초록 ▼

(1) 스마트 사무 공간 통합 유니트 시스템 개발 연구는 건축계획 단위에 조명·공조등 설비 측면에서의 최적 계획단위를 결합시킨 사무 공간 통합 유니트를 개발하여 다양한 크기 및 유형의 사무공간에 적절히 적용함과 동시에 쾌적한 실내 환경 성능을 확보할 수 있는 통합 유니트 시스템을 개발하는 연구이다. 건축모듈, 조명 유니트 및 공조 유니트의 계획 현황 및 기준을 파악하여 각 유니트의 통합 절차를 개발하였고, 각 유니트에 대한 평가기법을 선정하고 시뮬레이션을 실시하여 최적의 환경성능을 갖는 통합유니트 계획안과 대상공간의 범위를 확장하여

(1) 스마트 사무 공간 통합 유니트 시스템 개발 연구는 건축계획 단위에 조명·공조등 설비 측면에서의 최적 계획단위를 결합시킨 사무 공간 통합 유니트를 개발하여 다양한 크기 및 유형의 사무공간에 적절히 적용함과 동시에 쾌적한 실내 환경 성능을 확보할 수 있는 통합 유니트 시스템을 개발하는 연구이다. 건축모듈, 조명 유니트 및 공조 유니트의 계획 현황 및 기준을 파악하여 각 유니트의 통합 절차를 개발하였고, 각 유니트에 대한 평가기법을 선정하고 시뮬레이션을 실시하여 최적의 환경성능을 갖는 통합유니트 계획안과 대상공간의 범위를 확장하여 외주부 통합유니트 계획안을 도출하고 수평적인 천정면 구성요소 이외에 수직적인 구성요소가 반영된 입체적인 통합유니트를 도출하였다. 실용화 및 연구결과의 활용도를 높이기 위해 통합유니트 Mock-up 모델을 구축하고 온열환경 및 빛환경 성능 평가실험을 통해 통합유니트의 수정 및 보완 작업을 수행하였다. 본 연구에서 도출된 통합유니트는 실제 설계자들이 쉽게 활용할 수 있도록 소프트웨어를 개발하여 통합유니트의 실용화 및 연구결과의 활용도를 높였다.
(2) 환경친화형 스마트 외피 시스템 개발 연구는 스마트 빌딩의 사용성에 부합되면서도 친환경성을 갖는 외피시스템의 구축을 목표로 이른바 '선진형 외피'를 대상으로 시스템의 '전형'을 세워본 결과, 국내의 기후, 사용환경 및 산업환경에서는 설비적 수법에 의한 외주부 냉난방방식이 적합한 것으로 판단하였다. 해외 연구 및 적용 사례를 바탕으로 페리미터리스 시스템을 제안하였다. 전산유체역학시뮬레이션를 통하여 외주부 냉난방에 유리한 하부 및 상부의 취출/환기 속도와 풍량을 산출하였으며, 실제 건물을 모델링한 시뮬레이션 결과에서 상부로부터 취출만 실시하는 이른바 'Pull'방식은, 본 과제에서 제안된 'Pull/Push'방식에 비하여 그 효율성이 떨어지며, 계절과 외부조건에 따라 콜드 드래프트의 발생 등으로 인한 불쾌적의 요인이 있는 것을 확인하였다. 시뮬레이션 및 실험을 통하여 팬의 성능, 실험실의 특성상 일부 불일치하는 부위에 대해서는 기존 팬 제품을 응용, 구성하여 혼합식의 특성을 갖춘 실물대 모형을 제작하여 공동실험실에서 실시한 하절기 실험결과, 급/배기 풍량의 설정에 따른 기류벽 형성 메카니즘이 제안된 개념과 같이 작동하는 것을 확인할 수 있었으며, 인접실과의 비교평가에서도 외피 전면에 대하여 보다 균일한 온도분포를 획득할 수 있는 것을 알 수 있었다. 최근 사무환경의 변화에 따라 대두되고 있는 혼합 손실의 감소, 기존 외주부 냉난방 시스템에서 문제되었던 누수 등의하자 발생의 방지가 가능할 것으로 예상된다.
(3) 하이브리드형 스마트 바닥급기 시스템 기술 개발 연구는 국내외 바닥급기 시스템 설치사례 조사를 통하여 바닥급기 시스템 건물의 데이터베이스를 구축하고 바닥급기 시스템이 적용된 건물들을 동절기, 하절기를 중심으로 실내 환경 및 재실자 설문 조사를 통하여 바닥공조 시스템의 특성 및 재실자의 만족도를 측정하였다. 바닥급기 시스템이 적용된 건물의 실내 기류 및 온도 특성과 바닥공조시스템 실험실 내에서의 실내 기류 및 압력을 측정하여 바닥급기 시스템의 특성을 분석하였다. 국내외 바닥급기 시스템의 장단점을 분석하여 최적화 모델 및 최적 설계방안을 제시하고 설계자들을 위한 바닥급기 시스템 설계 지침을 마련하였다.
