건물 에너지 효율 향상: 검증된 절약 전략

건물 에너지 절약을 위한 팁 & 기술

높은 에너지 비용은 경제 모든 부문에 악영향을 미치므로, 에너지 소비와 비용을 줄이기 위한 확고한 노력이 필요합니다. 따라서 우리 집뿐만 아니라 산업 및 상업 부문에서도 에너지 절약과 에너지 효율적인 시스템이 필요합니다. 에너지는 산업의 주요 투입 요소이자 국가 경제 발전의 근간입니다.

개발도상국에서는 끊임없이 증가하는 에너지 수요에 막대한 자본 투자가 필요하므로 에너지 부문이 결정적 중요성을 가집니다. 에너지 진단의 주된 목적은 운영 비용을 낮추기 위해 에너지 소비를 줄이는 방법을 찾는 것입니다.

에너지를 적절히 관리하면 에너지도 절약할 수 있습니다. 동일한 에너지로 최대 활용도를 끌어올리는 것이 효율적인 시스템의 핵심입니다.

참고: 계산에 사용된 비용은 예시일 뿐이며 국가마다 다를 수 있습니다.

아래는 건물 에너지 절약을 위한 실용적이고 가장 많이 실천되는 방법들입니다:

• 참고: 건물 조명 설계 계산 – 단계별

건물 내 고전력 조명기구를 저전력 조명(LED 조명)으로 교체

다음과 같은 기존 조명이 있는 오래된 건물을 가정하고, 기존 조명을 해당 LED 조명으로 교체했을 때의 절감 효과를 계산해 보겠습니다.

(모든 데이터는 국가별, 제조사별로 다를 수 있으며 참고용입니다. 가격은 USD($)로 계산되었으며 회수 기간 계산용입니다)

300개 36W CFL을 18W LED로 교체

절감 = (조명 수) x (기존 조명 정격 – 교체 조명 정격)

절감 = 300×36 - 300×18 = 5400W

• 250개 40W 형광등을 20W LED 조명으로 교체

절감 = 250×40 - 250×20 = 5000W

• 20개 150W 메탈 할라이드 조명을 45W LED 웜 화이트로 교체

절감 = 20×150 - 20×45 = 2100W

• 5개 250W 고압 나트륨 증기 램프를 90W LED 웜 화이트로 교체

절감 = 5×250 - 5×90 = 800W

교체 후 총 절감 = (5400+5000+2100+800) 와트 = 13.32kW

사무실이 하루 10시간, 연 300일 운영되고 에너지 비용이 $0.1/단위라고 가정

연간 절감액($) = 13.32x10x300x0.1= $3,996/년 (24×7 운영 사무실은 더 많음)

투자: – (i)

LED 조명 - LED 와트당 비용 $1 = (300×18+250×20+20×45+5×90) x1 $/와트 = $11,750

회수 기간 = (총 투자) / (연간 절감) = 11750/3996 = 2년 11개월.

일반적으로 사용되는 조명기구의 광성능 특성

일반적으로 LED 조명은 80-105 루멘/와트를 제공합니다.

• 내부 벽을 깨끗이 하고 밝은 색으로 칠해 빛을 반사시키세요.
• 낮은 파티션을 사용하여 사무실 공간에서 빛을 "공유"하세요. 화장실에서 두 개의 20와트 T5 형광등 대신 하나의 40와트 형광등을 공유 사용할 수 있습니다. 전체 실 조명 대신 작업 조명을 제안합니다.

함께 읽기: 가정용 에너지 효율 조명 및 구현 기술.

점유 센서:

점유 센서는 에너지 절약에 활용할 수 있습니다. 실내 점유 여부를 감지하여 점유자가 없을 때 조명을 끕니다. 스위치 보드에 설치합니다. 스위치가 켜져 있어도 실내에 점유자가 없으면 조명과 팬의 전원을 차단합니다.

