18.에너지 제어 기술 (Energy Control Technology)

에너지 제어 기술 (Energy Control Technology)

 

에너지 소비량 감시(Energy Monitoring) 기술이 건물의 운영과 에너지 소비에 대한 자료를 효율적으로 수집하는 과정이라면, 에너지 해석(Bnergy Analysis)은 이러한 자료를 처리하고 분석하는 과정을 의미한다. 가령, 자료의 표본을 만들고 조건을 설정하여 스케일을 조정하고 평균을 내며, 분석에 의한 여러 형태의 자료를 추출하여 저장 하고, 필요에 따라서는 자료를 검색하는 모든 기능들을 에너지 분석 과정으로 볼 수 있으며, 이러한 기능들이 추후 최적의 에너지 효율로서 건물을 운영할 수 있도록 각종 제어 알고리즘 및 응용 프로그램과 연계되어 제어 상의 의사결정에 영향을 미치게 된다.
에너지 제어 기술은 건물의 열적 특성과 시스템의 특성에 따라서 다음과 같은 다양한 제어 알고리즘과 응용 프로그램이 포함될 수 있다.

 

가. Adaptive Control

건축설비 시스템의 제어방식이 이전의 공압식 제어(Pneumatic Control)로부터 전자식 제어(DDC) 개념으로 전환되면서 각종 제어와 관련된 변수의 입력이 프로그램을 통해서 이루어지고 있다. 이전에는 제어시스템의 반응과 관련된 각종 변수의 설정이 수동에 의해 가능하기 때문에 운전조건에 따라 설정값을 변경해 줌으로써 효율적인 시스템의 운영이 가능하였다. 반면, 건물 및 관련 설비시스템은 수시로 변화하는 조건 속에서 상호 다이내믹한 반응을 통하여 운영되며, 이에 따른 설정값의 조정이 수시로 요구될 수 있다. 따라서, 건물의 변화하는 상태에 상응하여 시스템 제어와 관련된 각종 설정값을 스스로 변화시키면서 적응해 나갈 수 있는 제어 개념이 Adaptive Control 개념이다.
그 대표적인 예로서는 제어시스템의 보정(Calibration)이나 Self-tuning 기능을 들 수 있다.

 

나. Predictive Control

같은 유형의 건물이라고 해도 건물의 사용 형태, 운전 스케줄 등의 다양한 요인에 의해 특정한 조건에서 시스템의 반응이 다를 수 있다. 그렇다면, 어느 특정 건물에서 어떤 조건이 주어졌을 때 시스템이 어떤 반응을 보일 것이며, 또 어떤 반응이 가장 최적의 대응인 가에 대한 의문이 생긴다. 이러한 관점에서 건물의 운영기록을 토대로 통계적인 분석이나 Neural Network와 같은 소프트웨어적인 접근을 통하여 주어진 상황 속에서 최선의 제어 방식 및 이에 따른 에너지 소비수준을 예측하고, 이에 근거하여 제어 동작을 취함으로써 항상 최적인 상태로의 건물 운영을 하고자 하는 것이 Predictive Control의 목적이다.

 

다. Expert Control & Diagnostics

Adaptive Control이나 Predictive Control 개념의 확장으로서 건물 고유의 열적 특성을 감안하여 건물 운영상의 경험이나 판단에 연관된 정보를 사용하여 추론 데이터를 개발하고 특정한 상황에 적합한 제어 상의 문제해결 방향을 도출하는 개념을 의미한다.
이를 위해서는 추론 데이터를 적용할 수 있는 상세한 지식기반이 전제되어야 하며, 이에 근거한 시스템의 진단, 문제점 도출 및 보완, 제어 상의 의사결정 등을 통하여 최적의 건물 운영을 모색할 수 있다.

라. Economizer Cycle Control

Beonomizer Cycle Control 개념은 매우 일반화 되어 있는 개념이나, 실제로 그 운영상의 구체적인 방법론이나 그 효용성에 대해서는 아직 충분한 점증이 이루어지지 못 하고 있다. 이 개념은 주로 외기조건이 일정 조건을 만족할 경우 냉동기의 가동보다는 외기를 실내로 직접 유입함으로써 냉방 에너지를 최소화하려는 목적으로 활용되고 있다. 실제로 Bconomizer Cycle Control 개념을 실행하는 방법으로는 외기의 온도만을 기준으로 삼는 경우와 온도, 습도를 동시에 고려한 엔탈피를 기준으로 삼는 경우로 구분할 수 있는데, 경우에 따라서는 외기를 도입함으로써 오히려 냉방부하를 증가시키는 원인이 되기도 하며 그 효율을 극대화하기 위해서는 건물의 열적 상태 및 외부 환경 조건의 변화에 따라 유동적으로 시스템이 대응할 필요가 있다.

 

마. 변풍량(VAV) 시스템을 위한 제어전략

변풍량시스템은 에너지 효율을 비롯한 여러 가지 이유로 공기분배시스템에 많이 적용하는 시스템이다. 그러나 변풍량(VAV)시스템을 적용하기 위해서는 시스템 내에서 발생 할 수 있는 문제점과 이들 요소 간의 상호관계를 고려하는 통합적인 시각을 가지는 것이 매우 중요하다. 가령, 송풍기 에너지 소비량이 낮은 반면, 환기의 불확실성에 대한 문제를 신중하게 검토되어야 하는 등 시스템의 구성이나 제어의 관점에서 다양한 검토와 기술 개발이 요구된다. 따라서, VAV 시스템의 다양한 제어 상의 문제해결을 위해서는 변풍량 유닛의 풍량조절, 송풍기 제어, 재실자 감시, 혼합유닛 조절 및 Zone box control 등등과 관련한 연구가 요구된다.

 

바. 기상 예측과 동적제어

기존 건물에 적용되고 있는 전형적인 제어 개념은 정상상태를 전제하고 있다. 이는 제어시스템의 불안정 및 에너지 효율이나 쾌적화에도 영향을 미친다.
따라서, DDC 기술이 가용한 지금 열 흐름의 연속적인 불균형을 지능적으로 다룰 수 있는 동적제어 개념이 요구된다. 이러한 동적제어의 개념은 건물이 가지고 있는 관성효과를 감안하여 변화하는 조건을 예상하고 이에 대응함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있는 제어 개념이다. 이를 위해서는 우선 기상 예측기 기능이 전제되어야 한다. 가령, 따뜻한 어느 하루의 아침 기온이 차다고 할 때 낮의 기온이 따뜻할 것이라는 것을 예상하면서 혼합유닛의 설정값을 낮춤으로써 혼합공기 온도를 낮추며, 건물을 예냉하기 위하여 최대 실내 온도를 한계온도 이하로 유지하게 된다. 이러한 특성은 봄이나 가을에 공통으로 발생하고 있으며, 이러한 요구에 직접적으로 대응하기 위하여 아침에 가열하게 되면 낮에 실내 과열이 발생함으로써 결국 에너지 효율이나 쾌적 도의 측면에서 모두 불리하게 된다. 그러나 기상 예측기의 개념이 적용될 경우 변화하는 조건을 예상하여 초기에 가열시스템의 가동을 중지함으로써 쾌적하면서도 경제적인 방법으로 건물을 운영할 수 있다