| 연구개발개요 |
- 연구개발목표본 연구의 최종목표는 건물 에너지관리시스템(BEMS)을 중소형 기존건축물에 적용할 때 BEMS 구성요소 설치가 어렵고 비용이 과다한 문제점을 개선하기 위하여, IoT 장치 및 서브미터링 기반의 센서 배치 최적화, 클라우드 데이터 분석 기반의 자동제어를 포함하는 경량화 BEMS 기술을 개발하는 것임- 핵심 연구개발 성과 및 연구내용 (핵심성과 1) 센서 배치 최적화를 통한 측정 시스템 경량화 기술 개발 - 기존건축물 내 열쾌적성 예측을 위한 온습도 가상센서 기술 개발 - 에너지관제점 센서 배치 효율화 기술 개발 (핵심성과 2) 다채널 IoT 장치와 서브미터링 기술 기반 경량화 BEMS의 에너지 데이터 수집 기술 개발 - 무선 다채널 IoT 측정장치를 적용한 경량화 BEMS 기술 개발 - 엣지클라우드 기반의 데이터관리 경량화 기술 개발 - 기존건축물 대상 경량화 BEMS의 에너지 데이터 수집 모듈 설계 (핵심성과 3) 시뮬레이션 및 건물군 데이터 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 건축물 정보를 이용한 에너지 영향변수 추출 기술 개발 - 건물에너지 시뮬레이션 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 건물군 클라우드 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 (핵심성과 4) 쾌적성 및 에너지절감 목표 복합 제어가 가능한 엣지클라우드 기반 자동제어 기술 개발 - 기존건축물 설비 적용을 위한 IoT 제어장치와 원격 제어기술 개발 - 엣지클라우드용 예측 제어 기계학습모델 경량화 기술 개발 - 경량화 BEMS의 엣지클라우드 데이터 기반 자동제어 모듈 설계- 핵심 연구개발성과 개요핵심성과1: 온습도 가상센서 및 열쾌적성 예측 알고리즘을 개발하여 센서 미설치 지점의 실내 환경을 측정하고, 센서 배치 최적화를 통해 센서 설치 비용을 절감할 수 있는 센서 배치도 제작 라이브러리핵심성과2: 다채널 무선 IoT 측정 장치와 엣지클라우드 기반의 데이터베이스 서버를 운용하는 경량화 BEMS 모니터링 모듈 시작품핵심성과3: 건물 에너지 시뮬레이션 결과 및 유사 건물군 데이터를 이용하여 BEMS 적용 건물 데이터를 증강화하는 알고리즘 및 라이브러리핵심성과4: 쾌적성 및 에너지 목표에 기반하여 에너지사용량을 예측하고 최적제어를 수행하는 IoT 장치 및 엣지클라우드 서버를 포함하는 BEMS 원격 자동제어 모듈 시작품
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| 최종목표 |
○ 최종목표 - 본 연구의 최종목표는 건물에너지관리시스템(BEMS)을 기존건축물에 적용할 때 구성 요소의 설치가 어렵고 비용이 과다한 문제점을 개선하기 위하여, 장치와 데이터베이스 등 구성요소를 경량화함과 동시에 에너지 데이터 수집과 설비의 자동제어 기능 및 성능을 유지할 수 있도록 IoT 장치 및 서브미터링 기반의 센서 배치 최적화, 클라우드 데이터 분석 기반 자동제어 기능을 포함하는 경량화 BEMS 기술을 개발하는 것임. ○ (세부목표 1) 센서 배치 최적화를 통한 측정 시스템 경량화 기술 개발 - 기존건축물 내 열쾌적성 예측을 위한 온습도 가상센서 기술 개발 - 에너지관제점 센서 배치 효율화 기술 개발 ○ (세부목표 2) 다채널 IoT 장치와 서브미터링 기술 기반 경량화 BEMS의 에너지 데이터 수집 기술 개발 - 무선 다채널 IoT 측정장치을 적용한 경량화 BEMS 기술 개발 - 엣지클라우드 기반의 데이터관리 경량화 기술 개발 - 기존건축물 대상 경량화 BEMS의 에너지 데이터 수집 모듈 설계 ○ (세부목표 3) 시뮬레이션 및 건물군 데이터 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 건축물 정보를 이용한 에너지 영향변수 추출 기술 개발 - 건물에너지 시뮬레이션 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 건물군 클라우드 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 ○ (세부목표 4) 쾌적성 및 에너지 절감 목표 복합 제어가 가능한 엣지클라우드 기반 자동제어 기술 개발 - 기존건축물 설비 적용을 위한 IoT 제어장치와 원격 제어기술 개발 - 엣지클라우드용 예측 제어 기계학습모델 경량화 기술 개발 - 경량화 BEMS의 엣지클라우드 데이터 기반 자동제어 모듈 설계