(4) 스마트 빌딩 시스템 통합 및 유지관리 등을 위한 최적 제어 네트워크 구축방안연구에서는 국내외 빌딩 시스템에 대한 현황 조사 및 분석과 제어 네트워크의 역할 정의 등에 대한 연구가 진행되었고, 분산형 빌딩 시스템 구축을 위해 현재 사용되는 범용 PC급 개별 설비 서버를 설비 서버의 목적에 맞추어 특성화된 Embedded Web Server로 대체하고 그 가능성을 검증하였다. 이러한 연구를 바탕으로 TCP/IP를 이용한 제어 네트워크를 제안하고, 시뮬레이션을 통해 TCP/IP를 이용한 제어네트워크의 문제점을 보완하였으며 데이터 네트워크와의 통합까지 확장할 수 있도록 Ethernet 알고리즘을 제시하였다. 빌딩 시스템 통합 소프트웨어를 LabVIEW를 이용하여 구현하였다.
(5) 스마트빌딩 제어정보 최적관리 시스템 개발에서는 스마트 빌딩에 적용하기 위한 신 개념 제어기의 개발로, 개별공간에 대한 최적의 제어기능을 제공하는 ZCU(Zone Control Unit)와 빌딩자동제어를 위한 핵심 제어장치인 DDC(Direct Digital Controller)를 개발하였고, 각종 설비들의 에너지 사용량의 분석과 관리가 가능한 EMC(Energy Management Controller)를 개발하였다. 각각의 개발된 제어기에 4세부과제의 결과인 최적제어통신망의 기능에 대한 검증을 수행하였다. 또한 1, 2, 3차년 연구를 통하여 개발된 제품들의 통합 및 상품화에 필요한 기반기술 및 시제품을 개발하였으며, 기존 시스템들의 문제점으로 대두된 유지보수 측면, 에너지 절약, 호환성 등의 문제를 해결할 수 있도록 가능한 ISO, KS 등의 표준을 적용하여 개발하였다. 또한 향후 지속적인 연구개발 및 상품화를 통하여 외국 제품이 장악하고 있는 국내 시장에 확산 보급되도록 노력할 계획이다.

Abstract ▼

(1) The first research, Development of an Integrated Unit System for smart offices, is focused on developing an integrated unit system which can be applied for various types and sizes of office buildings and can secure comfort working environment by integrating optimized architectural units, lightin

(1) The first research, Development of an Integrated Unit System for smart offices, is focused on developing an integrated unit system which can be applied for various types and sizes of office buildings and can secure comfort working environment by integrating optimized architectural units, lighting units, and air-conditioning units.
The major research tasks in the first research year were to analyze the state-of the art and standards of architectural units, lighting units, and air-conditioning units that are the significant elements of the integrated units through literature study and case study and to develop the integrating procedures of each unit. In addition, performance evaluation criteria would be selected and the integrated units, which have the optimum environmental performance, would be developed by thermal and lighting simulation on the basis of the criteria.
In the second year, the sphere of research was expanded to the perimeter space and the occupant space. Thus, the purpose of the second year's research was developing the Integrated Unit plan including the perimeter space as well as the interior space and the three-dimensional Integrated Unit including layouts of workstations and OA components. Through the development of threedimensional Integrated Unit for the interior and perimeter spaces, it is expected that design process can be more simple and design quality can be higher by accounting most of the elements which workspace plan should contain.
In the third year, we checked up the second year's research and improve on workstation unit of interior space. Through the experiment in light and heat at mock-up room which apply integrated unit on actual size, we analyze the actual problem and make it possible to correct and replete of integration unit. Because it is important that designer can utilize easily, integrated unit that is drawn in research is designed so that is useful and practical to them. And we develop software that enable to confirm ①item that designer's selection is available, ②integrated unit system that is been expose by result of selection, and ③environmental efficiency data of integrated unit. It capacitate that designer can consider beforehand most factors that they must consider at office space design, help designer's selection and decision-making. So it's going to be make simplification of design work and high-quality design.
(2) Typical type of envelope system which is 'environment-friendly' and 'suitable for smart building' was set up by benchmarking so-called 'advanced envelope systems'. With weather condition, accounting social and industrial condition into account, a non-perimeter cooling and heating system was suggested.
