R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C115251-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | IoT 기반 빌딩 부하예측 센싱 기술 활용 Retro-commissioning 기술 개발 및 Full scale 실증 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-22 ~ 2018-06-21 | |||||
| 연구책임자 | 조영흠 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 73,700,000 원 계 : 293,700,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 134,000,000 원 계 : 534,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 영남대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
- 최근 고유가와 온실가스 감축 필요성에 의해 에너지 절감에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 따라 전체 에너지 소비의 상당 부분을 차지하는 건축물 부분의 에너지 절감 노력이 계속되고 있음. - 건물 분야는 국가에너지소비량의 25%를 차지하는 종합기술 분야지만 그동안 정부의 지속적 지원에도 불구하고 파급효과는 미미한 상황임. 건물 분야는 에너지효율이 1%만 개선돼도 국가에너지소비량의 0.23%가 절감되는 큰 효과를 거둘 수 있음. - 건물 에너지 부문에서는 사회적으로 이슈가 되고 있는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 기술을 접목한 센싱기술에 대한 관심이 고조되고 있으며, 이를 활용하여 건물 성능 모니터링 기술, 건물 에너지 관리 기술, 설비시스템 최적제어 등에 적용이 가능함. - 건축물 에너지 절감 및 효율화에 대한 요구가 증대되고 있으나 현재 국내에서는 단열성능 강화 등 건축적 방안에 대한 연구는 많은 반면 건물 시스템의 운영 방안 개선 등 설비적 방안에 대한 연구는 미흡. - 설비시스템의 성능 모니터링 및 고장감지를 위해서는 시스템의 운전 및 부하 상황 판단이 우선적으로 필요함. 건물의 부하상황을 예측 가능할 경우 설비 시스템의 최적 제어에 활용가능 하며, 정상 운전 상태를 벗어난 고장에 대하여 확인이 가능하여 부하 예측이 필요함. 하지만 실내 부하를 측정할 수 있는 기술에 관한 연구는 미비함. - 또한, 최근 건물의 지능화, 대규모화로 인해 설비시스템은 더욱 다양화되고 있음. 또한 에너지 설비와 시스템 간의 관계가 복잡해지면서 서로간의 연계가 중요해짐. 설비 시스템간의 연결로 인해 시스템 오류나 고장발생시 에너지낭비 문제뿐만 아니라 경제적인 손실과 안전성의 문제가 생길 가능성이 높아짐. 따라서 건물 설비 시스템의 관리를 위하여 IoT 기반의 저비용의 높은 가치의 정보를 얻을 수 있는 가상 센싱 기술을 활용한 부하 예측 기술 개발에 관한 연구가 필요함. - 기존건물 대 신축건물의 비율이나 건물의 긴 생애기간 등을 감안할 때, 기존건물의 개보수를 통한 에너지 절약이 효과적이며 특히 설비시스템에 대한 체계적이고 종합적인 관점에서의 에너지 관리가 필요함. 그러나 지금까지 건물 외피 등의 리모델링에 의한 에너지 절감 노력이 대부분이었으나, 설비시스템의 커미셔닝 및 최적제어를 통한 에너지 관리는 대부분 체계적이지 못하고 부분적으로만 이루어져옴. 따라서 건물의 설비시스템에 대한 체계적이고 종합적인 관점에서의 에너지 관리를 위해 전체적 시야에서 모든 에너지 요소들을 종합적으로 평가하여 문제를 파악하고 문제에 대한 적합한 해결 방안을 제시할 수 있는 Retro-Commissioning (개보수 커미셔닝) 기술의 연구가 필요함. - IoT와 연계된 빌딩 부하예측 센싱 기술을 활용한 Retro-Commissioning기술의 실증사업을 통해 건물의 쾌적, 유지관리, 에너지절감이 기대되고 건물 자동제어 기술의 적용 및 저비용 설비 시스템 구현을 통합적으로 실시할 경우 기존 건물 에너지 사용량 대비 약 20% 이상의 에너지비용 절감 효과가 예상됨. [최종목표] ■ IoT 기반 빌딩 부하예측 센싱 기술 개발 - 저비용으로 높은 가치의 정보를 얻을 수 있는 가상센서 개발 - IoT 기반의 가상센서를 