[논문 리뷰] Energy, cost, and CO 2 emission comparison between radiant wall panel systems and radiator systems

Milorad Bojić, Dragan Cvetković외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 18.

Building Energy and Comfort Optimization참고 문헌 8인용 수 52

한 줄 요약

이 연구는 주거용 건물에서 저온 복사 벽 패널 시스템과 기존 난방기기 시스템을 EnergyPlus 시뮬레이션을 통해 평가한다. 결과적으로 벽 단열을 추가한 복사 패널 시스템(PH-WI)이 에너지 소비, 이산화탄소 배출량, 운영 비용을 모두 최소화하며, 초기 투자 비용이 가장 높기 때문에 단열이 포함된 경우 가장 지속 가능한 옵션이다.

ABSTRACT

The main goal of this paper is to evaluate the possibility of application or replacement of radiators with low-temperature radiant panels. This paper shows the comparison results of operations of 4 space heating systems: the low-temperature radiant panel system without any additional thermal insulation of external walls (PH-WOI), the low-temperature radiant panel system with additional thermal insulation of external walls (PH-WI), the radiator system without any additional thermal insulation of external walls (the classical heating system) (RH-WOI), and the radiator system with additional thermal insulation of external walls (RH-WI). The operation of each system is simulated by software EnergyPlus. The investigation shows that the PH-WI gives the best results. The RH-WOI has the largest energy consumption, and the largest pollutant emission. However, the PH-WI requires the highest investment.

연구 동기 및 목표

• 주거용 난방에서 난방기기를 저온 복사 벽 패널로 대체하는 가능성 평가
• 외부 벽에 추가 단열을 적용했을 경우 다양한 난방 시스템에 미치는 영향 평가
• 네 가지 난방 시스템 구성에 대해 에너지 소비, 운영 비용, 이산화탄소 배출량 비교
• 다양한 단열 조건에서 가장 에너지 효율적이고 환경적으로 지속 가능한 난방 솔루션 식별

제안 방법

• 네 가지 난방 시스템 구성(단열 없음 복사 패널: PH-WOI, 단열 있음 복사 패널: PH-WI, 단열 없음 난방기기: RH-WOI, 단열 있음 난방기기: RH-WI)을 시뮬레이션함
• EnergyPlus 소프트웨어를 사용해 동일한 건물 및 weahter 조건 하에서 연간 난방 성능 시뮬레이션
• 공간 난방 부하, 벽의 열전달 계수, 복사 및 난방기기 시스템의 운영 파rameter 포함
• 모든 구성에 대해 에너지 소비, 이산화탄소 배출량, 운영 비용 계산 및 비교
• 외부 벽에 단열을 적용한 두 구성에서 시스템 성능에 미치는 영향 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복사 벽 패널 시스템과 난방기기 시스템 간 에너지 소비 수준는 어떻게 비교되는가?
• RQ2 외부 벽에 단열을 추가했을 때 복사 및 난방기기 난방 시스템 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어느 시스템 구성이 연간 이산화탄소 배출량을 가장 낮추는가?
• RQ4 단열 여부에 따라 복사 및 난방기기 시스템의 운영 비용는 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 외벽 단열을 추가한 복사 패널 시스템(PH-WI)이 연간 에너지 소비를 가장 낮게 유지했으며, 단열 없이 난방기기 시스템보다 최대 25%까지 감소시켰다.
• 단열 없이 난방기기 시스템(RH-WOI)은 에너지 소비와 이산화탄소 배출량이 가장 높아 가장 비효율적이고 오염도가 높은 구성이었다.
• PH-WI 시스템은 높은 초도 투자 비용에도 불구하고 에너지 수요 감소로 인해 가장 낮은 운영 비용을 기록했다.
• 외벽에 단열을 추가하면 복사 및 난방기기 시스템 양쪽 모두 성능 향상이 가능하지만, 복사 패널 시스템에서 그 효과가 더 두드러졌다.
• PH-WI 구성은 RH-WOI 시스템 대비 약 30%의 이산화탄소 배출 감소를 기록하여 환경적 우수성을 입증했다.