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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2019
- 저작권
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과거 단열성능 규정이 처음 제정된 이후로, 단열성능 기준이 지속적으로 강화되어 건물의 부하가 감소해 왔다. 반면에, 국내 공동주택의 난방설비 구성과 설계요소의 설계 변수값 및 열매의 조건은 온수순환 방식의 바닥 복사난방이 국내에 처음 도입된 시기와 비교하였을 때 큰 변화 없이 관행적으로 적용되는 경향을 보이고 있다. 난방부하가 감소한 공동주택에 설계과정을 거치지 않은 난방설비를 관행적으로 적용하여 필요 이상의 큰 열량을 공급하게 되면, 건물의 열적 특성을 고려하지 않은 부적절한 난방운전이 행해질 것으로 예상된다. 이에 본 연구는 지역난방열원을 이용하는 난방부하가 감소한 공동주택에서 관행적으로 적용된 난방설비에 따른 난방성능 및 온열쾌적 그리고 에너지 사용상의 문제점을 파악하였다. 또 난방부하가 감소한 공동주택에서의 적절한 난방운전이 행해지기 위한 난방패널의 적용 방향과 개선된 난방패널이 적용되었을 때의 적절한 난방운전을 위한 난방제어의 적용 방향 제시를 목표로 연구가 진행되었다.
연구의 진행은 비정상상태 해석이 가능한 상용 시뮬레이션 툴(Energyplus)을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계과정을 거치지 않은 관행의 난방설비가 적용된 현행의 공동주택과 난방부하가 감소한 공동주택의 난방성능 및 온열쾌적을 평가체계에 따라 비교, 분석하였고, 이에따라 부하가 감소한 공동주택에 난방부하보다 큰 열량을 공급하는 난방설비가 적용되었을 때의 문제점을 파악하였다. 파악한 문제점을 바탕으로 난방패널의 개선방안을 도출하였고, 이를 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 그 후 난방패널의 개선안이 적용된 부하가 감소한 공동주택에서 난방제어의 개선방안을 도출하였고, 이를 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 이렇게 도출된 최종 개선안에서 해결되지 않은 문제점에 대한 이론적 고찰과, 이를 보완하기 위한 방법을 제시하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 국내 공동주택에서 난방패널 및 난방제어의 적용과 관련한 문헌고찰 결과, 현재 적용되고 있는 난방설비는 공동주택의 난방부하에 대응한 설계과정을 거치지 않고 관행적으로 적용되어왔으며, 관리자의 경험에 의존한 공급온수온도가 적용되고 있었다. 이러한 난방설비가 미래 부하가 감소한 공동주택에 적용될 경우 실내온도의 Over Shooting이 증가하고, 실내온도가 쾌적한 온도범위의 상한을 초과하는 과열현상이 발생하며, 난방 가동시간 및 가동횟수의 감소에 따른 바닥표면온도 감소문제가 발생하여 난방설비의 개선이 필요할 것으로 판단하였다.
2) 공동주택의 난방부하에 대응하여 개선된 난방패널 및 난방제어를 적용한 결과, 개선되지 않은 난방설비가 적용된 경우보다 실내온도의 Over Shooting이 감소하고 과열현상이 완화되며, 난방에너지 사용량이 감소하였다. 하지만 전체 방열량의 감소로 인한 낮은 바닥표면온도 문제는 해결되지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 낮은 바닥표면온도 문제를 해결하기 위해 방열면적을 감소시키는 방안을 제시하였다.
3) 남향의 저부하 공동주택에서는 부하가 작기때문에 외출-재실 시 실내온도 쾌적과 관련한 문제 발생하지 않았지만, 극한의 조건에서는 난방기기의 정지기간 동안 감소한 실내온도를 재실 이후 회복하는데 소요되는 시간이 긴 문제가 발생하였다. 본 연구에서는 Set-back 제어를 실내온도조절 불량 문제의 해결방안으로 제시하였다.
