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특별기획

[특별기획] 빌딩통합·최적제어 솔루션, 삼성 b.IoT

삼성 b.IoT ‘론칭’…BAS·BEMS 사업화 나서
시스템에어컨 역량 기반 ‘통합설비제어’

현대인은 일생의 85% 이상을 건물에서 보낸다. 먹고 자고 일하고 즐기는 대부분의 활동이 실내에서 이뤄지고 있으며 기후변화·환경오염이 심화돼 외부환경이 점차 척박해짐에 따라 이 시간은 계속 증가하고 있다. 선진국·대도시일수록 건물이 더 많은 자원을 필요로 하는 이유다.


이에 따라 건물의 에너지절감과 실내환경제어가 보다 중요해지고 있다. 최근 산업혁신을 불러올 것으로 예상되는 AICBM(AI, IoT, Cloud, Big data, Mobile)기술의 발달은 이와 같은 환경에서 해법을 제시할 것으로 전망된다.


현재 이와 같은 ICT기술을 건물에 접목하고 빌딩을 통합·최적제어해 자동화 및 에너지효율화를 이루고 있는 시스템이 BAS·BEMS다. 중요성이 증대됨에 따라 세계적으로 시장전망도 밝다.


지난해 글로벌 BAS시장은 594억3,000만달러(약 67조2,330억원)로 평가됐다. 해마다 12.1% 성장해 2026년에는 1,669억9,000만달러(약 188조8,990억원)시장으로 커질 전망이다. BEMS시장도 2020년에는 56억달러(약 6조2,450억원)로 몸집을 불릴 것으로 예상된다.


이와 같은 상황에서 글로벌 대기업이 장악한 BAS·BEMS시장에 국내 대기업들이 속속 진출하는 가운데 삼성전자가 건물통합설비제어시스템인 b.IoT에 강력한 드라이브를 걸고 있어 귀추가 주목된다.




b.IoT, 관리·운전효율 극대화


삼성 b.IoT는 공조·기계전력, 조명, 네트워크, CCTV 등의 무선화로 구축기간과 설치비용을 절약하고 다양한 설비의 효율적 통합관리와 최적화된 에너지효율운전으로 운영비용을 절감시키는 솔루션이다.


b.IoT는 1,000~5,000평(3,300~1만6,500㎡) 규모의 중형건물에 적합한 ‘Enterprise’와 100평대(330㎡) 및 그 이하의 중소형 건축물에 적합한 ‘Lite’ 등 2가지 라인업을 갖추고 있다.


Enterprise는 쾌적성확보, 자산가치 증대 및 효율화 등 빌딩의 다양한 요구사항을 만족시키기 위한 제품이다. 주요기능은 △빌딩 자동제어 솔루션(Integrated BAS) △지능형 에너지절감 △빌딩기기간 무선통신 △모바일관제 등이다.


무선·오픈플랫폼 BAS


빌딩자동제어 솔루션은 오픈플랫폼으로 운용된다. 와이파이(WiFi), 지그비(ZigBee), 블루투스 등 표준 무선프로토콜을 탑재한 무선 IoT AP(Access Point)를 기반으로 다양한 센서와 기기를 무선으로 통합한다. 또한 빌딩 내 주요설비 및 시스템통합을 위해 백넷(BACnet), 모드버스(Modbus) 등 표준 통신프로토콜을 지원한다.


차별성은 시각화부분이다. 주요기기의 운영현황을 대시보드로 제공한다. 공조·조명·네트워크 등 주요설비의 운영현황 및 에너지사용현황을 모니터링할 수 있으며 주요 관제점의 추이를 지속적으로 파악할 수 있다. 카드모양의 현황데이터 윈도우패널은 사용자편의에 따라 다양하게 조합해 레이아웃을 구성할 수 있다.


건물내 자산의 위치추적솔루션도 특징이다. 비콘(Beacon)을 이용해 이동식공조기, 사무기기 등 이동형자산에 특정구역을 설정하고 구역이탈 여부를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 건물내 주요 자산의 위치를 즉각 파악할 수 있어 관리의 자동화가 가능하며 고가자산을 도난 등으로부터 보호할 수 있다.


