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.

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