생물안전 3등급시설에서 태양열과 지열을 이용한 하이브리드 에너지 시스템 성능 예측연구 = A Study on the Predictive Performance of Hybrid Energy System using Solar and Geothermal Energy in BSL 3

국문 초록 (Abstract)

생물안전밀폐시설(Biosafety Laboratory, BSL)이란 감염성 물질을 안전하게 관리하여 연구원의 생물안전 사고를 예방하고 생물재해를 방지하는 것을 목적으로 하는 시설이다. 이러한 BSL은 실험실의 생물안전을 위해서 전외기 급기 및 전배기를 해야 하는 음압시설로 공기조화설비를 상시 가동하고 있기 때문에 동일 규모 일반 사무소 건물에 비해 5∼10 배 더 많은 양의 에너지가 소비되는 에너지 다소비 건물로 알려져 있다. 특히, 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 급배기하여야 하므로 덕트 설계가 복잡하며 자재비등 초기 건설공사비가 기존에 비해 5배 이상 많이 소비되는 경제적인 문제가 있다.
본 연구에서는 생물안전 3등급 경우에 외기부하가 많이 차지하고 있는 것을 알 수가 있었다. 생물안전 3등급 시설인 경우 전외기, 전배기방식 때문에 전체 공조부하 중 외기부하가 차지하는 비중이 많기 때문에 외기부하에 영향을 많이 받는다.
본 연구의 공조방식 때문에 외기의 부하가 총부하의 42%를 차지하고 있다는 것을 나타냈다. 냉방부하중 인체부하4%, 기기부하40%, 조명부하14%로 나타나고 있는데 이는 외기부하가 많은 부분을 차지하며 냉난방 부하의 상승 원인이기도 하다.
이에 본 연구에서는 하이브리드 시스템(태양열 급탕 시스템+지열히트펌프 시스템)을 고안하여 건물에너지 소비량에 대해 분석을 하였다.
하이브리드 시스템(태양열 급탕 시스템+지열히트펌프 시스템)을 적용할 시, 건물에너지를 소비량이 가장 최소 경우는 4월 8.57GJ 이며, 건물에너지 소비량이 가장 많은 때는 1월 19.17 GJ이다. 에너지 소비량 형태를 보았을 때 여름철보다는 겨울철에 많이 에너지 절약이 되는 것을 알 수 있다. 하이브리드 시스템 (태양열 급탕 시스템+지열히트펌프 시스템)을 사용하여 생물 안전시설을 운영하였을 경우 연간 44%의 에너지 절감효과가 있는 것을 알 수가 있다. 여름철 (6월~8월) 인 경우 5%~25% 절감되고 있는 것으로 보이며, 겨울철 (12월~2월)인 경우 58% ~60% 절감 효과가 있는 것을 알 수가 있었다.
지열시스템에서 보어 홀 개수에 따른 에너지 사용량은 4hole로 변경 하였을 때 2hole에 비해 연간 약 6% 절약되는 효과를 보았고, 6hole로 하였을 경우 2hole 비해 8% 추가로 절약되는 효과를 보이고 있다. 하이브리드 설비를 미사용 시 연간 에너지 소비량이 324.95 GJ 이며, 태양열 급탕 시스템을 이용한 경우는 에너지 소비량이 325.07 GJ, 지열히트 펌프(Water to Water) 사용 시 에너지 소비량이 214.35GJ, 하이브리드 설비를 적용했을 경우 에너지 소비량이 182.49 GJ로 나타났다. 지열히트 펌프(Water to Water) 사용 시 35%, 하이브리드 설비(태양열 급탕 시스템+지열히트펌프 시스템)를 적용 했을 경우 44% 이상 에너지를 절약 할 수가 있었다.

목차 (Table of Contents)

• <목 차>
• 1장 서론 …………………………………………………… 1
• 1.1 연구배경 및 필요성…………………………………… 1
• 1.2 연구 동향 …………………………………………… 2
• 1.3 연구의 범위 …………………………………………… 5
• 2장 본론 …………………………………………………… 6
• 2.1 생물안전 3등급 연구시설의 개요…………………… 6
• 2.2 하이브리드 에너지 요소 …………………………… 10
• 2.3 국내사례 ……………………………………………… 15
• 2.4 해외사례 ……………………………………………… 17
• 3장 시뮬레이션 해석방법 …………………………………20
• 3.1 시뮬레이션 해석 및 절차…………………………… 20
• 3.2 해석프로그램 개요…………………………………… 21
• 4장 생물안전 3등급 연구시설 모델 …………………… 28
• 4.1 시뮬레이션 모델구성………………………………… 28
• 4.2 대상건물의 개요……………………………………… 29
• 4.3 하이브리드 시스템…………………………………… 32
• 5장 결과 및 고찰 …,……………………………………… 37
• 6장 결론 ,……………………………………………………48
• ABSTRACT…………………………………………………50
• 참고문헌…………………………………………………… 52