[논문]개방형 에너지관리시스템 (EMS) 운영체계

이태원

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문제 정의

본고에서는 기존 건물 관리현황과 문제점에 대해 간략히 알아보고, 기존의 시스템을 대체하여 이들 문제점을 해결하는 새로운 개념의 개방형 운영체계에 대해 기술한다.

제안 방법

또한, 큰 효과를 보기 위해 많은 비용을 요구하는 제품도 있을 수 있다. 이와 같은 점에 비추어 그림에서는 비용 대비 효과의 측면에서 ① 별도의 정보수집 장치가 없거나 매우 간단한 장치만을 이용해 해석 및 분석 프로그램 등 소프트웨어에 주로 의존하는 관리 도구 계열과, ② 기존의 BAS를 기반으로 하는 관리 도구 계열, 그리고 ③ 기존의 BAS와는 별도로 앞에서 기술한 새로운 시스템으로 제공되는 관리 도구 계열 등 3가지 종류로 나누어 도시하였다.
그림 8은 비용과 효과의 분석을 통한 BEMS 수준에 대한 정의를 도식적으로 표현한 것으로, 횡축은 비용에 절대적으로 영향을 미치는 정보의 수집과 전달량으로, 종축은 기능의 수준을 나타내주는 정보의 활용도로 각각 표기하였다. 즉, BEMS의 설치에 따른 비용과 효과는 서로 영향을 미치지 않는 독립변수로 설정하였으며, 이는 비용이 많이 투입되었다고 해서 반드시 그에 따라 효과가 증가하는 것은 아니라는 점에 착안한 것이다. 다만, 보다 큰 효과를 얻기 위해 고도의 기능을 수행하려면 일정 부분 더 많은 정보를 필요로 하는 것이 일반적이기는 하다.

대상 데이터

개발된 BEMS용 개방형 플랫폼을 이용해 현장에 설치된 센서로부터 전송되는 데이터를 수집, 저장 및 활용하기 위해 경기도 화성시 소재 한국건설기술연구원 화성 청사에 구축된 관제센터에 시스템을 설치하였다. 그림 6은 한국건설기술연구원 화재안전연구소(화성 청사 화재안전연구센터) 현장에 설치된 관제센터의 전경으로, 연구개발을 위한 다양한 기능을 제공하는 종합 관제센터의 기능을 수행하고 있다.

성능/효과

그 결과로 적용되는 건물의 수가 증가한다 할지라도 비용이 감소하지 않는 결과가 되고, 이것이 BEMS의 산업화를 가로막는 가장 중요한 원인인 것으로 판단된다. 결과적으로 산업화의 미흡으로 설치비는 높은 반면, 효과적인 기능의 부재로 도입 효과는 미흡하게 되어, BEMS의 보급 활성화에 장애가 되고 있다.
기존의 BAS도 배타적이고 폐쇄된 체계로 운영되어 왔다. 그 결과 구성요소의 공유는 물론, 공급자의 도움이 없이는 건물의 운영정보를 공유하는 것도 원천적으로 불가능하게 하는 원인을 제공하였다. 물론 건물에 전문성이 있는 관리자가 상주하고 있다면 기 설치된 관리 도구와 운영정보를 이용해 합리적인 관리를 수행하는 것이 가능하겠지만, 뒤에서 기술하듯이 우리의 건물 관리체계는 그렇지 못한 실정이다.
또한, BEMS가 적용되는 건물마다 센서와 제어기 등 각종 디바이스는 물론 데이터 수집엔진 및 이를 구동하는 소프트웨어가 따로 작성되어야 하기 때문에 많은 인력과 비용 및 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 그 결과로 적용되는 건물의 수가 증가한다 할지라도 비용이 감소하지 않는 결과가 되고, 이것이 BEMS의 산업화를 가로막는 가장 중요한 원인인 것으로 판단된다. 결과적으로 산업화의 미흡으로 설치비는 높은 반면, 효과적인 기능의 부재로 도입 효과는 미흡하게 되어, BEMS의 보급 활성화에 장애가 되고 있다.

