기계·전기·소방설비분야 전반에 걸쳐 토탈솔루션을 제공하는 설비엔지니어링 전문기업인 한일엠이씨는 11월22일 개최된 ‘2019 대한설비공학회 동계학술 발표대회’에서 특별세션을 구성해 그동안 쌓아온 설계 엔지니어링 노하우를 공개했다.

한일엠이씨는 철저한 품질관리를 통해 친환경적이고 에너지절약적인 설비시스템이 설계·운영될 수 있도록 토탈 빌딩엔지니어링 서비스를 제공하고 있다. 특히 건축물 기계설비, 스마트빌딩 자동제어, BIM, 데이터센터 커미셔닝 등 다양한 분야에서 축적한 기술들이 이번 특별세션에서 참석자들의 많은 관심을 끌어모았다.

특별세션은 △건축물 기계설비 엔지니어를 위한 의사결정 자원툴 개발(엄태윤 상무) △4차 산업혁명과 이와 관련된 스마트빌딩에 적용되는 자동제어기술의 고찰(양선준 상무) △BIM 프로그램을 이용한 공조설계의 활용사례(강정모 이사) △00데이터센터 커미셔닝 사례(김대군 팀장) △데이터센터 냉방시스템 설계지원 및 성능평가 프로그램 개발(김지혜 박사) 등으로 구성됐다.

최근 건축물의 에너지효율 개선에 대한 사회적 관심이 높아지고 노후 건축물 또한 급증하고 있는 상황에서 지난해 기계설비법이 제정됐고 시행이 불과 몇 달 남지 않은 상황이다.

기계설비산업계는 기계설비법 시행으로 노후 건축물의 리모델링 또는 일반 기존 건축물의 유지관리 시장이 개척될 것으로 기대하고 있다. 현재 이를 위한 동종 업계의 구체적 전략은 아직 눈에 띄지 않는 실정이지만 어떤 형식으로든 실제 유지관리 비용증가의 발생 가능성을 무시할 수 없는 상황이다. 이를 감수해야 하는 건물주 또는 건물관리대리인의 이해도를 높이기 위한 대응전략 마련도 기계설비 엔지니어에게는 중요한 과제다.

건축물의 유지관리 및 리모델링 시장확대를 유도하는 기계설비법의 시행이 건물주 또는 건물관리대리인에게 긍정적 인식으로 자리잡기 위해서는 현장에서 이들과 직접 소통해야 하는 기계설비 엔지니어의 대응 노력이 반드시 뒷받침돼야 한다. 

이에 따라 한일엠이씨는 기계설비 엔지니어의 부담을 조금이라도 줄여줄 수 있는 하나의 방안으로 건축물의 유지관리 현장과 리모델링사업 기획현장에서 간편하게 정량적 분석결과를 제공할 수 있는 지원 툴을 개발했다.

기계설비 엔지니어가 현장에서 대상 건축물의 에너지성능 수준과 개선효과에 대한 정량적 분석자료를 단시간의 수고로 제공할 수 있는 의사결정 지원 툴이다.

핵심기능으로는 △초급 엔지니어의 사용도 고려한 입력조건 단순화 기능 △신재생에너지 시스템을 포함한 열원 및 공조시스템 조합 도출기능 △건물에너지요구량 산출기능 △건물에너지 Baseline 설정기능 △설비공사비의 분석기능 △건물에너지소비량 및 비용 산출기능 △리모델링에 대한 에너지절감량 및 에너지비용 절감효과 연산기능 등이다.

엄태윤 상무는 “현재 설비엔지니어 지원 툴의 에너지소비량 산출기능과 기계설비 공사비 예가 산출기능의 신뢰수준이 20% 전후로 정확도가 높지는 않다”라며 “하지만 설계 및 리모델링 기획 초기단계에서 단순한 입력사항만으로 1분 이내의 단시간 분석이 가능하다는 점, 건설시장에서 설계단계의 공사비 예가와 실제 실행공사비의 오차가 20%를 초과하는 경우가 대부분인 점을 고려하면 실제 현장에서도 충분히 활용될 수 있는 수준으로 판단된다”고 설명했다.

