디지털 공간모델링 기법과 유비쿼터스 IT 기술을 접목한 빌딩 에너지 관리방법에 관한 기초연구
＊A Basic Study on the Method of Building Energy Management Based on Digital Space Modeling and Ubiquitous IT Technology
박용준** 박남희*** 최진원****
Park, Yong Jun Park, Nam-hee Choi, Jin-won
Abstract
Recently, the consuming efficiency of energy and natural resources has been a hot issue because of the continuous increasing of energy consumption and soaring of international oil prices. We tried to seek an action plan for the government's new paradigm 'Low-Carbon, Green Growth' by consuming energy efficiently and improving in energy management based on ubiquitous IT technologies.
In this study, the library survey method is adopted for this study and IP-USN(internet protocol based ubiquitous sensor network) is considered as a core technology among various ubiquitous IT technologies. The purpose of this study is to deliver a method of energy management through integrating the context information gathered from sensors with digital space models and visualizing them together. The details are to survey the technologies of digital space modeling, USN based monitoring, building energy management and to integrate these technologies all together.
This study will contribute to the enhancement of efficient building energy management by grasping the accurate situation of energy consuming in the building in realtime and minimizing unnecessary energy wastes.
Keywords : Digital Space Modeling, Ubiquitous, Building Energy Management 주 요 어 : 디지털 공간모델링, 유비쿼터스, 빌딩 에너지 관리
Ⅰ. 서론
1. 연구배경 및 목적
현재, 우리나라를 비롯하여 전 세계 각국이 환경위기와 자원위기에 동시에 직면해 있으며, 이러한 미래 위협요소 에 대한 선제 대응을 하기 위해 녹색기술과 녹색산업을 전략적으로 육성하고자 노력하고 있다. 특히, 한국은 CO2
배출량 세계 10위(IEA, CO2 Emissions from fuel combustion 2005), 온실가스 증가율은 2.8%로 OECD 국 가 중 1위를 차지하고 있어 교토의정서가 만료되는 2012 년에는 온실가스 의무감축국에 포함되는 것이 확실시되고 있다.
이러한 환경에 대한 국내외 상황을 극복하기 위한 노 력으로 정부는 녹색기술과 청정에너지를 통한 저탄소 녹 색성장을 향후 60년의 새로운 국가비전으로 제시하였다.1)
* 본 연구는 국토해양부 첨단도시기술개발사업 - 지능형국토정보기술 혁신 사업과제의 연구비지원(07국토정보C04)에 의해 수행되었습니 다.
** 정회원(주저자), 연세대학교 주거환경학과 석사과정 *** 정회원(교신저자), 연세대학교 주거환경학과 겸임교수
**** 정회원, 연세대학교 주거환경학과 부교수
무엇보다도 한국은 국내 에너지 총 사용량의 97%를 수입 하는 등(국가에너지위원회, 2030국가에너지기본계획, 2008) 에너지 대외의존도가 높은 국가이므로 에너지 저소비형 산업구조로의 개편도 필요하지만 우선 에너지 소비절약과 사용의 효율화를 통해 저비용으로 가시적인 성과를 기대 할 수 있을 것으로 본다.
또한, 우리나라는 IT강국으로서 유비쿼터스 IT기술을 활용하여 최첨단 미래도시 모델인 U-City를 구축하고자 노력해오고 있으며, 특히 국토해양부에서 주관하고 있는 U-Eco City R&D, 지능형국토정보기술혁신사업은 건설과 IT융합의 관점에서 이러한 시대적 요구를 반영하고 있으 며, 첨단그린도시 건설을 목표로 진행되고 있다. 인간의 삶의 공간을 대상으로 하는 U-City는 그 대상 범위나 특 성상 산업 전 분야에 걸쳐 IT기술이 융․복합되어져 유비 쿼터스 서비스의 형태로 구현된다. 본 연구에서는 녹색성 장을 위한 유비쿼터스 서비스의 구체적인 예로서, 유비쿼 터스 IT 기술을 도입을 통한 빌딩 에너지 관리의 고도화
1) 녹색성장을 위한 3대 요소: 견실한 성장을 하되, 에너지 자원 사용량 은 최소화, 동일한 에너지 자원을 사용하되, CO2 배출 등 환경 부하 를 최소화, 신성장동력으로 개발 (저탄소 녹색성장 추진전략, 대통령 실 국정기획수석비서관, '08.10.27)
와 이를 통한 에너지 사용의 효율성 제고 방안을 모색하 고자 하였다.
