16.건물에서의 에너지 관리 계획

건물의 대형화, 고층화로 인한 건물에서의 에너지 절약 노력은 필요성과 당위성에 있어 더 이상 논할 필요가 없을 만큼 필수 불가결의 요소로 인식되고 있는 가운데, 정부 차원에서는 에너지 절약을 위한 냉난방 기준온도 준수를 법적으로 의무화해 시행하고 있으며, 매년 하절기 때마다 전력 수급에 대한 대책에 애쓰고 있는 관련 부처의 노력은 제한 송전까지도 고려하고 있다. 아울러 지구온난화를 방지하기 위해 전 세계적으로 온실가스 배출을 규제하는 노력 속에 저탄소 녹색성장이 화두가 되는 실정이다.
전체 에너지의 35% 비중을 차지하는 상업 부문과 건물 및 주택의 에너지 절약을 위한 투자는 산업 부문에서의 투자에 훨씬 못 미치고 있는 실정에서 각 사업 부문 중 특히 빌딩에서의 에너지 낭비의 심각한 상태는 에너지 절약의 중요성을 깊이 일깨워 주고 있다.
이것은 곧 하절기 전력수요의 20% 정도는 건물의 냉방부하가 차지하고 있으므로 건물의 냉방부하가 피크 전력과 전력 예비율에 막대한 영향을 미치고 있음을 나타내며, 건물에서의 효과적인 에너지 절약을 위한 노력과 투자는 건물주 자신은 물론 국가 기간산업과도 직결되는 중요한 요소이다.
우리가 사용하고 있는 에너지원은 화석연료가 차지하는 비중이 크며 현재의 사용량을 감안한다면 오래지 않아 고갈될 것으로 예상되며, 경제의 발전과 고도 정보화 사회로 변화하는 과정에서 에너지 소비가 수반되는 쾌적하고 안락한 환경에 대한 요구가 커지는 시점에서 에너지 절약에 대한 필요성은 더욱 높아져 가고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해 보다 더 계획적이고 효율적인 에너지 관리가 필요하며, 각종 자동화 장치의 개발에 따른 중앙 연산장치에 의한 에너지 관리 기법이 그 성패를 좌우하는 요소가 된다.
건물에서의 에너지 절약을 실현하기 위해서는 다음의 전제조건을 고려해야 한다.
• 환경을 악화시키지 않고 쾌적 조건을 유지해야 한다.
• 단시간 내에 투자액회수가 가능해야 한다.
• 보수 유지비를 절감할 수 있어야 한다.
• 여타의 비용 증가 요인이 되지 말아야 한다.
• 운영 및 시스템에 대한 이해가 쉬워야 한다.
에너지 관리를 통한 절약을 극대화하기 위해서는 시스템의 이해 및 기능의 이해가 필수적이어야 한다.

5.1 에너지 관리 시스템의 종류

 

마이크로컴퓨터의 발달은 모든 산업에서 기존의 제품이나 기술을 획기적으로 변화시키고 있다. 건축설비의 제어 분야에서도 급속한 속도로 마이크로컴퓨터가 사용돼 왔다. 컴퓨터의 최대의 특징은 데이터를 기억하고 연산 처리할 수 있는데 있다.

가. 최적 기동/정지 (Optimum Start/Stop)

공조기의 기동은 최대한으로 낮추고 정지는 최대한으로 빨리 함으로써 공조기의 가동시간을 줄여 공조 에너지를 절감하는 기능이다.
동•하절기에 있어서 건물을 사용하는 시간대에 맞추어서 쾌적한 환경을 유지하기 위하여 건물의 사용 개시 전부터 공조를 시작하여야 하나, 그 사전 공조 시간을 알기 곤란하기 때문에 외기온도나 운전자의 경험에 따라 가동시키는 것이 보통이다.

