1. 스마트 빌딩 개요

 

빌딩효율성과 정보기술

빌딩은 전세계 탄소배출배출량의 40퍼센트를 차지하며, 선진국에서 오피스 빌딩들은 해당분야 탄소배출의 절반인 20퍼센트 정도를 차지한다. 오피스 빌딩 건축에는 많은 돈이 들어갈 뿐만 아니라 이를 관리하는 비용 역시 기업조직 운영에 있어서 가장 큰 비용이 들어가는 부분이다. 여기서 에너지는 가장 큰 영향을 주는 요소이다. 좀더 효율적인 포트폴리오를 가진 빌딩은 부동산 가치를 올려주고, 탄소배출을 줄이며, 또한 기업이미지를 올리는데 중요한 역할을 한다.

 

경영진들은 빌딩 포트폴리오의 에너지소비를 줄이기 위해 색다른 선택을 해왔다. 초기부터 빌딩들을 좀더 효율적으로 설계할수도 있지만, 이를 통한 에너지 절감은 상당히 제한적이다. 기존 인프라에 있어서 주요 초점은 이런저런 프로젝트들을 새롭게 집어넣는 것인데, 이는 종종 너무 자본집약적이거나 경영활동에 지장을 초래하곤 했다. 하지만, 인프라를 좀 더 효율적으로 활용하는 소프트웨어를 사용하게 되면 투자금액을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 직원들의 업무에 거의 불편을 주지 않을 수 있다. 경제적 측면에서 부동산 포트폴리오의 에너지 효율성을 위해 시작부터 고려되어야 한다.

 

분석 소프트웨어들은 다양한 낭비요소를 감지할 수 있는데, 이에는 다음과 같은 것들이 있다.

 

- 센서문제로 인해 냉방과 난방 장비가 동시에 가동

- 사소한 건물 이상에 대해서는 경고신호를 보내지만 좀 더 중요한 문제 경보에는 실패

- 모든 시스템 및 장비들이 부적당한 곳에 설치되어 있으며, 업데이트가 부실

- 빌딩 관리인 및 사용자들에게 에너지 낭비요소 전달 부실

- 건물이 비어있을때 냉난방 공조장치가 풀로 가동

 

지난 수십년간 대부분의 오피스 빌딩에는 수많은 센서와 제어장비들이 설치되어 왔다. 현대식 빌딩들은 BMS(building management system) 및 BAS(building automation system)와 같은 내장형 시스템을 가지고 있으며, 이는 설비 및 부동산 담당자들이 건물인프라를 제어할 수 있도록 지원한다.

 

이런 모델들은 그림1의 왼쪽처럼 각각의 시스템들이 개별적으로 작동한다. 이에반해 스마트빌딩 솔루션들은 분석 레이어 (Analytical Layer)를 제공함으서 전체를 종합적으로 분석할 수 있는 강력한 기능을 제공한다.

 

<그림 1> 건물관리: 전통적 접근 (왼편) vs. 스마트빌딩 접근 (오른편)

 

에너지 낭비를 방지하는 방식

에너지 낭비를 방지하기 위한 스마트빌딩 프로그램의 기본 구성요소는 그림 2와 같이 세 가지로 되어 있다. 첫째, 오류감지와 진단 파트는 감시기능을 끊임없이 지속적으로 발생시켜서 낭비를 피할 뿐만 아니라 리소스 재할당을 드라마틱하게 향상시킨다. 둘째, 경고관리 기능은 빌딩에서 수시로 발생하는 다양한 문제 중에서 가장 시급히 처리해야 하는 문제를 빌딩관리인에게 제공한다. 셋째, 에너지관리 기능은 유틸리티나 날씨정보와 같은 외부데이터와 빌딩내부 데이터를 종합화해서 분석하는 능력과 관련이 있다. 종합적으로 분석된 정보는 빌딩관리의 기반이 된다.

 

<그림 2> 기본적인 스마트 빌딩 프로그램 구성요소

 

성공적인 사례

스마트빌딩 프로그램은 기업들이 에너지를 절감할 수 있도록 하는 효율적인 솔루션으로 부각되고 있다. 초기에 본 프로그램을 수용했던 기업들은 성공적으로 지속감시 시스템을 구축했으며, 문제지점들을 하나하나 체크해 나가며 해결해 나가던 방식보다 훨씬 효율적 이었다.

