AI를 기반으로 건물에너지 및 환경을 자율적으로 제어하기 위한 솔루션을 개발하는 iBEEMS연구단에서 1-2세부는 세종대학교 건축환경설비연구실이 주관기관을 맡았다. 아이캡틴(iCAPTAIN)과 오텍캐리어가 참여해 건강한 환경조성과 실내공기질(IAQ) 개선을 목표로 연구를 진행하고 있다.

세종대 건축환경설비연구실은 다양한 오염물질의 공기전파 시뮬레이션을 통한 오염물질 유출입을 파악하고 저감방법에 대한 연구를 진행하고 있다. 아이캡틴은 군중 시뮬레이션 기술력을 바탕으로 군중 밀집도에 따른 접촉감염 위험도 분석과 대피시스템 분석, 대규모 인파유동에 대한 분석을 진행하고 있다. 오텍캐리어는 공조시스템의 우수한 기술력을 바탕으로 가정용 및 상업용뿐만 아니라 대형빌딩, 발전소 등 다양한 상업‧산업시설에 공조기를 공급하고 있다. 성민기 iBEEMS연구단 1-2세부총괄을 만나 연구목표 및 성과에 대해 들었다.

■ 연구단 참여배경은
코로나19 이후 공기매개 감염병에 대한 관심이 많아졌다. 이에 따라 사회적으로 다양한 연구와 제어방안 필요성이 대두됐다.

기존 자동제어시스템에서는 실내환경에만 초점을 맞춰 제어를 진행했지만 iBEEMS연구단은 자동제어 시 재실자를 고려한 쾌적한 IAQ제공에 더해 감염병 전파위험도를 낮추는 기술을 반영한 자동제어 필요성을 제기했다.

이에 따라 연구단에 참여하게 됐다. 세종대 건축환경설비연구실에서 개발한 시뮬레이션을 활용해 공기매개 오염물질 유출입을 분석하며 이를 저감하기 위해 기존 연구기술을 활용해 개선방안을 도출한다.

또한 이러한 시뮬레이션에 아이캡틴이 개발한 기존 군중 시뮬레이션을 접목한다. 이를 통해 다중이용시설에서 군중이동과 접촉감염 위험도분석을 융합함으로써 전체적인 공간에서의 감염위험도를 분석한다.

오텍캐리어는 도출된 위험정보를 기반으로 환경을 개선하기 위해 공기질관리 솔루션을 연동하며 보조냉난방 통합환기시스템을 활용해 자동제어한다.

이로써 건강한 환경조성은 물론 쾌적한 IAQ 제공이 가능해지며 이를 구현할 수 있도록 1-2세부 참여기관이 연구개발에 매진하고 있다.

■ 연구목표는
다중이용시설에서 기존 자동제어 연구와의 차별화를 위해 iBEEMS연구단이 제동제어를 진행할 때 IAQ와 에너지소비량뿐만 아니라 감염위험도를 판단한다. 또한 이를 제어하기 위한 방법을 도입함으로써 이용자들에게 더욱 쾌적한 환경을 제공하는 것이 목표다.

1-2세부에서는 실제 사용공간의 환경데이터와 시뮬레이션 결과를 활용해 실시간 감염위험도를 분석하고자 한다. 또한 분석에서 그치지 않고 건물 이용자에게 건강한 환경을 제공하기 위해 기존 공조시스템과 함께 UVGI(자외선살균)를 활용한 살균, 실간차압을 활용한 오염물질 유출입 제어 등 다양한 방법을 활용해 감염위험도를 낮추는 방안에 대해 연구하고 있다.

■ 현재 연구성과는
1-2세부에서는 AI를 활용해 일정시간 경과 후 다음 타임스탬프(time stamp)의 PM2.5, CO₂ 농도를 예측한 결과 정확도 86%를 달성했다. 또한 감염리스크 저감방식 중 하나로 공조기 내부에 설치한 UVGI를 활용한 부유균 및 표면균 살균을 진행함으로써 자체측정 결과 최대 50% 부유균 저감을 확인했다.

이와 함께 군중시뮬레이션과 전산유체역학 시뮬레이션을 활용해 감염위험도 평가시뮬레이션을 개발했으며 95% 이상 정확도를 달성했다.

추가로 1-2세부에서 1단계 동안 3건의 SCI논문, 2건의 비SCI 논문, 17건의 국내‧외 학회발표와 더불어 8건의 특허출원, 10건의 시작품 출시, 7건의 고용창출을 달성했다. 

■ 향후 개발계획은
5차연도에는 시뮬레이션과 챔버에서 실험한 결과를 토대로 기존 3, 4차연도에 개발한 감염확산 능동제어 기법을 실증사이트 데이터를 바탕으로 개선할 계획이다. 기존 실증사이트와 5차연도 추가 실증사이트에 개선된 감염확산 능동제어 기법을 적용함으로써 성능검증을 진행하고자 한다.

현재 감염확산제어 알고리즘은 기관마다 결과를 iBEEMS 플랫폼에 전송하는 방식을 사용했지만 실시간 환경데이터를 바탕으로 개선되는 알고리즘은 통합 iBEEMS 플랫폼에 모듈화해 탑재할 계획이다. 또한 건물별 위험도 분석이 가능한 AI기반 위험도 예측 알고리즘을 개발해 감염확산 능동제어 기법과 연동하고자 한다.

이후 6차연도에는 1~5차년도까지 개발한 감염확산제어 알고리즘을 모든 실증공간의 데이터를 바탕으로 효과적으로 개선하며 마무리 단계로 통합 iBEEMS에 탑재된 알고리즘을 안정화시키는 작업을 진행하고자 한다.

■ 공기매개 감염예방에 특화됐는데
1-2세부는 1-1세부와 다양한 협업을 통해 건물 이용자들의 건강한 환경구성을 위해서 쾌적한 실내공기질 제공과 감염위험도 저감이라는 측면에서 다른 연구들과 차별화된다.

기존에는 감염과 오염물질 유출이라는 분야가 병원, 요양원과 같은 취약시설에서만 고려됐지만 이번 연구기술은 다중이용시설의 감염리스크를 낮춘다는 의미가 크다. 대부분의 다중이용시설에 적용이 가능해 보편적으로 감염위험을 낮추는 효과가 기대된다.