에너지 사용량 시계열화 방안

재실비율을 실제 형태로 가공하기 위하여 동시사용율과 지수평활화법을 이용하 여 8760개의 프로필을 만드는 방안을 설정하였다. 한편 본 연구에서는 일반적 인 동시사용율의 개념 중 포아송 분포를 이용하여 동시사용율을 결정하였다. 포 아송 분포를 따르는 동시사용율은 임의의 단위 시간 또는 단위 공간에서 발생한 횟수는 해당 시간의 크기 또는 공간의 크기에 비례하고, 외부의 영향을 받지 않 으며, 전술한 조건에서의 발생한 횟수 및 확률은 다른 시간이나 공간에서 발생 한 결과와 서로 독립성을 가지는 것을 전제로 하고 있으며 순시적으로 발생하는 경우에도 두 개 이상의 결과가 동시에 발생할 확률은 없는 것으로 정의하고 있 다. 아울러 포아송 분포의 프로세스는 시간, 즉 경과건수에 따른 확률적 의미를 가지고 있으며 1시간 동안 화장실을 사용한 사람, 1시간 동안 세면기를 사용한 사람 등의 분포를 구현할 수 있다. 아울러 본 연구의 대상이 100세대 이상의 대 규모 단지를 검토하고 있기 때문에 일반적인 설비설계에 적용하는 동시사용율 50%를 적용하여 시간대별 발생하는 빈도수에 대한 확률밀도 함수를 적용하였 다. 포아송 분포를 이용하여 작성한 100세대의 동시사용율 50%의 포아송 분포 는 그림 4-5와 같으며, 100인 중 동시에 50명이 전후가 사용하는 비율을 나타 내고 있다.

[그림 4-5] 동시사용율 50%의 재실자 100인 건물의 포아송 분포

(2) 지수평활화법³⁴⁾의 적용

포아송 분포를 이용하여 작성한 동시사용율 개념을 대응시키기 위해서는 이동평 균법의 일종인 지수평활화법을 활용하여 최대 피크시의 사용율이 동시사용율 50% 수준으로 제한하는 것이 필요하다. 한편, 지수평활화법은 가장 최근 데이 터에 가장 큰 가중치가 주어지고 시간이 지남에 따라 가중치가 기하학적으로 감 소되는 가중치 이동 평균 예측 기법의 하나이며, 기존 사용량 프로파일 즉 예측 기간만큼의 원데이터를 가지고 있지 않는 특성을 고려하여 지수평활화법을 적용 하고자 한다. 덧붙여 지수평활화법에서는 가중치의 역할인 지수평활계수를 도출 하는 것이 필요하며, 본 연구에서는 절대오차와 예상 값의 관계에서 지수평활계 수를 0.41로 설정하여 지수평활화법을 적용하였다.

34) 지수평활화법 : 가장 최근 데이터에 가장 큰 가중치가 주어지고 시간이 지남에 따라 가중치가 기하학적으

[그림 4-6] 지수평활화법 적용 개념

그림 4-7은 지수평활화법을 이용하여 평활계수 0.41을 적용하여 프로파일의 평 탄화를 실시한 결과이다. 오전에 전체 확률분포의 약 18%를 차지하는 원 데이 터에 비하여, 지수평활화법을 적용한 가공데이터는 약 9%로 동시사용율 50%

수준을 만족하고 있는 것을 알 수 있으며 오후 16시 이후의 2개의 피크가 1개 의 피크로 완화되고, Smoothing 된 결과를 확인할 수 있다.

[그림 4-7] 지수평활화계수를 적용한 가공데이터( α=0.41)

(2) 표준정규분포 이용 난수 발생

포아송 분포를 이용하여 특정 시간대에 에너지 사용량이 집중하는 현상을 제어 하고 8760시간의 다양성을 제시하기 위한 방안으로는 특정 시간대의 발생 확률 이 정규분포에 준하여 발생하는 것을 가정하고 해당 확률에 따른 난수를 발생시 킴으로서 8760시간의 형태를 구현하고자 하였다. 구체적으로는 그림 4-8과 같 이 특정시간대에 발생하는 빈도가 그림 중의 막대그래프와 같이 전후 1시간을 범위로 하는 정규분포의 확률 밀도에 준하여 움직인다고 가정하였으며, 엑셀프 로그램의 난수발생 함수를 이용하여 1일 24시간의 시간대별 소비량에 대하여 난수를 발생시킴으로서 1년간의 시계열 데이터를 작성하도록 설정하였다.(그림 4-9) 그림 4-10은 이러한 과정을 고려하여 작성한 에너지 사용량 데이터의 프 로파일 결과를 나타내고 있으며, 난방, 급탕, 조명 사용량을 해당 프로파일에 적 용하여 시계열 데이터를 작성하게 된다. 다만, 본 프로파일은 재실상태를 기반으 로 작성한 결과이기 때문에 특히 동절기 난방의 경우 취침시 난방사용이 발생하 는 형태를 정확하게 구현하지 못하는 부분은 단점으로 지적할 수 있다.

[그림 4-8] 시각 별 에너지 소비형태의 발생 방법

[그림 4-9] 난수발생 데모

[그림 4-10] 에너지 사용량 세분화 결과 (1월)