공동주택의 최적 열공급을 위한 난방부하 예측에 관한 연구

유성연(Seong-Yeon Yoo),김태호(Tae-Ho Kim),한규현(Kyou-Hyun Han),윤홍익(Hong-Ik Yoon),강형철(Hyung-Chul Kang),김경호(Kyung-Ho Kim) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集B Vol.36 No.8

지역난방 시스템의 최적 스케쥴 제어를 위해서는 난방부하 예측이 필요하다. 공동주택의 난방부하는 복잡한 변수들의 영향을 받기 때문에 손쉬운 난방부하 예측을 위해 사용하기 쉬우며 효용성 있는 예측방법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 익일의 시간별 난방부하를 예측하기 위해 단순화된 외기조건 예측방법과 부하 예측방법을 제안하였다. 난방부하 예측을 위해 건물설계서에서 쉽게 얻을 수 있는 간단한 사양과 예측된 온습도가 사용되었다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위해 지역난방 시스템으로부터 시간별로 실측된 난방부하와 예측된 결과를 비교하였다. 예측된 외기조건은 실측된 값과 비교하여 변화양상이 잘 일치하였다. 예측된 난방부하와 측정된 난방부하를 비교한 결과, 시간별, 일별, 월별 모두 예측과 실측이 비교적 잘 일치하였으며, 난방기간 동안 월별 부하의 평균 오차는 약 4.68%로 비교적 작은 값을 가졌다. It is necessary to predict the heating load in order to determine the optimal scheduling control of district heating systems. Heating loads are affected by many complex parameters, and therefore, it is necessary to develop an efficient, flexible, and easy to use prediction method for the heating load. In this study, simple specifications included in a building design document and the estimated temperature and humidity are used to predict the heating load on the next day. To validate the performance of the proposed method, heating load data measured from a benchmark district heating system are compared with the predicted results. The predicted outdoor temperature and humidity show a variation trend that agrees with the measured data. The predicted heating loads show good agreement with the measured hourly, daily, and monthly loads. During the heating period, the monthly load error was estimated to be 4.68%.

