[논문]BEMS(Building Energy Management System) 구축을 위한 주요 구성요소와 건물에너지효율등급 개선효과에 관한 연구

손학식

doi:10.5207/jieie.2014.28.1.105

BEMS(Building Energy Management System) 구축을 위한 주요 구성요소와 건물에너지효율등급 개선효과에 관한 연구
A Study on the Major Contituent Components & the Effect of Efficiency Improvement for the BEMS 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.1, 2014년, pp.105 - 113

손학식 (용인송담대학교 건축에너지학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, the energy consumption rate in buildings is approximately 28.5% of the total energy consumption in Korea. Therefore the amount of the consumption of petroleum resourses is at a worrying level of the blackout. The system of the amount of the Architectural Energy Efficiency Grade [AEEG] is in force by the government to apply the technologies of the Emissions Trading System and the Target Management System to mitigate the Green House Gases for buildings according to the climate change. On the account the mitigation of the Green House Gases and the reduction of the energy, from the view of maintenance and management, for the new and remodeling buildings should be under consideration. The author wants to present the possible ways how to improve the AEEG for the existing buildings by trying to establish the foundation of the BEMs, and by confirming the potential of the energy savings.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 건축물의 유지․관리 측면에서 에너지 절감과 온실가스 감축을 위해 빌딩 제어 관리 기술인 BAS(Building Automatic System : 건물자동화시스템) 및 IBS (Intelligent Building System : 지능형건물시스템) 기능에 ICT(Information Commmunication Technology : 정보통신기술) 기능을 융복합 시킨 에너지관리시스템 (BEMS : Building Energy Management System)이 구현된 스마트 빌딩이 절실히 요구되고 있다. 본 연구에서는 기존의 BAS가 적용된 건물에서 BEMS를 구축할 경우 타당성 진단 자료를 기초로 BEMS 도입을 위한 주요구성 요소와 AEEG 개선 및 에너지절약 효과, 온실가스감축을 추진할 수 있는 표준적 접근방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

따라서 이미 BAS가 구현되어 있는 불특정 건물을 대상으로 데이터 계측, 통신, 표출, 관리, 분석, 제어의 적용을 위한 BEMS 구축용 건물에너지 진단 및 분석을 본고에서는 BEMS구축 타당성진단(이하 “진단”) 으로 정의하였다.
시설투자 및 경제성 관점에서 효율적인 진단을 위해 5개 진단업체를 참여시켜 BEMS진단을 실시한 결과 효과적인 절감방안으로 제시된 주요 내용을 정리하면 다음과 같이 도출되었다.
C사는 팬 코일유닛(FCU) 속도제어 시스템을 개선하여, 주 냉 · 난방 기기인 FCU에 의한 on/off 방식으로 실내온도변화에 대응하는 자동제어 방식 채택을 진단결과로 제안하였다. 실시간 변하는 운전상황에 대하여 시스템의 모니터링에 있어 관리자의 편의를 위해 D, E사는 통신사의 강점을 이용해 Web상에서 운용상황을 확인할 수 있는 시스템을 진단결과로 제안하고, 특히 E사는 Cloud BEMS의 일환으로 APP을 개발하여 항시 모니터링할 수 있는 기반구축을 제안하였다.

대상 데이터

기본구조는 철근 콘트리트로 되어 있으며, 본관 로비 외부 벽면을 유리로 덮은 ‘글래스 커튼 월’구조이다.
대상 건물은 경기도에 위치한 연구소 건물이다. 지하 2층, 지상 15층으로 구성되며, 연면적은 약 59,995m²이다.
대상 건물은 경기도에 위치한 연구소 건물이다. 지하 2층, 지상 15층으로 구성되며, 연면적은 약 59,995m²이다. 기본구조는 철근 콘트리트로 되어 있으며, 본관 로비 외부 벽면을 유리로 덮은 ‘글래스 커튼 월’구조이다.

데이터처리

에너지 사용량 및 패턴을 분석하기 위해 LNG, 전기 사용량 Data의 실적자료를 받아 비교분석하였으며 다음 그림 9, 그림 10은 대상 건물의 과년도 LNG와 전기사용량을 나타낸 것이다.

