그린리모델링 건축물에 특화된 클라우드 EMS(Energy Management System)솔루션 ‘SS-NET’이 개발돼 전남대학교에 처음으로 적용됐다.

SS-NET은 ICT기반의 모니터링 분석시스템을 구축해 시뮬레이션 서비스를 제공하고 외피추정시뮬레이션을 이용해 실내에너지 및 ROI(Return On Investment)를 분석한다.

SS-NET은 정보통신기술진흥센터(센터장 이상홍, IITP) ‘창조경제밸리 혁신기술개발 사업’의 일환으로 추진된 연구과제에 따라 개발됐다. 에코다가 중심축을 맡아 레퍼런스 구축과 사업관리, 운영분석을 수행했다. 함께 참여한 삼성전자가 프로토콜 제공을, BEMS 전문기업 대단이 클라우드 서버를 개발을 맡았으며 전남대학교는 레퍼런스를 제공했다.

‘그린리모델링 건축물에 특화된 클라우드 EMS솔루션 개발과제’는 지난해 5월 착수돼 올해 4월 최종보고서가 제출됐다.

이번에 개발된 솔루션은 기존기술의 취약점을 개선하고 편의성과 에너지비용을 확보하는 에너지 수요관리서비스다. 클라우드 기반의 EMS플랫폼을 사용해 WEB SCADA(원격감시제어)가 가능하며 통합제어방식의 EMS 최적제어 알고리즘을 적용했다는 특징이 있다.

외피변수 도출…시뮬레이션 정확도 향상
올해부터 1만㎡ 이상 공공기관에 BEMS설치가 의무화되면서 시장의 요구는 늘어났지만 기존 EMS는 비용부문에서 한계가 많았다. 우선 전문인력이 상주해 EMS를 운용해야 했기 때문에 전문인력 부족과 인건비 상승을 피할 수 없었다. 또한 로컬EMS가 대부분이어서 모니터링을 할 수 있는 관제센터를 반드시 둬야 해 임대면적 축소, 구축비용 증가문제가 발생했다.

이번에 개발된 솔루션은 이와 같은 문제해결을 위해 개발됐다. 온라인으로 모니터링과 제어가 가능해 별도 관제센터가 필요 없고 편리성을 향상한 인터페이스로 전문적인 관리자가 아니어도 제어할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

SS-NET은 외피성능보정→시뮬레이션→EMS제어 단계로 이뤄져 에너지 및 비용을 절감한다.

가장 큰 특징은 외피추정 시뮬레이션을 별도의 소프트웨어로 개발해 추가적인 에너지진단 없이도 건물의 단열성능을 추정할 수 있다.

통상 도면·시방서를 분실하거나 준공 후 건물시스템변경 또는 리모델링을 했을 경우에는 그린리모델링 시뮬레이션에 입력할 정보를 구할 수 없는 때가 많다. 이렇게 되면 시뮬레이션 결과와 실제 결과에 편차가 커지게 된다. 정확성을 높이기 위해서는 시뮬레이션 모델의 보정작업이 필요하다.

이번 과제에서는 인공지능, 기계학습의 일종인 GA(Genetic Algorithm)*를 적용했다. 정확한 값을 알기 어려운 건물의 침기량, 벽체 단열재 두께, 창호의 열관류율 등 물성치를 기계학습으로 찾는 방법이다. 이를 통해 측정데이터와 시뮬레이션데이터를 보정함으로써 외피변수를 도출했다.

이에 따라 정확한 시뮬레이션이 가능해져 그린리모델링에 따른 에너지절감량을 예측할 수 있다. 시뮬레이션에는 도출된 건축물의 물성치와 함께 지역별 기후조건 및 특성 등 기상정보가 반영된다.

이후 단계는 쾌적제어알고리즘을 통한 EMS다. PMV(온열쾌적감)** 기반으로 제어해 기존 겨울철에는 기존 난방 설정온도보다 낮은 온도에서, 여름철 냉방시에는 보다 높은 온도에서 설정값이 수시로 변동하면서 제어돼 에너지를 절감할 수 있다.

전남대, SS-NET 구축
에코다와 전남대는 지난해 11월 MOU를 체결해 SS-NET을 구축하는 데 합의하고 지난 2월 구축을 완료했다. 연구과제 레퍼런스를 위해 구축된 솔루션이 연구과제가 종료되고 정식 출시됨에 따라 두 협약 당사자는 이를 기념하기 위해 지난 5월15일 준공식을 개최했다.

SS-NET은 전남대 농업생명공학관 2호관과 진리관에 구축됐다. 진리관 2개 호실에서 1주일간 진행된 외피변수 보정작업에서는 벽체의 단열재 두께, 외표면 흡수율과 창호의 열관류율, SHGC(일사에너지투과율) 및 건물의 침기량이 변수로 설정됐다. GA로 각 변수의 값을 도출한 뒤 진행한 시뮬레이션에서 실측값과 거의 유사한 결과가 나왔다. 이를 토대로 쾌적제어 EMS를 적용했다.

전남대의 경우 기존 난방설정온도는 24℃, 냉방은 22℃로 운전하고 있었는데 외피변수 도출을 통한 시뮬레이션과 쾌적제어 EMS를 통해 공조에너지 21% 절감효과를 보였다.

*GA(Genetic Algorithm): 유전자알고리즘이라고도 하며 생물진화과정을 모방한 최적화 탐색방법이다. 근삿값을 빠르게 찾는 장점이 있다.

**PMV(Predicted Mean Vote): 피험자를 대상으로 쾌적성을 실험한 결과와 열평형 방정식이 결합된 형태의 열쾌적지표를 말한다. 사람의 온열감각을 정량화해 수치로 표현한다.