냉난방공조 효율향상으로 ‘에너지절감빌딩’ 패러다임 현실화
HVDC 자동제어 통한 에너지 15% 절감 효과
국내 자동제어시장 중 HVDC 비중 20% 차지
스마트시티(Smart City)란 고도화된 정보통신의 융복합 건축기술로 다양한 도시기반의 서비스를 제공하는 것을 말한다. 이러한 스마트 시티의 건물에너지정책 의무화와 더불어 고도로 발전된 정보화 시스템과 건축설비 환경, 자동제어시스템 운영기술이 함께 균형을 이루어야 하며 에너지 절감 부분을 더욱 심도 있게 검토하여야 한다. 무조건 에너지 절감을 위해 고가의 설비를 반영하거나 과도한 단속 운전, 냉난방 시즌에 외기댐퍼를 비닐로 막아 실내 쾌적도를 떨어뜨려 사무 생산성을 저하시키지 않도록 하며 건물 생애 주기동안 발전하는 자동제어 시스템을 지속적으로 개선 적용하는 등 유지관리에 만전을 기해야 한다. /편집자 주
백강철 BAS KOREA 대표
우리나라 건물 에너지소비는 1990년 이후 매년 2.5% 이상 증가하고 있고, 특히 상업건물의 증가율은 5% 수준으로 건물부문 에너지 소비증가를 주도하고 있다.
따라서 정부의 에너지 관리를 위한 정부정책 중 ‘녹색건축물 조성지원법’과 ‘건축물 에너지효율등급 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙과 인증기준’ 또한 공공기관 연면적 1만m2 이상의 건축물을 신축하는 경우, 건물에너지관리시스템(BEMS)을 구축하고, 한국에너지공단을 통해 설치 확인을 받도록 의무화 했고, 2025년부터 신축하는 건축물은 제로에너지 건물시공을 의무화한다.
빌딩자동제어시스템(BAS)은 냉난방 에너지 49.8%를 차지하는 건물에 에너지 관리시스템(BEMS), 지능형 전력망(Smart Grid) 에너지저장장치(ESS), 신재생 에너지원을 이용한 제로에너지 기술들을 접목해 한층 발전하여 녹색 건축물을 이루는데 당연한 시스템이 됐다.
그러나 빌딩자동제어 시스템은 급성장하고 있는데 활용도는 매우 낮고 건축, 기계, 전기전자, 소프트웨어, 하드웨어 기술등 광범위한 시스템의 시공과 인증만 받고 유지관리에는 무관심한 실정이다.
최저가 입찰을 통한 용역관리업체에 의존해 고가의 장치들이 제 기능을 수행하지 못하고 방치되는 경우도 앞으로 해결되어야할 문제다.
또 에너지관리 시스템인 BEMS에 대한 부정적 시각이 많아 정부와 산업계, 건물주가 관심을 가져야 할 부분이다.
에너지를 절감하고자 하는 정부정책과 달리 건물별 관리자 및 운영자 부재로 에너지 관리 시스템의 활용도가 떨어진다.
제로에너지 건축물 보급확산을 추진하는 국토교통부는 현재 상황을 인지한 후 민간건물에도 적용할 지 여부를 판단할 필요가 있다.
창 상부 엑츄에이터
규모에 따라 평균 1억~3억원의 설치비용이 투입된다는 점을 감안하면 에너지효율혁신 추진방안대로 이루어질 지 미지수이다.
이처럼 특정 시스템을 의무적으로 설치하도록 하는 것보다 건물 자체적으로 에너지 절감 효과를 증대하고 쾌적한 실내환경을 구축하기 위해서는 자동제어 시스템을 유무선화, 또는 실별제어 환경으로 설계해 공간별 제어환경을 개선하는 쪽이 정부의 의무화와 별개로 자연스럽게 에너지 절감과 최적 운영관리가 가능하다.
건물 자동제어 시스템은 HVAC(기계설비), 전력, 조명, 출입통제, 태양광, 지열, 에너지 저장(ESS), 원격검침, CCTV, 전관방송, 스마트그리드, BEMS 등 각각의 장치의 통합프로토콜이 선결돼야 되는 문제도 있다.
HVAC는 ISO, KS 표준 규격인 BACnet (KS X 6909)을 적용하고 있느나 국내 인증기관 없어 확대 발전하는 장치들의 통신규격을 지속적으로 유지할 필요가 있다. 건물 에너지효율 혁신을 위한 건물(BEMS), 편의점(REMS), 가정(HEMS), 공장(FEMS)등 용도에 따른 에너지 관리시스템으로 보급확산 시 통합관제센터(TOC)를 통해 ‘스마트 에너지시티’를 조성할 수 있겠다.