 

로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkely National Laboratory)가 보고한 시스코(Sysco)의 사례를 살펴보면 다음과 같다. 북미 전역에 걸쳐 140군데에 공장 설비를 가진 370억달러 규모의 기업으로서 2005~06년에 시작된 3년간의 에너지 효율화 프로그램이 시행되는 동안 시스코는 월 1,800만 kWh, 약 28퍼센트의 에너지를 절감할 수 있었다. 중요한 점은 초기 18퍼센트의 비용절감은 추가적인 고정비용 투입 없이 달성했으며, 단지 후기 10퍼센트의 비용절감을 위해서만 자본투자 및 업그레이드 비용을 필요로 했다는 것이다.

 

스마트빌딩 선택을 제한하는 요소

스마트빌딩의 여러 이점에도 불구하고 여전히 몇몇 문제점들이 남아있다. 첫째 이슈는 연결성과 통합성으로서 이는 기존 빌딩관리시스템의 데이터 접근성과 관련이 있다. 각각 다른 시기에 설치되었으며 각기 다른 방식의 통신 프로토콜을 채택한 시스템들의 분산형 구조는 통합을 지향하는 스마트빌딩 구축을 더더욱 어렵게 한다. 또한, 스마트빌딩 솔루션들은 외부에서 호스팅 되는 경우가 많기에 데이터통신이 어렵게 될수도 있고, 지체현상이 발생할 수도 있다.

 

두 번째 이슈는 데이터의 질적, 양적 측면에서 이용 가능한 데이터의 깊이와 폭이다. 예를 들면, 공조장비들의 운용을 위해서는 실제 날씨정보를 실시간으로 얻을 수 있어야지만 이에 대응해서 각종 조절장치들을 에너지 효율 측면에서 적합하게 제어할 수 있다.

 

세 번째 이슈는 이용의 편리성 이다. 이는 스마트빌딩 선택시 가장 흔히 발생하는 문제로서 빌딩관리 엔지니어들이 고급 솔루션들을 운용하는데 있어서 어려움에 직면하는 상황과 관련이 있다. 몇몇 애플리케이션들은 친숙하지 않은 사용자 인터페이스에 너무 과다한 기능들을 갖추고 있다.

 

네 번째 이슈는 조직의 지원과 변화관리 이다. 스마트빌딩 프로그램을 설치해서 제대로 실행하기까지 몇 달이 걸릴 수 있고, 또한 프로그램 그 자체는 경영진, 빌딩엔지니어, IT 스태프, 외부 프로그램 벤더 등과 같은 수많은 이해관계자들과 얽혀 있다. 즉, 사소한 변경조차 수많은 이해관계자들의 책임소재 명확화와 오랜 안정화 기간을 필요로 한다.

 

다섯 번째 이슈는 예산문제 이다. 스마트빌딩 프로그램을 가동하는 비용이 건물전체 관리비용에 비해 상대적으로 감당할 수 있는 수준이라고 할지라도, 때때로 예산이 빠듯할 수 있고 설비팀이 펀드를 확보하는데 어려움을 겪을 수도 있다. 작은 포트폴리오(제품 서비스 범위)를 실행하는 경우라면 규모의 경제에 도달하기 힘들기에 더더욱 어려울 수 있다.

 

2. 사례연구: 마이크로소프트의 스마트빌딩

 

지속가능성

데이터센터, 직원 출장, 빌딩은 마이크로소프트의 탄소배출과 관련한 주요 대응요소 이며, 이 중에서 빌딩이 차지하는 탄소배출 비율은 40퍼센트이다. 마이크로소프트의 지속가능성 이슈에 대한 노력으로는 에너지 효율화 데이터센터 건설 및 원격 업무협력 기술촉진 등이 있는데 이 두 가지는 데이터센터와 직원 출장과 관련한 이슈를 해결하는데 유용하다. 이에 더해 마이크로소프트는 빌딩성능의 향상에 투자함으로서 환경영향을 고려하고 있을뿐만 아니라, 탄소배출을 줄이고 빌딩관리비용을 절감하는것 이상의 성과를 스마트빌딩 솔루션 개발을 통해 달성할 수 있음에 주목한다.