대형마트와 통합된 옥상온실의 냉·난방 부하 산정을 위한 에너지 해석에 관한 수치적 연구

김태훈,한용식,최병일,도규형 대한설비공학회 2019 설비공학 논문집 Vol.31 No.11

In this paper, energy analysis was numerically performed to estimate the cooling and heating loads of a rooftop greenhouse integrated with a commercial building. For the purpose, we developed a building energy simulation model, and calculated the cooling and heating loads using a commercial tool, TRNSYS. Energy analysis for a greenhouse and supermarket was also conducted for the comparison. Based on the numerical results, when energy transfer between the rooftop greenhouse and supermarket was facilitated efficiently, the annual heating load and total load were significantly reduced compared to a glass greenhouse and supermarket. It was found that the reduction rates of the heating and total loads were 14.0% and 10.2%, respectively. Also, the peak load of heating equipment could be reduced as 5.7%. Additionally, the effect of the set temperature inside the rooftop greenhouse on building cooling and heating loads was investigated, and it was demonstrated that the reduction rates of annual heating and cooling loads were significantly differed depending on the cultivated crops in the greenhouse. 본 연구에서는 상업건물과 통합된 옥상온실의 냉․난방 부하 산정을 위한 에너지 해석을 수행하였다. 이를 위해 대형마트와 통합된 옥상온실에 대한 해석모델을 개발하고 이를 상용 BES 프로그램 중 하나인 TRNSYS를 사용하여 냉․난방 부하를 계산하였다. 비교를 위하여, 독립 유리온실과 대형마트에 대한 에너지 해석도 함께 수행하였다. 해석 결과는 다음과 같다. (1) 건물 통합 옥상온실에 대한 경계층 벽체조건이 Fig. 5(a)와 같이 단순 통합된 경우, 전체 난부하는 단독 유리온실 및 대형마트의 난방부하에 비해 913 GJ 감소하여, 8.6% 감소하지만, 냉방부하는 연간 기준 740 GJ이 증가하여, 전체 냉․난방 부하의 감소량은 174 GJ로 1.4% 감소에 불과하였다. (2) 옥상온실과 건물 사이의 에너지 교환을 원활하게 할 수 있도록 경계층 벽체조건을 설정할 경우, 통합 옥상온실의 연간 난방부하는 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 1,484 GJ가 감소하여 저감율은 약 14.0%로 나타났고, 냉․난방부하를 합한 전체 부하 감소량 및 감소율은 각각 1,293 GJ, 10.2%에 이르는 것으로 나타났다. 또한, 통합 옥상온실을 위한 난방용 설비의 최대 부하는 357 W/m2로 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 5.7% 감소하였다. (3) 유리온실 내부 온도 변화가 건물 냉․난방 부하에 미치는 영향을 추가적으로 조사하였으며, Case 2의 경우 통합 옥상온실에서의 냉․난방 부하가 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 약 10.2% 감소한 반면, Case 2-2의 경우 약 3.3% 감소함을 확인하였다. Case 2-1는 전체 부하 측면에서 저감효과가 없는 것으로 나타났다. 결론적으로, 옥상온실과 대형마트 사이의 에너지 교환이 효과적으로 이루어지도록 설계할 경우, 건물 통합형 옥상온실이 에너지 효율 관점에서 장점을 가지며, 연간 냉․난방 부하의 저감량 및 저감율은 온실의 재배 작물에 따라 크게 차이가 있음을 확인하였다. 또한, 본 연구결과를 토대로 건물 통합형 옥상온실의 냉․난방 설비 시스템 사양 선정을 위한 설계에 활용이 가능할 것이다.

옥상온실과 통합된 소규모 호텔의 냉/난방 부하 산정을 위한 에너지 해석에 관한 연구

최석민,임병주,이유환,도규형 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.11

This study conducted a building energy simulation (BES) to compare the heating and cooling loads of a stand- alone greenhouse with a small hotel with an integrated rooftop greenhouse. The TRNSYS program was used to calculate the heating and cooling loads of the buildings. Numerical simulations were conducted for the stand-alone greenhouse model, a stand-alone small hotel model, and a small hotel with an integrated rooftop greenhouse model to compare the heating and cooling loads of each building. The results showed that the heating loads and total loads of the integrated model were reduced 20% and 15.7% than stand-alone model, respectively. Furthermore, if the temperature setting of the greenhouse was changed for different vegetables, the heating and cooling loads of the buildings varied. The setting temperature for high-temperature vegetables showed the largest energy reduction in the heating and cooling loads of the buildings. In conclusion, the integrated rooftop greenhouse had the advantage of energy reduction when it was installed on a conventional small hotel. 본 연구에서는 소규모 호텔 건물과 유리온실이 통합된 건물의 냉난방 부하 산정을 위해 에너지 부하 해석을 수행하였다. 이를 위해 소규모 호텔과 유리온실이 통합된 해석 모델과 분리된 해석 모델을 개발하고 이를 상용 BES 프로그램인 TRNSYS를 이용하여 에너지 부하 해석을 수행하였다. 이에 따른 결론은 다음과 같다. (1) 호텔 건물과 유리온실을 단순 통합시킨 모델의 경우, 난방 에너지 부하량은 약 177 GJ(17.8%) 감소하는 결과를 보였으나 냉방 에너지 부하량은 약 38 GJ(14.5%) 증가하는 경향을 보였다. 이에 따른 전체 에너지 부하량은 약 139 GJ(11%) 감소하는 경향을 보였다. (2) 호텔 건물의 옥상과 유리온실 바닥면의 단열층을 제거하여 에너지 교환을 원활하게 한 경우, 난방 에너지 부하량은 약 200 GJ(20.1%) 감소하는 결과를 보였으며, 냉방 에너지는 29 GJ(9.9%) 증가하는 경향을 보였다. 이에 따른 전체 에너지 부하량은 171 GJ(15.7%) 감소하는 경향을 보였다. 즉, 단열층을 제거하는 경우 유리온실의 에너지 절감량이 더 효과적인 것을 확인하였다. (3) 유리온실 내부의 생육 작물에 따라 기준 온도가 변할 시의 에너지 부하량 변화를 추가적으로 확인하였다. 기준 온도가 변함에 따라 에너지 부하의 절감량은 120~220 GJ까지 변하는 것을 확인하였으며, 에너지 절감률도 10.6%~18.7%까지 변하는 것을 확인하였다. 이를 통해 고온성 작물을 유리온실에서 재배하는 경우 에너지 절감량과 절감률이 크게 나타나는 것을 확인하였다. 위와 같이 소규모 호텔 건물위에 유리온실을 설치하여 에너지 교환이 원활이 이뤄지도록 설계하는 경우 에너지 부하량의 절감하는 효과가 있는 것을 확인하였다. 또한 본 시뮬레이션 결과를 바탕으로 생육 작물에 따른 옥상 유리온실의 냉난방에 필요한 에너지 산정 및 설비 시스템 설계에 활용 될 수 있을 것으로 판단된다. 다만 현 시스템을 국내 실정에 맞게 적용하기 위해서는 실증 실험 및 적용 타당성을 검증하는 추가 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