◇ IoT 제어환경 시스템
이중외피
정부는 2025년까지 에너지 혁신기업을 4천개 수준으로 늘린다고 한다. 또 정부의 그린뉴딜의 ‘녹색산업 혁신생태계 구축’ 추진의 일환으로 발표한 ‘에너지혁신기업 지원전략’에는 에너지 관련 유망분야 중 건물 에너지효율 관리가 포함됐다.
전체 에너지소비량의 약 17%를 차지하는 건물은 냉난방 에너지가 49.8%로, 제로에너지 건물시공은 절대적이다.
이를 위해서는 각종 센서를 설치해 정확한 에너지소비 원인을 감시 분석할 수 있어야 한다.
국내에는 700만동 중 30년 이상된 건물이 50%에 육박해 노후된 공조 시스템 개보수 시 IoT 적용을 적절하게 이용해야 한다.
건물에 적용하는 IoT는 언제, 어디서나 초연결 혁명시대의 인터넷 기술로 사람과 장비, 공간별 기기와 시스템에서 수집되는 정보를 유무선 네트워크 내에서 상호 데이터를 교환하여 가공, 분석, 저장, 처리할 수 있고, 수백개의 온도, 습도 및 시간, 위치, 시간, 음성, 문자등 방대한 데이터를 전송 수집하고 인터넷에 연결되어 분산처리해 최적제어를 통해 에너지절감을 이룰 수 있다.
4차 산업혁명은 사물인터넷, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터로 초연결성(hyper-connectivity), 초지능 (super intelligence), 더 빠른 속도 (velocity), 더 많은 데이터 처리능력(volume), 더 넓은 파급범위(scope) 등의 특성을 지니는 ‘초연결지능 혁명’으로, 건물의 에너지 절감을 위해 적용되는 것이다.
자연환기 구조물
삶의 질을 향상시키는 개인 IoT와 안전, 헬스케어, 에너지, 유통, 빌딩, 제조, 농업분야 등 제한없이 이용하며 개방형 플랫폼과 구성 네트워크는 사물들간 인위적 개입을 하지 않고 지능적 관계형성과 자동접속, 상호연동, 자율판단과 행동으로 발전하고 있다.
송도 트리플 스트리트는 KT의 IoT 기술 기반 스마트 빌딩 시스템 활용하여 건물통합 관제와 스마트 주차관리, 긴급 비상벨 솔루션을 적용하고 있다.
또 미국 텍사스주 펜조일 플레이스는 40년 이상 된 건물에 첨단 IT기술로 에너지 사용량을 51% 절감, IoT를 더하여 매년 11% 이상 추가로 절감하고 있다.
시스코 네트워크를 활용하여 10만개 이상의 센서가 실시간으로 에너지 사용량 추적 분석하여 에너지 다소비 부분을 자동 감지하여 화장실 내 물 사용 30% 감소, 보일러의 에너지 효율을 25%나 높이고 있다.
건물에서 소비되는 전력의 24% 중 냉난방공조(HVAC) 시스템을 통해 에너지를 15% 정도 절감할 것으로 기대한다.
현재 시장 진입단계로 LG CNS등 정보통신회사 또는 SI(System Integration) 업체 중심으로 확대되어 가고 있다. 국내 자동제어 시장규모를 1조5000억으로 볼 때 약 20%인 3000억으로 성장 예상한다.
냉난방공조 효율향상은 ‘에너지절감 빌딩’의 패러다임을 현실화할 수 있는 가능성이 있는 분야다.
실내의 쾌적한 실내환경을 위해 열원설비, 위생설비, 공기조화설비 등 다양한 관제점에 대한 감시제어가 필요하다. 인버터를 이용한 가변풍량 공조, 실별팬코일 제어, 고효율 모터등을 적용하고 유무선을 통한 재실 여부에 따라 제어한다.
특히 제어 알고리즘, 제어 네트웍을 통한 정보공유와 분석에 따른 최적제어를 이룰 수 있는데 IoT 기반의 지능형 공조제어는 시스템의 설계, 시공, 유지관리 과정을 표준화, 제도화함으로서 효과는 더욱 커질 것이다.
냉난방 공조제어는 직접디지털 제어기 (DDC. Direct Digital Controller), 실별 IoT제어기, IoT 센서로 외기 엔탈피 제어 알고리즘에 의한 유량, 풍량 인공지능 퍼지 제어, 세분화된 각실 냉난방 제어와 재실공실과 조도에 의한 Zone별 연동제어, Adaptive PID, Fuzzy logic, ANN 모델의 예측제어 따르는 기술이 필요하다.
앞으로 발전적인 IoT를 위해 센서요소기술, 유량계, 압력계, 풍속계등 수입의존도를 낮춰이미 시공한 건물의 에너지 절감 시스템의 수리, 조정 등 유지관리를 위해 지속적인 개발과 서비스가 관리가 동시에 이루어져야 하는 것이다.
출처 : 기계설비신문(http://www.kmecnews.co.kr)