이와 함께 서드파티(3rd Party) 시스템연동을 통해 다양한 IoT 부가서비스를 제공할 수 있다. 삼성계열사가 생산하지 않는 부분의 조명·전력·기계설비·보안·센서·ESS·신재생에너지설비 등을 연동한다. b.IoT에서 수집된 정보를 외부 서드파티 시스템에 제공해 다양한 서비스를 구현한다.


예컨대 b.IoT와 보안시스템을 연동할 경우 출입제한 구역에 대한 스마트 출입관리 서비스를 구현할 수 있고 통신시스템과 연동으로 교실 내 비콘이 학생 스마트폰의 신호를 인식해 자동출결처리하는 서비스도 가능하다.


E절감 알고리즘 차별화


에너지절감은 기존 유통되는 BAS와 가장 큰 차별성이 나타나는 부분이다. b.IoT는 삼성전자의 시스템에어컨 제어기술을 바탕으로 공조기기에 최적화된 에너지절감 서비스를 제공한다. 시간·공간별 통합제어로 에너지효율을 높이고 비용을 절감하며 사용자 상황에 맞는 쾌적환경을 조성하도록 기기를 제어한다.


‘데이터기반의 쾌적제어’ 시스템은 8대 기후데이터분석을 통해 쾌적온도를 산출하고 실내기를 자동으로 설정한다. 특히 기후와 재실자의 착의량·활동량을 고려한 적합온도를 산출해 과냉난방을 방지하는 고난이도 기술이 적용됐다. 풍량도 실내 열부하를 기반으로 조절해 쾌적한 환경을 제어한다. 이를 통한 에너지절감률은 21.9%(에너지플러스 시뮬레이션 기준)다.


‘재실기반의 쾌적제어’를 통해서도 8.2%의 추가 에너지절감이 가능한 것으로 실증됐다. IoT AP로 재실자의 수 및 밀집도를 파악해 자동으로 온·습도를 조절하고 조명을 on·off 하거나 밝기(Dimming)를 제어함으로써 에너지를 절약한다.


‘빅데이터 분석을 통한 비효율운전 검지’도 에너지절감 요소가 될 수 있다. △공간누수 검지(공간별 온도변화 특성을 분석해 창문·출입문 개방 등 공간 내 열누수 검지) △시간누수 검지(실내기별 장시간운전이나 규정시간 외 운전을 검지) △설정온도 관리(쾌적기반 설정온도 제어 외 비정상적·비효율적 설정온도를 검지) 등의 기능을 갖추고 있다.


AI 학습기반의 ‘예냉·예열시간 최적화시스템’도 가능하다. 공간 열특성을 학습해 최적화하는 것으로 온도변화 및 공조기 설정데이터로 목표온도 도달시간을 예측한다. 이에 따라 에너지를 9.5% 절감할 수 있는 것으로 나타났다.


이밖에도 에너지비용측면에서 ‘변동요금체계 대응을 위한 최적제어’ 기능도 활용할 수 있다. 시간대별로 변동하는 요금체계에 대응하기 위해 실내온도 및 실외기 성능을 적절히 제어해 에너지소비량과 운전비용을 절감한다.


기능은 △실내부하를 계산해 부하에 따라 실외기 가동률을 제어하는 ‘고효율 운전’ △높은 요금대 시간에 가동을 피하기 위한 ‘예냉·예열운전’ △재실자 쾌적감을 해치지 않는 범위에서 실내온도를 서서히 변경하는 ‘변동요금제 대응제어’ 등으로 구성된다.


이에 따른 에너지절감효과는 냉방 시 27.8%, 난방 시 19.6%로 나타났으며 전기요금 절감효과는 냉방 시 38%, 난방 시 22.1%로 나타났다.




S-NET, E비용 30% ↓


Lite는 △공조 스마트 키트 △S-NET Cloud로 구성된다. 스마트키트는 DVM칠러와 AHU, 외조기, FCU, 바닥난방, 급탕을 연동해 통합제어할 수 있는 패키지다. 삼성 DVM칠러는 개별공조방식(VRF)과 중앙공조방식(Chiller)의 장점을 결합한 콤팩트한 공랭식 히트펌프 제품이다.


