정부가 스마트시티 추진에 박차를 가하는 가운데 BEMS업계에서도 이에 대응하기 위한 기술 및 정보공유의 자리를 마련했다.

한국BEMS협회(회장 이재승)는 지난 11일 삼성전자 서울R&D캠퍼스에서 국가 신성장동력 창출을 위해 추진되는 스마트시티 및 스마트빌딩에 적용될 BEMS 운영사례와 주요기술을 알리는 세미나를 개최했다.

이번 세미나는 △삼성 스마트빌딩 솔루션 구축사례(김석우 삼성전자 프로) △BEMS 에너지절감 혁신을 위한 전력변환장치와 부품레벨에서의 혁신(경신수 파워큐브세미 연구소장) △스마트빌딩 데이터분석을 통한 스마트BEMS 운영관리(송재엽 나라컨트롤 차장) 등으로 구성됐다.

All-in-One 빌딩통합솔루션, 삼성전자 ‘b.IoT’

최근 빌딩솔루션 시장은 IoT 기반의 스마트빌딩 솔루션으로 진화하고 있다. 시스템 간 통합으로 빌딩의 효율성 및 운영최적화를 추구하고 있다.

소비자들은 △시스템통합을 통한 운영최적화 △에너지정책·규제강화에 따른 에너지관리솔루션 △IoT·AI 등 신기술을 활용한 빌딩효율화 △제품공급·시운전·유지보수 등 포괄적 관리 등을 요구하고 있다.

이에 따라 향후 다가올 4차 산업혁명과 IoT보편화 시대를 대비해 메이저업체들은 무선·클라우드 등 신기술과 차별화된 콘텐츠를 BEMS에 담고 있다.

삼성전자는 스마트빌딩솔루션인 b.IoT를 개발해 이와 같은 흐름에 대응하고 있다. b.IoT는 HVAC, 전력, 조명, CCTV 등 다양한 설비를 통합관리함으로써 쾌적한 실내환경조성, 자산가치 증대, 운영효율화를 추구하고 있다.

b.IoT 서버는 공조·환기장치, 통신장비, 영상디스플레이(VD), IoT게이트웨이 등 삼성전자가 자체적으로 제어하는 기기를 비롯해 서드파티의 데이터를 받는다. 서드파티는 일종의 협력사로 EMS, SI(시스템통합), 주차관제시스템, 소방·방재시스템, 온도조절장치, 센서 등을 공급·관리하는 업체들로 구성된다.

삼성전자는 △공조기·공기청정기 등을 다루는 생활가전사업부 △네트워크, 무선CCTV, 스몰셀(Small Cell, 소형 이동통신 기지국) 등을 다루는 네트워크사업부 △사이니지, 호텔관리시뮬레이션(HMS) 등을 다루는 VD사업부가 있고 △삼성이 인수한 하만의 AI스피커, IoT 게이트웨이 등을 포함하고 있어 보다 폭넓고 세세한 데이터수집이 가능하다.

이를 통해 빌딩 특성에 따라 효율적인 운용을 가능케하는 솔루션을 제공하고 있다. 다양한 이종시스템 및 기기와 호환할 수 있어 고객의 요구사항별로 소프트웨어의 패키징이 가능하며 기기연동이 쉽고 서비스 확장성이 높은 특징이 있다.

기능상 특징을 보면 b.IoT는 △All-in-One 빌딩통합솔루션 △빌딩무선화 △지능형 에너지관리에 특화돼 있다.

빌딩통합솔루션은 IoT 위치기반솔루션으로 BLE비콘(저전력 블루투스 장치)을 이용해 자산의 위치·현재상태 등을 표시함으로써 관리를 자동화하고 자산을 보호할 수 있다. 또한 스마트폰을 이용한 외부연동기능으로 출입통제서비스, 출결서비스 등도 가능하다.

또한 b.IoT는 빌딩무선화로 케이블링공사를 없애 투자비를 줄일 수 있다. 대구창조경제 혁신센터빌딩의 경우 무선화로 진행해 유선제어방식 대비 15%의 초기투자비를 줄인 것으로 나타났다.

특히 b.IoT의 지능형 에너지관리는 △에너지사용 통계분석 △AI기반 에너지절감 알고리즘 △에너지모니터링 대시보드 등의 기능이 탑재돼 있다.

에너지통계에는 목표대비 사용현황, 과거통계와의 비교, 시간별 에너지소비량 등을 제공한다. 또한 AI 알고리즘을 통해 기후데이터, 사람의 복장수준 및 활동량 등을 고려해 최적의 냉난방온도로 제어하며 학습기반이어서 시간이 지날수록 효율이 증대될 수 있다.

b.IoT는 국내에서는 △대구창조혁신센터 △서울대 연구소 △영덕 연수원 △대구 삼성 창조캠퍼스 등에 적용됐으며 해외사례로는 폴란드 스파이어타워가 있다.

PCS 파워반도체소자로 BEMS 성능개선

이어 경신수 파워큐브세미 연구소장은 ‘BEMS 에너지절감 혁신을 위한 전력변환 장치와 부품레벨에서의 혁신’을 주제로 발표했다.