 

마이크로소프트의 스마트빌딩 개요

마이크로소프트의 스마트빌딩 프로그램은 에너지 절감을 위해 최신기술들을 어떻게 활용해야하는지에 대한 초기분석을 실시한 2009년에 시작되었다. 2011년 상반기 마이크로소프트 본사에는 각기 다른 벤더의 3가지 스마트빌딩 솔루션들이 설치되었는데, 이는 다양한 사이즈의 건물로 구성되어 있는 본사 캠퍼스에서 여러 솔루션들을 동시에 테스트할 수 있는 중요한 기회를 제공한다. 마이크로소프트 캠퍼스는 다음과 같이 구성되어 있다.

 

- 오피스 바닥면적 14.9백만 스퀘어피트(138만 평방미터)의 118개의 빌딩

- 유지되어야 할 기계설비 30,000개

- 관리엔지니어들이 사용하는 주요 빌딩관리시스템 7개

- 년간 280,000톤의 탄소를 배출하는 일일 에너지소비 2백만 kWh

 

초기에 마이크로소프트 스마트빌딩 프로젝트는 뉴욕 엠파이어 스테이트빌딩에 맞먹는 260만 스퀘어피트(약 24만 평방미터)인 13개 빌딩에 초점을 두었다. 각 건물의 건축 시기는 최근에 생긴것부터 20년 이상 지난것까지 매우 다양하다. 이러한 이유로 빌딩관리시스템들은 다양한 분산 시스템 체계를 이루었다. 그림1의 우측에서 보는바와 같이, 기존 관리시스템에 분석레이어를 집어넣는 스마트 빌딩 솔루션은 마이크로소프트의 빌딩 포트폴리오 전체의 에너지 및 관리데이터를 통합하는 관점을 만들어냈다.

 

프로그램 구성요소와 영향

마이크로소프트의 스마트 빌딩 프로그램들은 초기에 그림2와 같은 세가지 요소들에 집중했으며, 이런 측면에서 그 영향들을 살펴보면 다음과 같다.

 

첫째, 프로그램이 미친 가장 큰 영향중의 하나는 빌딩시스템에서 추출된 데이터 스트림을 분석해서 실시간으로 빌딩의 문제점과 비효율성을 감지하는 능력이다. 가장 중요한 점으로서 소프트웨어는 빌딩에서 발생하는 낭비 비용을 년간 소요비용으로 환산해서 계량화할 수 있다는 점이다.

 

이전의 관리프로세스는 체크포인트를 주기적으로 점검하는 방식이었지만, 3만개에 달하는 캠퍼스의 기계설비들은 엄청난 관리노력을 필요로 한다. 따라서, 엔지니어들은 매년 전체의 25퍼센트만을 점검할 수 있었으며, 결과적으로 개별설비의 점검 주기는 5년에 달했다. 그림 3에서 보는바와 같이 5년을 주기로 빌딩효율성은 점차 감소하고 있음을 알 수 있다.

 

<그림 3> 감시 편익

 

둘째, 마이크로소프트의 기존 빌딩관리시스템들은 매일 수백개의 경고신호를 보낸다. 여기서 핵심사항은 경고 메세지 그 자체뿐만 아니라 메시지들 사이의 관계 또한 중요하다는 점이다. 경고신호 사이의 상관관계를 해석하기 위해서는 빌딩 인프라 및 빌딩 이용에 대한 상당한 지식을 필요로 한다. 에러들은 부적절한 개입 우선순위를 부여할지도 모른다. 스마트 빌딩 솔루션 없이 수천개의 위험신호들을 분석해서 특정 패턴을 감지하는것은 거의 불가능하다.

 

셋째, 마이크로소프트 스마트빌딩 솔루션의 주요기준 중의 하나는 좀더 전체적으로 에너지 소비를 관리하는 능력 이다. 엔지니어들은 스마트빌딩 솔루션을 이용해서 냉난방 및 공조설비와 같은 주요 빌딩 시스템들이 소비하는 전력 등을 최적화 할 수 있다. 또한, 마이크로소프트는 시간당 얼마나 많은 에너지가 소비되는지를 알려주는 비교지표들을 공지하는 식으로 내부적으로 에너지소비를 공론화하고자 계획하고 있다.

