한국건설기술인협회 기계기술인회(회장 김종국)는 지난 11월5일 건설기술인협회 세미나실에서 기계설비와 인공지능(AI)제어 등 IT기술간 융합트렌드를 반영하고 업계와 학계간 교류증진을 위한 기계기술인 신기술 학술발표대회를 개최했다고 밝혔다.

 

이번 학술대회에서는 △AI 현황 및 건물유지·보수 사례(김기동 명지대 기계공학과 교수)△건물의 에너지회수와 변환기술(고창현 코코에너지 대표) △냉각탑 일체형 냉동기시스템(유승철 성지공조기술 전무) △건물부문 탄소중립 전략(정광우 파노텍 대표) 등 다양한 기술과 건축물술루션이 공유됐다.

 

이날 행사는 김종국 기계기술인회 회장과 백강철 기계기술인회 위원장(바스코리아 대표)의 개회사에 이어 △김기동 명지대 기계공학과 교수 △고창현 코코에너지 대표 △유승철 성지공조기술 전무 △정광우 파노텍 대표의 발표가 진행됐다.

 

 

김종국 기계기술인회 회장은 개회사를 통해 “오늘 행사는 급변하는 기술환경 속에서 기계기술인의 미래방향을 함께 모색하는 뜻깊은 자리”라며 “건설기술의 새로운 변화와 도약을 모색하고 AI기술 발전과 함께 변화하고 있는 건설산업의 새로운 패러다임에 맞춰 다양한 주제를 통해 기술혁신의 현주소와 미래방향을 함께 공유하는 시간”이라고 밝혔다. 

 

김 회장은 이어 “기계기술인회는 급변하는 기술환경 속에서 기술인들이 새로운 지식과 기술을 습득하고 산업현장에 실질적으로 적용할 수 있도록 끊임없는 지원을 하겠다”라며 “탄소중립과 지속가능한 건설환경 조성을 위해 산·학·연 협력과 기술교류의 장을 꾸준히 확대해 나가겠다”고 덧붙였다. 

 

백강철 기계기술인회 학술위원장은 “AI기술 발전과 함께 설비분야에서도 함께 해야 할 일들이 늘어나고 있다”라며 “고도의 장비나 기술뿐만 아니라 유지·시설관리 등 개선할 부분을 찾다보면 충분히 할 수 있는 일이 많아 보인다”고 밝혔다. 이어 “학술위원장을 맡으면서 지난해에도 건설기술인협회 포럼은 물론 오늘 학술대회도 개최하는 등 기계기술인들의 발전을 위해 여러 노력들을 하고 있다”라며 “오늘 학술대회도 참가한 분들이 기술현황이나 정보 등을 습득하는데 도움이 되길 바란다”고 덧붙였다.

 

“AI가 건물의 두뇌가 된다”

 

김기동 명지대 기계공학과 교수는 인공지능(AI)을 기반으로 예지보전과 에너지최적화가 가능한 새로운 건물솔루션을 소개했다. AI는 더 이상 계산도구가 아닌 건물이 스스로 판단하고 학습하는 ‘지능형 관리자’로 진화하고 있으며 AI는 산업의 효율을 높이는 실질적 기술이다. 특히 건물 유지관리분야에서 이미 측정가능한 절감효과를 보여주고 있다.

 

발표에 따르면 최근 △NVDIA의 GPU 공급 △현대자동차 자율주행 전환 △테슬라 AI 운전 알고리즘 등이 산업의 변화를 상징한다. 산업 전반의 AI 내재화가 진행되고 있으며 AI가 산업의 언어가 되는 시대라는 분석도 이어지고 있다. 이러한 AI가 이제 건물에도 적용되고 있으며 건물의 유지관리 측면에서 뛰어난 성과를 입증하고 있다.

 

김 교수는 “건물에너지의 약 48%가 냉난방공조설비에서 소비되는데 이 영역에 AI를 적용한다면 에너지효율을 획기적으로 개선할 수 있다”라며 “AI는 온·습도 및 사용패턴 데이터를 학습해 예측 알고리즘을 구성하고 센서가 설치되지 않은 구역의 데이터를 가상센서로 추정가능하다”고 주장했다.