Oversea researches and adaptation cases were considered to conclude the mechanism to build up the whole system. The "Perimeterless system" was suggested as a leading alternative. Supply and return velocity and air volume were calculated from computer simulation. The Pull/Push mechanism was estimated far more effective than Pull only mechanism by estimating real office building using CFD simulation.
A mock-up model was built based on the winter experiment data which were acquired by experiments which were performed in the experiment facility which is composed of outdoor and indoor chamber. Using the results of these experiments, second mock-up model which is enhanced in uniform velocity of supplied air.
Summer-time experiment was performed in the testbed at Seoul National University. It showed newly adjusted air volume was very successful in forming air barrier in the perimeter zone and better performance rather than other systems which was adapted at the same time. The temperature distribution in the inner skin was so uniform that the effectiveness of the system might be approved.
(3) By surveying installation cases of the underfloor air distribution system in domestic and foreign country, a database of the underfloor air distribution system is built. Also some buildings installed the underfloor air distribution system are measured for its' indoor conditions and surveyed occupant's response in summer and winter. From the results, features of the underfloor air distribution system and occupants' satisfaction are revealed.
Some selections of laboratories and buildings in domestics which have the underfloor air distribution system have been measured in detail for temperature profile, indoor airstream, pressure, and etc. From the results the research drew out applicable features of the underfloor air distribution system.
The merits and demerits of the underfloor air distribution system are analysed. Through that, an optimized model and design method for the underfloor air distribution system are presented and also a design guideline for designer is developed.
(4) The research on the optimal control network structuring for the integrations and maintenances of smart building systems has been conducted as follows: (1) In the first execution year, the present state of building systems located inside and outside of the country had been investigated and analyzed, and the functions of control networks were defined, (2) An Embedded Web Server was developed to construct a distributed building system with individual system servers using PCs specialized for the purpose so that the possibility of the research was verified in the second year, (3) Based on the research conducted so far, we proposed a control network using TCP/IP in the third execution year. The availability of the network has been verified with simulations. To resolve the derived problems and enable the network to be expandable in integration with other networks, an Ethernet algorithm was proposed and verified by simulations. In addition, a computer software for building system integration was developed with LabVIEW so that we have checked the availability of the control network and checked possibly additional services.
(5) The purposes of this research are to develop such the controllers to apply to the smart building as ZCU(Zone Control Unit) to supply the optimal control function for each rooms, DDC(Direct Digital Controller) which is the most important device and EMC(Energy Management Controller) to manage and analyze the energy consumption of mechanical equipments.