 

마이크로소프트의 스마트빌딩 아키텍쳐

그림4는 마이크로소프트 스마트빌딩 프로그램의 아키텍쳐로서 전체 시스템 구조를 직관적으로 바로 이해할 수 있다. 하지만, 좀더 기술적인 소프트웨어 구성에 대해 알고자 한다면 보고서 원문을 참조하면 된다.

 

<그림 4> 마이크로소프트 스마트빌딩 아키텍쳐

 

스마트빌딩 아키텍쳐의 핵심 설계기준

마이크로소프트는 스마트빌딩 프로그램 구축시 흔히 제기되는 문제점을 극복하기 위한 여섯가지 핵심 설계기준을 강조해왔으며, 이는 스마트빌딩 솔루션과 그것의 주요목표를 뒷받침한다.

 

- 필요한 데이터의 구체화, 수집, 통합

- 절약의 대상을 구체화하는 분석방법 채택

- 활용할 수 있고 행동할 수 있는 결과 제시

- 모니터링의 중앙집중화

- 조직 및 경영 활동과 연계

- 경영에 지장을 주는 변화는 지양

 

3. 미래의 스마트빌딩

 

클라우드 기반 접근

클라우드 컴퓨팅은 인터넷을 통한 서비스로서 서드파티 애플리케이션들을 좀더 유용하게 만들어주도록 정보기술을 변환하는 것이다. 이것은 다음과 같은 스마트빌딩 솔루션에 몇몇 이점을 제공한다.

 

첫째, 접근성으로서 분산되어 있는 정보들을 통합해서 분석하는 것은 모든 스마트빌딩 솔루션의 핵심이다. 클라우드는 빌딩데이터를 맥락적 정보와 결합함으로서 좀더 보편적으로 유용한 플랫폼을 제공하며, 또한 다양한 사용자와 디바이스에서 접근하는게 가능하도록 한다. 둘째, 확장성으로서 컴퓨팅 파워는 외부기온과의 연계, 클라우드 확장, 냉난방 및 공조, 조명 등과의 연계 등을 가능하게 한다. 셋째, 설치의 용이성으로서 클라우드 기술은 비고정 서버와 고정 설비들 사이의 연계를 매우 유연하게 할 수 있다. 마아크로소프트의 IT 팀은 VPN을 셋팅하는 복잡한 과정들을 피하면서 손쉽게 몇분내로 벤더들의 솔루션과 데이터를 교환할 수 있다.

 

자동화와 실시간 분석

우리는 차세대 스마트빌딩 솔루션들은 실시간 데이터를 기반으로 빌딩을 자동으로 제어할 수 있을것으로 기대한다. 예를들어 빌딩출입증 감지센서들이 실시간으로 빌딩이용자들의 수를 파악함으로서 냉난방, 공조, 조명 시스템들이 자동적으로 이에 대응할 수 있어야 한다.

 

유틸리티 및 도시 인프라와의 통합

스마트빌딩 솔루션을 채택한 빌딩이 많아질수록 도시환경은 에너지를 좀더 효율적으로 사용하고 사용자들이 좀더 편안하게 업무를 볼 수 있도록 할 것이다. 하지만, 이는 전체 스토리의 일부일 뿐이고, 좀더 확장될 수 있다. 전기 그리드는 지능형 제어 및 양방향 통신 시스템으로 업그레이드 되고 있으며, 스마트 그리드의 노드인 빌딩들은 발전소 등과 연계되어 에너지 수급에 대해 능동적으로 대응하고 있다.

 

4. 결론

 

기존 빌딩 인프라에 지능을 부여하는 방식의 통합 데이터와 강화된 분석은 기업들의 부동산 포트폴리오를 구성하는 모든 분야의 에너지 효율성을 강화시킬 수 있는 잠재력을 제공한다. 특히, 빌딩 엔지니어들은 자동화를 통해 생산성 향상으로 좀더 구체화한 데이터기반 접근으로 상당한 힘을 얻을 수 있다. 이는 부차적으로 비용절감과 탄소배출 절감효과를 가져온다.