 

이에 더해 김 교수는 “진동·온도·전류 등 데이터를 실시간 분석해 설비의 이상징후를 조기감지해 부하나 사고를 미리 예방하거나 조치할 수 있다”라며 “기존 예방보전은 정기점검 중심이지만 예지보전은 AI가 설비의 상태를 보고 스스로 판단하는 체계이며 AI가 장비고장을 사전에 예측함으로 불필요한 교체를 줄이고 수명연장까지 제공한다”고 강조했다.

 

발표에 따르면 삼성SDS가 개발한 IoT 모터진단시스템이 대표적 예시다. 모터전압과 전류신호를 실시간 분석해 고장 가능성을 진단하고 1,000만건 이상의 데이터학습을 통해 정확도를 높였다. 이외에도 △실시간 원격 모니터링 △이상 유무 파악 △교체시점 자동알림 △전력품질 진단 △에너지절감효과 등을 사용자에게 제공한다.

 

김 교수는 “AI 건물솔루션은 서초 삼성타운에 설치돼 실증을 완료했으며 외기온도, 실내온도, 사용패턴 등을 학습시킨 결과 AI가 스스로 가장 효율적인 공조기 가동·정지 시점을 산출해 냈다”라며 “앞으로 AI는 건물관리자대신 설비를 운영하고 진단하는 두뇌 역할을 할 것이며 기술은 이미 준비돼 사용자의 신뢰와 활용·활성화만 확보된다면 현장의 조력자가 아닌 운영의 주체로 진화할 것”이라고 전망했다.

 

냉난방·환기에너지 전력 전환… 도심속 친환경발전소 ‘건물’

 

고창현 코코에너지 대표는 냉난방·환기에너지를 전력으로 전환해 건물을 발전소화하는 기술을 소개했다. 코코에너지는 12년간 연구 끝에 건물이 발전소가 되는 시스템 Building Power Plant기술을 완성했다

 

고 대표는 “코코에너지의 이번 개발은 냉난방·환기 과정에서 발생하는 공기의 속도에너지를 회수해 전력으로 재생산하는 기술”이라며 “해당 기술이 상용화되면 대형발전소를 대체할 수 있는 새로운 도시형 에너지체계가 될 것”이라고 기대했다.

 

코코에너지의 핵심기술은 공기흐름의 속도에너지를 회수해 전기발전으로 전환하는 것에 있다. 먼저 냉난방·환기시스템에서 발생하는 풍속을 터빈으로 유도해 회전력으로 변환 후 외부공기를 유입·가속시켜 회전력을 높이는 유인효과를 활용한다. 이는 에너지보존법칙을 위배하지 않으면서 입력대비 2배 이상 출력 달성이 가능한 것으로 나타났다.

 

기술구조는 빌딩 내 배기·환기덕트에 소형 터빈을 설치해 공기의 흐름·압력차를 이용해 회수형 발전과 증속발전을 수행하며 생산된 전력은 자가소비 후 나아가 역송전(판매) 및 탄소배출권 확보 등을 가능케 했다. 이미 현장시연을 통해 실증결과까지 얻었다. 해당 기술은 남양주 연구소에서 실험을 마쳤으며 실험결과 0.73kW에서 회수발전 1.2kW, 증속발전 1.9kW로 출력되는 것으로 나타났으며 전문 계측업체를 통해 검증까지 마쳤다.

 

고 대표는 “국토부 통계에 따르면 국내건물은 약 720만동이며 이중 상업용도 33%가 기술적용 대상”이라며 “해당 건물은 전체 전력사용량의 절반 이상을 냉난방에 사용하고 있으며 1만평 규모 건물은 5,000kW 전력을 투입받고 이중 약 3,000kW가 냉난방용으로 쓰이고 있다”고 전했다.

 

이어 고 대표는 “이러한 에너지를 회수해 발전한다면 한전 전력소비를 상쇄하고 잉여전력은 판매해 사용자가 수익을 실현할 수 있다”라며 “생산전력은 한전 역송전 또는 전력거래소 플랫폼을 통해 판매가 가능하고 탄소배출권 자동부여로 추가 수익확보까지 기대할 수 있다”고 밝혔다.

