초록 ▼

연구개요
-전체 건물에 소비되는 에너지 중 냉ㆍ난방전력 에너지가 차지하는 비중이 70%에 달하고 전력 부하 중 공조시스템과 조명이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에 건물에너지의 최적제어를 위해서는 HVAC 제어가 필수적임.
-건물 실내온도 제어를 위한 열 에너지원은 건물 소비 전력의 상당 부분을 차지하지만, 열원기기 자동제어를 위해서는 각 건물의 실내구조, 재실 상태, 열원 설비별 특성 등 건물별로 달라지는 다양한 변수를 파악하고 이에 맞는 건물의 열적 동특성 모델을 구축해야 하므로 실질적으로 범용적인 제어모델을 만들고

연구개요
-전체 건물에 소비되는 에너지 중 냉ㆍ난방전력 에너지가 차지하는 비중이 70%에 달하고 전력 부하 중 공조시스템과 조명이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에 건물에너지의 최적제어를 위해서는 HVAC 제어가 필수적임.
-건물 실내온도 제어를 위한 열 에너지원은 건물 소비 전력의 상당 부분을 차지하지만, 열원기기 자동제어를 위해서는 각 건물의 실내구조, 재실 상태, 열원 설비별 특성 등 건물별로 달라지는 다양한 변수를 파악하고 이에 맞는 건물의 열적 동특성 모델을 구축해야 하므로 실질적으로 범용적인 제어모델을 만들고 자동화하기 어려움.
-따라서 현재까지 BEMS 자동제어는 건물 내 설비(에어컨, 조명, 난방 등)의 에너지 사용 현황을 모니터하고 가시화하여 사용자의 직관적 판단 혹은 정해진 시나리오에 의해 제어되는 방식의 냉ㆍ난방 시스템 통합 운영 제어 패키지 개발이 필요함.

연구 목표대비 연구결과
< 연구목표 >
-본 연구는 빅데이터, 기계학습 및 최적화 기법을 이용한 BEMS(Building Energy Management System, 건물에너지관리시스템)의 건물 열원설비 및 전기기기의 지능형 자동제어 플랫폼 설계를 목표로 하며, 최종적으로 건물 내부에 구축된 냉ㆍ난방설비를 쾌적온도에 기반하여 최적으로 제어하는 스케줄을 실시간으로 도출하는 알고리즘을 개발하는 목표를 가지고 있음.
-또한, 제어 스케줄링 알고리즘을 통해 도출된 Chiller 스케줄을 실제 환경에 적용하여 에너지 효율을 확인하고 목표 수준의 효율 이상치가 검증되었을 경우 BEMS 통합운영 패키지 개발을 마무리할 계획.
< 연구결과 >
-우선 약 1년 동안 Test-Bed IoT 센서를 통해 수집 및 저장된 해당 연구실의 실내온도와 냉ㆍ난방 시스템 사용패턴 그리고 재실자의 쾌적도 설문을 통해 적절한 쾌적온도 범위를 설정함.
-설정된 쾌적온도를 기준으로 GA(Genetic Algorithm) 최적화의 제약조건으로 설정하고 냉ㆍ난방 열적 동특성 기반 에너지 cost 추정 수식을 목적함수로 설정하여 쾌적온도 범위를 유지함과 동시에 전력 에너지 cost를 최소화하는 Chiller 최적제어 스케줄러를 구성함.
-구성된 스케줄러를 통해 도출된 최종 Chiller 최적제어 알고리즘을 통합 운영 패키지에 적용하여 에너지 효율을 도출하였으며 그 결과는 다음과 같음. 하루기준 Test-Bed 404호의 냉ㆍ난방 소비 전력은 1078.7원 절감되었으며 약 10.05% 에너지 효율을 확인하였고 이에 따라 BEMS 통합 운영패키지를 완성함.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
< 기술적 측면 >
-계절 및 기후환경에 따른 건물 및 사무실의 재실자 쾌적온도를 고려하여 쾌적한 환경을 유지하는 냉ㆍ난방 에너지 시스템을 구축함과 동시에 전력 사용량을 최소화하는 EMS 시스템 구축이 가능함.
-기계학습 기반 BlackBox-Model을 통해 도출된 스케줄인 만큼 HVAC과 IoT 센서가 구축된 모든 건물에 쉽게 적용할 수 있으며, 빅데이터 분석을 통한 쾌적온도 범위설정 방법론 역시 다양한 건물 적용을 위해 유용하게 사용될 것으로 기대됨.
< 산업ㆍ경제적 측면 >
-본 연구를 통해 도출된 냉ㆍ난방 스케줄의 에너지 효율을 약 10.05%를 확인하였으며 Test-Bed(재실인원 총 8명) 하루기준 1,078.7원의 에너지 요금 절감 효과를 확인하였음.
-통계에 따르면 건물 전기에너지 소비에 대한 국내 절감 효율은 5%에서 8%에 그쳐 해당 연구 및 결과를 통해 효율이 높은 새로운 BEMS 운영패키지를 증명함.
-개발된 통합 패키지 모델을 통해 냉ㆍ난방 시스템을 사용하는 다양한 건물에 적용할 수 있어 EMS의 국내ㆍ외 시장 모두 큰 경쟁력을 갖출 것으로 예상함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1 Test-Bed 구축환경 ... 4
• 2.2 알고리즘 개발 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 3.1 최적제어 스케줄 결과 ... 9
• 3.2 최적제어 스케줄 효율 검증 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 12
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 17