함 내 공조시스템의 에너지 효율 향상을 위한 최적 제어 알고리즘 설계

허웅¹ ; 김민서¹ ; 박종원¹ ; 이유찬¹ ; 한민석²^{, *}

1해군사관학교 전기전자공학과 사관생도
2해군사관학교 전자제어공학과 부교수

Design of an Optimal Control Algorithm for Enhancing Energy Efficiency in Onboard Air Conditioning Systems

Woong Heo¹ ; Min Seo Kim¹ ; Jong Won Park¹ ; Yu Chan Lee¹ ; Min-Seok Han²^{, *}

1Midshipman, Dept. of Electrical and Electronics Engineering, Republic of Korea Naval Academy
2Associate professor, Dept. of Electronics and Control Engineering, Republic of Korea Naval Academy

Correspondence to: ^*Min-Seok Han Dept. of Electronics and Control Engineering, Republic of Korea Naval Academy 1 Jungwon-ro, Jinhae-gu, Changwon-si, Gyungsangnam-do, 51704, Republic of Korea Tel: +82-55-907-5323 E-mail: mshan1024@navy.ac.kr

초록

본 연구에서는 함 내 공조 시스템의 에너지 효율 향상을 위한 최적 제어 알고리즘을 설계하고 성능을 평가하였다. 제안된 알고리즘은 기존 전통적 제어 방식 대비 평균 온도 편차를 0.8 ℃에서 0.4 ℃로 줄여 50 % 개선을 보였으며, 총 에너지 소비는 70 kWh에서 45 kWh로 35.7 % 절감되었다. 또한, 에너지 효율성 지표는 3.6 ℃/kWh에서 5.2 ℃/kWh로 44.4 % 향상되었고, 반응 시간은 15분에서 8분으로 46.7 % 단축되었다. 이러한 결과는 제안된 알고리즘이 함 내 공조 시스템의 에너지 효율을 효과적으로 개선할 수 있음을 입증하며, 군용 및 상업용 응용 가능성을 제시한다.

Abstract

This study designed and evaluated an optimal control algorithm to improve energy efficiency in shipboard HVAC systems. Compared to conventional control methods, the proposed algorithm reduced the average temperature deviation from 0.8 °C to 0.4 °C, achieving a 50 % improvement. Total energy consumption decreased by 35.7 %, from 70 kWh to 45 kWh. Additionally, the energy efficiency index improved by 44.4 %, increasing from 3.6 °C/kWh to 5.2 °C/kWh, while the response time shortened by 46.7 %, from 15 minutes to 8 minutes. These results demonstrate that the proposed algorithm effectively enhances energy efficiency in shipboard HVAC systems and suggests its potential applicability in both military and commercial sectors.

Keywords:

Energy Efficiency, Optimal Control Algorithm, Air Conditioning System, Temperature Deviation, Energy Consumption

키워드:

에너지 효율성 , 최적 제어 알고리즘 , 공조 시스템 , 온도 편차 , 에너지 소비

Acknowledgments

이 논문은 2024년도 해군사관학교 해양연구소 및 해사교육진흥재단 지원을 받아 수행된 논문임.

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