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CASE85건물 · 중앙난방보일러HDD운전시간 최적화Simulation · Potential

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.

기존 난방 가동시간843.8 h/년
HDD 기반 최적화528.9 h/년
가동시간 절감잠재량314.9 h · 37.32%

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.

핵심 질문
“같은 고정 시간표를 반복하는 대신, 그날의 실제 외기조건에 맞춰 보일러 가동시간을 줄이면 불필요 난방운전을 얼마나 줄일 수 있는가?”

2. 입력 데이터와 계산 경계

항목내용
기상 데이터2023년 대전지역 시간별 기온 8,760개
난방기간1~3월, 11~12월
기존 기동시각04:30 / 09:00 / 16:00 / 21:00
기존 판단변수일 최저 외기온도
개선 판단변수일 HDD = 18 - (일 최고기온 + 일 최저기온) / 2
분석 Output일별 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 외기온도1회 가동시간하루 4회 기준 총시간
> 9°C0.00 h0.00 h
6~9°C0.50 h2.00 h
3~6°C1.00 h4.00 h
-1~3°C1.50 h6.00 h
-6~-1°C1.67 h6.68 h
≤ -6°C1.83 h7.32 h

개선 방식 - HDD에 따른 하루 총 가동시간

HDD 구간개선 가이드
HDD < 50 h/day
5 ≤ HDD < 91 h/day
9 ≤ HDD < 122 h/day
12 ≤ HDDHDD 12에서 4.0 h/day를 시작해 HDD 30에서 7.3 h/day가 되도록 선형 증가, 최대 7.3 h/day
HDD ≥ 12일 때 Run Hours = 4.0 + (7.3 - 4.0) / (30 - 12) × (HDD - 12)

4. 분석 절차

1

기상자료 수집

시간별 외기온도를 날짜별로 묶어 일 최고·최저기온을 계산합니다.

2

HDD 계산

기준온도 18°C와 일 최고·최저기온 평균으로 난방수요 지표를 만듭니다.

3

기존운전 재현

일 최저기온 구간표로 하루 기존 보일러 총 가동시간을 계산합니다.

4

개선시간 계산

HDD에 따라 0/1/2시간 또는 4.0~7.3시간의 일 총 가동시간을 결정합니다.

5

운전시각 생성

총 가동시간을 04:30, 09:00, 16:00, 21:00 운전구간에 배분해 종료시각을 제시합니다.

6

절감잠재량 계산

기존 총시간 - 개선 총시간으로 일·월·연 가동시간 절감잠재량을 산정합니다.

7

현장 Test

실제 적용 시 실내온도·공급온도·민원·가스사용량을 함께 확인합니다.

8

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.

중앙보일러 연간 기존 운전시간과 HDD 기반 최적화 비교
그림 1. 2023년 대전 기상자료 기준 연간 난방 가동시간 비교. 이 결과는 운전시간 Potential이며 실제 연료절감 실적이 아닙니다.
월별 중앙보일러 기존 운전과 HDD 기반 최적화 가동시간 비교
그림 2. 난방월별 기존 운전과 HDD 기반 최적화의 가동시간 비교.
월기존개선절감시간감소율
1월210.7 h156.8 h53.9 h25.6%
2월180.9 h125.0 h56.0 h30.9%
3월138.0 h43.4 h94.7 h68.6%
11월139.5 h81.8 h57.7 h41.4%
12월174.7 h122.0 h52.7 h30.2%
HDD에 따른 기존 및 최적화 보일러 가동시간
그림 3. HDD와 일 보일러 총 가동시간 관계. 개선안은 난방수요가 낮은 날의 과다운전을 줄이는 방향으로 운전시간을 재구성합니다.

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
절감효과 표현 원칙
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

단계권장 확인사항
Baseline기존 운전기간의 일별 가스사용량, HDD, 보일러 가동시간, 공급/환수온도, 실내 서비스조건을 확보합니다.
Test & Adjust온화한 날부터 HDD 가이드를 적용하고 실내온도·민원·온수 공급조건을 확인합니다.
Reporting개선기간의 동일 항목을 같은 Measurement Boundary로 수집합니다.
Adjustment평가기간 HDD 또는 외기조건을 Baseline에 입력해 개선이 없었을 정상 가스사용량을 계산합니다.
SavingAdjusted Baseline Gas - Actual Gas로 실제 에너지 절감량을 산정합니다.
Persistence계절별로 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.

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