반투명 태양광발전(STPV) 모듈은 전력을 동시에 생산하면서 창(window)의 역할을 수행함으로써 건물의 에너지 부하에 상당한 영향을 미치는 재생에너지 원이다. 따라서 건물에 STPV를 적용하기 위해서는 다양한 관점에서의 검토가 필요하다. 본 연구에서는 STPV를 적용한 공간을 EnergyPlus로 모델링하고, 시뮬레이션 결과를 목업(mock-up) 데이터와 비교하였다. 셀 유형(cell type)에 따른 발전 특성은 목업으로부터 얻은 데이터와 달리 시뮬레이션에서는 계산에 오직 셀 효율(cell efficiency)만 적용되었기 때문에 시뮬레이션에 반영되지 않았다. 또한 목업 데이터를 기반으로 분석한 결과, c-Si 모듈을 사용한 공간의 실내 온도는 a-Si를 사용한 공간보다 높은 것으로 나타났다. 그러나 시뮬레이션에서는 그와 반대의 결과가 도출되었다. 이러한 결과는 발전 중 모듈의 온도 상승이 시뮬레이션에 반영되지 않았기 때문에 발생하였다. 더 나아가 시뮬레이션에서는 실내 온도를 오직 u-value와 SHGC로만 분석하였는데, 이는 STPV로부터의 복사(radiation)에 의한 실내 온도 상승이 시뮬레이션에 반영되지 않았기 때문인 것으로 확인되었다. 본 연구는 시뮬레이션과 목업 간의 비교를 통해 알고리즘 개선의 필요성과 방향을 제안한다.

이 논문은 에너지 분석을 위한 이론적 기준건물(reference building, RB)을 개발하기 위해 유연한 모델링 접근법을 제안한다. 우리는 대한민국의 건축물 재고(building stock)에 대한 통계적으로 분석된 데이터를 바탕으로 동적 시뮬레이션을 수행하여 5개의 비주거용 건물에 대한 RB를 설계하였다. 모델링을 위해 형태(form), 외피(envelope), 시스템(system), 운전(operation)이라는 4가지 데이터 하위 집합을 평가하였다. 본 연구는 EnergyPlus 내의 자동설정(autosizing) 기능을 사용하여 RB를 개발한다. 제안된 접근법은 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템의 용량과 유량이 새로 정의된 RB 모델과 일치하도록 하는 유연한 설계를 가능하게 한다. 이러한 접근법은 건축 데이터와 설비 요소 간의 격차를 메우는 데 이상적일 것이다. 본 연구에서 개발된 RB는 용도(end-use)별 에너지 성능 분석을 수행할 수 있게 한다. 용도별 분석 결과는 국가 수준의 온실가스(GHG) 감축 전략 개발을 뒷받침하는 근거를 제공할 수 있다.

