제작 지붕설치형 BIPVT 열 및 전기 통합성능 곡선 111
[그림 3-49] 2차년도 성능개선형 지붕설치형 이중투과체 BIPVT 열 및... 112
[그림 3-50] 2차년도 성능개선형 지붕설치형 단일투과체 BIPVT 열 및... 113
[그림 3-51] KePSH-I 적용 지붕일체형 BIPVT 설치 전경 114
[그림 3-52] KePSH-I BIPVT 모듈 어레이 구성 및 개별 모듈의 발전량 114
[그림 3-53] KePSH-I BIPVT 시스템 모니터터링 시스템 초기 화면 115
[그림 3-54] PVT 모듈에 적용된 Optimizer 및 인버터 116
[그림 3-55] KePSH-I BIPVT모듈 연계 냉난방 및 급탕시스템 개략도 118
[그림 3-56] KePSH-I BIPVT모듈 연계 급탕시스템 개략도 118
[그림 3-57] KePSH-I 지붕일체형 BIPVT 모듈의 시간별 개별 발전 값 119
[그림 3-58] KePSH-I 지붕일체형 BIPVT 모듈의 일사량에 따른 전기 및... 119
[그림 3-59] KePSH-II의 전경 및 BIPVT 120
[그림 3-60] KePSH-II BIPVT 시스템 모니터터링 시스템 초기 화면 121
[그림 3-61] KePSH-II BIPVT 모듈 어레이 구성 및 개별 모듈의 발전량 122
[그림 3-62] KePSH-I 지붕일체형 BIPVT 모듈의 시간별 개별 발전 값 122
[그림 3-63] KePSH-II 수직벽면일체형 BIPVT 모듈의 일사량에 따른 전기 및 열 성능 123
[그림 3-64] KePSH-I 1 kW 급 가정용 연료전지 배열 활용 시스템 시험장치 개념도 128
[그림 3-65] KePSH-I 1 kW 급 가정용 연료전지 배열 활용 시스템 시험장치... 129
[그림 3-66] 10월 시간대별 급탕 부하 패턴 132
[그림 3-67] KePSH-I 1 kW급*2기 PEMFC 배열활용 열에너지... 133
[그림 3-68] KePSH-I 1 kW급 PEMFC 배열활용 가능 온도 133
[그림 3-69] KePSH-1 지하 1층 SOFC 이전설치 사진 134
[그림 3-70] KePSH-1 SOFC 발전량 모니터링 연계 134
[그림 3-71] SOFC 배열활용을 위한 열설비 시스템 135
[그림 3-72] SOFC 배열활용 모니터링 시스템 화면 사진 136
[그림 3-73] 특정조건에서의 SOFC 발전량 및 배열량, 온도, 유량 생산 비 136
[그림 3-74] SOFC 유량제어에 따른 배수온도 및 배열열량 변화 137
[그림 3-75] SOFC 시수온도 및 배수온도에 따른 배열열량 137
[그림 3-76] KePSH-1 열에너지 시스템 구성도 139
[그림 3-77] KePSH-1 히트펌프 및 축열조 139
[그림 3-78] 1 kW SOFC 및 1 kW PEMFC(KePSH-1) 140
[그림 3-79] KePSH-2 열에너지 시스템 구성도 141
[그림 3-80] KePSH-2 히트펌프 및 축열조 142
[그림 3-81] KPEB-1 냉/난방용 공기 열원 히트펌프 143
[그림 3-82] KPEB-1 급탕용 전기 온수기 143
[그림 3-83] KPEC 열에너지 공유 시스템 145
[그림 3-84] KPEC 열 공유용 허브 축열조 및 수열원 히트펌프 146
[그림 3-85] 플러스에너지 커뮤니티 네트워크 구성도 147
[그림 3-86] 스마트 멀티 채널 미터 및 CT 센서(KePSH-2) 148
[그림 3-87] 데이터 측정 및 자동 제어을 위한 PLC 서버/모듈 및 제어창(KePSH-2) 148
[그림 3-88] 플러스에너지 커뮤니티 데이터베이스 구성 149
[그림 3-89] KePSH-1 PVT 운전 흐름도 150
[그림 3-90] KePSH-1 히트펌프 급탕 축열 운전 흐름도 151
[그림 3-91] KePSH-1 축열조 난방 운전 흐름도 151
[그림 3-92] KePSH-1 히트펌프 난방 운전 흐름도 152
[그림 3-93] KePSH-1 히트펌프 냉방 운전 흐름도 153
[그림 3-94] KePSH-2 PVT 운전 흐름도 154
[그림 3-95] KePSH-2 난방 운전 흐름도 155
[그림 3-96] KePSH-2 냉방 운전 흐름도 156
[그림 3-97] 급탕 운전 흐름도 157
[그림 3-98] KePSH-1 HMI 159
[그림 3-99] KePSH-2 HMI 160
[그림 3-100] 플러스에너지 커뮤니티 열 및 전력 네트워크 161
[그림 3-101] 플러스에너지 커뮤니티 통합 모니터링 시스템(1/2) 162
[그림 3-102] 플러스에너지 커뮤니티 통합 모니터링 시스템(2/2) 162
[그림 4-1] 플러스에너지 커뮤니티 디지털화 전략 163
[그림 4-2] 커뮤니티 에너지 분류 164
[그림 4-3] 커뮤니티 디지털화 전략 도입 전/후 비교 요약 165
[그림 4-4] 커뮤니티 에너지 통합 DB 165
[그림 4-5] 커뮤니티 설비간 에너지흐름 모식도 166
[그림 4-6] 카테고리화 적용 후 커뮤니티 설비간 에너지흐름 모식도 167
[그림 4-7] 커뮤니티 건물간 열-전기 에너지흐름 모식도 167
[그림 4-8] 커뮤니티 열량, 전력량 정보 계측, 설비 운영제어를 위한 모식도 169
[그림 4-9] DB구축을 위한 커뮤니티 통신 모식도 169
[그림 4-10] 3D 대시보드 에너지 플러스 상태 178
[그림 4-11] 3D 대시보드 에너지 마이너스 상태 179
[그림 4-12] 3D 대시보드 KePSH-1 지하 설비 179
[그림 4-13] 3D 대시보드 실시간 커뮤니티 에너지정보... 180
[그림 4-14] 3D 대시보드 실시간 커뮤니티 신재생 에너지 전주기 흐름도 181
[그림 4-15] 3D 대쉬보드 KIER Energy map 181
[그림 4-16] 커뮤니티 내 신재생에너지 설비 용량 요약 182
[그림 4-17] 주거용 건물 내 신재생 발전설비 운전 결과... 184
[그림 4-18] 비주거용 건물 자가소비율, 에너지자립율... 185
[그림 4-19] 커뮤니티 에너지자가소비율, 에너지자립율(2021-09-13 ~ 2021-12-31 실증운전) 186
[그림 4-20] 커뮤니티 실시간 에너지 발전량, 소비량, ESS 출력, 전력판매량... 187
[그림 4-21] 커뮤니티 에너지 전주기 누적 흐름량... 188