1970년대 이후 컴퓨터의 발달과 함께 이를 이용한 에너 지 관리기술이 개발되어 왔다. 최근에는 센서, 네트워크 기술의 고도화로 USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 기반의 빌딩 에너지 관리기술 개발과 연구가 꾸준히 진행되어 오 고 있다. 반면에, 빌딩이라는 거대한 건축물과 그 내부의 수많은 시설물을 관리함에 있어서 단순히 숫자로 제시되 는 수많은 데이터를 효과적으로 분석하고 직관적으로 판 단하는 것은 관리자의 입장에서 쉽지 않은 일이다. 이를 개선하기 위한 방안으로 디지털 공간모델링 기술을 도입 을 검토하게 되었으며, 아직 이와 관련된 연구사례는 거의 없었다.
따라서 본 연구에서는 센서로부터 수집된 상황정보와 공간모델의 통합 가시화를 통한 직관성 제고방안과 이를 기반으로 한 에너지 관리 상의 의사결정지원 기능 향상방 안에 초점을 두어 연구를 진행하였다.
2. 연구방법 및 수행체계
본 연구는 도서관 서베이 방법을 이용하여, 빌딩 에너 지관리 분야, 유비쿼터스 센서 네트워크분야, 디지털 공간 모델링 분야 등으로 구분하고, 각 분야의 전문자료를 조사 하였다.
그림 1. 연구수행 체계 및 흐름도
특히, 개별 분야에 대한 전문자료 조사를 위해서 대한 설비공학회, 대한건축학회, 한국실내디자인학회, 대한전자 공학회 등 관련 단체의 학술논문 및 학회지 14편을 활용 하였으며, 기술에 대한 이해를 돕기 위하여 유비쿼터스 센 서 네트워킹을 중심으로 한 U-IT 기술현황에 대하여 한 국정보통신연구진흥원의 전자통신동향분석, IP-USN포럼 의 세미나 자료를 참고하였다.
국내 에너지 총 소비량 중 건축물(상업 및 가정부문)이 차지하는 비율은 35%에 달하며, 건축물의 생애주기비용 (LCC: Life Cycle Cost)의 83.2%를 유지관리비용이 차지
하고 있고, 이중 30%이상이 에너지비용으로 나타나고 있 어 본 연구에서는 에너지관리 대상 공간을 빌딩(상업 및 가정부문)으로 하였다.2)
선행연구에 대한 조사를 위해 검토 대상 기술을 빌딩 에너지 관리기술, USN(유비쿼터스 센서 네트워크) 기술, 디지털 공간 모델링 기술 등 크게 세 분야로 구분하였고 각각의 기술현황과 도입 및 적용사례에 대해 조사하였다.
그 다음, 각 기술 간의 연계방안에 대해 검토를 하였는 데, 세부적으로는 1) USN을 기반으로한 장비와 공간별 정보수집 방안 검토, 2) USN기술과 공간모델링의 접목을 통하여 센서기반의 상황정보와 공간모델의 통합 가시화 방안을 검토하였고, 3) 수집된 정보의 지능적인 분석을 통 한 의사결정 지원 방안에 대해 검토하였다.
마지막으로, 디지털 공간모델링 및 U-IT기술의 상호 연계를 통한 효과적인 빌딩 에너지 관리방법을 제시하고 자 하였다.