후속연구

다음으로 BAS 기반의 관리 도구 계열의 경우에는 지금의 상태감시 및 자동운전 등 자동화 기능을 수행하는 관리 도구가 건물에너지 성능과 효율분석 및 문제점 진단 등의 기능을 수행하는 전문화 과정을 거쳐 궁극적으로는 복합 및 통합 제어를 통한 능동제어와 고장진단 기능을 수행하는 관리 도구 형태로 진화될 것으로 전망된다. 여기서 능동제어 기능이란 앞에서도 기술했듯이 운영관리자의 능력이나 노력에 좌우되지 않는 완전한 형태의 자동제어 기능을 말한다.
여기에 덧붙여 지금의 시스템은 건물의 운영관리에 필요한 모든 소프트웨어를 공급자가 배타적으로 공급한데 반해 새로운 시스템에서는 개방된 정보를 이용함으로써 각 분야의 전문가들이 개발한 운영관리 소프트웨어가 건물의 소유자나 관리자가 원하면 시스템에 탑재되어 운용될 수 있을 것이다. 이는 건물의 관리와 건물에서 소비되는 에너지 절감에 획기적인 기여를 하게 될 것이고, 제품의 보급은 물론 관련 산업의 발전에도 크게 기여하게 될 것이다.
이와 같은 개방형의 운영체계는 BEMS의 계획 및 설계자, 현장 설치자, 소프트웨어 개발자 및 운영관리자 등 각 전문분야 종사자들 간에 그다지 타분야에 관한 전문적인 지식이 없이도 원활한 소통이 되도록 지원해주는 한편, 구축된 시스템을 흐르는 정보의 신뢰성도 크게 향상될 수 있을 것이며, 구축에 따른 노력을 줄임으로써 결국 구축비용을 크게 절감함은 물론, 건물의 관리와 에너지 절약에 필요한 다양한 기능의 적용이 가능해져 도입 효과를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
개방형 BEMS 운영체계는 향후 다양한 융·복합 분야의 관련 기술과 관련된 이해관계자들, 즉 건물 사용자와 소유자 및 운영관리자는 물론, 센서와 제어기기 등 디바이스 제조자와 각종 설비의 운영관리 소프트웨어 개발·제공자들을 연결시켜 줌으로써 건물과 에너지를 효과적, 효율적으로 관리할 수 있게 도와줄 수 있다. 즉, 현재 글로벌 전문기업들이 독점하고 있는 자동화시스템을 대체하여설비분야 등 전문가들이 정보통신 기술에 구애받지 않고, 자신의 경험과 노하우를 바탕으로 건물과 에너지설비 운영관리 기술을 소비자에게 직접 제공할 수 있는 기반을 제공할 것이다.
궁극적으로 BEMS의 바람직한 진화를 위해서는 이 두가지 분야가 상호 보조를 맞추며 발전되어야 할 것으로 생각된다. 현재 국내에서는 하드웨어와 운영체계를 일컫는 플랫폼에 관한 관심과 연구개발에 더 많은 무게중심을 두고 있는 것으로 보이며, 따라서 앞으로는 분석, 진단 및 제어방법을 구현하는 관리 프로그램, 즉 소프트웨어 개발에 더 많은 투자가 있어야 할 것으로 판단된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

건물자동화시스템이란 무엇인가?

건물자동화시스템은 건물에 설치되는 설비의 상태감시와 자동제어 기능을 주로 수행하는 장치이다. 즉, 운영자 또는 관리자가 시스템에 원하는 목표 값을 입력하면, 이에 따라 각종 설비를 자동으로 운전해주는 한편, 운전 상태를 실시간으로 알려주기도 하며, 의도한 대로 운전되지 않는 경우에는 경보를 발령해 주기도 하는 매우 편리한 장치이다.

BAS의 계층 구성은?

그림 1에 보인 바와 같은 기능들을 수행하는 BAS는 보통 3개의 계층으로 구성된다. 먼저 각종 계측기나 센서류와 같은 계측기 기류와 스위치나 밸브류와 같은 제어기 기류, 그리고 이들과 연결 되어 운영정보의 수집과 제어를 수행하는 현장제어기 등으로 구성되는 ‘현장 계층(Field Layer)’, 둘째로 건물과 설비의 운영에 필요한 정보의 전달을 담당하는 통신체계와 설비나 시스템의 실질적인 제어를 수행하는 제어기(DDC(Direct Digital Controller)라고도 불림)로 구성되는 ‘자동화 또는 제어계층(Automation or Control Layer)’, 마지막으로 이들을 종합 관리하며 운영자 또는 관리자와 소통하며 운영정보를 제공하고 운전 명령을 전달하는 기능을 수행하는 ‘관리 계층(Management Layer)’으로 구성된다. 이와 같은 BAS의 전형적인 구조 및 구성 체계를 그림 2에 나타내었다.

개방형 운영체계란 무엇인가?

그림 5는 BEMS의 효과적인 구축과 효율적인 운영관리 지원을 위한 개방형 BEMS 운영체계의 아키텍처, 즉 개방형 운영체계를 위한 각종 요소와 이해관계자 사이의 상관관계를 도시한 것이다. 먼저 개방형 운영체계는 BEMS를 도입하고 실제 운영관리에 사용하는 수요자인 건물과 건물사용자(소유자, 거주자 및 운영관리자 등)의 결정에 따라 개별 건물에서 시스템의 설계와 설치는 물론 운영관리를 지원하는 로컬 유닛 모듈인 개방형 운영체계지원 소프트웨어와 유닛 모듈이 제 기능을 발휘할 수 있도록 지원해주는 지원시스템을 통칭한다.

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