 

고 대표는 “코코에너지의 전환기술은 단순한 건물의 효율개선이 아닌 에너지 패러다임의 전환”이라며 “해당 기술이 활성화된다면 건물은 더 이상 소비 단위가 아닌 에너지를 생산하고 탄소를 줄이고 스스로 수익을 내는 발전소로 거듭날 것”이라고 강조했다.

 

"공간·에너지·디자인 모두 잡은 모듈형 냉각탑·일체형 냉동시스템"

 

유승철 성지공조기술 전무는 건물 위의 냉각탑을 소음원이 아닌 에너지효율과 미관을 동시에 높이는 설비로 뒤바꾸는 신기술에 대해 발표했다. 기존 FRP 냉각탑은 화재에 취약하고 소음기 설치 시 높이가 높아져 건물미관을 해쳤는데 성지공조는 이를 해결하기 위해 전량 철제구조의 수평입출풍형 냉각탑을 개발했다.

 

성지공조의 새로운 냉각탑은 수평흡입·수평배출 구조로 높이를 낮췄으며 불연성 철재와 1등급 충전재를 사용해 화재위험도 낮췄다. 이에 더해 케이싱 색상과 패턴 등을 자유롭고 다양하게 디자인할 수 있어 건물의 미관을 해치지 않아 가치상승효과까지 제공한다. 상부공간에는 조경이나 태양광패널 설치에 활용할 수 있어 친환경건축 트렌드와도 부합한다.

 

발표에 따르면 성지공조의 핵심 신기술은 먼저 공기 혼합 배기시스템이다. 기존 코일형대비 에너지손실과 중량을 줄이고 관리성을 개선했으며 수분기와 공기를 혼합해 배기효율을 향상했다. 배관전환 구조기술도 적용됐다. 유연한 결합구조를 도입해 동파 시 배관교체에 용이하게 제작했으며 겨울철 결빙 손상방지와 A/S 시간단축 등을 가능케 했다.

 

기존대비 30% 성능향상과 에너지절감을 제공하는 에어로핀 냉각탑기술도 적용됐다. 해당 기술을 활용해 냉각탑 크기 축소 및 동력절감도 가능하다. 냉각탑 표면 전사 코팅 케이싱도 제공되는데 시트를 부착하는 방식이 아닌 케이싱 자체에 내식 코팅 처리해 탈색·부식 등을 방지하면서 사용자에게 외관 개선효과를 제공한다.

 

성지공조는 국내 최초 FM인증도 추진하고 있다. 오는 2026년까지 인증완료를 목표로 하고 있으며 실제 화재테스트를 통과해야 하는 국제수준의 안전검증 획득을 통해 사용자에게 신뢰성과 안정성을 제공할 계획이다.

 

유 전무는 “냉각탑·냉동기·펌프·배관을 통합해 별도의 기계실이 필요없는 일체형 냉동시스템을 개발했다”라며 “이번 개발을 통해 공간을 절약하고 배관길이를 줄여 초기 투자비와 운전비를 동시에 절감할 수 있다”고 설명했다.

 

한국설비기술협회가 일체형 냉동시스템을 분석한 결과 약 5만6,000평 규모의 건물에서 초기비용 36억원과 운전비용 12억원이 절감가능한 것으로 분석돼 경제적 효과를 확인했다. 이에 더해 강낭 오피스 적용사례를 통해 130여대 주차공간 추가 확보와 건축면적 확대 등을 통해 성지공조의 냉동시스템을 적용할 경우 건물의 부가가치를 크게 상승시킬 수 있음을 입증했다.

 

유 전무는 “성지공조는 이에 더해 AI기업과 협력해 자사공장에 AI기반 냉동운전시스템을 시험 중이며 AI가 학습을 통해 냉동부하를 조정하고 진동·소음데이터를 분석해 이상징후를 미리 진단하는 시스템을 개발하고 있다”라며 “현재 약 17%의 에너지절감효과를 검증 중이며 내년 초 성능인증서 발급을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “냉각탑이 건물 위 소음원이던 시대는 끝났으며 이제는 에너지절감, 공간창출, 디자인까지 아우르는 통합기술이 됐다”라며 “성지공조는 냉각탑과 냉동기의 모듈화·일체화·AI화를 통해 건축·설비산업의 패러다임을 전환하겠다”고 강조했다. 