Ⅱ. 문헌 고찰
1. 빌딩 에너지 관리 기술
빌딩 에너지 관리와 관련된 선행 연구 문헌에서 건물 에너지 관리(Building Energy Management)룰 거주자의 쾌적도를 저하시키지 않으면서 냉․난방, 환기, 조명 등의 실내 환경 조절을 목적으로 소비되는 에너지의 사용을 극 소화하기위하여 기존 건물을 대상으로 에너지 절약을 위 한 기술적인 조치는 물론, 실질적인 에너지 사용형태, 시 스템의 효율, 정상적인 작동 및 운전스케줄 등에 대해서도 지속적으로 유지․관리함으로써 건물이 생애기간 동안 최 상의 에너지 효율을 유지할 수 있도록 하는 일련의 활동 으로 정의하고 있다.3)
일반적인 건물에너지 절약을 위한 주요방법으로는 건축 게획적 접근방법(건물형상, 건물의 방위, 개구율, 일사, 단 열)과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전효율을 향상시키 는 설비적 접근방법(설비 시스템 효율, 기기효율, 제어방 법, 자연에너지/미활용에너지 이용)으로 구분되는데4), 이 중 본 설비적 접근방법에 따른 효율적인 에너지 유지․관 리 기술은 다음과 같다.
y 빌딩 설비제어시스템의 운전조건 최적화 y 빌딩자동제어시스템 고장검출 및 진단시스템 y 빌딩공조제어를 위한 에너지관리소프트웨어
(야간운전제어, 야간 외기 취입 제어, 최적 기동 제 어, 최적 정지 제어, 절전 운전 제어, 엔탈피 제어) y 빌딩 조명제어시스템
y 에너지 사용의 원격감시 및 제어시스템 (원격감시/제어, 정보분석/시뮬레이션)
2) IBCC기술연구회(2008) 유비쿼터스 센서네트워크 기반 3차원 건축물 에너지 모니터링 및 제어시스템 개발 최종보고서, pp. 1-2 3) 이승복(1999) 건축기술(환경)-건물 에너지관리 프로세스, 대한건축학
회, 건축 제43권 제1호, p. 38
4) 안병천(2002) 대한설비공학회, 대한설비공학회 강연회 및 기타간행물 대한설비공학회 2002년도 에너지관리부문 학술강연회, pp. 169-185
문헌 조사를 통해 빌딩 에너지 관리 기술개발 동향은 조명, 설비, 공조 등 빌딩 에너지의 대한 제어시스템 및 함께 이를 관리하기 위한 소프트웨어 개발이 함께로 이어 져 오고 있으며, 각각의 개별 제어시스템을 자동화하고 통 합하는 형태로 발전해오고 있음을 알 수 있었다. 또한, 빌 딩 에너지 제어에 필요한 계측정보를 수집하고 설비제어 를 위하여 전력선통신기술과 센서 네트워크 기술이 접목 되는 등 다양한 기술이 융합되고 기능이 고도화되고 있음 을 확인할 수 있었다.
2. 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)
유비쿼터스 환경은 누구나 시간과 장소에 관계없이 컴 퓨터를 의식하지 않고 언제 어디서든 자유롭게 접속할 수 있는 환경을 말하는데, 이러한 환경을 제공하기 위해서는 사람과 사물, 사물과 사물 간의 인지 및 네트워크화 되어 야 한다, 그 기반 기술 중의 하나로 유비쿼터스 센서 네트 워크(USN)를 들 수 있는데, USN은 다양한 전자 디바이 스 및 모든 사물이 실시간으로 네트워크에 연결하여 탐지 하고 모니터링하여 사람의 의지에 부합하는 서비스를 제 공한다.5)
현재 다양한 무선 네트워크 기술이 개발되어 있는데, 표 2.에서는 각각의 무선 네트워크 기술별 성능과 특성을 확인할 수 있다.