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| 연구내용 및 범위 |
(1-1) 기존건축물 내 열쾌적성 예측을 위한 온습도 가상센서 기술 개발 - 실내 온습도 측정값 및 가상센서 예측값을 이용하여 열쾌적성(PMV, PET)를 예측 - 기존건축물 내 온습도 측정위치 또는 측정장치 설치가 용이한 지점의 측정값을 이용하여 미측정 지점의 온습도를 예측하는 가상센서 알고리즘 개발 - 기존건축물 온습도 측정 값을 이용한 실내 열쾌적성 예측 가상센서 기술 개발 (1-2) 에너지관제점 센서 배치 효율화 기술 개발 - 에너지사용량 및 실내환경을 측정하는 관제점의 정보중요도와 측정비용에 따라 분류하고 우선순위화 - 관제점의 배치 범위에 따른 가상센서 및 에너지사용량의 예측정확도의 변화량 민감도 분석 - 에너지사용량 예측 성능과 센서 설치비용을 고려한 배치 효율화 알고리즘 개발 (2-1) 무선 다채널 IoT 측정장치을 적용한 경량화 BEMS 기술 개발 - 기존건축물 설치한계 보완한 콤팩트한 무선 다채널 IoT 측정장치 개발 - 무선통신방식을 이용한 시스템 효율화 (2-2) 엣지클라우드 기반의 데이터관리 경량화 기술 개발 - 서버(게이트웨이)부화 최소화 위한 Edge 데이터 전처리 및 데이터 처리 기술 - 현장모니터 및 웹서버모니터링 기능을 구비한 클라우드연계형 엣지게이트웨이(탭) 개발 (2-3) 기존건축물 대상 경량화 BEMS의 에너지 데이터 수집 모듈 설계 - 경량화 BEMS 에너지 데이터수집 모듈의 IoT센서 장치 및 서버 스펙 설계 - IoT 장치 및 운영프로그램을 포함한 경량화 BEMS 에너지 데이터 수집 모듈 시작품 제작 - 경량화 BEMS 적용 시 비용 절감 예상액 산출 (3-1) 건축물 정보 내 에너지 영향변수 추출 기술 개발 - 건축정보를 이용한 에너지 영향 설계인자 식별 기술 개발 및 적용 - 에너지 시뮬레이션 및 유사 유형 건물군 데이터 비교를 위한 건축물의 에너지 특성 도출 (3-2) 건물에너지 시뮬레이션 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 건축물 정보에 기반하여 에너지시뮬레이션용 물리모델을 생성 - 외기환경 및 패시브요소 등 변수 조정을 통한 에너지시뮬레이션 데이터를 도출 - 물리모델 시뮬레이션 데이터에 기반한 에너지 데이터 증강 기술 개발 및 적용 (3-3) 건물군 클라우드 기반 에너지 데이터 증강 기술 개발 - 클라우드에 수집된 건물군의 에너지 데이터의 군집분석을 통해 유사 데이터를 판별 - 유사 데이터 표준화를 위한 데이터 스케일링과 노이즈제거 등 전처리 기술을 적용 - 건물군의 유사 데이터에 기반한 에너지 데이터 증강 기술 개발 및 적용 (4-1) 기존건축물 설비 적용을 위한 IoT 제어장치와 원격 제어기술 개발 - 제어수준에 따른 IoT 제어장치 연결/데이터수집/로컬분석/자동화 분류에 따른 제어명령 수신 - 엣지클라우드를 이용한 1분단위 제어모니터링 - 재실자의 사용목표(쾌적재실, 최대절약, 국민DR참여 등)에 따라 열쾌적성과 에너지사용량의 허용 범위를 산정하고 목표달성을 위한 제어 시나리오 개발 (4-2) 엣지클라우드용 예측 제어 기계학습 모델 경량화 기술 개발 - 증강 데이터를 기반으로 설비 제어에 따른 열쾌적성 및 에너지사용량 단기변화량 예측모델 생성 - 예측모델 전이학습을 통해 저용량 엣지게이트웨이에서 실시간 학습이 가능한 경량화 학습기법 개발 - 엣지게이트웨이(탭) 장치 및 IoT 제어 장치를 포함한 경량화 BEMS 자동제어 모듈 시작품 설계 (4-3) 경량화 BEMS의 엣지클라우드 데이터 기반 자동제어 모듈 설계 - Service Hub 연계형 IoT 통합 제어 모듈 설계 - 엣지클라우드 장치 및 IoT 제어 장치를 포함한 경량화 BEMS 자동제어 모듈 시작품 제작
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