| 논문명 |
공동주택 열공급시스템의 부하불만족도와 에너지사용을 고려한 외기보상제어 최적 공급온도 설정 / Determination of Optimal Set-point Temperature with Load Dissatisfaction and Energy Consumptions for Outdoor Temperature Reset Control of Heating Supply Systems in Apartment Buildings |
| 저자명 |
염규환(Gyuhwan Yeom) ; 이찬욱(Chanuk Lee) ; 정동은(Dong Eun Jung) ; 도성록(Sung Lok Do) |
| 발행사 |
대한설비공학회 |
| 수록사항 |
설비공학논문집, Vol.32 No.4 (2020-04) |
| 페이지 |
시작페이지(179) 총페이지(12) |
| ISSN |
1229-6422 |
| 주제분류 |
환경및설비 |
| 주제어 |
공동주택; 난방공급온도; 외기보상제어; 최적 설정온도; 정규화 // Apartment building; Heating supply water temperature; Outdoor temperature reset control; Optimal setpoint temperature; Normalization |
| 요약1 |
OTR제어는 지역난방을 열원으로 하는 공동주택에서 보편적으로 사용되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 OTR제어의 난방에너지 사용량과 부하만족도를 고려한 최적 난방공급 설정온도를 산정하는 것이었다. 이를 위하여 한국 지역난방공사의 권장온도를 기준으로 4가지 Test Case를 선정하고 건물에너지 시뮬레이션을 통한 결과를 분석하였다. 시뮬레이션 위한 건물모델링은 EnergyPlus를 사용하였고, OTR제어 알고리즘을 구현하기 위해 MATLAB을 사용하였다. 또한 EnergyPlus와 MATLAB의 연동을 위하여 BCVTB를 이용하였다. 또한 본 연구에서는 OTR제어의 Optimal Case를 도출하기 위해 정규화 기법을 사용하여 각 Test Case 사이의 교차점을 도출하였다. 산정된 Optimal Case의 분석은 4개의 Test Case를 적용했을 때의 난방에너지 사용량과 unmet hours 결과를 통하여 비교하였다. 그 결과는 다음과 같다.
Optimal Case와 Test Case의 난방에너지 사용량 비교 결과, 전체 난방에너지 사용량을 봤을 때, 가장 고온의 난방공급 설정온도인 Case 1에서 85,756.2 kWh로 가장 큰 값을 보였으며, 가장 저온의 난방공급 설정온도인 Case 4에서 85,603.1 kWh로 가장 낮은 값을 나타냈다. 또한 Optimal Case 일 때는 Case 2와 Case 3 사이의 85,749.1 kWh로 나타났다. 각 Case별 지역난방 사용량과 1차 측 펌프에너지 사용량은 난방공급 설정온도가 높을수록 크고, 난방공급 설정온도가 낮을수록 적은 값을 나타냈다. 또한 2차 측 펌프에너지 사용량은 난방공급 설정온도가 저온일수록 큰 값을 보였다. 그러나 전체 펌프에너지 사용량을 비교했을 때, Optimal Case에서 689.4 kWh로 가장 적은 사용량을 확인하였다. 이를 통하여 OTR제어의 난방공급 설정온도를 Optimal Case로 운용했을 때, 전체 펌프에너지 사용량이 최소값이 될 것으로 보인다.
Optimal Case와 Test Case의 시스템 부하 만족도를 평가 결과, 난방공급 설정온도가 비교적 고온일수록 부하 만족도가 우수하였다. 그 결과를 보면, Case 1은 50시간(825 kWh)으로 가장 적었으며, Case 4에서 183시간(4,021 kWh)으로 가장 많은 Unmet hours로 나타났다. 난방에너지 사용량과 Unmet hours 결과를 종합하면, 난방공급 설정온도가 고온일수록 시스템 부하 만족도가 향상되지만 그에 따른 많은 양의 난방에너지 사용량이 요구되며, 난방공급 설정온도가 저온일수록 난방에너지 사용량이 가장 적지만 시스템 부하 만족도는 하락할 것으로 보인다. 반면, Optimal Case를 적용했을 때는 전체 펌프에너지 사용량이 최소가 되고 시스템 부하 만족도는 비교적 적정 수준을 유지할 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 산정된 60.75℃~45.75℃는 난방에너지 사용량과 시스템 부하 만족도가 균형을 이루는 OTR제어의 적정 난방공급 설정온도로 사료된다.
본 연구는 지역난방을 이용하는 공동주택 열공급시스템의 일반적인 제어 중 OTR제어의 난방에너지 사용량과 부하만족도를 고려한 최적 난방공급 설정온도를 산정하였다. 산정된 OTR제어의 최적 난방공급 설정온도는 난방에너지 사용량과 시스템 부하 만족에 균형을 이루고 에너지 사용 관점에서의 효율성과 효용성의 상호 유기적 관계를 만족할 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 시뮬레이션 결과를 기반으로 산정한 OTR제어의 최적 난방공급 설정온도이다. 따라서 본 연구에서 OTR제어의 최적 난방공급 설정온도를 산정하기 위해 제안한 방법론을 실제 적용 결과에 대한 추가적인 비교 검토 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 본 연구 결과는 대전 지역의 특정 기상조건과 Case-study 모델에서 이용한 단열 기준을 통해서 도출된 결과이다. 따라서 국내 다른 지역의 기상조건 및 단열 기준을 적용했을 때의 OTR제어의 최적 난방공급 설정온도에 대한 연구와 실제 적용 됐을 때의 실내 난방설정온도 만족도 등에 관한 분석이 추가적으로 요구된다. |
| 요약2 |
The outdoor temperature reset (OTR) control method is widely used to control the setpoint temperature of heating supply water obtained from heat exchangers at mechanical rooms in an apartment building using district heating. In general, the OTR control consists of an algorithm that sets the maximum and minimum water setpoint temperatures based on the outdoor air temperature. The water temperature settings are very important variables when optimizing the performance of OTR control systems. However, in most apartment buildings these temperatures are arbitrarily determined according to the facility operator’s experience. Therefore, the purpose of this study is to determination the optimal setpoint temperatures for OTR control that also take into consideration heating energy consumption and load dissatisfaction. As a result, the optimal water setpoint temperatures for balancing each system’s thermal load dissatisfaction and heating energy consumption were 60.75℃ (maximum) and 45.75℃ (minimum) for four test cases examined in this study. In terms of applying the optimal setpoint temperatures, the consumption of energy was lower and thermal load dissatisfaction moderate as compared to the test cases. This study argue that OTR control using the optimal setpoint temperature will reduce heating energy and provide a stable thermal load. |
| 소장처 |
대한설비공학회 |