Property 802.11
Wi-Fi Bluetooth ZigBee UWB UHF Wireless USB
IR Wireless
Near Field Magnetic
Operating frequency
802.11 b/g 2.4GHz
2.4GHz 868MHz
902- 928MHz 2.4GHz
3.1- 10.6GHz
260- 470MHz
820- 928MHz
2.4GHz infared
800- 900nm
Maginetic coupling 802.11 a
5GHz
Data rate
11Mbits/s 54Mbits/s11Mbits/s
20Kbits/s 40Kbits/s 250Kbits/s
100-500 Mbits/s
10-100 Kbits/s
62.5 Kbits/s
20-40 Kbits/s 115Kbits/s
4&16 Mbits/s
64-386 Kbits/s
Range 100meters
50meters 10meters 10-100
meters 10meters 10meters -10miles 10meters
1-9meters line-of -sight
1-3meters
Networking Point-to -multipoint
Ad hoc piconets
Ad hoc, start, peer-to- peer mesh
Point-to -point
Point-to -point
Point-to -point
Point-to -point
Point-to -point
Complexity High High Low Medium Lowest Low Low Low
Power
consumption High Medium Very Low Low Low Low Low Low
출처: 박준성, 김기형 "IP-USN 기술 및 표준화동향"(2007)
표 2. 무선 네트워크의 비교
다양한 무선 네트워크 중에 대표적인 센서 네트워크 모 델로 고려되고 있는 것은 그림 2와 같이 Wireless Sensor Network, ZigBee Network, IP-USN 등의 3가지를 들 수 있으며, 표 3.에서 각각의 특성에 대해 정리하였다.
5) 박준성, 김기형(2007) IP-USN 기술 및 표준화 동향, 대한전자공학회, 텔레콤 제23권 제2호, pp. 74-82
그림 2. 유비쿼터스 센서 네트워크 개념도
출처: 박준성, 김기형 "IP-USN 기술 및 표준화동향"(2007)
센서 네트워크 특 성
Wireless Sensor Network
y 센서노드가 무선으로 메쉬 토폴로지 또는 트리구조로 구성 됨
y sink노드의 쿼리 또는 센서노드의 이벤트로 발생된 데이터 를 DB서버 또는 호스트에 수집됨
ZigBee Network
y 센서간의 데이터 통신과 ZigBee 게이트웨이를 통해 인터넷 과의 연결이 가능
IP-USN
y 다른 네트워크에 있는 센서와 센서 간 혹은 센서와 호스트 간의 End-to-End 커뮤니케이션이 가능
y 멀티라우터 가능하므로 대규모, 확장성, 신뢰성이 보장됨 출처: 박준성, 김기형 "IP-USN 기술 및 표준화동향"(2007)
표 3. 무선 네트워크 특성
센서 네트워크는 넓은 지역을 대상으로 많은 수의 센서 노드가 구축되기 때문에 센서노드의 가격이 저렴하고 크 기가 작아야 하며, 센서노드가 배터리로 구동이 되므로 지 속적인 기능을 하기위해서는 배터리의 교환 또는 재충전 이 필요하기 때문에 저전력으로 설계되어야 한다.
우리나라에서는 U-City의 도시기반 시설물 모니터링, IBS(Intelligent Building System)의 설비 모니터링 및 제 어 등 다양한 분야에서 USN을 구축하고 있는데, 이러한 요구사항을 충족시켜주는 기술로서 6LoWPAN(IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network)기반의 한 국형 IP-USN(ALL IP based USN)의 기술 표준화와 응 용서비스 개발에 박차를 가하고 있다.
3. 디지털 공간 모델링
컴퓨터의 급속한 발전과 더불어 건축분야에서도 건축설 계전용 소프트웨어의 보급과 확산을 통하여 종래의 전통 적인 건축설계방식에 큰 변화를 가져왔고, 2D기반의 건축 도면이 보편화되었으며, 현재는 3D기반의 건축모델링 기 술의 고도화를 통한 응용단계에 들어서있는데, 표 4.에서 현재 상용화되어 있는 디지털 모델링 도구의 유형과 기능 을 모델링, 렌더링, 디스플레이 등 3가지로 구분하여 살펴 보았다.