이를 실내 온도, 외기온도, 건물이나 설비에 따른 계수 등을 고려하여 자동으로 사전 공조 시간을 결정하여 공조기를 가동해 준다면 건물의 사용 개시 시간에 맞추어 적당한 온도를 유지해 줄 수 있고 불필요한 공조 예열시간을 줄일 수 있다. 이때 건물이나 설비에 따른 계수들은 전일의 사전 공조 시간 및 실내 온도의 변화를 자체적으로 감지하여 자동으로 재조정 해주므로 처음에 계수의 조정이 잘못되었다 하더라도 자동으로 가장 적당한 계수를 찾아서 사전 예열시간을 결정하여 준다.
 또한 전일에 건물을 사용하였는지 사용하지 않았는지에 따라서도 계수가 조정된다.
건물의 사용이 끝날 때에는 건물의 사용 시간 동안에만 쾌적한 범위의 온도를 유지하도록 최대한 빨리 공조기가 정지되어도 무방한 시간을 예상하여 정지시켜 준다.

 

나. 절전 운전 (Duty Cycle)

절전 운전이란 전기를 절약하기 위한 하나의 방법으로 재실기간 중에 공조기를 연속적으로 가동하지 않고 일정 주기별로 실내 환경조건을 깨지 않는 범위 내에서 적당한 시간 간격을 두고 간헐적으로 공조기를 정지시켜 에너지를 절감하는 프로그램 기능이다.
절전 운전에는 수동 절전 운전, 고정 절전운전, 온도보상 절전 운전이 있다.
절전 운전을 하는데 고려하여야 할 것은 에너지의 절감 뿐만이 아니라 환경조건을 악화시키지 말아야 한다는 것이다. 가장 간단한 절전 운전은 수동 절전 운전으로 운전자가 직접 기동•정지 조작을 하는 것으로써 가장 효율이 떨어지며 대상 공조기의 숫자가 많을 경우에는 일일이 기동•정지 조작을 하는 데에도 많은 시간이 소요될 것이다.

고정 절전 운전은 타이머 스위치에 의해 고정된 시간 간격으로 자동으로 기동· 정지하는 것이다. 수동으로 일일이 할 필요가 없으므로 운전은 용이하나, 실내조건에 관계없이 조작되므로 환경조건 유지에는 적당하지 못하다.
한 기간(Cycle) 동안에 최대 정지 가능 시간, 최소 정지시간과 실내 쾌적온도의 상· 하한 등에 의하여 정지시간 계산식이 정해지고 현재의 실내 온도에 따라 해당 공조기의 정지시간이 산출된다.
가장 능률적이고 효율적인 절전 운전은 온도보상 절전 운전으로서 외기온도, 실내 온도를 감지하여 환경조건을 유지하면서 공조기가 정지하여도 무방한 시간을 컴퓨터가 계산하여 운전자의 조작 없이 자동으로 기동• 정지시켜 주는 것이다. 또한 하나의 프로그램으로 다수의 공조기를 제어 가능하며 이때 각 공조기의 정지시간을 서로 다르게 하여 부하를 분배함으로써 전력제어의 효과도 얻을 수 있다. 이 프로그램을 적용함에 있어 염려되는 것이 빈번하게 모터를 기동• 정지 시켰을 때 모터 코일, 베어링, 벨트 등의 수명이 단축되지 않을까 하는 점이나, 이에 대해서는 수명에 큰 영향을 주지 않는다는 제조회사의 보고가 있었으므로 염려할 필요는 없다.
다만 최대 정지시간을 결정할 때에는 실내공기의 오염을 고려하여야 하고, 최소 정지시간은 팬모터가 정지 후 재기동하는 동안 충분히 냉각되는 시간을 고려해야 한다.

 

다. 엔탈피 제어 (Enthalpy Control)

 

엔탈피 제어는 주로 냉방 기간에 사용하는 프로그램으로 환절기에 실내 공기의 엔탈 피와 외기의 엔탈피를 비교하여 외기의 엔탈피가 낮을 때에는 실내에 필요한 양의 외기를 이용한 냉방을 함으로서 냉방부하를 줄이고자 하는 것이 이 프로그램의 목적이다. 만일 실내공기와 외기를 비교함에 있어서 온도만을 기준으로 한다면 문제가 발생하게 된다. 비록 외기의 온도가 실내공기의 온도보다 낮다고 하더라도 외기의 습도가 높을 경우에는 외기의 엔탈피가 커지게 되어 효율적인 공기를 활용하기 위해서는 온도의 설정 점을 낮추어 기준에 맞는 공기를 취해야 하는데 그러한 조건의 외기는 거의 없어 현실적으로 활용할 수 없게 된다.