건물 에너지 커미셔닝은 건축물의 계획, 설계, 시공, 시공 후 설비의 시운전 및 유지 관리를 포함한 전 공정을 효율적으로 검증하고 문서화하여 에너지의 낭비 및 운영상의 문제점을 최소화하는 공정 기술이다. 일반적인 커미셔닝은 설계 기준에 적합한 성능을 발휘할 수 있도록 설비의 교체를 추진한다. 이는 비용이 많이 들며 투자비 회수기간이 오래 걸리는 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 ICT(Information Communication Technology)를 기반으로 에너지 사용 데이터 분석을 통해 설비 교체를 최소화하며 최적 운용을 통해 에너지 효율을 높이는 모니터링 기반 커미셔닝에 대해 연구하였다. 건물 에너지 사용에 대한 모델링을 수행하고 이를 기반으로 에너지 사용 데이터와 비교, 효율 저하 감지 기술을 활용하여 운용 최적화를 통한 에너지 사용 절감을 이룬다.
건물 에너지 커미셔닝은 건축물의 계획, 설계, 시공, 시공 후 설비의 시운전 및 유지 관리를 포함한 전 공정을 효율적으로 검증하고 문서화하여 에너지의 낭비 및 운영상의 문제점을 최소화하는 공정 기술이다. 일반적인 커미셔닝은 설계 기준에 적합한 성능을 발휘할 수 있도록 설비의 교체를 추진한다. 이는 비용이 많이 들며 투자비 회수기간이 오래 걸리는 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 ICT(Information Communication Technology)를 기반으로 에너지 사용 데이터 분석을 통해 설비 교체를 최소화하며 최적 운용을 통해 에너지 효율을 높이는 모니터링 기반 커미셔닝에 대해 연구하였다. 건물 에너지 사용에 대한 모델링을 수행하고 이를 기반으로 에너지 사용 데이터와 비교, 효율 저하 감지 기술을 활용하여 운용 최적화를 통한 에너지 사용 절감을 이룬다.
Building Energy commissioning is a process in which verifying and making the document during entire lifetime including planning, design, construction, test run of equipment, and maintenance to minimize the operational problems of building energy efficiency. The general commissioning is replacing the...
Building Energy commissioning is a process in which verifying and making the document during entire lifetime including planning, design, construction, test run of equipment, and maintenance to minimize the operational problems of building energy efficiency. The general commissioning is replacing the equipment or reconstructing the skin to achieve the performance for the design. This process is expensive and has the disadvantage of taking a long payback period by one operation. In this paper, we studied the monitoring-based commissioning (MBCx) to increase the energy efficiency of buildings through analyzing energy use data. MBCx is modeling a building energy, comparing the real energy use with it, detecting the cause of falling the efficiency, and running the optimal operation regularly.
Building Energy commissioning is a process in which verifying and making the document during entire lifetime including planning, design, construction, test run of equipment, and maintenance to minimize the operational problems of building energy efficiency. The general commissioning is replacing the equipment or reconstructing the skin to achieve the performance for the design. This process is expensive and has the disadvantage of taking a long payback period by one operation. In this paper, we studied the monitoring-based commissioning (MBCx) to increase the energy efficiency of buildings through analyzing energy use data. MBCx is modeling a building energy, comparing the real energy use with it, detecting the cause of falling the efficiency, and running the optimal operation regularly.
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문제 정의
본 논문에서 MBCx를 수행하기 위한 건물 에너지 모델링을 우선 수행한다. 목적은 에너지 실사용량 표본데이터 대비 에너지 시뮬레이션을 통한 사용량 비교 및 효율 분석이다[1]. 본 논문의 대상 건물은 아래와 같다.
본 논문에서 MBCx를 수행하기 위한 건물 에너지 모델링을 우선 수행한다. 목적은 에너지 실사용량 표본데이터 대비 에너지 시뮬레이션을 통한 사용량 비교 및 효율 분석이다[1].
기존 건물 에너지 모델링을 위한 다양한 시뮬레이션 프로그램들이 개발되어 있고, 실제 건물 에너지 제어 시스템과 연동할 수 있는 툴 역시 개발되어 있다. 본 논문에서 이들을 활용하여 건물 에너지를 모델링하고 실제 건물에서 취득되는 에너지 사용데이터를 활용하여 효율 저하 요인을 찾아내는 작업을 수행하였다.
본 논문에서는 건물 에너지 효율 개선을 위해 모니터링 기반 건물 에너지 커미셔닝에 대해 연구하였다. 기존 건물 에너지 모델링을 위한 다양한 시뮬레이션 프로그램들이 개발되어 있고, 실제 건물 에너지 제어 시스템과 연동할 수 있는 툴 역시 개발되어 있다.
본 논문에서는 실제 건물을 대상으로 에너지 사용 모델링을 수행하고 실사용 데이터를 확보하여 운용상에 발생하는 문제점을 찾아 효율을 개선하는 연구를 수행하였다.
실제 건물 효율에 대한 법규가 강력한 미국이나 유럽의 경우, 이를 지원하기 위한 모델링 소프트웨어와 분석 엔진 등이 공개 소프트웨어로 개발되어 배포되고 있다. 본 논문에서도 LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory)에서 개발된 BCVTB (Building Controls Virtual Test Bed)를 활용하여 모델링된 건물 데이터를 기반으로 분석, 진단을 수행하였다. BCVTB는 각종 시뮬레이션 툴들과 실제 하드웨어 시스템이 연동될 수 있도록 인터페이스를 제공하는 소프트웨어 환경이다.
일반적으로 데이터 분류와 이상 데이터 검출을 기본적으로 수행한다. 이때 전문가 지식이 활용되고 사용량에 대한 갑작스런 변화나 점진적 트렌드 변화를 함께 감지하여 건물 관리자에게 문제점 및 개선방향을 제시한다.