저에너지 공동주택 개별보일러의 출력범위 조절을 위한 난방 및 급탕부하 분석

김상엽(Kim, Sang-Yeop),장형문(Zhang, Xinwen),김찬희(Kim, Chan-Hee),최지수(Choi, Ji-Su),이규남(Rhee, Kyu-Nam),정근주(Jung, Gun-Joo) 대한건축학회 2021 대한건축학회논문집 Vol.37 No.11

In Korea, it is common to determine the capacity of individual gas-fired boilers based on the floor area or unit heating load of residential buildings. With this approach, the current tendency of heating load reduction can not be taken into account when sizing the individual gas-fired boilers for low-energy apartment buildings. Most of the low-energy apartment buildings might be equipped with over-sized boilers, which would cause the boiler to operate with low efficiency particularly under part load conditions. As the over-sized boilers can deteriorate the energy saving performance of low-energy apartment buildings, this study was conducted to suggest the necessity of adjusting the output range of individual gas-fired boilers. For this purpose, heating and domestic hot water load of apartment buildings were analyzed considering the historical change of energy saving design standards. The analyzed loads were compared with the output range of household gas-fired boilers currently available on the market. The results showed that the heating output of the boilers is over-sized, even though the heating load has been reduced by 53%. It was found that the part-load output of boilers was significantly higher than the heating load, which would lead to the reduced efficiency during the part load conditions. It was also found that the individual room control can increase the difference between the boiler part-load output and heating load. Therefore, it is necessary to adjust the output range of boilers by lowering the part-load output and to increase the turn-down ratio of boilers in order to improve the energy efficiency of low-energy apartment buildings.