누군가 끄는 것을 잊었을 때 가전제품 과열과 화재 위험도 줄여줍니다. 단일 점유 센서로 실내 부재 시 자동으로 끌 가전제품(에어컨, 팬, 조명 등)을 선택하여 개별 센서 사용 비용을 줄일 수 있습니다. 냉장고 등 다른 가전제품은 수동으로 켜고 끌 수 있습니다.

조명 에너지 소비를 최대 10% 절약할 수 있어 가정 및 상업 부문 에너지 절약의 모범 사례입니다.

60개 점유 센서 사용 시 (10kW 조명 부하)

절감 = 10kW의 20% x10x300x0.1 = $600

투자 (센서 개당 $16) = 60×16 = $960

회수 기간 = 960/600 = 1년 7개월.

에어컨 스위치는 조명과 별도이므로 에어컨용 60개 센서 추가 필요 (각 1.5TR). 10% 전력 절감되지만 높은 전류 정격으로 비용이 더 듭니다.

절감 = 60×1.5TR = 90×1.2 = 108kW

108kW의 20% = 21.6kW

절감액($) = 21.6x10x300x0.1 = $6,480

투자($) = 60×40 = $2,400

회수 기간 = 2400/6480 = 4.5개월.

습도가 매우 높지 않은 한 팬 속도를 '강'으로 설정하세요. 습할 때는 약풍이 공기 중 수분을 더 많이 제거합니다. 가전제품을 에어컨 온도조절기에서 멀리 두세요. 가전제품 열기로 에어컨이 더 오래 가동됩니다. 선선한 날과 저녁에는 에어컨이나 선풍기 대신 창문을 여세요. 실외 조건에 맞게 옷을 입으세요.

기타 중점 영역 – 복합 조명용 점유 센서, 광전지/타이머 활용

복합 조명에 자동 타이머를 설치할 수 있습니다. 기술 발전에 따라 황혼 스위치를 사용하여 일광 가용성에 따라 조명을 제어할 수 있습니다. 다만 센서가 그림자, 차량 라이트, 새 간섭이 없는 곳에 설치되도록 주의해야 합니다. 디머도 광제어와 연계하여 사용할 수 있습니다.

적외선 및 초음파 점유 센서를 사용하여 실내 조명을 제어할 수 있습니다. 더 정교한 점유 센서는 적외선과 초음파 감지를 결합하며, 각 유닛에 마이크로프로세서를 내장하여 센서를 지속적으로 모니터링하고 감도 수준을 조정하여 성능을 최적화합니다.

함께 읽기: 스마트 그리드란 정확히 무엇인가? 스마트 그리드 응용

일반 영역

• 주간 채광이 가능한 곳에는 주간 채광 제어를 제공하세요.
• 독서, 쓰기, 회의 등 미세한 움직임이 있는 공간에는 연속 디밍을 사용하세요. 걷기, 선반 정리 등 큰 움직임이 있는 공간에는 계단식 디밍(온/오프 스위칭)을 사용하세요.
• 초음파 점유 센서는 진동 없는 표면에 HVAC 덕트로부터 최소 6~8피트 떨어진 곳에 설치하고, 문이나 개구부 밖이 감지되지 않도록 배치하세요.
• 개인 사무실, 회의실 등 점유자 소유감이 높은 공간에는 항상 조명 수동 제어용 스위치를 포함하세요.

회의실:

• 대형 회의실에는 소형 손동작과 대형 신체 움직임을 모두 최적으로 감지하기 위해 이중 기술 점유 센서를 사용하세요.
• 중소형 회의실에는 천장 또는 코너 장착형 수동 적외선 점유 센서를 사용하세요.
• 항상 조명 수동 제어용 스위치를 포함하세요.
• 외부 조명 제어
• 타임 클럭과 광전지가 있는 조명 제어 패널을 사용하여 외부 조명을 일몰 시 켜고 일출 시 끄며, 비보안 조명은 저녁 일찍 끄서 에너지를 절약하세요.