최근 4차 산업혁명이 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 큰 화두가 되고 있다. 4차 산업혁명은 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 클라우드, 모바일 등 첨단 정보통신 기술이 경제·사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명이다. 

미국, 독일, 일본 등 해외에서는 4차 산업혁명이 한창 진행되고 있으며 우리나라도 여러 분야에서 4차 산업혁명이 진행되고 있다.

국내에서는 인텔리전트빌딩이라는 명칭으로 등장한 스마트빌딩이 4차 산업혁명과 함께 다시금 주목받고 있으며 자동제어분야에서도 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 클라우드, 모바일 등의 기술을 융합해 스마트빌딩에 관련된 기술이 개발, 적용되고 있다.

4차 산업혁명이 적용된 자동제어분야 기술로는 클라우드 기반 솔루션이 대표적이다. 클라우드 시스템을 활용해 다양한 데이터 및 소프트웨어를 관리 운영해 생산성을 향상시키는 빌딩관리 솔루션으로 IoT 기기를 클라우드 시스템에 연결해 효율적인 인프라를 구축할 수도 있다. 또한 시스템 통합 재난관리 시스템, 모바일 앱 기반 서비스 클라우드 기능이 포함된 밸브 기술, IoT 기반의 무선센서 기술도 큰 부분을 차지한다.

향후 스마트빌딩에 대한 투자는 증가할 전망이다. 자동제어분야에서도 4차 산업혁명 시대를 맞이하기 위해 사물인터넷, 클라우드, 및 모바일 등이 융합된 다양한 기술 및 이를 응용한 제품 개발이 이뤄지고 있다. 

양선준 상무는 “이러한 융합기술이 적용된 스마트빌딩의 에너지 및 운영효율성은 증대될 것으로 예상되며 이는 스마트빌딩의 완성도를 더욱 높이고 고객의 요구사항에 적합한 디지털 포트폴리오를 제공한다”라며 “이런 기술을 바탕으로 일반 에너지 소비자는 특별한 지식과 노하우가 없어도 친환경 스마트빌딩을 최적화해 운영할 수 있게 된다”고 말했다. 이어 “스마트빌딩은 IoT기기의 확산과 함께 차세대 먹거리로 떠오르고 있어 이와 관련된 기술개발 및 적용은 자동제어분야의 성장에 많은 도움이 될 것으로 보인다”고 말했다.

BIM(Building Information Modeling)이 우리나라 건축분야에 본격적으로 도입된 것은 2008년이다. BIM은 설계단계에서부터 가상공간 상에서 3차원으로 시공하는 것으로 시공에 필요한 다양한 분야가 실시간 협업하며 설계하기 때문에 설계 수정률은 낮추고 완성도는 높일 수 있다. 

BIM Design Process는 정밀설계는 물론 건축의 전 영역에서 품질향상을 이룰 수 있고 시뮬레이션을 통해 설계상의 오류를 예방할 수 있기 때문에 장기적으로 볼 때 경제적이고 건축의 안정화에도 효율적이다. 

또한 BIM 기술로 만들어지는 건축물에 대한 명확한 정보는 발주처와의 소통과 건축물 관리에 필요한 컨설팅 환경을 형성할 수 있다.

이러한 이유로 BIM은 미래 설계환경 방향이자 건축분야의 예고된 패러다임이라고 인식되고 있다. 2018년 10월 국가과학기술 자문회의에서 보고된 ‘스마트 건설기술 로드맵’에 따르면 머지않아 대부분의 신축 건물들은 BIM 설계 자동화 기술, BIM 적용 표준, 드론기반 지형지반 모델링 자동화 기술, 로봇 활용한 자동 시공, AI기반 자율적 유지관리 등의 스마트 건설 환경이 필수조건이 될 것이라고 예고된 바 있다. 

다시 말해 BIM 기술은 수작업 하던 도면을 CAD로 전환되는 것 이상의 의미를 가지고 있다.

BIM설계가 도입된 지 약 10년이 지났지만 설비설계에 보편화되기까지는 업계의 많은 노력과 시간, 설계인의 경험누적이 필요할 것이다. 그럼에도 불구하고 우리가 BIM 관심을 갖는 이유는 기존 설계방식에 비해 생산성, 효율성 및 타 공정간 협업, 무엇보다도 설계검증을 통한 설계품질을 높일 수 있기 때문이다.