다중이용업소의 환기방법에 따른 냉·난방에너지 소비량

장소미,고유진,민준기,홍희기 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.8

Recently, the pandemic virus COVID-19 causing many infections and cases of infection by from being in the same space with an individual or individuals without direct contact has been alarmingly increasing. Referring to COVID-19’s virulent propagation mechanism, it may be inadequately safe to maintain a distance of 1 to 2 m from an infected person to prevent infection, and frequent, effective ventilation is necessary to remove more virus particles. In this paper, a cafe was selected as a typical multi-use store. TRNSYS18 was used to compare and analyze the heating and cooling load values with the different types of ventilation methods. The analyses were: ventilation not performed, forced ventilation performed at 1500 CMH continuously for 24 hours (simple forced ventilation), forced ventilation according to the concentration of CO2 (reasonable forced ventilation), ventilation using a crossflow plate, and rotary energy recovery ventilation. Compared to the reasonable forced ventilation, the plate and the rotary energy recovery ventilation showed reduction ratios of 6.3% and 20.9% respectively. The heating loads increased by 16.1 times for simple forced ventilation and 6.2 times for reasonable forced ventilation compared to when ventilation was not performed. Conversely, the plate and the rotary energy recovery ventilation showed an increase of approximately two times only. 본 연구에서는 다중이용업소를 대상으로 환기를 하지 않는 경우와 강제환기를 할 경우, 그리고 열회수형 환기장치를 사용하여 환기를 할 경우에 대해 냉․난방에너지 소비량을 산출하여 비교․분석하였다. 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 강제환기량이 증가함에 따라 환기를 하지 않는 경우에 비해 냉․난방부하 모두 증가하였다. 단순 강제 환기의 경우 냉방부하는 2.1배 증가하였으나 난방부하는 16.1배로 크게 증가하였다. 창호를 개방하건 환기팬을 가동하건 일단 금년 여름은 환기량을 확보하는 데 집중하고, 본격적인 난방철이 되기 전에 환기량 확보와 난방에너지 저감을 위해 열회수형 환기장치의 설치를 권고한다. (2) 하계 운전 시 환기를 하지 않는 경우에 비해 현열부하는 별로 달라지지 않는 반면에 잠열부하가 환기량에 따라 크게 증가한다. CO2 농도에 따라 합리적으로 환기량을 제어하는 강제환기에 비해 열회수형 환기장치를 사용하면 판형 6.3%, 회전형 20.9% 냉방부하가 감소한다. 다중이용업소에서 출입구를 개방한 상태에서 냉방하는 경우 에너지 낭비가 매우 크나, 건물 조건에 따라서는 1인당 30 CMH 이하의 환기량이 될 수도 있기 때문에 에너지 절약 및 안정적인 환기량 확보를 위해 열회수형 환기장치의 도입은 필수적이다. (3) 동계 운전 시 환기를 하면 현열부하와 잠열부하가 모두 증가하며, 특히 현열부하가 큰 영향을 받는다. 환기를 하지 않는 경우에 비해 단순 강제환기의 현열부하는 112.0 GJ로 약 15.3배, 합리적 강제환기시(44.3 GJ)에도 6.1배 증가한다. 판형과 회전형 열회수형 환기장치를 도입하면 현열부하는 각각 14.7 GJ, 14.0 GJ로 합리적 강제환기 대비 각각 66.8%, 68.4%의 감소율을 보인다. 환기하지 않는 경우와 비교해도 열회수형 환기장치를 도입하면 난방에너지는 2배 정도 증가하는데 그친다. 다중이용업소와 유사한 환경이 학교와 종교시설 등이다. 앞서 언급한 바와 같이 동절기에는 연속적으로 창문을 열고 난방을 하는 것이 현실적으로 어렵다. 이미 경험한 바와 같이 한두 시간 밀폐된 상태에서 냉난방하고 간헐적으로 창문을 열어 환기하는 것은 대단히 위험하며, 밀폐된 공간에서의 급격한 확산을 피하기 위해서는 연속적인 환기가 전제되어야 한다. 이를 위해 에너지 절약과 연속적이고 안정적인 환기량 확보를 위해 열회수형 환기장치의 도입이 법제화되어야 한다.

국내 공동주택의 난방부하 특성을 고려한 바닥 복사난방 패널의 설계

이윤정(Lee Youn-Jung),정창호(Jeong Chang-Ho),여명석(Yeo Myoung-Souk),김광우(Kim Kwang-Woo) 대한건축학회 2011 대한건축학회논문집 Vol.27 No.9

The change of heating load for domestic residential buildings was analyzed in this study. For this purpose, the change of heat transmission coefficient was studied and the heating load was calculated. Although the heating load in domestic residential buildings has been reduced, these circumstances have not been applied to floor heating panel design. In this study, the reasonable design of a heating panel based on an analysis of relation between heat output and design factors of a heating panel was suggested. According to the results, considering the actual heating load, a wider pipe pitch, a smaller pipe size, and a lower water temperature than those at present could be applied to the heating panels of residential buildings.

