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BEMS업계 대표기업 솔루션 ‘한자리’

BEMS協, IoT기반 건물E절감솔루션 세미나 개최
삼성·LG·현대·나라컨트롤 등 대표기업 참여


BEMS분야 핵심 국내기업의 솔루션을 살펴볼 수 있는 자리가 마련됐다.


한국BEMS협회(회장 이재승)는 지난 22일 ‘코리아빌드 2019’ 행사가 진행된 일산 킨텍스에서 ‘IoT기반의 건물에너지절감 솔루션 세미나’를 개최했다.


이번 세미나는 △b.IoT 솔루션 사업소개 및 현황(조혜정 삼성전자 상무) △데이터분석 및 제어를 통한 건물에너지 저감 운영방안(송재엽 나라컨트롤 차장) △스마트 수요관리 응용기술 LG BECON(강상혁 LG전자 책임) △BEMS 개발현황 및 사업추진 계획(전정수 현대오토에버 책임연구원) 등으로 구성됐다.


삼성 b.IoT, 스마트빌딩 통합관리·E절감 솔루션
먼저 조혜정 삼성전자 상무는 “스마트시티 프로젝트가 세계적으로 활발히 진행되는 가운데 건축물은 삶의 질을 높이고 환경을 개선하는 방향으로 진행되고 있다”라며 “우리 사회는 그간 자동화건축물(Automated Building), 녹색건축(Green Building)에서 스마트빌딩으로 진화하는 변곡점에 위치해 있다”고 밝혔다.


이어 “기존에는 IoT와 빅데이터에 환경데이터를 활용했지만 앞으로는 사람데이터가 더 모아져야 한다”라며 “환경·기기에 대한 데이터로 에너지를 절감했다면 이제는 사람에 맞는 용도, 공간에 맞는 활용 등의 개념이 중요해지고 있으며 센싱-분석-조치라는 일련의 과정에 ‘이해’단계를 추가해 사람·상황과 같은 현장이해를 바탕으로 문제를 해결해야 한다”고 밝혔다.


이에 따라 2017년말 삼성전자가 출시한 b.IoT는 △운영자의 자산가치 증대 및 운영비 절감 △사용자의 편리한 업무환경 및 생산성향상 등 2가지를 핵심가치로 내세우고 있다.


b.IoT는 △엔터프라이즈 △라이트 등 2가지 버전으로 출시되고 있다. 엔터프라이즈는 IoT기반의 BAS를 장착하고 보안을 강화한 빌딩기기 간 무선통신으로 비용을 낮췄다. 또한 쾌적성·에너지효율성을 향상시키는 지능형 에너지절감 알고리즘이 탑재됐고 이동시·비상시 관제 및 조치가 용이하도록 모바일 관제시스템 기능을 갖췄다.



무선시스템은 삼성전자의 5G AP(Access Point)를 이용해 보안망을 형성하면서도 편리하게 기기간 연결할 수 있는 장점이 있으며 최대 15%의 공사비를 절감할 수 있다.


지능형 에너지절감 알고리즘은 △데이터기반 쾌적제어 △비효율운전 검지 △학습기반 예냉·예열 절전제어 △변동요금 대응 최적제어 등을 탑재했다.


대시보드는 실내·외 온·습도, 에너지사용량·생산량 등 60여종의 카드를 드래그·드롭해 구성할 수 있다. 현재 관리자들이 필요한 카드를 직접 만들 수 있도록 버전업이 진행되고 있다.




라이트 솔루션은 △공조스마트 키트(Kit) △S-NET Cloud 등 2가지 기능을 갖추고 있다. 공조스마트키트는 기존 DVM 칠러를 이용해 개별·중앙공조의 장점을 결합한 공랭식 히트펌프 시스템이다. DVM 칠러와 연결된 스마트키트가 AHU·FCU·외조기·급탕·바닥난방 등을 독립적으로 원격제어·감시할 수 있어 소규모 부하에 효율적인 시스템이다.


