다중회귀분석 및 시뮬레이션을 이용한 대학건물 전력 사용량 연구 = Study on Electric Power Consumption in The University Building using Multiple Regression Analysis and Energy Simulation

국문 초록 (Abstract)

최근 대학건물의 에너지 사용량이 지속적으로 증가하고 있으며, 이로 인해 국내 각 대학들은 에너지 소비저감을 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 그러나 대학교 건물의 에너지 사용량 감소를 위한 방안은 캠페인성에 머무르고 있으며, 태양광과 같은 재생에너지에만 한정되어 있어 도움이 되지 못하고 있는 상황이다. 대학건물의 효율적인 에너지 성능개선 방안을 위해서는 건물의 운영상의 관점에서 건물의 에너지 사용량에 영향을 미치는 요소를 분석하는 연구가 필요하다고 할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 서울시립대학교 건물들의 에너지 사용량 조사 및 분석을 통해 전력사용량이 높은 건물들의 특징을 분석하였다. 그리고 전력사용량에 영향을 미치는 요소들이 어떠한 것이 있는지 선정하였고, 각 요소들이 전력사용량에 영향을 미치는 정도를 정량적으로 파악하기 위하여 다중회귀분석을 이용하였다. 이를 바탕으로 대학 건물의 전력사용량 절감을 위한 방안을 도출하고, 건물 에너지 해석용 프로그램 Energy Plus를 통해 전력사용량에 영향을 미치는 요소를 개선하였을 때 전력사용량이 어느 정도 절감 되는지 분석하였다.
그 결과 전력사용량이 높은 건물들은 최근에 완공된 건물이었으며, 창호면적 비가 크고, 모두 EHP 냉난방시스템을 사용하고 있었다. 그리고 다중회귀분석을 이용하여 EHP 시스템과 보일러가 건물의 전력사용량에 많은 영향을 준다는 것을 알 수 있었고, 어느 정도 영향을 미치는지 정량적으로 파악할 수 있었다. 이를 바탕으로 도출된 전력사용량 절감 방안은 기밀성능 개선, EHP 시스템 변경, 창호면적 감소이며, 각 개선방안 마다 시뮬레이션을 통해 건물의 전력사용량 감소량을 파악할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In recent years, the energy consumption of university buildings has been increasing continuously. The electric power consumption of the university buildings in University of Seoul was analyzed in order to look for important factors affecting the energy consumption. For this purpose, the electricity consumptions were gathered at all buildings in the campus. Then, the energy simulations were carried out in order to improve the building design and to examine the usefulness of the heating and cooling installations in the view point of building energy saving. Energy Plus was used for building energy simulation.
The electric power consumption in the university buildings has been gradually increasing as time goes on. The energy power consumption in the building of sciences was higher than that in the building of arts. The higher energy consumption buildings have a few characteristics. They had been completed in recent years and had a higher ratio of windows to exterior wall area over 30%, and most of them adopted the electric heat pump (EHP) system in order to deal with heating and cooling loads.
Through the multiple regression analysis of the electricity power consumptions in the university buildings, the major factors affecting the electric power consumption were known to be EHP system, boiler, windows area, and residents. The basic power consumption induced by lighting, refrigerators, test equipments, and individual heating/cooling appliance was close to be 70 %, that was very higher than other factors. In the buildings of sciences, about 85 % of electric power was occupied by the basic power consumption that can not be easily controlled.
From the results of the energy simulation, the central air conditioning system has a benefit to save the energy in the university building, as compared to the EHP system that can be controlled individually. It is recommended that the window/exterior wall ratio is designed to be lower than 25 % but the solar powered photovoltaic system is not adopted considering pay-back period.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.2.1 대학건물 에너지에 관한 국내 연구 2
• 1.2.2 대학건물 에너지에 관한 해외 연구 2
• 1.3 연구 목적 3
• 1.4 연구 방법 4
• 제 2 장 대학건물 전력사용량 현황 조사 5
• 2.1 전력사용량 현황 조사 5
• 2.1.1 연구대상 5
• 2.1.2 전력사용량 데이터 수집 8
• 2.2 전력사용량 현황 분석 8
• 제 3 장 대학건물 전력사용량 분석 12
• 3.1 분석 목적 12
• 3.2 전력 사용량에 영향을 미치는 요소 12
• 3.2.1 요소선정 12
• 3.2.2 데이터 수집 13
• 3.3 다중회귀분석 13
• 3.3.1 분석 목적 13
• 3.3.2 다중선형 회귀모형 14
• 3.3.3 요소들에 의한 열량 계산 14
• 3.3.3.1 벽체에서의 취득(손실)열량 15
• 3.3.3.2 유리창에서의 취득(손실)열량 16
• 3.3.3.3 틈새바람에 의한 취득(손실)열량 17
• 3.3.3.4 인체에서의 취득열량 18
• 3.3.4 회귀모형의 적합성 평가 18
• 3.3.5 분석결과 22
• 제 4 장 대학건물 전력사용량 절감 방안 24
• 4.1 분석 목적 24
• 4.2 대상 건물 선정 24
• 4.3 제2공학관 전력사용량 절감 방안 26
• 4.3.1 제2공학관 다중회귀분석 결과 26
• 4.3.2 시뮬레이션 대상 건물의 개요 및 모델링 27
• 4.3.3 시뮬레이션 경계조건 28
• 4.3.4 시뮬레이션 타당성 검증 31
• 4.3.5 전력사용량 절감 방안 32
• 4.4 미래관 전력사용량 절감 방안 34
• 4.4.1 미래관 다중회귀분석 결과 34
• 4.4.2 시뮬레이션 대상 건물의 개요 및 모델링 35
• 4.4.3 시뮬레이션 경계조건 37
• 4.4.4 시뮬레이션 타당성 검증 38
• 4.4.5 전력사용량 절감 방안 (1) 39
• 4.4.6 전력사용량 절감 방안 (2) 40
• 4.4.7 전력사용량 절감 방안 (3) 41
• 제 5 장 결론 44
• 참고문헌 46
• Abstract 48