건물 에너지 절감 기법의 비용 최적화를 위한 의사결정 지원 도구 개발
Development of a Decision Making Tool for Cost-optimal Building Energy Conservation Measures
- 주제(키워드) 비용최적화 , 에너지 절감 기법의사결정 , 에너지소요량 , 생애주기비용
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김선숙
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 건축학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000027571
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 건물의 에너지성능 및 경제성 향상을 목표로 건물에 적용할 수 있는 에너지 절감 기법(ECM)의 비용 최적화를 위한 의사결정 지원 도구 개발을 목적으로 한다. 국내의 경우 에너지성능과 경제성을 평가하는 기능을 가진 지원 도구가 개발되었으나, 에너지성능과 경제성을 고려하여 최적 ECM 패키지를 제공하는 기능 개발은 미흡한 실정이다. 반면에 국외에서는 개별 건물에 적용 가능한 최적 ECM 패키지를 제공함으로써 의사결정을 지원하는 도구를 개발하여 활용하고 있다. 이에 본 연구에서는 비용 최적을 고려한 다수의 최적 ECM 패키지를 도출하여 의사결정자의 선호에 따른 의사결정을 지원할 수 있는 도구를 개발하였으며, 지원 도구의 기능이 적절하게 구현되도록 하는 것을 본 연구의 주요 목적으로 하였다. 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 건물 에너지 부문 최적화의 개념과 활용 가능한 최적화 기법을 고찰하고, 국내외 건물 에너지 부문 최적화 연구 및 의사결정 지원 도구 개발 사례를 분석하여 최적화 의사결정 지원 도구의 개발 방향을 도출하였다. (2) 목적함수로써 에너지소요량 및 생애주기비용을 설정하여 이를 평가하기 위한 산출 식을 구축하였다. 각 산출 식을 분석하여 목적함수 평가 시 필요한 에너지성능 및 경제성 정보를 도출하였으며, 이 정보들을 통합한 ECM List DB를 구축하였다. (3) 건물 에너지 부문 최적화에 적합한 최적화 알고리즘을 선정하였으며, 알고리즘을 구성하는 요소(설계변수, 제약조건 및 목적함수)를 정의하였다. 설계변수는 에너지소요량 및 생애주기비용 값을 결정하는 주요 변수 중에서 선정하였으며, 제약조건은 ECM List DB 구축 정보와 사용자가 설정한 최적화 목표를 반영하였다. 두 가지 목적함수에 대한 다목적 최적화를 수행하기 위해 가중치법을 적용하고 정규화를 수행하였다. (4) 3가지 상세모듈로 구성된 의사결정 지원 도구의 프레임워크를 구축하였다. 각 모듈에서 이루어지는 정보의 흐름 및 모듈 간 연동 방안을 정의하였으며, 사용자 편의성을 고려한 UI를 구축하였다. (5) 사례연구를 통해 의사결정 지원 도구의 기능 구현 여부와 활용성을 검토하였다. 가중치 변화에 따른 11개의 최적 ECM 패키지를 도출하고 분석 결과 기능이 적절히 구현되는 것을 확인하였다. 이를 통해 본 연구에서 개발한 의사결정 지원 도구가 향후 국내 건물 에너지 절감 기법의 비용 최적화를 위해 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 지원 도구의 기능을 구축하는 것을 주요 목적으로 하였으며, 이에 따라 에너지성능 및 경제성 산출 식을 간이화하여 활용하였다. 향후 연구에서는 성능 산출 식을 고도화하여 보다 정확한 성능 평가가 가능하도록 해야 할 것으로 판단된다. 또한 물가정보 등의 정보 업데이트 주기에 따른 ECM List DB의 업데이트가 필요할 것으로 판단되며, 현재 지원 도구에서 제공하는 분석 결과에 대한 시각적 방법 외의 다양한 방법을 통한 분석 결과 제공 기능을 구현해야 할 것으로 판단된다.
more초록/요약
To improve building energy performance, it is necessary to apply high efficiency energy conservation measures(ECM). However, due to the trade-off between energy and economic performance, the application of high-efficiency ECM tends to be more expensive. This problem hinders decision-makers’ decision making, such as building owners, architects and designers. Many countries have developed tools to support decision making by providing cost-optimal ECM packages that can be applied to individual building. In Korea, several tools have been developed to evaluate the energy and economic performance, but there is no tool that can provide the cost-optimal ECM packages. The purpose of this study is to develop a tool to support decision making based on decision makers’ preference by deriving cost-optimal ECM packages. The results of this study are summarized as follows. (1) Based on the analysis of the optimization methods and researches in the building sector, the considerations for development of a decision making tool was derived. (2) Energy and economic performance were used as the objective functions, and calculation equations were set up. The energy and economic information required to calculate the objective function were derived, and the ECM List DB which integrates this information was constructed. (3) Optimization algorithms suitable for building sector were selected and the elements constituting the algorithm were defined. Design variables were selected among the key variables that determine the objective function. Also, the constraints reflected the ECM List DB information and optimization goals. The weighted sum method is applied and the normalization is performed to perform the multi-objective optimization. (4) The framework of decision making tool composed of three modules was developed. The information flow in each module was defined and the UI considering user convenience was constructed. (5) Case study was conducted to examine the function and applicability of the decision making tool. As a result, the tool developed in this study can be used for decision making to select cost-optimal ECM packages. The scope of this study is to ensure that the functions of decision making tool are properly implemented, and therefore the equations for calculating the objective function is simplified. In the future, the equations should be improved to enable more accurate energy and economic performance. In addition, the ECM List DB should be updated periodically, and analysis results should be provided in various ways through visualization of the analysis results.
more목차
제1장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 범위 및 방법 3
제2장 예비적 고찰 5
2.1 건물 에너지 최적화 기법에 대한 이론적 고찰 5
2.1.1 최적화의 개념 5
2.1.2 최적화 기법의 분류 9
2.2 건물 에너지 부문 최적화 연구 및 의사결정 지원 도구 사례 분석 11
2.2.1 최적화 연구 사례 11
2.2.2 최적화 의사결정 지원 도구 사례 13
2.3 건물 에너지 부문 최적화 의사결정 지원 도구 개발 방향 17
제3장 건물 에너지 절감 기법의 비용 최적화 의사결정 지원 도구 19
3.1 건축물 성능 간이 평가 로직 및 DB 19
3.1.1 에너지성능 간이 평가 로직 19
3.1.2 경제성 간이 평가 로직 24
3.1.3 에너지 절감 기법 DB 34
3.2 에너지 절감 기법의 비용 최적화 방법 39
3.2.1 최적화 기법의 선정 39
3.2.2 설계변수 및 제약조건 41
3.2.3 목적함수 43
3.3 의사결정 지원 도구 프레임워크 및 상세모듈 48
3.3.1 사용자 정보 입력 모듈(모듈 A) 50
3.3.2 성능 평가 모듈(모듈 B) 52
3.3.3 최적화 모듈(모듈C) 53
제4장 최적화 의사결정 지원 도구의 활용성 검증 55
4.1 최적화 의사결정 지원 도구의 흐름 55
4.2 최적화 의사결정 지원 도구의 활용성 57
4.2.1 사례 연구 개요 57
4.2.2 의사결정 지원 도구의 주요 기능 및 UI 58
4.3 소결 73
제5장 결 론 74
참 고 문 헌 77