S-NET 클라우드는 시스템에어컨 중심의 제어솔루션이다. 원격으로 시스템에어컨의 모든 정보를 받아 관리하며 △적응쾌적제어 △변동요금제 대응 제어 △비효율운전검지 등의 알고리즘으로 최대 25% 이상의 에너지절감 효과가 있는 것으로 분석된다.


b.IoT는 지난해 12개 현장에 적용됐다. 주요 현장으로는 △폴란드 스파이어타워 △대구 창조경제센터 △영덕연수원 △세종 파이낸스센터 △전남대 △숭신초 △공항초 등이 있다.


나라컨트롤, “BEMS 운영자 전문성향상 필요”
송재엽 나라컨트롤 차장은 ‘데이터분석 및 제어를 통한 건물에너지 저감 운영방안’ 발표에서 “최근 BEMS 적용현장이 증가하고 있지만 아직 사용자가 시스템에 대한 이해가 부족해 에너지절감 효과가 제한되는 상황”이라며 “관리자가 운영에 대한 사항을 숙지해야 하며 앞으로 지속적인 교육이 필요할 것”이라고 밝혔다.


한국건설기술연구원에 따르면 BEMS는 기능에 따라 △BAS △Passive BEMS △Potential BEMS △Active BEMS 등 4가지로 구분된다.


BAS는 건축물자동제어 시스템이지만 경우에 따라서는 BEMS의 역할도 수행한다. 고장진단을 추적한다면 고장이 에너지낭비요소이기 때문에 이를 방지하는 것은 BEMS의 기능으로 분류될 수 있다.


Passive BEMS는 초기모델로 사용량을 모니터링하는 기능이다. 에너지사용정보를 이용해 절약의식을 고취하는 수동적인 역할을 수행한다.


Potential BEMS는 수집된 데이터를 분석하고 성능정보를 파악한 뒤 정밀진단을 수행하는 기능으로 발전된 형태다. 원단위, 설계기술·지침, 정책·지원제도, 건물성능 등을 파악해 우수·불량건물을 가려내고 개선명령을 진행할 수 있도록 지원하는 시스템이다.


Active BEMS는 한 걸음 나아가 건축·열원·공조·환경·조명·전력 등의 제어알고리즘을 탑재해 최적제어하는 적극적인 시스템이다.


BEMS의 네트워크 구조는 기존 BAS와 유사하지만 에너지와 관련된 모든 시스템을 컨트롤해야 하기 때문에 온도, 유량, 열량, 설정값, 운영데이터 등 방대한 자료를 수집하고 제어한다.



문제는 BAS, BEMS, 숙련된 운영자 등의 조건이 갖춰져야 에너지가 절감되지만 관련 전문지식을 보유한 인력수급이 어려워 에너지절감 효과보증이 쉽지 않다는 점이다.


송 차장은 “BEMS 적용 시 에너지절감을 수행하지만 현재로서는 얼마나 절감되는지 알기 어렵다”라며 “시스템 적용 전 사용량에 대한 데이터가 남아있어야 하지만 없는 경우가 대부분이어서 효과성에 대한 판단이 어렵다”고 밝혔다.


ASHRAE에서도 BEMS의 기본흐름에 대해 에너지매니저의 지정을 첫째로 꼽고 있다. 반면 국내에는 에너지관리자 없이 일반 시설관리자에게 위임하기 때문에 체계적 관리가 이뤄지지 않고 있다.


현재 BEMS는 다양한 데이터를 기반으로 부하량을 예측하고 모니터링 및 분석기능을 기반으로 알고리즘을 통한 제어를 수행하게 된다. 그러나 전문적인 관리자가 없어 최초도입 시 제어·예측 기능을 빼고 최소비용으로 시스템을 구축하거나 도입하더라도 운영하지 않는 사례가 빈번하다.


또한 모니터링에 대해서도 이를 올바로 해석·분석해 적절한 조치를 취하기 어려운데다 심지어 기초적인 데이터 수집·분류과정도 오류·누락에 의해 모니터링 자체도 정확히 이뤄지지 않는 실정이다.



이를 개선하기 위한 방안으로는 △커미셔닝 △시스템 제어전략 △관리자 운영전략 등이 제시될 수 있다.


