신재생 에너지를 적용한 생물안전 3등급시설 에너지 개선 방안 연구 : 신재생 에너지를 적용한 BSL3 시설 에너지 개선 방안 연구 = A Study on the Energy Improvement Plan of Renewable Energy for BSL3

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bio Safety Laboratory is to safely manage hazardous pathogen materials contagious to human, protect researchers from a possible biological accident and prevent biological disasters such as a leakage to the outside environment. The basic idea of handling, storing and maintaining such contagious pathogens in a laboratory environment is to seal them. To prevent laboratory internal pollution, lab cleanliness of at least Class 10,000 ~ 100,000 should be secured. Air conditioning equipments are frequently operated throughout the days to keep the cleanliness appropriately, requiring sufficient test for their operation in the light duty status (where thermal load is lower and forced displacement amount from equipments, etc. are smaller). As they are out-air unit, air-supply unit types, they are largely affected by outdoor air. To prevent cross contamination with other rooms, the air conditioning system was in independent form. Biosafety Level 3 Laboratory (BSL3), dealing with level 3 hazardous pathogens in BSL should have air ventilating ducts for each room. As the air of each room must be treated by HEPA Filter of each ventilator before discharging, if duct structure is complicated, its initial constructional cost could jump over 5-folds larger, causing an economic problem.
As for BSL3, if it does not employ a new and renewable energy technology, the facility consumes 324.95GJ amount of energy. And if it used Passive System, it consumes 302.43GJ amount of energy. Also if it adopted PV(Photovoltaic System), it uses 283.46GJ; a hybrid system using solar heat and geothermal heat, 164.18GJ. If Passive System and new/renewable energy system (PV+Solar Geothermal Hybrid System) were combined, its energy consumption was 118.15GJ. As for Passive System, annual energy saving was 6.9%; PV(Photovoltaic), 12.7%; solar and geothermal hybid system, 49.5%.
The combined use of Passive System and new/renewable energy system (PV+Solar Geothermal Hybrid System) could save energy by approximately 63.6% of facilities not adopting the combination.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요약문 …………………………………………………………5
• 목 차 …………………………………………………………6
• 표 차례 ………………………………………………………8
• 그림 차례 ……………………………………………………9
• 기호차례 ……………………………………………………11
• 1. 서론 ………………………………………………………1
• 1.1 연구배경 및 필요성 …………………………………1
• 1.2 연구의 목적과 내용 ………………………………2
• 2. 본론 ………………………………………………………3
• 2.1 생물안전 3등급 연구시설의 개요 …………………3
• 2.2 제로 에너지 건물 개념 ………………………………5
• 2.3 신재생 에너지 종류 …………………………………6
• 2.4 패시브 하우스 …………………………………………7
• 2.5 국내사례 ………………………………………………15
• 2.6 해외사례 ………………………………………………17
• 3. 시뮬레이션 해석기법 …………………………………19
• 3.1 시뮬레이션 해석 및 절차 ……………………………19
• 3.2 프로그램 개요 …………………………………………20
• 4. 생물안전 3등급 연구시설 모델 ………………………22
• 4.1 시뮬레이션 모델구성 …………………………………22
• 4.2 대상건물의 개요 ………………………………………24
• 4.3 주요시설 ………………………………………………26
• 4.4 패시브 하우스 및 신재생 에너지 시스템 …………31
• 5. 결과 및 고찰 ……………………………………………39
• 5.1 부하계산 결과 분석 …………………………………39
• 5.2 PV모델 시뮬레이션 결과 분석 ……………………43
• 5.3 연간 에너지 부하량 분석 ……………………………45
• 6. 결론 ………………………………………………………52
• ABSTRACT ………………………………………………54
• 참고문헌 ……………………………………………………56