무선 원격검침 시스템을 활용한 공동주택의 여름철 에너지 사용량 분석 = Analysis of summer energy use of apartment buildings using wireless remote meter reading system

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Analysis of summer energy use of apartment buildings
using wireless remote meter reading system

Kim, Min Jun
(Supervisor Kim, Young Il)
Dept. of Architecture
Graduate School of Industry
Seoul National University of Science and Technology

Our nation is one of the Top 10 countries with the most energy consumption, importing 97 % of energy. Therefore, the burdensome cost of energy import affects the national economy. Meanwhile, our nation has gone through the international energy shocks several times, which have caused severe economical crises each time. Therefore, we have an importance position more than any other countries regarding the energy management because we have to substitute the lack of natural resources with exports. It can be said that one of the most effective coping plans as a country thats lacks energy is to develop the techniques of energy management.
As for the domestic situation, the government has established integrated management system of building energy by various information on energy consumption amount with the objective to issue energy evaluation sheet for energy consumption identification system in order to provide the information of energy consumption amount, and have been providing the information on energy consumption amount by the energy sources in each building and the comparison function between the similar buildings. However, the information on energy consumption amount by use(heating, air-conditioning, hot water supply, lighting, ventilation, etc.) has not been secured at all. The academic examination on how much certain characteristics influence energy efficiency of apartment buildings has been commenced because there are big differences in energy efficiency by physical plan characteristics and types because of the recent diversification of apartment buildings. In order to proceed the above research, statistic data are needed. However, there are limitations to manage energy demand because most of the existing statistic data are based on supply statistics not on demand one. Plus, the cases that have used real demand statistic data concerning the analysis of energy consumption amount in order to predict a close energy demand of the building are lacking.
Accordingly, this present paper selected apartment buildings which belonged to a cluster to consume much energy, collected data of energy consumption amount by use, and identified electric energy consumption amount in the summer by uses of heating, air-conditioning, hot water supply, lighting, and ventilation. As the subject of this research, unit households of apartment buildings(4 house households), which is located in Seocho-gu district, Seoul, were selected. The data results of electric energy that have been used by those household members and collected from June till September in 2015 through wireless remote read are as follows:

(1) A Household’s highest electric energy consumption amount was in July, and the lowest one was in September. Their highest air-conditioning electric energy consumption amount was shown in August. Their summertime air-conditioning energy consumption amount was 0.33% in June, 3% in July, 6% in August, and 1% in September, compared to the overall consumption amount by month.

(2) A Household’s summertime mean air-conditioning energy consumption amount per person was 3.95 kWh/p, while the overall mean energy consumption amount was 150.28 kWh/㎡. And their mean air-conditioning energy consumption amount per unit area was 0.19 kWh/㎡. Meanwhile, it was revealed that the overall mean energy consumption amount was 7.08 kWh/㎡.

(3) B Household’s highest electric energy consumption amount was in August, and the lowest one was in September. Their highest air-conditioning electric energy consumption amount was shown in August. Their summertime air-conditioning energy consumption amount was 3% in June, 13% in July, 21% in August, and 2% in September, compared to the overall consumption amount by month.

(4) B Household’s summertime mean air-conditioning energy consumption amount per person was 16.43 kWh/p, while the overall mean energy consumption amount was 152.39 kWh/㎡. And their mean air-conditioning energy consumption amount per unit area was 0.77 kWh/㎡. Meanwhile, it was revealed that the overall mean energy consumption amount was 7.17 kWh/㎡.

(5) C Household’s highest electric energy consumption amount was in August, and the lowest one was in June. Their highest air-conditioning electric energy consumption amount was shown in August. Their summertime air-conditioning energy consumption amount was 2% in June, 13% in July, 15% in August, and 2% in September, compared to the overall consumption amount by month.

(6) C Household’s summertime mean air-conditioning energy consumption amount per person was 5.70 kWh/p while the overall mean energy consumption amount was 65.78 kWh/㎡. And their mean air-conditioning energy consumption amount per unit area was 0.34 kWh/㎡. Meanwhile, it was revealed that the overall mean energy consumption amount was 3.87 kWh/㎡.

(7) D Household’s highest electric energy consumption amount was in August, and the lowest one was in September. Their highest air-conditioning electric energy consumption amount was shown in August. Their summertime air-conditioning energy consumption amount was 3% in June, 21% in July, 29% in August, and 0.05% in September, compared to the overall consumption amount by month.
(8) D Household’s summertime mean air-conditioning energy consumption amount per person was 22.34 kWh/p while the overall mean energy consumption amount was 137.14 kWh/㎡. And their mean air-conditioning energy consumption amount per unit area was 1.05 kWh/㎡. Meanwhile, it was revealed that the overall mean energy consumption amount was 6.46 kWh/㎡.

(9) The highest electric energy consumption amounts of all the households were in August, and the lowest ones were in September. Their highest air-conditioning electric energy consumption amounts were shown in August. The summertime air-conditioning energy consumption amounts of all the households were 3% in June, 16% in July, 23% in August, and 1% in September, compared to the overall consumption amount by month.