커미셔닝은 설계단계부터 공사완료에 이르기까지 건물주가 요구하는 시방서상 성능을 확보하고 운영요원의 확보를 포함해 입주 후에도 이를 유지할 수 있도록 모든 시스템을 검증하고 문서화하는 체계적인 공정을 의미한다.


에너지낭비 및 운영상 문제점을 최소화할 수 있고 건물시스템의 합리적 운전이 가능해 거주자 쾌적성, 안전성, 에너지효율성 등을 달성할 수 있다.


시스템제어전략은 에너지절감에 효과적인 시스템의 최적제어, EMS 프로그램과 전력수요제어, 개별제어, 대기전력차단 등을 BEMS에 포함해 자동운전을 가능케 하는 것이다.


관리자 운영전략은 다양한 모니터링화면(에너지사용량, 에너지분석, 성능평가 등)을 통해 관리자의 편의성을 제공함으로써 건물에너지관리의 효율성을 증대시킨다.


LG BECON, 원클릭 E절감 제어 수행
강상혁 LG전자 책임은 ‘스마트 수요관리 응용기술 LG BECON’ 발표를 통해 “최근의 BEMS 솔루션들은 예측, 자동절감 기능은 모두 보유 중”이라며 “달리말하면 기능의 유무가 아니라 얼마나 잘 수행할 수 있는지가 관건”이라고 밝혔다.


LG전자의 BEMS솔루션인 BECON은 ‘See-Know-Select-Act’의 단계를 거친다. 에너지소비현황을 모니터링(See)하고 에너지절감 및 쾌적도 시뮬레이션(Know)을 거친 후 다양한 절감방법 중 최적안을 선택(Select)한 뒤 원클릭으로 에너지로직을 실행(Act)해 에너지절감을 실현하는 것이다.


가장 큰 특징은 그래프를 드래그해 절감목표를 조절한 뒤 버튼만 누르면 이를 실현할 수 있게 해 유저편의성을 높였다는 점이다.


BECON은 현재 데이터를 토대로 요소별로 에너지를 절감할 수 있는 비율을 정해두고 예측을 수행한다. 이후 제어기법을 이용한 패턴변경 시 최종적으로 에너지를 얼마나 절감할 수 있을지 그래프로 보여준다. 사용자는 이 절감량 그래프를 조절해 에너지절감 제어의 강도를 조절할 수 있고 ‘실행’을 클릭하면 시스템이 스스로 절감을 실행한다.




에너지절감 로직에는 열역학모델이 포함됐다. 공간 내에 필요한 열량, 에너지량을 계산하는데 이를 위해 외부 에너지유입량, 내부 발열량, 건축물 자재의 두께·재질·특성 등을 입력한다. 이를 통해 총 건물에너지소비량을 예상하고 그에 맞는 최적의 운전조건을 제공할 수 있다.


LG전자가 건축물 에너지소비의 상당부분을 차지하는 다양한 공조설비의 개발·생산·운영에 대한 기술·자료를 보유한 만큼 보다 정교한 제어가 가능한 것도 장점이다. 절감잠재량이 큰 냉난방 솔루션은 대부분 운전조건변화, 재실제어, 스케줄변화 등으로 에너지절감을 실현한다.


LG전자는 AHU, 칠러, 냉동기, 히트펌프, 에어컨 등 대부분의 냉난방공조제품을 공급하기 때문에 BAS 측면에서 내부로직을 활용해 가장 적은 에너지를 사용하면서도 실내환경은 쾌적하게 유지할 수 있는 시스템을 구현하고 있다.




BECON은 마곡 사이언스파크에 적용돼 BEMS 설치확인 1등급을 획득한 바 있다. 사이언스파크는 건축물 6개동에 대해 제어를 시행하며 지하 공용부의 경우 별도로 묶어 1개 존을 구성하고 있기 때문에 시스템상으로는 총 7개의 퍼블릭 존으로 구분돼 있다.