The verification of the optimal control network of the forth research project was accomplished in third year of this research. Also, the technology for integration and commercialization of the products developed through the three year research is developed. The research product should be developed to solve the problems - management and repair, energy saving, interrelation - of the existing systems. The product of this research is made to be applied to domestic building through the continuous research and commercialization.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...3
• SUMMARY ...11
• 목차 ...23
• CONTENTS ...28
• 표목차 ...33
• 그림목차 ...39
• 제1장 서 론 ...55
• 제1절 연구개발의 필요성 ...55
• 1. 스마트빌딩의 개념 ...55
• 2. 스마트 빌딩 기술의 구성요소 ...57
• 3. 스마트 빌딩의 성능개념 ...60
• 4. 스마트 빌딩 기술 연구개발 방향 ...62
• 제2절 연구의 목적 및 범위 ...66
• 1. 스마트 사무공간 통합 유니트 시스템 개발 ...66
• 2. 환경친화형 스마트 외피 시스템 개발 ...68
• 3. 하이브리드형 스마트 바닥급기 시스템 기술 개발 ...69
• 4. 스마트빌딩시스템 통합 및 유지관리 등을 위한 최적제어네트워크 구축방안 연구 ...70
• 5. 스마트빌딩 제어정보 최적관리 시스템 개발 ...72
• 제2장 스마트 사무공간 통합 유니트 시스템 개발 ...75
• 제1절 연구개요 ...75
• 1. 연구의 필요성 ...75
• 2. 연구구성 및 범위 ...75
• 3. 연구방법론 ...76
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ...77
• 1. 국내 관련기술동향 ...77
• 2. 국외 관련기술동향 ...87
• 3. 기술동향 분석 ...90
• 제3절 연구개발 수행 내용 및 결과 ...92
• 1. 국내외 사무공간의 현황조사 ...92
• 2. 사무공간 통합유니트 구성요소의 평가기법 선정 ...124
• 3. 사무공간 통합유니트 시스템 구축 ...131
• 4. 사무공간 3차원 통합유니트 시스템 구축 ...150
• 5. Mock-up 실험실 구축 및 통합유니트 시스템 적용가능성 검토 ...208
• 6. 통합유니트 시스템 환경성능 검증 실험 ...225
• 7. 통합유니트 시스템의 활용방안 및 활용 소프트웨어 개발 ...250
• 제4절 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...275
• 1. 연구개발 목표의 달성도 ...275
• 2. 관련분야에의 기여도 ...278
• 제5절 연구개발결과의 활용계획 ...279
• 1. 연구성과 ...279
• 2. 활용계획 ...280
• 제3장 환경친화형 스마트 외피 시스템 개발 ...283
• 제1절 연구개요 ...283
• 1. 연구의 필요성 ...283
• 2. 연구구성 및 범위 ...285
• 3. 연구방법론 ...286
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ...288
• 1. 국외 현황분석 ...288
• 2. 국내 현황분석 ...289
• 제3절 연구개발수행 내용 및 결과 ...290
• 1. 개발 대상 시스템의 전형(典型)구분 ...290
• 2. 환경친화형 외피시스템의 성능평가기법 선정 ...303
• 3. 대상 시스템의 부하처리방식에 따른 성능평가 ...311
• 4. 유사 건물의 측정 및 시뮬레이션을 통한 페리미터리스 시스템의 작동방식 검토 ...323
• 5. 페리미터리스 시스템용 팬시스템 구축을 위한 실물실험 ...334
• 6. 연구결과 및 종합분석 ...348
• 제4절 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...350
• 1. 연구개발 목표의 달성도 ...350
• 2. 관련분야에의 기여도 ...350
• 제5절 연구개발결과의 활용계획 ...352
• 1. 활용계획 ...352
• 제4장 하이브리드형 스마트 바닥급기시스템 기술개발 ...353
• 제1절 연구개요 ...353
• 1. 연구의 필요성 ...353
• 2. 연구의 구성 및 범위 ...356
• 3. 연구 방법론 ...356
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ...357
• 1. 국내·외 기술현황 및 분석 ...357
• 제3절 연구개발수행 내용 및 결과 ...362
• 1. 바닥급기시스템 설계 지침 ...362
• 2. 하이브리드 바닥급기시스템 설계방향 제시 및 적용성 검토 ...408
• 3. 바닥급기 시스템 요소기술 개발 ...441
• 4. 연구결과 및 종합분석 ...455
• 제4절 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...457
• 1. 연구목표의 달성도 ...457
• 2. 관련분야에의 기여도 ...458
• 제5절 연구개발결과의 활용계획 ...459
• 1. 연구 성과 ...459
• 2. 활용계획 ...460
• 제5장 스마트 빌딩 시스템 통합 및 유지관리 등을 위한 최적제어 네트워크 구축 방안 연구 ...461
• 제1절 연구개요 ...461
• 1. 연구의 필요성 ...461
• 2. 연구구성 및 범위 ...462
• 3. 연구방법론 ...464
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ...465
• 1. 기술동향 분석 ...465
• 제3절 연구개발 수행 내용 및 결과 ...469
• 1. Embedded Web Server를 이용한 분산형 시스템 ...469
• 2. TCP/IP를 이용한 제어 네트워크 통합 방안 ...485
• 3. TCP/IP가 적용된 빌딩의 제어 네트워크 통합을 위한 Ethernet 알고리즘 ...507
• 4. LabVIEW를 이용한 빌딩 시스템 통합 소프트웨어 ...555
• 제4절 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...580
• 1. 연구목표의 달성도 ...580
• 2. 관련분야에의 기여도 ...581
• 제5절 연구개발결과의 활용계획 ...582
• 1. 연구성과 ...582
• 2. 활용계획 ...584
• 제6장 스마트 빌딩 제어정보 최적관리 시스템 개발 ...585
• 제1절 연구개요 ...585
• 1. 연구의 필요성 ...585
• 2. 연구구성 및 범위 ...598
• 3. 연구 방법론 ...601
• 제2절 국내·외 기술개발 현황 ...603
• 1. 기술동향 분석 결론 ...603
• 제3절 연구개발 수행 내용 및 결과 ...605
• 1. ZCU 개발을 위한 세부 과제별 감시제어의 최적화 ...605
• 2. ZCU의 설계 ...611
• 3. ZCU의 구현 ...620
• 4. ZCU 적용 및 감시화면 ...624
• 5. DDC 기능설계 ...635
• 6. DDC Hardware 개발 ...640
• 7. DDC Software 개발 ...650
• 8. DDC 시제품 제작 ...699
• 9. EMC개발 ...702
• 제4절 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...717
• 1. 연구개발 목표의 달성도 ...717
• 2. 관련분야에의 기여도 ...721
• 제5절 연구개발 결과의 활용계획 ...722
• 1. 연구성과 ...722
• 2. 활용계획 ...723
• 제7장 참고문헌 ...725