[논문 리뷰] Estimating country-specific space heating threshold temperatures from national consumption data

Smail Kozarcanin, Gorm Bruun Andresen외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 27.

Building Energy and Comfort Optimization참고 문헌 33인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 공개된 국가 전기 및 가스 소비 데이터와 기상 데이터를 조합하여 국가별 공간 난방 임계 온도를 추정하는 방법을 제안한다. 난방이 필요하지 않은 여름 계절을 특정하기 위해 아카이케의 정보 기준(AIC)을 적용한 결과, 가스 난방을 사용하는 국가는 평균 15.0 ± 1.7 °C의 임계 온도를 보이며, 전기 난방을 사용하는 국가는 평균 13.4 ± 2.4 °C의 임계 온도를 보였다. 여름철(6월~8월)에 날씨 기반 난방도일(HDD)이 양수임에도 불구하고, 공간 난방 수요에 대한 증거는 발견되지 않았다.

ABSTRACT

Space heating in buildings is becoming a key element of sector-coupled energy system research. Data availability limits efforts to model the buildings sector, because heat consumption is not directly metered in most countries. Space heating is often related to weather through the proxy of heating degree-days using a specific heating threshold temperature, but methods vary between studies. This study estimates country-specific heating threshold temperatures using widely and publicly available consumption and weather data. This allows for national climate and culture-specific human behaviour to be captured in energy systems modelling. National electricity and gas consumption data are related to degree-days through linear models, and Akaike's Information Criteria is used to define the summer season in each country, when space heating is not required. We find that the heating threshold temperatures computed using daily, weekly and monthly aggregated consumption data are statistically indifferent. In general, threshold temperatures for gas heating centre around 15.0 +/- 1.7 degree C (daily averaged temperature), while heating by electricity averages to 13.4 +/- 2.4 degree C. We find no evidence of space heating during June, July and August, even if heating degree-days are present.

연구 동기 및 목표

• 에너지 시스템 모델링의 정확도를 향상시키기 위해 국가별 공간 난방 임계 온도를 추정하는 것.
• 고해상도 난방 소비 데이터의 부족을 보완하기 위해 널리 이용 가능한 전기 및 가스 소비 데이터를 활용하는 것.
• 공간 난방이 필요하지 않은 여름 계절(즉, 난방 수요가 없는 기간)을 난방도일(HDD)에 대한 통계적 모델 선택 기준(AIC)을 통해 특정하는 것.
• 집계된 소비 데이터(일일, 주간, 월간)가 동일한 통계적 결과를 도출함을 보여주는 것.
• 여러 국가에 동일한 임계 온도(예: 16°C 또는 18°C)를 적용하는 일반적인 관행을 도전하는 것.

제안 방법

• 일일, 주간, 월간 해상도로 집계된 국가 전기 및 가스 소비 데이터를 사용한다.
• 외부 온도 데이터와 다양한 임계 온도를 사용하여 난방도일(HDD)을 계산한다.
• HDD와 에너지 소비 간의 관계를 모델링하기 위해 선형 회귀를 적용한다.
• 각 국가의 최적의 여름 계절(즉, 난방 수요가 없는 기간)을 특정하기 위해 아카이케의 정보 기준(AIC)을 활용한다.
• 일일, 주간, 월간 등 다양한 데이터 집계 수준에서 결과의 강인성을 시험한다.
• AIC 값이 가장 낮은 기간을 여름 계절로 분류하여, 난방 수요가 없는 가장 적합한 기간으로 간주한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국가 소비 및 기상 데이터를 기반으로 하여 최적의 국가별 공간 난방 임계 온도는 무엇인가?
• RQ2 일일, 주간, 월간 등 데이터 집계 방식의 선택이 난방 임계 온도 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 공간 난방이 필요하지 않은 여름 계절은 유럽 국가들 간에 유의미하게 다를 수 있으며, AIC를 통해 신뢰성 있게 특정할 수 있는가?
• RQ4 현재 일반적으로 사용되는 균일한 임계 온도(예: 16°C 또는 18°C) 가정이 실제 국가의 난방 수요 패턴을 얼마나 잘못 반영하고 있는가?
• RQ5 가스 난방과 전기 난방 시스템은 국가 간에 임계 온도 프로파일에서 어떤 차이를 보이는가?

주요 결과

• 가스 난방을 사용하는 국가는 평균 15.0 ± 1.7 °C의 난방 임계 온도를 보이며, 전기 난방을 사용하는 국가는 평균 13.4 ± 2.4 °C의 임계 온도를 보였다.
• 일일, 주간, 월간 집계 소비 데이터를 사용했을 때도 임계 온도 추정치에 통계적으로 유의미한 차이가 없었다.
• 모든 연구 대상 국가에서 6월, 7월, 8월 동안 공간 난방 수요에 대한 증거는 발견되지 않았다. 이는 난방도일(HDD)이 양수임에도 불구하고.
• 난방 수요가 없는 기간으로 정의되는 여름 계절은 국가 간에 유의미하게 다를 수 있으며, 남유럽 국가들(예: 포르투갈)의 경우 여름 기간이 최대 9개월까지 지속될 수 있었다.
• 본 연구는 현재 영국의 공간 난방 수요에 대한 국가 수준의 에너지 수요 추정치가 최적화되지 않은 임계 온도를 사용할 경우 최대 93%까지 과대평가될 수 있음을 시사한다.
• 이웃한 유럽 국가들 간에도 임계 온도에 상당한 차이가 있음을 확인하여, 일괄적인 가정(예: 16°C 또는 18°C)이 실제 국가 상황을 반영하지 못한다는 점을 입증한다.