김영민 외(1996)는 건축 구조물의 3차원 모델 구축에 대한 개념을 건축 구조물 정보를 크게 형상정보 (Geometry Information), 위상정보(Topology Information), 설계정보(Design Information) 라는 세 가지 관점에서 구 분하고 이들 각 관점에 대하여 정보를 분석한 후 이들 간 의 관계를 정립하는 것이라고 하였다.6) 최근에는 이러한 3D-CAD의 개념에 시간을 추가한 4D-CAD의 개발로 건
설 공정 관리 도구로 사용되고 있다.
분류기준 세부기능
모델링 (25종)
3D projections in 2D, 3D wireframe, 3D surfaces, 3D surface-w/Boolean operations, 3D solids, 3D solids-w/Boolean operations, uses CSG, uses B-REP, solid geometry, 2D & 3D rational b-splines (NURBS), Coons patches, Bézier curves-as line segments and complex curves, text can follow an arc, circular arrays, parallel lines with automated intersection cleanup, intelligent entities, stretch and extend, pan and zoom are nested and can be used without , parametric schedules, integrated raster and vector, raster editing/manipulation tools, Vectorizing, free from sketching mode
렌더링 (15종)
anti-aliasing, image merge with raster images, perspectives, hidden line removal, surface shading, integrated shading, integrated real-time shading, projected shadows, phong shading, gourand shading, radiosity, ray tracing, texture mapping, bump mapping, transparency of objects
디스플레이 (9종)
dynamic 3D rotation, 3D rotation w/dynamic hidden-line removal, 3D rotation w/dynamic surface shading, 4D VR(VRML, VRAD), tweening, inverse kinematics, morphing, drawings generated automatically from the solid model, web 출처: 변지만, 이광희 "건축디자인 전문 소프트웨어의 기능 향상에 관한 연구"(2006)
표 4. 디지털 건축디자인 기능의 유형분류
제품명 벤더 주 분야 주요 프로젝트
Schedule
Simulator Bentley Systems 일반용/플랜트 다수 fourDviz Balfour
Technologies 운송, 공항 보스턴 로건 공항
PM-Vision
Construction Systems Associates
플랜트(원자력) 웨스팅하우스
원자력 발전소
-
Walt Disney Inmagineering/
Stanford University
일반용 월트 디즈니
콘서트 홀
SmartPlant Intergraph Corp. 플랜트 다수
Project Studio VirtualSTEP Inc. 일반용 매리어트 호텔 Visual Project Visual
Engineering 플랜트/일반용
출처: 이재철 "4D 시뮬레이션을 위한 객체 라이브러리의 정의 및 구현"(2002)
표 5. 4D 시각화 도구 및 벤더
또한, 앞서 빌딩 에너지 관리 부분에서도 언급한 바 있 지만, 건물의 생애주기 범위에서 발생되는 비용 중에서 초 기에 소요되는 설계비용이나 건축비용에 비해 완공 후 유 지․관리에 소요되는 비용이 월등히 많기 때문에 최근 건 설업계에서는 단순한 3D건축모델링을 뛰어넘어 건축 부재 에 속성 값을 포함하는 BIM(Building Information Modeling) 개념이 이슈가 되고 있는데, 이는 설계에서부 터 시공, 유지․관리에 이르기 까지 건물의 생기주기에서 발생되는 공간정보를 체계적으로 관리하고, 이를 재활용함 으로써 비용의 낭비적 요소를 제거하기 위해 도입된 개념 이라 할 수 있다. 아직은 표준형식과 호환성 등의 문제점 이 존재하고 있지만 이에 대한 해결방안을 모색하고 있어 서 향후 건물의 생산성 및 생애주기 비용을 절감하는 데 에 유용할 것으로 사료된다.
Ⅲ. 빌딩 에너지 관리를 위한 기술 간 연계 및 통합
1. IP-USN기반의 모니터링 및 제어 기술
본 연구에서는 향후 U-City 또는 IBS 등의 분야에서 적용 및 확산이 유망한 IP-USN기술을 기반으로 한 모니
6) 김영민 외(1996) 건축 구조물 3차원 모델링 방안에 관한 연구, 대한 건축학회 학술발표대회 논문집 - 구조계 제16권, 제2호, pp. 467-471
터링 방법에 대해 살펴보고자 한다.
