중앙보일러 시스템의 HDD 기반 가동시간 최적화와
에너지 절감 잠재량 평가
중앙보일러를 고정된 외기온도 구간과 고정 운전시간으로 운전하면, 실제 하루 난방수요보다 긴 운전이 발생할 수 있습니다. 이 사례는 2023년 대전지역 시간별 기온자료로 일 HDD를 계산하고, HDD 수준에 따라 하루 보일러 총 가동시간을 동적으로 정하는 운전가이드를 기존 방식과 비교한 사례입니다.
1. 사례 개요와 핵심 질문
기존 운전은 하루 4회(04:30, 09:00, 16:00, 21:00) 기동하는 시간표를 유지하면서 일 최저 외기온도 구간에 따라 각 회차의 가동시간을 정합니다. 개선안은 하루 최고·최저 외기온도로 계산한 HDD(Heating Degree Day)를 사용하여 그날 필요한 총 난방 가동시간을 정하고, 필요한 시간만 4개 운전구간에 배분합니다.
“같은 고정 시간표를 반복하는 대신, 그날의 실제 외기조건에 맞춰 보일러 가동시간을 줄이면 불필요 난방운전을 얼마나 줄일 수 있는가?”
2. 입력 데이터와 계산 경계
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 기상 데이터 | 2023년 대전지역 시간별 기온 8,760개 |
| 난방기간 | 1~3월, 11~12월 |
| 기존 기동시각 | 04:30 / 09:00 / 16:00 / 21:00 |
| 기존 판단변수 | 일 최저 외기온도 |
| 개선 판단변수 | 일 HDD = 18 - (일 최고기온 + 일 최저기온) / 2 |
| 분석 Output | 일별 HDD, 기존/개선 가동시간, 종료시각, 월별·연간 가동시간 절감잠재량 |
Evidence 범위
본 사례의 37.32%는 가동시간 감소율입니다. 실제 가스 또는 열사용량을 계측해 검증한 에너지 절감률은 아닙니다. 실제 에너지 성과는 개선 적용 후 별도 M&V가 필요합니다.
3. 기존 운전과 HDD 기반 운전의 차이
기존 방식 - 일 최저 외기온도 구간별 고정시간
| 일 최저 외기온도 | 1회 가동시간 | 하루 4회 기준 총시간 |
|---|---|---|
| > 9°C | 0.00 h | 0.00 h |
| 6~9°C | 0.50 h | 2.00 h |
| 3~6°C | 1.00 h | 4.00 h |
| -1~3°C | 1.50 h | 6.00 h |
| -6~-1°C | 1.67 h | 6.68 h |
| ≤ -6°C | 1.83 h | 7.32 h |
개선 방식 - HDD에 따른 하루 총 가동시간
| HDD 구간 | 개선 가이드 |
|---|---|
| HDD < 5 | 0 h/day |
| 5 ≤ HDD < 9 | 1 h/day |
| 9 ≤ HDD < 12 | 2 h/day |
| 12 ≤ HDD | HDD 12에서 4.0 h/day를 시작해 HDD 30에서 7.3 h/day가 되도록 선형 증가, 최대 7.3 h/day |
4. 분석 절차
기상자료 수집
시간별 외기온도를 날짜별로 묶어 일 최고·최저기온을 계산합니다.
HDD 계산
기준온도 18°C와 일 최고·최저기온 평균으로 난방수요 지표를 만듭니다.
기존운전 재현
일 최저기온 구간표로 하루 기존 보일러 총 가동시간을 계산합니다.
개선시간 계산
HDD에 따라 0/1/2시간 또는 4.0~7.3시간의 일 총 가동시간을 결정합니다.
운전시각 생성
총 가동시간을 04:30, 09:00, 16:00, 21:00 운전구간에 배분해 종료시각을 제시합니다.
절감잠재량 계산
기존 총시간 - 개선 총시간으로 일·월·연 가동시간 절감잠재량을 산정합니다.
현장 Test
실제 적용 시 실내온도·공급온도·민원·가스사용량을 함께 확인합니다.
M&V
평가기간 HDD를 반영한 Adjusted Baseline과 Actual Gas를 비교해 실제 절감량을 확정합니다.