건물에서의 에너지 소비는, 거주자의 유형에 비해 건물의 용도에 주로 의존한다. 대표적으로, 지상 기반 실내 양식장은 국내에서 사람들이 거주하지 않는다는 점에서 에너지 소비가 큰 건물 중 하나이다. 또한 해산물에 대한 세계적 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 실내 양식장은 증가한 수요를 충족하기 위해 계속 성장할 것으로 예상된다. 따라서 실내 양식장에서의 에너지 소비 현황을 파악하고 소비 패턴을 분석하여 에너지 수요를 감축하는 것이 중요하다. 실내 양식장에서의 전형적인 제어는 관리자의 경험에 크게 의존하여 제한적인 최적화와 에너지 비효율을 초래한다. 그 결과, 최적 제어는 상당한 에너지 절감과 비용의 효율적 감소를 제공할 수 있다. 그러나 비교적 높은 전력 소비를 수반하는 실내 양식장에 대해 에너지 분석 및 감축 방안을 다룬 연구는 많지 않다. 이에 본 연구는 실내 양식장을 위한 에너지 모델을 개발하고, 최적화 도구를 사용하여 운영 단계에서의 에너지 절감 잠재력을 분석하고자 한다. 대상 시설로는 순환여과양식시스템(recirculating aquaculture system, RAS)을 설정하였다. 이는 물 순환을 동반하는 고도화된 수처리 시스템의 사용으로 인해 RAS의 에너지 소비가 증가했기 때문이다. 이러한 시스템은 물을 보다 효율적으로 사용하고 생산성을 향상시키는 데 활용될 수 있다. 순환 펌프와 물 가열 탱크 등 RAS 내 다양한 장비를 시뮬레이션하는 에너지 모델을 EnergyPlus를 사용하여 개발하였다. 실내 환경과 에너지 소비를 측정하여 모델을 검증하였다. 검증 결과, 본 모델은 MBE -0.37%, Cv(RMSE) 11.9%로서 시간 단위 ASHRAE 측정 및 검증 지침을 충족하는 대표적인 예측 성능을 보였다. 또한 예측 성능을 향상시키기 위해, 현장에서 구현 가능한 물 설정값(water setpoints)과 운영 시나리오를 도출하고 적용하여 모델을 보정(calibration)하였다. 보정된 모델을 활용하여 양식 시설에서 가장 큰 에너지 소비원인 보일러와 히트펌프의 난방 설정값에 대한 최적 제어 전략을 Genopt 최적화 도구를 사용해 도출하였다. 설정값은 현장과 동일한 범위로 제한하였으며, 보일러는 60–70°C, 히트펌프는 50–60°C로 하였다. 최적 제어 결과는 측정된 에너지 소비에 비해 8.9%의 감소를 나타냈다. 본 연구는 모델 기반 최적 제어의 통합을 통해 양식 산업에서의 에너지 절감 및 온실가스 배출 저감 잠재력에 대한 기초 데이터를 제공한다.

식량안보 및 동물복지와 관련된 우려는 축산 시설에서 냉난방공조(HVAC) 시스템의 에너지 수요를 분석하는 데 대한 관심을 증가시켰다. 그러나 냉난방공조 시스템의 에너지 분석을 정밀하게 수행할 수 있게 해주는 건물 에너지 시뮬레이션(BES) 모델은 비전문가가 사용하기 어렵고, 특히 건축 엔지니어의 관여 없이 조성되는 경우가 많은 축산 시설에서는 사용성이 크게 저하된다. 이에 본 연구는 별도의 3D 모델링 없이 소수의 수치 입력만으로 기하학적 설계 변수를 변경하여 돈사(pigsties)의 에너지 수요를 분석할 수 있는 도구를 개발하였다. 돈사 기하학적 설계 유형은 돈사 건축 설계 매뉴얼과 웹 포털 지도 검색을 통해 분류하였다. EnergyPlus와 MATLAB 그래픽 사용자 인터페이스를 활용한 단순화 도구를 개발하여, 기하학적 설계 모델링을 위한 간단한 사용자 입력을 이용함으로써 돈사의 에너지 수요를 분석하였다. 본 도구는 축산 시설의 초기 설계 단계에서 기하학적 설계 변경을 통해 잠재적인 에너지 절감 가능성을 탐색하는 과정을 간소화한다. 본 연구에서 제시한 방법론은 기하학적 설계뿐 아니라 다양한 설계 단계 변수의 통합을 포함하는 향후 개선을 위한 기반을 마련한다.