 

“건축물 탄소중립, 선택 아닌 생존의 문제”

 

정광우 파노텍 대표는 탄소중립 목표달성과 지속가능한 미래 구축을 위한 건축물 탄소중립의 중요성에 대헤 설명했다. 건물은 국가 에너지소비의 약 25%를 차지하고 있으며 이제는 소비주체가 아닌 에너지생산과 관리의 허브로 전환돼야 하는 시점이다.

 

정 대표는 ”지구의 하층 대기온도가 상승하는 이유는 복사에너지가 대기 중에서 흡수·방출되는 과정에서 발생하는 온실효과 때문“이라며 ”공장·자동차·화력발전 등 인간활동으로 배출된 온실가스가 지구의 열을 가두면서 지난 100년간 해수면이 10~25cm 상승했으며 폭염·가뭄·홍수·태풍 등 극단적 기상이변이 빈번해졌다“고 설명했다.

 

이어 정 대표는 ”산업혁명 이후 화석연료 사용과 산림파괴가 가속화되며 지구의 평균온도는 1.4℃ 이상 상승했으며 이 추세가 지속되면 2040년경에는 1.5℃ 상승선을 넘을 것“이라며 ”국제사회가 기후대응을 위해 체결한 파리협정 합의가 물거품이 될 것“이라고 경고했다.

 

발표에 따르면 전 세계 에너지소비의 약 40%와 온실가스 배출의 36%가 건물에서 발생한다. 국내의 경우도 건물부문이 전체 온실가스의 25%를 차지한다는 분석이다. 이에 따라 정부는 2030년까지 건물 온실가스 32% 감축을 목표로 재생에너지사용 확대와 고효율설비 보급을 추진하고 있으며 곧 2035년 감축목표도 UN에 제출할 예정이다.

 

정 대표는 ”현재 건축물은 에너지효율 등급제를 적용받으며 제로에너지건물(ZEB) 인증도 의무화 단계에 진입했지만 여전히 문제점들이 존재한다“라며 ”초기비용 부담 및 재정적 제약, 노후건물 표준화 미비, 숙련인력과 데이터관리 인프라 부족, 낮은 인식과 실천의지 등이 그 문제“라고 전했다,

 

이어 정 대표는 ”이와 같은 문제를 해결하기 위해선 에너지성능 기준 강화와 의무화를 추진하고 내재탄소관리제도를 도입해 건물부문의 실질적 탄소감축을 이뤄야 한다“라며 ”기후 복원형 건축설계기준 강화와 디지털트윈기반 통합에너지 관리시스템 구축, 인센티브 및 보조금 확대 등 기반이 마련돼야 한다“고 발표했다.

 

정 대표는 ”고성능 단열재·다중유리·패시브건축 등 건축기술의 개선과 함께 태양광·풍력·지열·수열 등 재생에너지의 적극 활용해야 한다“라며 ”AI·IoT·디지털트윈 등을 기반해 에너지관리기술을 도입해야 한다“고 제안했다.

 

이에 대한 예시로 프랑스에서 시작된 네가와트(Nedawatt) 개념이 소개됐다. 네가와트는 에너지를 생산하는 것보다 사용하지 않는 것이 더 큰 가치임을 강조하는 개념으로 건물에너지를 절약해 남는 전력으로 전기차 충전이나 가로등 운영 나아가 인근 건물에 전력을 공급하는 순환형시스템이 미래형 에너지구조의 예시로 소개됐다.

 

정 대표는 ”탄소중립 성공을 위해서는 정부·지자체·민간이 함께 참여하는 수평적 거버넌스체계가 필요하다“라며 ”법과 제도만으로 한계가 있어 시민의 인식전환과 행동변화가 반드시 병행돼야 한다“고 말했다.

 

이어 정 대표는 ”건물은 에너지낭비의 상징에서 벗어나 지속가능한 세상을 이끌어갈 에너지자립형 공간으로 탈바꿈해야 한다“라며 ”건물부문 감축없이는 온실가스 감축 목표달성도 불가능하기에 건물부문 탄소중립을 위한 여러 노력이 필요하다“고 덧붙였다.