가변 전압 가변 주파수 드라이브 (VVVF)

VVVF(가변 전압 가변 주파수 드라이브)는 도어 작동 시스템에 매우 효율적인 유닛으로, 현재 승강기 제조사들이 모든 승강기의 도어 작동 모터에 사용하고 있습니다. 승강기 도어 개폐 시 도어 모터 작동 중 약 20% 전력 소비 절감 효과가 있습니다.

도어 모터 용량 - 11kW x 10대 = 110kW

절감 = 0.20x110x300x10x0.1 = $6,600

대당 비용 = $1,400

투자 = 1400×10 = $14,000

회수 기간 = 14000/6600 = 2년 2개월.

실외 조명용 태양광 시스템

실외 조명 소비가 5kW라면, 정격 11kW 태양광 시스템을 사용하세요. 정격의 45% 부하만 감당할 수 있기 때문입니다.

절감 = 5kWx11x365x0.1 = 연간 $1,980

태양광 시스템 비용 약 $11,880

회수 기간 = 6년.

태양광 패널 수명은 일반적으로 15-20년이므로 최대 ROI(투자 수익률)를 위해 제대로 유지보수해야 합니다. 먼지와 습기는 정기적으로 청소해야 하며 변환 효율을 떨어뜨립니다.

중앙 공조 (Central AC)

모든 방에 개별 에어컨을 설치하는 대신 건물에 중앙 공조 시스템을 하나 설치할 수 있습니다. 중앙 공조 에너지 소비(톤당 0.66kW)는 창문형 또는 스플릿 에어컨(톤당 1.2kW)의 거의 절반입니다.

창문형/스플릿 에어컨 설치비 = 톤당 $670.

중앙 공조 설치비 = 톤당 $1,350이지만 용량 증가 시 가격 하락.

절감 = (1.2-0.66) x (1.5TR x 60) x10x300x0.1 = $14,580

투자 = (670×1.5×60) = $60,300 (90톤 용량 기준 톤당 $670)

회수 기간 = 60300/14580 = 4년 1개월

• 난방 및 냉방 시즌 동안 모든 창문과 문을 닫으세요.

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바닥 난방

전통적인 실내 히터는 I²R 손실로 열을 발생시켜 많은 전기를 소비하는 반면, 중앙 난방 시스템은 효율이 높지 않고 설치 및 유지보수 비용이 높습니다. 바닥 난방은 이 문제의 현대적 해결책입니다.

중앙 히터 덕트를 통해 바닥에서 실내를 데우는 대신, 바닥 아래 깔린 코일로 바닥을 데웁니다. 뜨거운 공기는 바닥으로 이동하는 경향이 있어 중앙 난방(바닥까지 뜨거운 공기 20%만 도달)에 비해 실내 열 분포가 더 좋아 전기 및 유지보수 비용을 크게 절약할 수 있습니다.

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침투 및 난방 손실

침투는 난방 시즌에 열 손실, 냉방 시즌에 열 유입을 일으켜 건물 점유자에게 불편을 줍니다. 또한 불필요한 난방 및 냉방 비용의 주요 원인입니다. 이를 방지하려면 난방 및 냉방 시즌 동안 모든 창문과 문을 닫으세요.

복도, 현관, 계단실, 로비의 라디에이터와 난방 레지스터를 끄세요. 자동 야간 설정 기능이 있는 온도조절기를 사용하세요. 건물 온도조절기가 변조 방지인지 확인하세요. 난방 장비를 잘 조정하세요. 비효율적인 난방 시스템은 사용하는 에너지의 30-50%를 낭비하여 에너지 절약 시스템에 부적합합니다.