본 연구는 iRTG가 건물 에너지 효율을 향상시키고 도시 농업을 활성화하는 데 적용 가능함을 검증하기 위해, iRTG 연계 HVAC 시스템의 구성 방법에 따른 에너지 소비를 비교 분석하였다. 부하 특성을 고려한 온실 모델링 방법론을 개발하고, 측정값을 바탕으로 검증하였다. 이에 따라 iRTG 에너지 모델을 개발하였고, 공기 분배 및 시스템 구성 방식에 따라 에너지 소비를 분석하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같이 요약된다. (1) 개발된 온실 모델링 방법론은 ASHRAE 시간당 권장 오차율을 충족하며 허용 가능한 예측 성능을 보였다. (2) iRTG의 수동 효과에 의한 에너지 절감률은 단일 오피스에서는 4%, 단일 온실에서는 13%, 전체적으로 9%였다. (3) 오피스에서 iRTG로 EA를 공급하기 위해 팬만 사용하는 방식은 공기 분배 방법과 무관하게 에너지 효율 측면에서 불리하였다. (4) 오피스에서 EA를 재가열 및 재냉각한 후 이를 iRTG에 공급하기 위해 AHU를 사용하는 경우, 일방향 및 양방향 공기 분배에서 각각 기준 시나리오 대비 연간 에너지 절감률이 9%와 23%로 나타났다. 그러나 오피스 운전 일정을 그대로 따를 경우 적절한 재배 환경을 유지할 수 없었다. (5) iRTG의 AHU를 이용한 양방향 공기 분배 방식을 도입하여 야간 난방으로 연중 재배 조건을 유지하고 연중 운전 일정을 적용한 결과, 기준 시나리오 대비 8%의 에너지 절감이 이루어졌으며, 이는 이상적인 열적 및 생육 환경을 달성하는 데 가장 유리하다. 본 연구는 건물 및 온실의 에너지 소비와 열환경에 근거하여 iRTG의 적용 가능성을 규명하였다. 다만, 양방향 공기 분배 시스템은 건물과 온실 간 공기 교환에 따른 CO2 농도 변화와 작물로 인한 공기질 변화에 대해 동적 평가가 필요하다. 또한 본 연구의 iRTG 에너지 모델은 시험 설비의 부재로 인해 검증되지 않았다. 모델 검증이 이루어지면 실제 에너지 절감 효과를 정량화할 수 있다. 이러한 한계에도 불구하고, 본 연구의 결과는 HVAC 시스템 구성에 따른 에너지 소비를 정량적으로 분석하여 경향을 파악함으로써 iRTG를 도입하고 그 효과를 제시하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.

점유자 행동은 건물 에너지에 상당한 영향을 미치는 요인이므로, 점유자 행동에 대한 시뮬레이션 모델링을 수행해야 한다. 그러나 셀 수 없이 많은 측정 및 전처리 방법론이 존재하므로, 설명되어야 할 체계적인 과정이 있다. 모델링은 행동 적용 시뮬레이션을 통해 실제 에너지 사용에 가깝게 구현되어야 한다. 이를 위해 2주 동안 측정된 냉방 기간의 행동 및 전력 요구 조건을 사용하여 데이터를 전처리하였고, 해당 데이터를 바탕으로 시뮬레이션을 개발하였다. 데이터 수집과 그에 이은 모델링의 결과를 제시한다.

본 연구에서는 국소 공기 흐름을 생성하는 개인용 냉방 장치인 스탠드 팬이 열적 쾌적감에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 실내 온도 22, 24, 26, 28, 30 °C와 팬 모드(꺼짐, 저속(L) 모드, 중속(M) 모드, 고속(H) 모드)로 구성된 총 20개의 환경 조건을 대상으로, 20대 남성과 여성 피험자의 설문조사 및 열적 마네킹(thermal manikin) 시험을 통해 분석하였다. 설문 내용은 열 감각, 열적 쾌적감, 열적 수용성, 공기 속도 변화에 대한 요구를 포함하였다. 이 과정은 열적 마네킹 시험과 함께 진행되어, 스탠드 팬을 재현함으로써 대류 열전달 계수 및 냉방 효과를 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 스탠드 팬의 냉방 효과를 정량값으로 제공하므로, 에어컨과 같은 다른 냉방 시스템과의 에너지 사용량 비교가 가능하며, 에너지 절감률 분석을 위한 기초 데이터 세트로 활용될 수 있다.