성능/효과

2월, 8월, 12월에 가스의 Peak 수요와 1∼4월, 10~12월 간 평균치 이상의 요금이 발생함을 확인되었다.
BEMS 진단 업체별로 서로다른 관점에서 진단결과를 제안하였으나 에너지절감률 1.9∼15%, 투자비회수기간 4.9∼13.9년으로 다양하게 제시되었다.
그림 3에서 처럼 건축물 에너지효율등급 인증을 통한 에너지 및 온실가스 감축효과는 ’12년 현재 282,036TOE의 에너지와 이산화탄소 약 674,187tCO2 절감되어 건축물부문 온실가스 감축에 크게 기여하고 있음을 알 수 있다.
대상 건물의 진단 과정에서 지열활용은 에너지 절감에 유용한 설비로 판단되었지만 실제 작동성능은 설계용량에 크게 못 미치는 결과로 나타났다.
5%, 우리나라의 경우는 약 15% 정도의 에너지절약 기대효과가 있을 것으로 도출되었다. 따라서 온실가스감축과 에너지절약 효과의 극대화 정책 추진을 위해 일반적으로 비용과 시간이 많이 소요되는 건축물의 하드웨어 개선보다 비용이 적게 소요되는 BEMS 도입을 촉진하여 소프트웨어 개선을 통한 건축물에너지효율 등급(AEEG) 개선이 용이함을 알수있다. 효과적인 진단과 BEMS 구현을 위해서는 주요구성 요소들의 조합과 절감방안, 에너지관리 Data, 계측, 통신, 표출, 관리, 제어 등 BEMS 진단을 다원화하여 실시하고 관점별 유의성 있는 건물 에너지관리 개선방향을 최대한 도출해야 한다.
마지막으로 특정 기기 플로어 단위의 구축은 가장 상세한 동작 검증이 가능하고, 설비 운용 · 계측기 설정을 최적화할 수 있다[5].
본 연구에서는 기존 건축물의 BAS를 기초로 BEMS 구축을 실현할 경우 일본에서는 약 10.5%, 우리나라의 경우는 약 15% 정도의 에너지절약 기대효과가 있을 것으로 도출되었다. 따라서 온실가스감축과 에너지절약 효과의 극대화 정책 추진을 위해 일반적으로 비용과 시간이 많이 소요되는 건축물의 하드웨어 개선보다 비용이 적게 소요되는 BEMS 도입을 촉진하여 소프트웨어 개선을 통한 건축물에너지효율 등급(AEEG) 개선이 용이함을 알수있다.
이와 같이 서로 다른 BEMS 진단 업체가 다양한 관점에서 진단결과를 제시하여 개선방안을 제안한 결과 BEMS 주요구성 요소의 특징에 따라 AEEG 1단계 상위 등급 개선이 가능한 에너지 절감률 1.9∼15%와 투자비 회수기간 4.9∼13.9년으로 제시되었다.
2월, 8월, 12월에 가스의 Peak 수요와 1∼4월, 10~12월 간 평균치 이상의 요금이 발생함을 확인되었다. 진단결과 전년도에 비해 외주업체가 7개 증가하였고, 그에 따라 전기용량이 증설되었으며 각 연도별 8월, 12월 전력 Peak 수요가 발생함을 확인할 수 있었다.
특히 FCU 운전과 관련하여 펌프류에 대한 제어는 설비 운전자의 비근무 시간대에 인버터 제어 실시로 고효율 설비적용과 관리자를 통한 운전시간 조절 방안이었으며 잔존가치가 많이 남은 설비 교체는 투자 대비 회수기간이 길어 경제성이 높지 않은 것으로 판단되었다.

후속연구

9년으로 다양하게 나타날 수 있어 주요 구성요소와 구축범위 선정을 건축물 기능에 부합하도록 진단후 적절히 조절해야 할 것으로 판단된다. 아울러 BEMS 구축 진단 업체의 다소 상이한 접근 방법, 투자비용 및 예상 절감율 차이는 향후 BEMS 보급 활성화를 위해 기술표준화 도입의 필요성이 있음을 시사하고 있어 AEEG 등급개선을 위한 ‘BEMS의 KS 표준화 제정’등의 연구개발이 더 필요할 것으로 보인다.
따라서 온실가스감축과 에너지절약 효과의 극대화 정책 추진을 위해 일반적으로 비용과 시간이 많이 소요되는 건축물의 하드웨어 개선보다 비용이 적게 소요되는 BEMS 도입을 촉진하여 소프트웨어 개선을 통한 건축물에너지효율 등급(AEEG) 개선이 용이함을 알수있다. 효과적인 진단과 BEMS 구현을 위해서는 주요구성 요소들의 조합과 절감방안, 에너지관리 Data, 계측, 통신, 표출, 관리, 제어 등 BEMS 진단을 다원화하여 실시하고 관점별 유의성 있는 건물 에너지관리 개선방향을 최대한 도출해야 한다. 다만 부분적인 기존건축물의 성능개선시 BEMS 구축을 시행할 경우 경제성이 4.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	BEMS란?	국제 에너지기구(International Energy Agency, IEA)에서는 BEMS를 ‘컴퓨터를 사용하여 건물관리자가 합리적인 에너지 이용이 가능하게 하고 쾌적하고 기능적인 업무환경을 효율적으로 유지․보전하기 위한 제어․관리․경영시스템’이라 정의한다[3]
	에너지 종류별 구축이란?	BEMS의 구축에는 에너지 종류별, 용도별, 계통별, 특정 기기 플로어 단위로 4가지 단계의 구축이 가능하다. 에너지 종류별 구축은 건물전체의 에너지 소비를 시간 단위․일단위로 계측하고, 전체 에너지 소비실태를 파악하는 것을 말한다. 용도별 구축은 다른 건물과 비교해 건물의 이용 상황에 따른 적절한 에너지 절약 대책을 선택할 수 있어 보다 효과적인 에너지 절약대책의 수립이 가능해진다.
	건축물 에너지 효율등급에서 동일한 ECO2 프로그램으로 평가함으로써 얻는 장점은?	• 기존 건축물에너지효율등급에서는 공동주택과 업무용이 각각 다른 평가 프로그램을 사용하였으나, 9월 1일부터는 주거/비주거 공히 ECO2를 기반으로 동일한 프로그램으로 평가하고 있어 입력값의 수정, 추가, 삭제를 사용자가 손쉽게 할 수 있으며 평가 결과의 도출이 빠르고 사용자가 보기 용이하며 손쉽게 입력값을 수정할 수 있도록 되어 있다.

참고문헌 (6)

K E E I, Monthly Energy Statistcs, May, 2013.
MOLIT, Data of Buildings by Areas, Dec, 2012.
S. B. Kim, Technology Trend and Demonstration Business Model for Domestic and International BEMS. pp. 44-53, March, 2013.
Ji Hoon Sohn, A Study on the Method for Mitigating Energy of the Domestic Public Buildings., SAREK pp. 625-630., July, 2011.
KEMCO R&D, KSF Building Energy Management System - General Requirement, Sept, 2013.
A Report on the Performance of the Support Project for the BEMS in Japan, Synthetic Improvement Organization for New Energy PP.46-50. Jan. 2008.

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