아랫목/윗목 개념을 적용한 가열면 분할방안에 관한 연구

이선우(Lee Sun-Woo),조가영(Cho Ga-Young),여명석(Yeo Myoung-Souk),김광우(Kim Kwang-Woo) 대한건축학회 2008 대한건축학회논문집 Vol.24 No.11

In this study, as the basic step for developing partial radiant heating system that can improve thermal comfort of occupants with a high floor temperature, we purposed to make the design process of partial radiant heating system considering heating loads of residential units and to investigate the validity of developing partial radiant heating system. Research processes and methods are as follows. First, the concept of partial radiant heating system was developed comparing radiant hydronic heating system with Ondol. Second, the design process of partial radiant heating system was suggested considering both usual design process of radiant heating system and similar concepts of partial radiant heating system. Finally, to validate the design process, heating loads of a residential unit were simulated using EnergyPlus and floor temperature and heating area were analyzed using MS Excel according to the design process.

난방 온실의 지중열 교환 특성에 관한 실험적 연구

신현호(Hyun-Ho Shin),남상운(Sang-Woon Nam) (사)한국생물환경조절학회 2016 생물환경조절학회지 Vol.25 No.3

온실의 난방부하 중 지중전열부하는 산정방법이나 적용여부가 제각각이고, 온실의 규모에 따라 각각의 방법에는 큰 차이가 있으므로 보다 정확히 국내에 적용할 수 있는 방법을 정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 원예시설의 난방부하 산정방법 정립에 필요한 기초자료를 제공하기 위하여 위치와 규모가 다른 3개의 연동 플라스틱 온실에서 난방기간 동안 지온분포와 토양열류를 실측하였으며, 온실의 지중전열부하 산정방법을 검토하고 난방설계에 필요한 기준자료를 도출하였다. 난방중인 온실의 지온분포를 실측하여 실내기온과 비교한 결과 온실의 중앙 부분에서는 지온이 실내기온 보다 높고, 온실의 끝부분과 모서리 부분에서는 지온이 실내기온 보다 낮은 것으로 나타났다. 그러므로 온실의 중앙 부분에서는 지중열이 공급되고, 온실의 측면 부분에서는 외주부를 통해서 열손실이 발생하며, 온실의 규모에 따라 차이가 있는 것으로 판단된다. 건물의 외주부를 통한 열손실 개념을 도입하고, 온실의 규모를 반영하여 수정한 온실의 지중전열부하 산정방법은 타당성이 있는 것으로 평가된다. 토양열류센서를 이용하여 실측한 지중전열량은 실내외 기온차에 비례하여 직선적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 지중전열량 분석 결과로부터 지중전열의 방향이 바뀌는 기준온도차를 도출하였으며, 국내 온실의 난방설계에서 대규모 온실은 10℃ 내외, 소규모 온실은 12.5~15℃를 적용할 것을 제안하였다. 또한 지중열류 실측 결과로부터 온실의 외주부 단위길이당 열손실계수를 도출하였으며, 대규모 온실은 7.5~10W·m<SUP>-1</SUP>·K<SUP>-1</SUP>, 소규모 온실은 2.5~5.0W·m<SUP>-1</SUP>·K<SUP>-1</SUP>를 설계기준 자료로 제안하였다. The calculation method of ground heat exchange in greenhouses has different ideas in each design standard, so there is a big difference in each method according to the size of greenhouses, it is necessary to establish a more accurate method that can be applied to the domestic. In order to provide basic data for the formulation of the calculation method of greenhouse heating load, we measured the soil temperature distribution and the soil heat flux in three plastic greenhouses of different size and location during the heating period. And then the calculation methods of ground heat exchange in greenhouses were reviewed. The soil temperature distributions measured in the heating greenhouse were compared with the indoor air temperature, the results showed that soil temperatures were higher than room temperature in the central part of greenhouse, and soil temperatures were lower than room temperature in the side edge of greenhouse. Therefore, it is determined that the ground heat gain in the central part of greenhouse and the perimeter heat loss in the side edge of greenhouse are occurred, there is a difference depending on the size of greenhouse. Introducing the concept of heat loss through the perimeter of building and modified to reflect the size of greenhouse, the calculation method of ground heat exchange in greenhouses is considered appropriate. It was confirmed that the floor heat loss measured by using soil heat flux sensors increased linearly in proportion to the temperature difference between indoor and outdoor. We derived the reference temperature difference which change the direction of ground heat flow and the perimeter heat loss factor from the measured heat flux results. In the heating design of domestic greenhouses, reference temperature differences are proposed to apply 12.5~15℃ in small greenhouses and around 10℃ in large greenhouses. Perimeter heat loss factors are proposed to apply 2.5~5.0W·m<SUP>-1</SUP>·K<SUP>-1</SUP> in small greenhouses and 7.5~10W·m<SUP>-1</SUP>·K<SUP>-1</SUP> in large greenhouses as design standard data.