스마트키트는 DVM칠러와 연결돼 독립적인 원격제어/감시가 가능해 소규모 부하에 효율적인 제어시스템이다.


또한 S-NET Cloud는 삼성시스템에어컨용 원격에너지관리솔루션으로 캠퍼스·오피스·리테일 등의 에너지절감, 비효율운전 감지, 운전·에러현황 파악 등 기능을 수행한다.


알고리즘은 적응쾌적제어(ACC), 변동요금제대응(PRC), 비효율운전검지 등을 활용한다. 이를 통해 최대 에너지소비량 25.3%, 에너지비용 30%를 절감한다.


원격관리도 가능해 모바일, 태블릿, PC에서 대시보드를 통한 모니터링과 에너지 누수의심기기 검지 및 개선의 가이드를 받을 수 있다. 또한 모바일기기로 제어 및 모니터링은 물론 복수현장을 원격으로 관리할 수 있다.


클라우드를 이용하기 때문에 삼성원격 관제센터와의 연동으로 기술지원을 받는 점도 특징이다. 현장특성에 맞는 에너지제어를 설정하거나 에너지분석을 통한 리포트를 발행하며 에너지절감과 관련된 기술문의와 고장발생 시 유지보수 서비스를 제공한다.




초기투자비 절감 ‘강점’


b.IoT는 △빌딩무선화 △소프트웨어(S/W) △엔지니어링부문에서 비용을 절감해 초기투자비를 절감하고 있다.
빌딩무선화를 통해 케이블링 공사를 배제함으로써 최대 15%의 공사비가 절감된다. S/W는 정가 기준으로 Enterprise는 4,000만원, Lite는 500만원대 수준으로 기존 글로벌 BAS기업보다 다소 저렴하게 책정됐다.


가장 큰 비용절감효과는 엔니지어링부문에서 확보하고 있다. 통상 BAS·BEMS설치 시 가장 큰 비용이 투입되는 부분은 하드웨어와 엔지니어링 비용이다. 특히 엔지니어링은 현장의 상황에 따라 시스템을 구축하기 위해 개발자·전문가 등 다수 인력이 장기간 투입돼야 해 비용이 높아진다.


통상 공조기 등 기계설비를 백넷과 모드버스만으로 연동해 on·off제어, 온도제어하게 된다. 이때 개별 설비의 포인트를 잡고 시스템과 연결하는 데 상당한 시간이 소요되며 최적제어와 같은 효율운전은 구현하기 어렵다.


만약 해당 건물이 삼성의 시스템에어컨을 사용하고 있다면 b.IoT 적용 시 PnP(Plug & Play)타입으로 데이터를 곧바로 제공받을 수 있어 시간이 대폭 단축된다. 이를 통해 엔지니어링 비용을 20~30% 절감할 수 있다.


공조설비 종합제조 역량, E최적제어 ‘기반’


삼성전자가 기기·설비 제조기업이라는 점도 b.IoT가 전통적인 BAS업체에 비해 높은 에너지절감 효과를 확보할 수 있는 배경이 된다.


기존 삼성전자는 시스템에어컨과 같은 일반 공랭식 히트펌프 제품에서 최근에는 지열, 공랭식 칠러, 수냉식 히트펌프 제품 등으로 라인업을 확대했다. 또한 급탕, 난방, AHU 및 FCU를 결합한 EHS(Echo Heating System)도 출시해 중앙공조설비 중 수냉식·흡수식냉동기를 제외한 모든 제품을 생산하고 있다.


냉동기도 세계적인 냉난방공조시스템 및 서비스·솔루션기업인 트레인과 협업하고 있으며 공조·난방용 댐퍼, 밸브액추에이터, 콘트롤밸브, 센서 등은 세계적 기업인 벨리모와 제휴하고 있다.


사실상 이와 같은 배경은 삼성전자가 b.IoT개발을 결정했던 요인 중 하나로 작용했다. 다양한 제품라인업을 갖춘 만큼 기존 BAS에서 제공하는 단순한 on·off제어만이 아니라 최적제어가 가능해 졌고 이를 위한 관리 소프트웨어 필요성에 따라 b.IoT가 기획됐다.