그림 3.과 같이 IP-USN 기반 기술이 적용된 온도, 조 도, 전력 등의 다양한 센서와 제어기들은 star 또는 ad-hoc 라우팅을 통해 서로 연결되어 통신을 하는데, USN망 내의 통신에는 저전력 기반 프로토콜인 802.15.4를 사용하며 6LoWPAN이 탑재되어 운용되므로 IPv6망과 직 접 연동이 가능하다.
그림 3. 각종 센서의 배치
배치된 센서로부터 수집된 정보는 중계기를 통해 IPv6 망과 연결되며 지능화된 미들웨어(smart middle-ware)에 서 모든 정보를 수집하게 된다.
주요기능 동작 시나리오
실내 조명제어
y 실내외 조도측정 노드에서 주기적으로 현재 조도 데이터를 IP-USN을 통하여 메인 서버에 보고한다.
y 사용자 정보 획득 시스템은 현재 공간에 존재하는 사용자의 밀 도, 움직임 및 정보를 메인 서버에 보고한다.
y 메인 서버는 현재 제공되고 있는 조도 데이터와 사용자 정보 획 득 시스템의 정보를 바탕으로 각각의 지능공간에서 현재 상태에 필요한 조도를 산출한다.
y 메인 서버는 산출된 수요 조도와 전력 모니터링 시스템에서 요구 되는 전력 수요 제어 신호를 바탕으로 각각의 조명 시스템 및 자 연 채광 시스템을 제어하여 동적 에너지 관리를 수행한다.
환경 모니터링
y 실내외 환경 모니터링 노드에서 주기적으로 현재 온·습도, CO2농 도, VCO 등의 환경 데이터를 IP-USN을 통하여 메인 서버에 보 고한다.
y 메인 서버는 환경 데이터를 바탕으로 각각의 지능공간의 환경 상 태를 실시간 모니터링 하며, 각 공간의 오염상태를 보고한다.
HVAC 제어
y 메인 서버는 환경 모니터링 시스템에서 수집된 환경 데이터를 바 탕으로 각각의 공간에서 필요한 공조 제어 방법을 선택한다.
y 메인 서버는 선택한 공조 제어 방법과 전력 모니터링 시스템에서 요구되는 전력 수요 제어 신호를 바탕으로 각각의 HVAC를 효율 적으로 관리한다.
y 메인 서버는 산출된 수요 조도와 전력 모니터링 시스템에서 요구 되는 전력 수요 제어 신호를 바탕으로 각각의 조명 시스템을 제 어하여 동적 에너지 관리를 수행한다.
전력 제어
y 공간별 각 콘센트에 설치된 전력 모니터링 시스템은 주기적으로 현재의 전력·전압·전류·역률 정보를 IP-USN을 통하여 메인 서버 에 보고한다.
y 메인 서버는 전력 모니터링 시스템에서 보고되는 전력 정보를 취 합하여, 전체 공간과 각각의 지능공간에서 소비되고 있는 전력 정보를 분석한다.
y 메인 서버는 전력 정보와 사용자 정보 획득 시스템의 정보를 바 탕으로 현재 사용하지 않는 장비의 전력을 차단한다.
y 메인 서버는 분석된 전력 소요 정보를 바탕으로 최대 수요 전력 을 초과하지 않도록 조명 제어 시스템·HVAC 제어 시스템을 제 어하며, 필요 시 사용 우선순위에 따라 각 공간의 전력을 차단하 여 동적 에너지 관리를 수행한다.
표 6. 주요 기능별 동작 시나리오
지능화된 미들웨어는 수집된 정보를 바탕으로 시나리오 에 따른 제어를 하게 되며 제어명령은 중계기를 통해 해 당 제어기를 제어하게 되는데, 주요 기능별 동작 시나리오 는 표 6.과 같다.