5. 시뮬레이션 결과
2023년 대전 기상자료를 적용한 결과, 기존 난방 가동시간은 843.8h/년, HDD 기반 개선운전은 528.9h/년으로 계산되었습니다. 운전시간 기준 절감잠재량은 314.9h/년, 37.32%입니다.
| 월 | 기존 | 개선 | 절감시간 | 감소율 |
|---|---|---|---|---|
| 1월 | 210.7 h | 156.8 h | 53.9 h | 25.6% |
| 2월 | 180.9 h | 125.0 h | 56.0 h | 30.9% |
| 3월 | 138.0 h | 43.4 h | 94.7 h | 68.6% |
| 11월 | 139.5 h | 81.8 h | 57.7 h | 41.4% |
| 12월 | 174.7 h | 122.0 h | 52.7 h | 30.2% |
6. 기대효과
- 외기조건이 온화한 날의 불필요한 난방 가동시간 축소
- 계단식 외기온도 구간제어를 HDD 기반 연속적 운전가이드로 전환
- 운전자에게 일별 시작·종료시각을 구체적으로 제공
- 기상예보를 이용한 익일 운전계획 자동화 가능
- 보일러 기동시간 감소에 따른 가스·전력·펌프 보조동력 절감 가능성
- 과도한 운전 축소를 통한 설비 운전시간·기동부담 저감 가능성
소스가 직접 증명하는 정량효과는 “연간 가동시간 314.9h, 37.32% 감소 잠재량”입니다. 가스 절감률·절감액은 실제 보일러 용량, 부분부하 효율, 가스 사용량과 공급열량 자료 없이 동일한 비율로 환산하지 않습니다.
7. 적용 가능한 현장
다음 조건을 가진 중앙난방 시스템에 우선 적용할 수 있습니다.
- 하루 여러 차례 정해진 시간에 중앙보일러를 기동·정지하는 건물
- 외기온도에 따라 운전시간을 수동으로 조절하지만 기준이 계단식 또는 경험 중심인 현장
- BAS/BEMS 또는 Timer 제어를 통해 보일러 시작·종료시각 변경이 가능한 현장
- 기상청 예보 또는 현장 외기온도 데이터를 자동 취득할 수 있는 현장
- 공동주택·오피스텔·기숙사·교육/연수시설 등 중앙난방 운전시간 최적화가 가능한 건물
적용 전 확인
급탕부하가 난방용 보일러와 함께 계측되는 경우, 난방 연료사용량과 급탕 연료사용량의 Measurement Boundary를 분리하거나 별도 보정해야 합니다.
8. 현장 적용과 M&V 방법
| 단계 | 권장 확인사항 |
|---|---|
| Baseline | 기존 운전기간의 일별 가스사용량, HDD, 보일러 가동시간, 공급/환수온도, 실내 서비스조건을 확보합니다. |
| Test & Adjust | 온화한 날부터 HDD 가이드를 적용하고 실내온도·민원·온수 공급조건을 확인합니다. |
| Reporting | 개선기간의 동일 항목을 같은 Measurement Boundary로 수집합니다. |
| Adjustment | 평가기간 HDD 또는 외기조건을 Baseline에 입력해 개선이 없었을 정상 가스사용량을 계산합니다. |
| Saving | Adjusted Baseline Gas - Actual Gas로 실제 에너지 절감량을 산정합니다. |
| Persistence | 계절별로 운전시간 가이드와 불편신호를 재검토해 최적화 범위를 갱신합니다. |
9. 이 사례에서 배울 점
- 최저 외기온도 하나보다 하루 난방강도를 나타내는 HDD가 운전시간 가이드에 더 연속적인 기준을 제공한다.
- 기존 운전표를 먼저 코드로 재현해야 개선 전후를 같은 조건에서 비교할 수 있다.
- 운전시간 절감률과 실제 연료 절감률은 동일한 Evidence가 아니다.
- 날씨가 온화한 환절기일수록 고정시간 운전의 과다운전 잠재량이 커질 수 있다.
- 운전가이드는 에너지 최소화만이 아니라 실내 난방서비스를 만족하는 제약조건 안에서 적용해야 한다.
- 기상예보 기반 익일 운전가이드는 BEMS/EMS의 운전추천 기능으로 확장할 수 있다.
기상예보를 중앙보일러 운전시간으로 바꾸기
외기온도와 HDD를 이용하면 경험 기반의 고정시간 운전을 데이터 기반 운전가이드로 전환할 수 있습니다. 현장 가스사용량까지 연결하면 운전시간 Potential을 실제 Verified Saving으로 확장할 수 있습니다.
전문 상담·협력 문의CASE STUDIES 전체 보기