강정모 이사는 “이제 전 세계는 저탄소 녹색성장을 지향하고 있기 때문에 친환경 건축, 스마트 건축물이 당연시 되고 있고 3차원 모델(BIM) 구축, AI를 통해 설계 자동화, 로봇 활용한 자동 시공, AI기반 자율적 유지관리 등이 현실로 다가오고 있다”라며 “기획설계부터 건물운영 단계까지 Total BIM process 구축은 앞으로 국내 건설과 설계분야의 미래이자 대응이라고 할 수 있다”고 말했다. 이어 “특히 MEP분야는 더욱 이러한 시대의 흐름에 맞추기 위해 BIM에 대한 지속적인 적응력과 경쟁력을 높여나갈 필요가 있다”고 강조했다.

데이터센터는 정전이나 설비기기 결함에 의해 운영 중단과 같은 상황이 발생될 경우 기업 및 이용자에게 치명적이고 직접적인 손실을 발생시킬 수 있기 때문에 어떠한 상황에서도 서버를 보호할 수 있는 안정적인 24시간 운영의 무중단 시스템 구축이 필요하다. 

하지만 안정적인 시스템 구축을 위해 과설계나 많은 인력을 투입해 운영하는 것은 초기투자비 및 운영비용의 증가 등 경제적 손실을 초래하므로 데이터센터는 목적에 부합하는 최적설계 및 운영 인력의 충분한 시스템 숙지로 안정성 및 유지관리 효율성을 확보해야 한다. 이러한 요건들의 검토 및 성능 검증을 위해 데이터센터의 커미셔닝이 필수적으로 수행돼야 한다.

과거 단순한 저장공간으로서의 소규모 서버에서 IT기술의 발전을 토대로 한 현재의 서버 사용은 기업의 데이터베이스 관리나 클라우딩 컴퓨팅, 빅데이터 분석과 같은 산업에서 발생되는 대용량 데이터의 처리가 주가 됐다. 기업들은 자사에 필요한 서버공간 확보를 위해 직접 전문적인 데이터센터를 건립하거나 외부 데이터센터를 임대해 사용하고 있으며 그 중요성이 날로 증가하고 있는 추세이다.

이러한 데이터센터는 정전이나 설비기기 결함에 의해 운영 중단과 같은 상황이 발생될 경우 기업 및 이용자에게 치명적이고 직접적인 손실을 발생시킬 수 있기 때문에 어떠한 상황에서도 서버를 보호할 수 있는 안정적인 24시간 운영의 무중단 시스템 구축이 필요하다.

그러나 안정적인 시스템 구축을 위해 과설계나 많은 인력을 투입해 운영하는 것은 초기투자비 및 운영비 증가 등 경제적 손실을 초래하므로 데이터센터는 그 목적에 부합하는 최적설계 및 운영 인력의 충분한 시스템 숙지로 안정성 및 유지관리 효율성을 확보해야 한다. 

커미셔닝은 대상 시스템 혹은 건물에 대해 △발주자가 의도(요구)하는 성능을 갖는지 △효율적인 운전이 가능한지 △건물 운영자에 의한 원활한 운전 및 유지관리에 관한 올바른 숙지가 되었는지 등의 업무진행을 체계적이고 문서화된 전개과정을 갖춰 관리하는 절차다.

데이터센터를 포함해 시스템의 안정적인 성능확보가 필수적인 건물의 구축 시 커미셔닝 적용으로 인해 시스템의 성능향상 및 유지보수, 에너지비용 절약이 가능하며 건물운영 중 발생될 결함 및 문제점들을 사전예방해 피해를 최소화할 수 있다.

데이터센터 커미셔닝에서는 각각의 전력, 공조설비, 제어설비의 개별 업무에 대한 확인 및 검증 과정에서 멈추지 않고 종합 시운전 테스트를 통한 시스템 전체를 통합 연동해 확인, 신뢰성 및 효율성을 확보하는 것이 데이터센터 구축 및 운영과정에서 매우 중요한 사항이다.