활용한 빌딩 부하예측 센싱 기술 개발 ■ Retro-commissioning 기술 개발 - 대상 건물의 설비 시스템 운영 확인을 통한 건물 에너지 및 고장감지 진단의 정확도 및 신속성 확보 - HVAC 시스템 최적제어 알고리즘 개발을 통한 건물 에너지 절감 달성 - 건물의 설비시스템에 대한 체계적이고 종합적인 에너지 관리를 위한 Retro-commissioning 기술 개발 ■ 초고층 건물 대상 Full scale 실증 연구 - 초고층 건물 대상 IoT 기반 빌딩 부하예측 센싱 기술 및 Retro-commissioning 기술 적용을 통한 에너지 절감 및 효율 향상 [연구내용 및 범위] 본 연구에서는 건축물의 유지？관리 및 에너지 절감을 위하여, 1) IoT 기반 빌딩 부하예측 센싱 기술 개발, 2) Retro-commissiong 기술 개발, 3) 초고층 건물 대상 Full scale 실증 연구 실시 ⇒ 건축물의 에너지 절감을 실현하기 위하여, IoT 기반의 빌딩 부하예측 센싱기술을 개발 및 이를 활용한 Retro-Commissioning 기술을 개발하고, 초고층 건물 대상 full scale 실증을 통한 거주자의 쾌적성 확보 및 건물 에너지 절감량 분석 KEY ISSUE ■ 에너지 수요 절감을 위한 건축물 에너지 성능 향상 대책 (국토교통부, 2014.03) - 단기적인 에너지 절감 대책(절전 등)이 아닌 건축물 에너지 성능 개선을 통한 에너지 비용 절감과 거주환경을 개선하는 근본적 대책안 필요기존 건축물 에너지 성능 개선 - 기존 건축물의 그린리모델링 사업 지원, 신축 건축물의 냉난방에너지 감축, 공공 건축물의 에너지성능기준 강화를 통한 에너지 성능 개선 유도 ■ 파리협정 (유엔 기후변화협약 총회, 2015.12) - 195개의 선진국 및 개도국이 각국의 INDC(국가별 자발적 온실가스 감축방안; Intended Nationally Determined Contributions)을 바탕으로 지구 평균기온 상승을 1.5℃ 이하로 억제하는 것을 공통 목표로 하여 신기후체계인 ‘파리협정’ 채택 대한민국의 INDC는 2030년 배출전망치(BAU) 대비 37% 감축목표(국내 감축분 25.7%) 확정 ⇒ 건축물 에너지 절감 및 효율화에 대한 요구가 증대되고 있으나 현재 국내에서는 단열성능 강화 등 건축적 방안에 대한 연구는 많은 반면 건물 시스템의 운영 방안 개선 등 설비적 방안에 대한 연구는 미흡. 시스템의 최적 제어를 위해서는 건물의 부하 예측이 필수임. KEY IDEA ■ 빌딩부하예측 센싱 및 Retro-commissioning 기술 개발 : HVAC 시스템을 활용하여 각 존별 부하를 예측하고, 건물 전체의 부하를 산정하여, 열원 기기 및 공조기기의 최적 제어 알고리즘 및 고장감지 진단 기술 개발. ● 기존 건물의 부하 예측은 매우 복잡하며, 시뮬레이션등을 통하여 실내 부하를 예측할 수 있지만 실시간 부하 상황을 예측하기 어려움. ● 개발하고자 하는 빌딩 부하 예측 센싱 기술의 경우 HVAC 시스템 중 터미널 박스를 활용하여 각 존별 부하를 예측 하고, 이를 활용하여 각 열원 기기 및 공조 기기의 최적 제어에 활용 ■ IoT 기반 빌딩 부하예측 센싱 기술 개발 - 가상센서 개발관련 국내외 실태조사 및 현황 분석 - 가상센서 개발 - 기존 실내 부하 예측 방법 문제점 및 개선 요소 도출 - HVAC 시스템을 활용한 빌딩 부하예측 센싱 기술 개발 - 현장실험을 통한 신뢰성 검증 ■ Retro-commissioning 기술 개발 - 고장감지 진단 기술 및 HVAC 시스템 최적제어 알고리즘 개발 관련 국내외 현황 분석 - 설비 시스템 고장감지 진단 기술 개발 - HVAC 시스템 최적제어 알고리즘 개발 - 시뮬레이션 및 현장 적용을 통한 신뢰성 검증 ■ 초고층 건물 대상 Full scale 실증 연구 - 빌딩 부하예측 센싱 기술 및 Retro-commissioning 기술 적용 - 에너지 성능 최적화를 통한 에너지 절감 및 효율 향상 분석 |
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| 색인어 | 한글 | 가상센싱 | 부하예측 | 개보수커미셔닝 | 에너지절감 | 사물인터넷 |
| 영문 | Virtual sensing | Load prediction | Retro-commissioning | Energy saving | IoT | |
| 최종보고서 | 1. 최종보고서_수정보완본_영남대_조영흠.pdf | |||||