특히 정부 정책과 사회적 이슈에 따른 시장의 니즈변화도 제품개발의 동력이 됐다. 공공기관 에너지이용합리화법, 미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법 등이 제·개정되면서 시장에서도 실내공기질을 고려하면서 에너지를 절감할 수 있는 방안을 요구했다.


즉 시스템에어컨, 공기청정기 등을 사용하면서 온·습도 및 CO₂센서, 조명 등 기기·기계설비들과의 시스템통합을 통해 에너지절감과 관리용이성을 확보해달라는 것이다.


b.IoT는 자사제품의 데이터수집·제어역량을 바탕으로 이를 확보했으며 대시보드와 2D레이아웃(기계설비별 평면도) 등을 제공해 관리자들의 요구를 만족시키는 방향으로 접근해 솔루션을 개발했다.




스파이어빌딩 E절감 실증


현재 b.IoT는 △폴란드 바르샤바 스파이어 빌딩 △대구 삼성 창조캠퍼스 △영덕 연수원 △전남대 등에 적용돼 업무용, 숙박용, 대학교 건물과 같은 다양한 용도의 적용사례를 보유하고 있다.


폴란드 바르샤바에 위치한 스파이어 빌딩은 지하 2층, 지상 46층 건축물로 에너지절감 알고리즘이 집중적으로 적용됐다. 470평(약 1,550㎡)인 22층을 기준으로 AI기반 쾌적제어를 시뮬레이션한 결과 VRF(냉매유량가변형시스템) 실외기 2대, 실내기 51대에서 21.9%의 에너지절감률을 보였다.


실증을 진행한 재실기반 쾌적제어는 VRF 실외기 1대와 실내기 17대가 설치된 회의실을 대상으로 실내외 기상데이터를 반영해 적용한 결과 8.2%의 에너지절감률을 나타냈다.


학습기반 예냉·예열 절전제어도 실증됐다. 470평 규모의 24층에 설치된 63대의 시스템에어컨 중 VRF실외기 2대, 실내기 42대가 적용된 사무공간을 대상으로 측정된 에너지절감률은 9.5%였다.


국내 모 대학교의 경우 시스템에어컨이 설치된 18개동과 신축 1개동의 기계설비를 b.IoT로 연결하고 제어 및 모니터링을 진행했다.


해당 프로젝트의 이슈로는 에너지절감, 미세먼지·라돈 등 실내공기질 측정, 학습실 대기자 분산 등이 있었다. 기존 시스템으로는 에너지모니터링과 관리가 어렵고 실시간으로 발생하는 문제에 대응하는데도 한계가 있는 상황이었다.


b.IoT는 재실시간이 길어 공기질 오염도가 높은 도서관에 디스플레이기기로 공기질 정보를 제공하고 관리자의 대시보드에도 표기해 오염도가 특정레벨 도달 시 알람을 발생시켜 개선조치를 유도한다.


또한 조별학습 등 학습실 수요가 많은 건물에는 단말기에 혼잡탐지앱을 설치하고 교내 무선인터넷에 접속한 경우 혼잡도를 조회할 수 있게 해 학생들의 대기시간을 줄이고 학습공간수요를 분산시켰다.


알고리즘 고도화 추진


삼성전자는 b.IoT의 지속적인 성능개선에 나설 방침이다. 제어알고리즘에 날씨요인을 반영한 자율제어 및 예냉·예열제어를 하는 방식이 연구되고 있다.


같은 온도라도 맑은 날과 흐린 날 사용되는 에너지는 다르다. 같은 26℃를 목표로 하더라도 토출온도가 8℃인지 10℃인지에 따라 절감률에는 차이가 발생하며 습도제어와 온도제어를 어떤 비중으로 수행하느냐에 따라서도 차이가 발생한다.


삼성전자는 국내외 기후대가 다르고 최소 3년 이상은 실증해야 효과를 검증할 수 있어 연구를 지속할 방침이다.


또한 최근 시장에서 가장 관심을 두고 있는 부분은 신재생에너지, ESS와의 연계, 공조기와 공기청정기를 연동한 미세먼지 솔루션이다. 삼성전자는 기존 제품에 이와 같은 요소를 결합한 종합솔루션을 제공할 방침이다.