현장에는 20만개의 계측점이 설정됐는데 이 중 2~3만개의 데이터만으로도 에너지절감을 위한 모니터링·제어가 가능하지만 현재는 실험적 차원에서 모든 포인트의 데이터를 수집하고 있다.


특징적인 점은 거의 모든 냉난방설비가 적용됐다는 점이다. 흡수식, 빙축열, 터보냉동기, 지열히트펌프, EHP, GHP, 바닥공조기, FCU, 송풍기, 태양광패널, ESS 등이 적용된 현장으로 BAS·BEMS 등 제어부문의 연구 및 실증에 의미가 있다는 평가다.


Smart BEMS, 국내최초 설치확인 1등급 획득
전정수 현대오토에버 책임연구원은 ‘BEMS 개발현황 및 사업추진 계획’ 발표에서 “현대오토에버는 현대건설과 공동으로 Smart BEMS를 개발했다”라며 “Smart BEMS는 에너지관리(BEMS), 시설물감시(통합SI), 시설물관리(FMS) 등 3가지 카테고리가 있다”고 밝혔다.


에너지관리는 층·존·용도·설비별 에너지감시를 수행하고 에너지효율등급, 사용량, 비용 등을 실시간으로 제공한다. 또한 에너지 과다사용 설비에 대한 알람을 발생하며 공조기 및 신재생에너지설비의 최적제어를 수행할 수 있다.


특히 기존 소비에너지 중심의 관리와는 달리 △전기·도시가스·수소가스 등 외부공급 에너지 △태양광·태양열·풍력·연료전지·지열 등 자체생산에너지 △ESS·V2G·축열조 등 저장에너지 △조명·콘센트·반송동력·냉난방·급탕 등 소비에너지 등을 모두 포함해 정밀한 제어·관리가 가능하다.


시설물감시는 통합SI에 관한 내용으로 △단위시스템 실시간 감시·제어 △하부시스템 연동 건물관리 시나리오 운영 △시설물 고장·화재·보안 알람 △하부시스템 수집DB 관리 등의 기능을 갖췄다.


이를 통해 조명제어·CCTV·소방 등 개별 시스템을 실시간으로 종합관제할 수 있다. 에너지피크 알람, 화재경보 등이 발생하면 관련 현황 및 현장 CCTV를 모니터에 표출하고 사전 설정된 연동시나리오에 따라 제어 및 감시를 수행하는 시스템이다.


시설물관리는 FMS에 관한 것으로 △시설물 운영이력 관리 △장비운영관리 △통계분석 △일지·도면관리 등의 기능을 포함한다.


건축·전기·설비 등 각 시설의 기초정보를 수집하고 체계적으로 분류한 뒤 통합 DB를 구축해 모든 시설정보를 일원화관리하는 것이다. 이에 따라 예방점검 및 유지보수 활동을 위한 기반을 마련할 수 있으며 주기적인 유지보수로 시설수명을 증대시킬 수 있다.


전 책임은 “에너지, 건축물에 노하우가 있는 현대건설과 SI에 전문성을 갖춘 오토에버가 2012년 Smart BEMS 공동개발에 착수했다”라며 “2013년 시제품을 개발한 뒤 2017년 국내최초로 BEMS 설치확인 1등급을 획득한 뒤부터 상용화에 돌입했다”고 밝혔다.



Smart BEMS는 △지능형 공조복합제어 △CC(Continuous Commisioning) △시뮬레이션기반 에너지 목표관리 △MEG 제어솔루션 등 4가지 모듈로 서비스되고 있다.


지능형 공조복합제어는 절전제어, 엔탈피제어, 최적기동정지 등을 포함해 10% 수준의 에너지절감이 가능하며 CC는 모니터링·시뮬레이션을 통해 설비에 대한 이상감지 및 원인분석을 제공한다.


시뮬레이션기반 에너지목표관리는 건물의 설계정보, 설비의 스케줄정보 등을 시뮬레이션해 연간 소비목표를 예측하며 MEG 제어솔루션은 단기에너지 생산량 및 소비량을 예측하고 에너지 요금제도 등 비용을 고려해 수요관리를 최적화하는 모듈이다.