연구의 진행은 비정상상태 해석이 가능한 상용 시뮬레이션 툴(Energyplus)을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계과정을 거치지 않은 관행의 난방설비가 적용된 현행의 공동주택과 난방부하가 감소한 공동주택의 난방성능 및 온열쾌적을 평가체계에 따라 비교, 분석하였고, 이에따라 부하가 감소한 공동주택에 난방부하보다 큰 열량을 공급하는 난방설비가 적용되었을 때의 문제점을 파악하였다. 파악한 문제점을 바탕으로 난방패널의 개선방안을 도출하였고, 이를 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 그 후 난방패널의 개선안이 적용된 부하가 감소한 공동주택에서 난방제어의 개선방안을 도출하였고, 이를 시뮬레이션을 통해 평가하였다. 이렇게 도출된 최종 개선안에서 해결되지 않은 문제점에 대한 이론적 고찰과, 이를 보완하기 위한 방법을 제시하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 국내 공동주택에서 난방패널 및 난방제어의 적용과 관련한 문헌고찰 결과, 현재 적용되고 있는 난방설비는 공동주택의 난방부하에 대응한 설계과정을 거치지 않고 관행적으로 적용되어왔으며, 관리자의 경험에 의존한 공급온수온도가 적용되고 있었다. 이러한 난방설비가 미래 부하가 감소한 공동주택에 적용될 경우 실내온도의 Over Shooting이 증가하고, 실내온도가 쾌적한 온도범위의 상한을 초과하는 과열현상이 발생하며, 난방 가동시간 및 가동횟수의 감소에 따른 바닥표면온도 감소문제가 발생하여 난방설비의 개선이 필요할 것으로 판단하였다.
2) 공동주택의 난방부하에 대응하여 개선된 난방패널 및 난방제어를 적용한 결과, 개선되지 않은 난방설비가 적용된 경우보다 실내온도의 Over Shooting이 감소하고 과열현상이 완화되며, 난방에너지 사용량이 감소하였다. 하지만 전체 방열량의 감소로 인한 낮은 바닥표면온도 문제는 해결되지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 낮은 바닥표면온도 문제를 해결하기 위해 방열면적을 감소시키는 방안을 제시하였다.
3) 남향의 저부하 공동주택에서는 부하가 작기때문에 외출-재실 시 실내온도 쾌적과 관련한 문제 발생하지 않았지만, 극한의 조건에서는 난방기기의 정지기간 동안 감소한 실내온도를 재실 이후 회복하는데 소요되는 시간이 긴 문제가 발생하였다. 본 연구에서는 Set-back 제어를 실내온도조절 불량 문제의 해결방안으로 제시하였다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 연구의 범위 및 방법 4제 2 장 공동주택의 난방부하 및 난방설비 예비적 고찰 82.1 개요 82.2 국내 공동주택의 난방부하 변화 82.2.1 열 관류율 기준 변화 92.2.2 설계 난방부하 변화 112.2.3 패시브 하우스의 난방부하 설계기준 122.3 바닥 난방패널 설계 방법 132.3.1 ASHRAE Handbook에 제시된 난방패널 설계 방법 132.3.2 EN 1264에 제시된 난방패널 설계 방법 172.4 바닥 난방패널 제어 방법 242.4.1 개폐식 뱅뱅제어 252.4.2 외기보상 제어 262.4.3 외기보상 개폐식 뱅뱅제어 272.5 지역난방열원을 이용하는 공동주택의 난방시스템 현황 292.5.1 지역난방열원을 이용하는 공동주택의 난방시스템 구성 292.5.2 국내 공동주택의 난방패널 적용 현황 312.5.3 국내 공동주택의 난방제어 적용 현황 332.6 소결 34제 3 장 분석대상 및 평가방법 구축 373.1 개요 373.2 대상 세대 및 난방설비 구축 373.2.1 대상 공동주택 및 세대조건 373.2.2 대상 난방설비 413.3 평가 방법 구축 483.3.1 난방성능 483.3.2 온열쾌적 483.3.3 난방에너지 493.4 소결 50제 4 장 부하가 작은 공동주택의 난방설비 개선안 도출 및 평가 524.1 개요 524.2 난방패널 및 제어의 관행적 적용에 따른 문제점 분석 524.2.1 설계 과정을 거치지 않은 난방패널 및 일정온수온도제어 534.2.2 설계 과정을 거치지 않은 난방패널 및 외기보상제어 574.3 난방패널의 개선방안 도출 및 평가 624.3.1 개선된 난방패널과 일정온수온도제어 624.3.2 개선된 난방패널과 관행의 커브가 설정된 외기보상제어 684.4 난방제어의 개선방안 도출 및 평가 744.4.1 개선된 난방패널 및 외기보상제어 744.4.2 최종 개선방안 보완 834.5 소결 89제 5 장 결론 94참고 문헌 99부록 103ABSTRACT 109감사의 글 113
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