제안 방법
1번의 건물에너지 모델은 이상적인 효율을 지닌 건물의 성능을 모델링한다. 이때 외피, 조명, 냉난방, 공조, 제어 시스템 등을 모델링한다.
기존 건축물의 에너지절감과 성능개선을 목적으로 베이스라인 모델 확보를 위하여 에너지 시뮬레이션을 실시하였으며, 실사용량과의 M&V(Measurement & Verification)를 실시한다[2].
이는 기존 커미셔닝 방법에 비해 비용을 줄이고 ICT 에 기반을 둔 데이터 및 분석 알고리즘을 통해 에너지 효율 저하 요인을 찾아내 제어 시스템의 운용 등을 통해 효율 개선을 수행한다. 본 논문에서는 기축 건물을 대상으로 에너지 모델링을 수행하고 각종 시뮬레이션 및 분석 소프트웨어를 통해 모니터링 기반 커미셔닝을 수행하였다. 이는 우수한 ICT 환경에 비해 건물 에너지 관리는 열악한 국내 환경을 고려했을 때 적은 비용으로 효과를 높일 수 있는 기반을 마련하였다.
에너지 사용 현황을 기저(조명, 급탕 등) 부하와 냉난방으로 구분하여 처리한다. 기저부하는 일정 사용량을 보이고 냉난방에서 월별 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.
1번의 건물에너지 모델은 이상적인 효율을 지닌 건물의 성능을 모델링한다. 이때 외피, 조명, 냉난방, 공조, 제어 시스템 등을 모델링한다. 모델링된 건물은 기상조건, 설비 성능 등의 부하 변수를 입력하여 에너지 효율의 기반 데이터를 확보한다.
센서, 계량기, 제어시스템 등으로 구성된 건물 제어시스템이라고 할 수 있다. 이와 같이 이론적 모델링 데이터와 실제 건물에서 발생한 사용량 데이터를 통합하여 성능 평가를 수행한다. 일반적으로 데이터 분류와 이상 데이터 검출을 기본적으로 수행한다.
해당 건물은 에너지원으로 전기와 가스를 사용하고 있으며, 해당 건물의 실사용량 정보를 활용하였다. 사용 현황에 대한 정보 2015년 기준으로 표 2와 같다.
대상 데이터
본 논문의 대상 건물은 아래와 같다. 다만, 연구의 진행을 효율적으로 진행하고 시간을 단축하기 위해 건물의 일부를 대상으로 수행하였다. 건물에 대한 상세 정보는 표 1과 같다.
이때 외피, 조명, 냉난방, 공조, 제어 시스템 등을 모델링한다. 모델링된 건물은 기상조건, 설비 성능 등의 부하 변수를 입력하여 에너지 효율의 기반 데이터를 확보한다. 실제 건물에서 발생하는 에너지 사용량은 4번의 EEMCS (Extended Energy Management and Control System) 이라고 하는 통합 제어 시스템을 통해 수집된다.
이론/모형
기저부하는 일정 사용량을 보이고 냉난방에서 월별 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. 건물의 에너지 소비량 분석을 통한 개선 방안 도출을 위하여 에너지 해석 프로그램인 TRNSYS를 사용한다.
성능/효과
본 논문의 모델링 결과는 언급한 M&V 가이드라인을 이용한 오차범위 내에 있어 커미셔닝에 사용될 수 있는 조건을 만족하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건물 에너지 커미셔닝이란?
건물 에너지 커미셔닝은 건축물의 계획, 설계, 시공, 시공 후 설비의 시운전 및 유지 관리를 포함한 전 공정을 효율적으로 검증하고 문서화하여 에너지의 낭비 및 운영상의 문제점을 최소화하는 공정 기술이다. 일반적인 커미셔닝은 설계 기준에 적합한 성능을 발휘할 수 있도록 설비의 교체를 추진한다.
모니터링 기반 커미셔닝은 어떤 기술을 활용하여 효율 개선을 하는가?
빌딩 커미셔닝이란 건물이 설계 단계부터 공사 완료에 이르기까지건물주가 요구하는 설계 시방서와 같은 성능을 유지하고, 또한 운영 요원의 확보를 포함하여 입주 후 건물주의 유지 관리상 요구를 충족할 수 있도록 모든 건물 시스템이 작동하는 것을 검증하고 문서화하는 체계적인 공정으로 정의한다. 최근 들어 ICT를 활용하여 건물에너지 사용량 모니터링을 통해 이론적 효율 기준과 차이가 발생하는 부분을 찾아 개선하는 모니터링 기반 커미셔닝(MBCx; Monitoring-based Commissioning, 이하 MBCx)에 대한 연구가 이루어지고 있다.
일반적인 커미셔닝의 문제점은 무엇인가?
일반적인 커미셔닝은 설계 기준에 적합한 성능을 발휘할 수 있도록 설비의 교체를 추진한다. 이는 비용이 많이 들며 투자비 회수기간이 오래 걸리는 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 ICT(Information Communication Technology)를 기반으로 에너지 사용 데이터 분석을 통해 설비 교체를 최소화하며 최적 운용을 통해 에너지 효율을 높이는 모니터링 기반 커미셔닝에 대해 연구하였다.
참고문헌 (2)
Y. Kim, H. M. Oh, and S. Choi, "A method for simulation of smart grid communication network architecture," J. KICS, vol. 38B, no. 2, pp. 122-129, 2013.
N. H. Tran, C. Pham, S. Ren, and C. S. Hong, "Coordinated energy management for emergency demand response in mixed-use buildings," ICUWB, pp. 1-5, Montreal, Canada, Oct. 2015.
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