2. 정보의 통합 가시화 기술
빌딩의 에너지를 관리하기 위해서 빌딩 내의 공간별로 실내 환경과 장비, 상황에 대한 센서 정보를 USN을 통해 전달받게 되는데, 복잡하고 수많은 공간의 각 센서로부터 전달되는 수치 데이터를 공간과 관계없이 단순히 가시화 하게 되면 관리자는 상황에 대한 신속, 정확하고 쉽게 파 악하는 것은 물론이고 조치가 어렵게 된다. 이러한 문제점 을 보완하는 방안은 보다 직관적이고 효과적인 에너지 관 리가 가능하도록 공간모델과 상황정보를 통합 가시화하는 것이며, 그 절차는 표 7.와 같다.
구 분 통합가시화 절차
1 객체기반의
공간모델링
2 센서 배치 및 가시화
3 센서 속성 정의
4
2D 공간모델 및 상황정보 통합가시화
5
3D 공간모델 및 상황정보 통합가시화
표 7. 공간모델과 상황정보의 통합가시화 절차
첫째, 빌딩 전체에 대하여 각 층별, 실별로 3차원 공간 모델링을 하는데, 이 때 객체기반으로 모델링 하는 것이 중요하다. 3D 객체기반의 모델링은 공간을 구성하는 각 부재의 속성을 가지고 있기 때문에 구조의 변경 또는 자 재의 변경을 즉시 반영할 수 있고, 이에 따른 에너지 소비 변화를 예측 또는 평가할 수 있게 된다.
둘째, 객체 기반의 2D 모델 상에서 각종 센서를 배치함 으로써 다양한 종류의 센서들의 위치를 파악할 수 있게 된다.
셋째, 배치된 센서별로 종류, 위치, ID, 데이터 포맷 등 에 대한 속성 값을 정의한다.
넷째, 2D 공간모델 상에서 각 센서별 또는 같은 종류의 센서에 대한 데이터를 확인할 수 있다.
다섯째, 3D 공간모델 상에서 역시 각 센서별 또는 같은 종류의 센서에 대한 데이터를 확인할 수 있다.
2D 및 3D 공간모델 상에서 데이터 값을 표기하는 방법 은 별도의 다이얼로그를 통해 통합하여 표시하는 방법과 센서별 데이터를 공간상에서 함께 표기함으로써 직관성 을 향상 시킬 수 있다.
3. 에너지 제어 및 관리를 위한 의사결정 지원 방안 빌딩 에너지를 제어하고 관리하는 방법에는 관리자가 수집된 정보를 바탕으로 직접 제어하는 수동방식과 수집 된 상황정보를 토대로 지능적으로 분석 및 추론하여 관리 하는 자동방식을 고려할 수 있다. 그러나, 빌딩 에너지 관 리를 전적으로 자동방식에 의해 처리할 수는 없다. 미리 프로그램화 되어있지 못한 돌발 상황이 생기거나 시스템 내부 결함이 발생할 경우가 생기게 되면 수동방식으로 관 리자가 직접 조치를 취해야 하기 때문에 수동/자동 통합 방식을 취해야 할 것이다.
빌딩 에너지 제어 및 관리를 지능화하기 위해서는 센서 로부터 수집된 상황정보를 판단하고, 추론을 통하여 상황 에 따른 지능적인 제어를 가능하게 해주는 미들웨어의 개 발이 필요하다. 어떤 상황이 발생하였을 경우 이에 대한 대처방법은 다양하다.
그림 5. 상황 추론기반의 서비스 시나리오 예시
예컨대, 그림 5.와 같이 여름철에 실내 온도가 상승했다 고 가정하였을 경우, 창문을 열고 통풍이 되게 하여 실내 온도를 조절할 수도 있고, 선풍기나 에어컨을 가동시킴으 로써 조절할 수도 있을 것이다. 또한 겨울철에 실내 온도
가 떨어졌을 경우, 창문의 커튼을 열어 햇빛을 유입함으로 써 실내 온도를 높일 수 있는 반면에, 실내의 전기난로 또 는 온풍기를 가동시킴으로써 조절할 수도 있을 것이다. 이 러한 다양한 상황에 대한 고려는 공간적 특성에 따라서 다시 세분화할 수 있다.