(10) The summertime mean air-conditioning energy consumption amount per person of all the households was 14.13kWh/p while the overall mean energy consumption amount was 114.47 kWh/㎡. And their mean air-conditioning energy consumption amount per unit area was 0.72 kWh/㎡. Meanwhile, it was revealed that the overall mean energy consumption amount was 5.83 kWh/㎡.

(11) As an analysis result of the summertime electric energy consumption amount according to the temperature-humidity of the ambient air, it was revealed that the linear slope of the temperature-humidity of the ambient air was steeper than that of absolute humidity. It was shown through this that air-conditioning energy consumption amount was related to both factors, absolute humidity and the temperature of the ambient air, and that it was more in close relationship with the temperature of the ambient air.

Through this research, it is thought that the further research should measure detailed energy consumption amounts of various apartment houses and general buildings, etc., by units across the nation during sufficient time, analyze them, and provide energy consumption amount per won unit data, by building use, by energy source, and by specific sectors, and energy use pattern profiles, in order to suggest accurate energy conservation plans and basic materials to establish the stable energy supply system in the future.

국문 초록 (Abstract)

제 목 : 무선 원격검침 시스템을 활용한 공동주택의 여름철 에너지 사용량 분석

우리나라는 10대 에너지 다소비국이지만, 에너지의 97%를 해외에서 수입하고 에너지 수입비용은 국가경제에 큰 부담으로 작용하고 있다. 그 동안 수차례의 국제적 에너지 파동으로 그때마다 심각한 경제위기를 겪었고, 에너지 관리에 관한한 어느 나라보다 중요하게 다루어야 할 위치에 있다. 이러한 에너지 빈곤국가로서의 효과적인 대처방안 중의 하나가 에너지관리 기술의 개발이라고 할 수 있다.
국내의 경우 건물 부문의 에너지사용량 정보 제공을 위해 정부에서는 에너지소비 증명제를 위한 에너지평가서 발급을 목적으로, 다양한 에너지사용량 정보를 통합하여 건축물에너지 통합관리시스템을 구축하고, 각 건물에서의 에너지원별 사용량 정보 및 유사 건물 간의 비교 기능을 제공하고 있다. 그러나 용도별(난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등) 에너지사용량 정보는 전혀 확보되지 않은 상태이다. 최근 공동주택의 다양화로 각 단지의 물리적 계획 특성 및 유형에 따라 에너지 효율에 대한 차이가 많이 나타나기 때문에 어떠한 특성들이 공동주택 에너지 효율에 영향을 미치는지 학술적 검토가 시작되었다. 위와 같은 연구를 진행하기 위해서는 통계자료를 필요로 하는데 기존 통계자료 대부분 수요총계 데이터가 아닌 공급통계 데이터를 기반으로 하고 있어 에너지 수요를 관리함에 있어 한계가 있고, 건축물의 근접한 에너지수요예측을 위한 에너지사용량 분석에 대하여 실수요 통계데이터를 활용한 사례가 부족하다.
따라서 본 연구에서는 에너지 다소비군인 공동주택을 선정하여 용도별 에너지사용량 데이터를 수집하여 냉방, 조명, 전열, 환기의 용도별 여름철 전기 에너지사용량을 확인하였다. 본 연구의 대상건물은 서울시 서초구에 위치한 공동주택의 단위세대 (4개 세대)를 선정하였으며 2015년 6월부터 9월까지 세대원들이 사용한 전기에너지 데이터를 무선원격검침을 통해 수집한 데이터의 결과는 다음과 같다.

(1) A세대의 여름철 가장 많은 전기에너지 소비량은 7월에 나타났으며, 가장 적은 전기 에너지소비량은 9월에 나타났다. 냉방전기에너지 소비량은 8월에 가장 소비가 많았다. 여름철 냉방 에너지 사용량은 월별 전체사용량 대비 6월에는 0.33% 이었고, 7월에는 3%, 8월에는 6%, 9월에는 1%로 나타났다.

(2) A세대의 여름철 1인당 냉방 에너지 평균 사용량은 3.95 kWh/인 이었으며, 전체 에너지 평균 사용량은 150.28 kWh/인 이었으며, 단위면적당 냉방에너지 평균사용량은 0.19 kWh/㎡ 이었다. 반면에 전체 에너지 평균사용량은 7.08 kWh/㎡ 로 나타났다.

(3) B세대의 여름철 가장 많은 전기에너지 소비량은 8월에 나타났으며, 가장 적은 전기 에너지소비량은 9월에 나타났다. 냉방전기에너지 소비량은 8월에 가장 소비가 많았다. 여름철 냉방 에너지 사용량은 월별 전체사용량 대비 6월에는 3% 이었고, 7월에는 13%, 8월에는 21%, 9월에는 2%로 나타났다.

(4) B세대의 여름철 1인당 냉방 에너지 평균 사용량은 16.43 kWh/인 이었으며, 전체 에너지 평균 사용량은 152.39 kWh/인 이었으며, 단위면적당 냉방에너지 평균사용량은 0.77 kWh/㎡ 이었다. 반면에 전체 에너지 평균사용량은 7.17 kWh/㎡ 로 나타났다.