건물 에너지 절약을 위한 특별 권장사항

• 환기 송풍기에 V-벨트를 사용하는 경우, 코그드 벨트(Cogged belt)로 교체할 것을 제안합니다. 동력 소비 3% 절약되고 슬립이 적습니다.
• 에어컨 실내 온도 설정을 1°C 올리면 에어컨 전력 소비 3% 절약됩니다. 20°C 대신 21°C로 설정해도 실내 온도 차이는 크지 않지만 상당한 에너지를 절약합니다. 실내와 외기 온도 차이가 커지면 에어컨 일이 늘어나므로 문과 창문을 제대로 닫아야 합니다.
• 스플릿/창문형 에어컨 필터를 깨끗이 유지하세요. 그렇지 않으면 같은 에너지를 소비해도 실내 냉각이 느려져 설정 온도 유지에 더 오래 걸리고 에너지가 낭비됩니다. 수동 제상 방식의 냉장고/냉동고 구매 고려. 더 에너지 효율적이나 서리가 1/4인치 이상 쌓이지 않게 하세요.
• 에어컨 온도를 16°C로 설정해도 방이 빨리 식지 않습니다, 단지 설정 온도 달성 시 냉각을 멈추라는 온도조절기 기준일 뿐입니다. 16°C로 두면 필요 없을 때도 계속 냉각하여 에너지를 더 소비합니다.
• 냉각탑 알루미늄 날개 대신 FRP 날개 사용. 동일 출력에 전력 소비 적음. 관성이 적고 강도가 좋음.
• 물탱크에 수위 센서 설치하여 가득 차면 모터 자동 정지. 탱크가 차면 물이 들어가지 않지만 모터는 계속 돌아가므로 에너지 절약. 물이 안 나올 때 불필요하게 펌핑하지 않도록 펌프에도 센서 설치.

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에너지 관리

일일 전력 소비 요구사항을 충족하기 위해 온라인 에너지 절약 관리 시스템을 설치하여 면밀히 모니터링할 수 있습니다. 이는 건물 각 부분의 에너지 분배를 더 잘 파악하게 해줍니다.

각 실과 보조 설비의 에너지 소비량을 모니터링할 수 있습니다. 따라서 야간 불필요하게 켜진 조명이나 보조 설비를 찾아 끌 수 있습니다. 에너지 절약법에 따라 에너지 절약 프로그램을 계획, 관리, 구현하세요. ECBE(건물 에너지 절약 코드) 구현을 돕기 위해 BEE(에너지 효율국)에서 다양한 촉진 조치를 수행/계획 중입니다.

이에는 에너지 절약상 제도, 인식 제고 및 교육 활동, 주 및 지자체 시행 기관 역량 강화, 설계 매뉴얼, 소프트웨어, 건축가/엔지니어/코드 담당자 교육 및 기술 지원, 건물 소유자/설계자/사용자 인식 프로그램이 포함됩니다.

건물 에너지 효율

• IEEE 519-1992는 짝수 고조파를 홀수 차수 한도의 25%로 제한하여 다룹니다. 짝수 고조파는 DC 성분을 포함할 수 있는 비대칭 전류파를 생성하여 자심 포화를 유발합니다.
• 각 매개변수 허용 한계: 중성선 전류: RMS 전류의 8-10%, 중성선 전압: 2V
• IEEE 519 표준에 따른 권장 고조파 한계:

전류 고조파: 8% THD, 전압 고조파: 5% THD

불평형:

전류 불평형: 5%, 전압 불평형: 4%

• 콘덴서 뱅크를 통해 역률을 1에 가깝게 유지하여 케이블 및 패널 전류 손실을 줄이고 전기 요금 페널티 방지.

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참고: 물리학 어떤 분야에도 이상적인 시스템은 존재하지 않습니다. 손실을 허용 한계 내에서 최소화할 수 있을 뿐, 100% 에너지 절약과 에너지 효율 시스템을 달성하여 손실을 제로로 만들 수는 없습니다. 그래도 기존 시스템을 지속적으로 개선하여 과학의 최대 잠재력을 발굴하고 이해하려 노력해야 합니다.