이주현 외(2008)는 유비쿼터스 주거환경을 위한 상황인 지 추론 모델 개발에 관한 연구7)에서 RDI(Rule Driven Inference), CDI(Case Driven Inference), PDI(Pattern Driven Inference) 등 세 가지의 추론 방법과 Agent제어 모듈, DBMS(Database Management System)중앙모듈 개 발을 통한 상황추론 모델을 제시하고 있는데. 주거공간과 사무공간은 사용자 수와 취향, 재실시간, 에너지 관련 설 비종류 등 고려해야 할 조건이 상이하므로 주거공간과 사 무공간별로 적합한 상황 추론 알고리즘과 미들웨어를 개 발한다면 빌딩 에너지 관리기술을 한층 고도화시킬 수 있 을 것으로 본다.
또한, 실시간으로 파악되는 정보에 대한 분석과 판단뿐 만 아니라 일간, 주간, 월간, 연간 데이터 통계자료를 자동 생성하게 하고 이 정보를 검토 및 재가공하여 초기에 수 립하였던 빌딩 에너지 정책에 정기적으로 반영하여 보완 한다면 보다 높은 신뢰성을 가진 자동화 프로그래밍이 가 능하여, 빌딩 에너지 관리 효율을 더 높여줄 것으로 기대 된다.
Ⅳ. 결론
본 연구에서는 빌딩 에너지 관리기술을 고도화하기 위 하여 빌딩 에너지 관리기술, USN기반의 센서모니터링 기 술, 디지털 공간 모델링 등 각각의 기반 기술에 대한 기초 조사를 수행하였고, 이러한 기술들을 융합시켜 그림 6.과 같은 통합모니터링 시스템을 구현하게 되면 저비용의 효 과적인 모니터링 시스템 구축과 직관적인 상황판단과 지 능적인 상황추론을 통한 의사결정 지원이 가능하여 빌딩 에너지 관리 시스템의 기능을 고도화시킬 수 있을 것으로 본다.
빌딩 에너지 통합모니터링 시스템을 구현하기 위해서는 객체지향의 디지털 공간모델링이 필요하다. 이는 비단 빌 딩의 에너지 관리 기능의 고도화를 위한 것이 아니라 빌 딩의 기획, 설계, 시공, 운영, 유지․관리 등 생애주기 전 반에 걸쳐 활용되어 각 부서 간의 협업을 지원하고 건설 의 생산성 증대는 물론, 자산의 수명을 연장시키는 밑거름 이 될 것이다.
또한, 본 연구에서 USN 핵심기술로 다룬 한국형 IP-USN은 IPv6를 기반으로 하고 있기 때문에, 유비쿼터 스 환경 구축에 큰 역할을 할 것으로 기대되며, IBS분야 뿐 만 아니라 도시단위의 시설물 모니터링을 위한 기반
7) 이주현, 이현수(2008) 유비쿼터스 주거환경을 위한 상황인지 추론 모 델 개발, 대한건축학회 논문집-계획계 제24권 제2호(통권232호), pp.
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기술로 활용될 것으로 기대된다.
빌딩 에너지 관리를 위한 통합 모니터링 시스템과 지능 적인 미들웨어에 대한 세부적인 연구와 개발이 필요할 것 으로 사료되며, 본 기초연구 내용을 발전시켜 주거공간과 사무공간에 대한 테스트베드 환경에서 시스템 기능을 테 스트하고 그 실효성에 대한 검증작업이 후속으로 진행될 예정이다.
이러한 기술을 기반으로 한 시스템이 개발되어 상용화 될 경우, 빌딩 에너지의 효율적 사용과 불필요한 낭비요소 를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.
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