노후 공동주택 개보수를 통한 난방부하 저감가능성 분석

정창헌(Cheong Chang-Heon),김태연(Kim Tae-Yeon),이승복(Leigh Seung-Bok) 대한건축학회 2010 대한건축학회논문집 Vol.26 No.7

Energy retrofit of old residential building is very important, because old residential buildings take large amount in total residential building stock. Consequently, identifying the energy reduction effect of each building component's improvement should be performed. In this study, four major factors those affect the heating load significantly such as balcony thermal bridge, wall insulation, air-tightness and window property were considered. At first, the simulation condition and several variables such as U-factors of wall and window, linear thermal transmittance, air-tightness and infiltration are examined and simulation cases were established. Heating load of each case is verified by PHPP(Passive house Planning Package 2007). Simulation results show that removing balcony thermal bridge reduces heating load by 5.7%. Partial external insulation allowing thermal bridge does not reduce heating load much. Wall insulation reinforced to around 1.22~1.32 W/㎡K results in heating load reduction by 30.2~35.7%. Air-tightness enhancement to the passive house guideline reduces heating load by 22%. Mandatory additional ventilation rate of 0.7 ACH by retrofit increases heating load by 8.9%. However, the heating load reduction efficiency increases to 29.8% by adopting heat recovery ventilation system. Strengthening U-factor of window system to 0.8 W/㎡K diminishes heating load by 34.6%. Heating load of holistic model adopting most efficient components was 7 kWh/㎡a which meets the requirement of passive house standard in EU.

설비영역 방법에 따른 소규모 건축물 냉난방부하평가 프로그램의 적정성 검토

전민석,임수현,박성중 한국건축친환경설비학회 2021 한국건축친환경설비학회 논문집 Vol.15 No.6

Reducing the energy required for heating, cooling and air conditioning is a very important factor in reducing overall building energy. Efficient design of building energy, such as estimating the capacity of equipment suitable for the size and purpose of the building, is an important factor to reducing building energy. Accordingly, it is necessary to accurately calculate the heating and cooling load suitable for appropriate size in order to save energy for heating and cooling. However, in the case of small buildings, most of the equipment is selected by converting it into the capacity of the air conditioning equipment per unit area. As mentioned above, equipments are being installed without considering building characteristics such as location, orientation, window area ratio, and thermal transmittance. Therefore, it takes a lot of time to calculate the load, and it takes a lot of time to change the design. For these reasons, this study developed a Heating and Cooling load evaluation program that non-experts can use easily. To verify reliability, this document tried to review the adequacy of the heating and cooling load evaluation by comparing the error with the existing program and examining the error according to the difference in the heating and cooling load evaluation unit. Through the results of this study, it was confirmed that it is possible to induce the appropriate heating and cooling load calculation through developed program that reduces the input items of the building’s envelope.