이에 따라 준공단계에서 수행하는 종합 시운전 테스트는 건물의 설비시스템에 대한 기능 및 성능의 전반적인 신뢰성을 검증하는 행위이며 설치된 장비들의 개별적인 기능시험뿐만 아니라 설비 간 조합, 연동, 장애 및 유지보수 상황 설정을 통해 대처방안 수립 등 종합적인 테스트 과정을 의미한다.

종합 시운전 테스트는 자동제어 연동테스트, 정복전 테스트, 부하테스트로 수행됐으며 각 테스트는 상호연동적인 관계에서 완벽한 성능검증이 필요하다.

김대군 팀장은 “데이터센터는 24시간 안정적인 운영이 필수적이나 테스트 진행시에 발견된 문제점과 같은 사항이 실제로 발생된다면 경제적 피해 및 기업의 신뢰성 하락은 피할 수 없게 된다”라며 “데이터센터의 커미셔닝은 전 단계에 걸쳐 안정적인 서버운영을 목표로 준공시까지 지속적인 점검과 성능검증을 위한 테스트가 필요하며 절차화된 문서를 통해 효율적인 관리가 이뤄질 수 있도록 지원해야 한다”고 설명했다.

데이터센터에서 가장 중요한 요소는 데이터의 처리, 저장, 전송의 서비스를 제공하는 ITE(Information Technology Equipment)이며 ITE가 효율적이고 안정적으로 운영되기 위해 데이터센터는 적절한 온·습도 조건이 유지되는 환경이 조성돼야 한다.

지난 수년간 고밀도 랙의 증가로 에너지효율성이 데이터센터를 계획하고 운영하는데 중요한 이슈가 됐다. ITE로부터의 발열을 제거해 온·습도 환경을 적정 범위로 유지시키는 역할을 수행하는 냉방시스템은 ITE를 제외하고 데이터센터에서 가장 많은 에너지를 소비하고 있다. 

이에 따라 냉방시스템의 에너지를 절약하기 위한 관련산업분야의 관심과 요구가 지속적으로 증가하고 있다. 이를 위해 에너지효율적인 시스템의 개발, 에너지 손실 최소화, 외기 활용 최대화 등 다양한 에너지 절약적인 기술들이 적용되고 있다. 

이러한 기술들의 적용에 따른 에너지 절감효과를 극대화하기 위해서는 계획단계에서부터 운영조건에 최적화된 장비선정과 예측되는 운영조건에서의 에너지 성능을 파악하는 것이 필요하다. 

ITE 장비는 데이터센터 완공 초기 한꺼번에 설치되는 것이 아니라 시간을 두고 점차적으로 추가되는 경우가 빈번하다. 그렇기 때문에 데이터센터의 냉방시스템은 계획된 최대부하를 담당할 수 있으면서도 초기의 부분부하 운영상태에서 효율이 크게 저하되지 않는 시스템을 계획하는 것이 에너지효율 측면에서 중요하게 고려돼야 한다.

또한 365일 24시간 냉방부하가 발생하는 데이터센터 특성상 겨울철 및 중간기에 외기를 적극적으로 냉방에 활용하는 시스템이 많이 적용되고 있다. 해당 시스템 적용 시 에너지성능을 평가할 수 있고 연중 변화하는 외기상태에 따라 달라지는 시스템 성능을 고려할 수 있는 평가도구가 필요하다.

김지혜 박사는 “프로그램은 시스템 계획부와 계획안의 에너지성능 검토부로 구성, 각 파트는 독립적으로 구동이 가능하고 계획부와 성능검토부를 연동해 계획안에 대해 바로 에너지성능 검토까지 할 수 있도록 계획함으로써 프로그램의 활용도를 높였다”라며 “프로그램의 출력데이터는 각 파트에서 냉방시스템의 성능을 객관화해 평가할 수 있는 지표를 출력함으로써 설계실무자와 데이터센터 관련 종사자가 냉방시스템의 에너지성능을 보다 쉽게 인식할 수 있다”고 말했다. 이어 “향후 전력시스템 계획 및 전력손실 계산이 가능한 모듈을 추가해 데이터센터의 에너지를 종합적으로 평가할 수 있는 프로그램을 개발할 계획”이라고 밝혔다.