BEMS는 수요관리의 필요성에 따라 등장했다. 발전부문에서의 에너지절감 한계에 따라 수요처 에너지사용의 최적화로 눈을 돌리게 됐고 결국 국가적 에너지관리를 위해 정부차원에서 EMS도입을 규제하기 시작했다.

다만 초기 EMS의 개념은 데이터를 취합, 모니터링하고 이상발생 시 알람을 울리거나 분석자료를 제공하는 것으로 관리자가 이를 적절히 활용해 최적화를 달성하는 것이었다.

이에 따라 EMS 공급업체는 BEMS를 에너지모니터링으로 인식하는데 최근 국토부의 기술동향조사에 따르면 이와 달리 소비자들은 에너지절약시스템이라는 인식이 높은 것으로 나타났다. 결국 시장에서의 성공을 위해서는 소비자들의 눈높이를 만족할 수밖에 없는만큼 설치가격대비 에너지절감효과 수준을 높일 필요가 있다.

BEMS 성능향상을 위해 하드웨어 측면에서는 PCS(전력변환장치)의 효율향상이 관건이다. PCS는 ESS(에너지저장장치)의 확산에 따라 성능향상의 필요성이 커지고 있다.

ESS는 심야축전, 피크타임 방출 등으로 부하분배가 가능하고 신재생에너지의 출력완충 역할을 할 수 있다는 점에 따라 정책적으로 권장되고 있다.

다만 전력이 ESS로 들어갔다가 수용가로 진입하는 과정에서 손실이 발생하기 때문에 이를 최소화하기 위해서는 결국 PCS의 효율향상이 중요하다.

PCS의 AC·DC 전력변환효율을 향상시키기 위해서는 파워반도체소자의 성능이 개선될 필요가 있다. 파워반도체소자가 높은전압을 버티고 높은 전류를 흘려줘야 저항이 감소해 PCS의 효율역시 향상되기 때문이다.

경 소장은 SiC(실리콘 카바이드) 파워반도체소자를 기존한계를 극복하는 것으로 제시했다. SiC 파워반도체는 △물성적 특성에 따른 저저항으로 모듈의 소형화 및 고효율 달성 △고속동작 특성을 통한 어플리케이션 주변부품 절감 △열적 안정성에 따른 방열구조 소형화 등의 장점이 있는 것으로 소개됐다.

실제로 ESS용 PCS의 Sic 파워반도체소자 적용에 따라 고주파특성을 확보해 전력소모가 절감되는 것으로 나타났다.

BEMS 커미셔닝 통해 성능검증

송재엽 나라컨트롤 차장은 ‘데이터분석을 통한 BEMS의 운영’을 주제로 발표를 이어갔다.

BEMS는 1990년대 설비별 개별제어에서 2000년대 제어 및 관리시스템 등장, 2010년대 통합관리시스템 단계를 거치며 현재는 에너지·원격관리로 발전되고 있다.

BEMS는 계측레벨에 따라 △가스·석유·상수·전력 등 건물전체 측정 △냉난방·급탕·위생 등 계통별 측정 △냉방기·난방기·공조기 등 시스템·기기별 측정 등으로 나눌 수 있다. 또한 기능에 따라서는 △건물전체 특성을 파악하는 1레벨 △설비기기별 운전상태를 확인하는 2레벨 △설비기기의 성능분석이 가능한 3레벨 등으로 나뉜다.

이는 BEMS가 어느 정도 수준에서 데이터를 계측·수집하고 어느 정도의 기능을 포함할 것인가에 따라 성능이 천차만별이라는 점을 나타낸다. 또한 네트워크 구조역시 스마트폰·PC 등 제어기기, 설비·공조·전력·조명·열원·IBS 관련 통신·계측장비, 통합서버 및 클라이언트 등으로 복잡하게 얽혀있다.

이에 따라 기존 BEMS의 문제점으로 이를 관리할 수 있는 전문가의 확보가 어렵다는 점이 제기되고 있다.

BEMS로 에너지를 절감하려면 건물자동제어시스템(BAS)과 EMS의 결합에 더해 숙련된 전문가의 분석·대응이 필요하지만 인건비 상승, 에너지절감 효과에 대한 신뢰성 부족 에 따라 전문가가 관여하지 못하면서 BEMS가 관리(Management)가 아닌 모니터링(Monitoring)에 그치고 있다는 분석이다.

송 차장은 이에 대한 대안으로 건물 커미셔닝을 제시했다. 커미셔닝은 건물이 설계단계부터 운영단계까지 건물주가 요구하는 시방서의 제품성능이 유지·관리되도록 보장하는 것을 말한다.

커미셔닝은 효율적인 건물에너지관리를 위한 가장 중요한 요소로 계획·설계·시공·시운전·유지관리 등 전체공정을 검증하고 문서화하며 이를 통해 에너지의 낭비 및 운영상의 문제점을 최소화할 수 있다.