(5) C세대의 여름철 가장 많은 전기에너지 소비량은 8월에 나타났으며, 가장 적은 전기 에너지소비량은 6월에 나타났다. 냉방전기에너지 소비량은 8월에 가장 소비가 많았다. 여름철 냉방 에너지 사용량은 월별 전체사용량 대비 6월에는 2% 이었고, 7월에는 13%, 8월에는 15%, 9월에는 2%로 나타났다.

(6) C세대의 여름철 1인당 냉방 에너지 평균 사용량은 5.70 kWh/인 이었으며, 전체 에너지 평균 사용량은 65.78 kWh/인 이었으며, 단위면적당 냉방에너지 평균사용량은 0.34 kWh/㎡ 이었다. 반면에 전체 에너지 평균사용량은 3.87 kWh/㎡ 로 나타났다.

(7) D세대의 여름철 가장 많은 전기에너지 소비량은 8월에 나타났으며, 가장 적은 전기 에너지소비량은 9월에 나타났다. 냉방전기에너지 소비량은 8월에 가장 소비가 많았다. 여름철 냉방 에너지 사용량은 월별 전체사용량 대비 6월에는 3% 이었고, 7월에는 21%, 8월에는 29%, 9월에는 0.05%로 나타났다.

(8) D세대의 여름철 1인당 냉방 에너지 평균 사용량은 22.34 kWh/인 이었으며, 전체 에너지 평균 사용량은 137.14 kWh/인 이었으며, 단위면적당 냉방에너지 평균사용량은 1.05 kWh/㎡ 이었다. 반면에 전체 에너지 평균사용량은 6.46 kWh/㎡ 로 나타났다.

(9) 전체세대 가장 많은 전기에너지 소비량은 8월에 나타났으며, 가장 전기 에너지소비량은 9월에 나타났다. 냉방전기에너지 소비량은 8월에 가장 소비가 많았다. 전체 세대의 여름철 냉방 에너지 사용량은 월별 전체사용량 대비 6월에는 3% 이었고, 7월에는 16%, 8월에는 23%, 9월에는 1%로 나타났다.

(10) 전체세대의 여름철 1인당 냉방 에너지 평균 사용량은 14.13 kWh/인 이었으며, 전체 에너지 평균 사용량은 114.47 kWh/인 이었으며, 단위면적당 냉방에너지 평균사용량은 0.72 kWh/㎡ 이었다. 반면에 전체 에너지 평균사용량은 5.83 kWh/㎡ 로 나타났다.

(11) 외기 온·습도에 따른 여름철 전기에너지 소비량 분석결과를 통하여 절대습도보다는 외기온도의 선형 기울기가 더욱 경사진 것으로 나타났다. 이를 통하여 절대습도와 외기온도 두 인자 모두 냉방에너지사용량과 관계가 있지만 외기온도에 더욱 밀접하게 관계가 있음을 알 수 있었다.

본 연구를 통하여 정확한 에너지절약설계와 향후 안정된 에너지 수급체계 구축을 위한 기초자료로 제시하기 위해서는 전국 단위별로 여러 공동주택과 일반건물 등의 에너지 상세 사용량을 충분한 시간동안 계측하고 분석하여 건물용도별, 에너지원별, 상세 부문별 에너지사용량 원단위 데이터 및 에너지사용 패턴 프로파일을 제공하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• 2. 연구 동향 4
• 3. 연구의 방법 및 범위 6
• Ⅱ. 이론적 고찰 8
• 1. 에너지사용 8
• 1.1 우리나라 에너지 현황 8
• 1.2 우리나라 건축물 에너지 사용 특성 10
• 1.3 공동주택의 에너지 소비특성 11
• 2. 원격검침 시스템 12
• 2.1 원격검침 시스템의 개요 12
• 2.2 원격검침시스템 도입효과 13
• 2.3 원격검침시스템의 진보 13
• 2.4 원격 검침 시스템의 구성 14
• 2.5 원격검침의 적용분야 14
• 2.6 원격 검침 시스템의 종류 15
• 2.7 원격검침시스템 설치동향 18
• 2.8 데이터 생성, 저장 및 활용 19
• 3. 원격검침시스템과 홈네트워크 20
• Ⅲ. 공동주택단지 실시간 에너지 모니터링 설비 22
• 1. 공동주택단지 사례대상 선정 22
• 1.1 계측 아파트 선정 22
• 1.2 계측대상 공동주택 단위세대 평면도 23
• 1.3 계측대상 아파트 사용자 특성 23
• 2. 세대 실시간 무선 원격검침 시스템 구성 32
• 2.1 데이터 계측방식 33
• 2.2 설계 및 설치 장비 33
• 2.3 계측 상세 에너지 유형 33
• 2.4 계측 항목 분석 및 선정 33
• IV. 에너지 소비패턴 분석 38
• 1. 단위세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 38
• 1.1 A 세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 38
• 1.2 B 세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 41
• 1.3 C 세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 43
• 1.4 D 세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 45
• 1.5 전체 세대 여름철 전기에너지 소비패턴 분석 47
• 참고문헌 53
• 영문초록(Abstract) 54
• 감사의글 58