KR20230065400A - Iot기반 분산형 에너지 관리방법 - Google Patents
Iot기반 분산형 에너지 관리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 IOT 기반 분산형 에너지 관리 방법을 개시한다.
본 발명의 IOT기반 분산형 에너지 관리방법은, 집합건물의 각 단위공간 내의 에너지 사용기기에 대한 에너지정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계처리하여 된 단위공간정보를 생성하는 제1단계; 상기 단위공간정보를 제공받아 기 설정값과 비교 처리하여 에너지 사용기기의 동작제어를 위한 자동설정값을 갖는 자동 단위제어정보를 생성처리하는 제2단계; 사용자로부터 단위공간의 에너지 사용기기에 대한 수동 조작을 위한 설정값을 입력받아 수동 단위제어정보를 생성처리하는 제3단계; 상기 제2단계 및 제3단계의 자동 및 수동 단위제어정보를 인가받아 선택적으로 에너지 사용기기에 제어신호를 인가처리하는 단위공간 에너지 관리장치가 동작하는 제4단계; 상기 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물의 외부환경정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하는 제5단계; 상기 중앙관제정보를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 동작하는 제6단계로 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은 IoT기반의 에너지데이터 수집에 따른 데이터 정확성이 증가되어 에너지 관리 시스템의 신뢰성을 높일 수 있으며, 센서구축비용이 절감됨과 동시에 센서 유지관리 비용을 낮출 수 있어 경제적인 BEMS구축이 가능하다. 또한, 분산처리형 에너지 관리시스템을 통한 에너지 관리는 단위공간별 다수의 사용자가 직접 에너지 관리자의 역할을 가능케 함으로써 소수에 의한 중앙집중식의 에너지 관리의 어려움을 해결할 수 있어 에너지 효율화향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 IOT기반 분산형 에너지 관리방법은, 집합건물의 각 단위공간 내의 에너지 사용기기에 대한 에너지정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계처리하여 된 단위공간정보를 생성하는 제1단계; 상기 단위공간정보를 제공받아 기 설정값과 비교 처리하여 에너지 사용기기의 동작제어를 위한 자동설정값을 갖는 자동 단위제어정보를 생성처리하는 제2단계; 사용자로부터 단위공간의 에너지 사용기기에 대한 수동 조작을 위한 설정값을 입력받아 수동 단위제어정보를 생성처리하는 제3단계; 상기 제2단계 및 제3단계의 자동 및 수동 단위제어정보를 인가받아 선택적으로 에너지 사용기기에 제어신호를 인가처리하는 단위공간 에너지 관리장치가 동작하는 제4단계; 상기 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물의 외부환경정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하는 제5단계; 상기 중앙관제정보를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 동작하는 제6단계로 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은 IoT기반의 에너지데이터 수집에 따른 데이터 정확성이 증가되어 에너지 관리 시스템의 신뢰성을 높일 수 있으며, 센서구축비용이 절감됨과 동시에 센서 유지관리 비용을 낮출 수 있어 경제적인 BEMS구축이 가능하다. 또한, 분산처리형 에너지 관리시스템을 통한 에너지 관리는 단위공간별 다수의 사용자가 직접 에너지 관리자의 역할을 가능케 함으로써 소수에 의한 중앙집중식의 에너지 관리의 어려움을 해결할 수 있어 에너지 효율화향상을 기대할 수 있다.
Description
본 발명은 여러 단위공간으로 구획된 빌딩이나 집합건물에 적용되는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각 단위 공간에 대한 에너지 사용 정보를 실시간 획득하여 이를 기초로 개별 제어를 수행하는 복수의 개별 단위공간 에너지 관리장치를 구성하고, 이들 각 단위공간 에너지 관리장치로부터 제어정보를 인가받아 집합건물 전체에 대한 전반적인 제어처리를 수행하는 중앙관제 에너지 관리장치를 구성함으로써 각 단위공간 에 대한 정밀하고 능동관리를 수행함과 아울러 집합건물 전체에 대한 효율적인 운영 관리를 가능하게 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법에 관한 것이다.
최근 에너지 문제가 전 세계적인 이슈화가 되면서 국가 에너지의 25%에 달하는 건물에너지를 ICT 기술을 적용하여 빌딩에너지 관리를 최적화하는 BEMS (Building Energy Management System)에 대한 정책적, 기술적인 관심이 증대되고 있으며, 세계적인 기후변화 위기에 따라 각국이 온실가스 감축을 위해 강력한 정책을 추진하는 가운데 오피스 빌딩, 학교, 공장 등과 같은 집합건물의 운영측면에서의 에너지 이용 효율화의 해법 중 하나로 빌딩에너지 관리시스템(BEMS, Building Energy Management System) 등과 같이 건물전체를 대상으로 에너지 사용의 효율성을 높이기 위한 BEMS가 구축되고 있다.
이러한, 건물에너지 관리 방법(BEMS)은 기존의 건물 설비 자동화(BAS, Building Automation System) 기술을 기반으로 에너지 소비를 최적화하면서 건물의 설비들을 운전, 관리하는 것을 목표로 하는 것으로, 에너지의 소비량과 장비나 시스템의 운전상태 등을 모니터링한 후, 적절한 평가를 거쳐 다양한 에너지 소비량 분석과 비효율적인 장비 및 시스템의 파악과 최적의 자동제어 시스템을 구축함으로써 궁극적으로 쾌적한 실내 환경을 조성하면서 에너지 소비의 최소화를 도모하는 시스템이다.
국내의 경우 정부는 건물에너지 관리시스템의 체계적인 개발과 보급을 위하여 2014년에 건물에너지 관리시스템의 정의와 주요 기능을 규정하는 한국산업표준으로서 건물에너지 관리시스템 - 1부 : 기능과 데이터 처리절차(KS F 1800-1 : 2014)를 제정하였고, 이후 관련 기술의 발전을 반영하고 건물에너지 관리시스템의 에너지절감 실효성을 확보하기 위한 연계 표준으로서 건물에너지 관리시스템 제2부(KS F 1800-2 : 2014관제점 선정, 데이터 관리 및 에너지절감량 산출)를 제정·공시하였다.
부연설명을 하면, BEMS는 공조 설비와 냉난방 설비를 비롯하여 조명설비 및 전력설비 등으로 이루어진 에너지 사용기기의 에너지 사용 상태 정보를 감시 및 모니터링 함과 아울러 여러 에너지 사용기기를 효과적으로 관리하는데 사용되고 있으며, 통상적으로 전력이나 에너지를 사용하는 종류별 장치군들은 관련 인프라 구조 및 설비등과 함께 제조사 또는 시스템 업체에 의하여 각각 건물 내 설치하므로 관제, 모니터링 또는 제어를 위한 장비와 인프라 구조는 상당수 중복 설치되는 폐단이 있으며, 이외에도 중앙 관제소에서 일괄적으로 에너지 사용기기와 전력을 일괄 제어 관리하기 때문에 에너지 관리 효율성을 높이는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
또한, 국내 BEMS 시장은 의무적용대상 및 녹색건축·제로에너지건축물 인증취득 등을 중심의 관급 시장이 형성되고 있으며, 기 구축된 수요처에서는 지나친 고비용 구조와 데이터 부실, 비효율적인 자동제어로 인한 저효율 등의 문제점이 나타나고 있으며, 이에 따른 제품 신뢰성 하락 등의 부정적 요인으로 인해 정부 및 관련 기업들의 기대와 다르게 시장 활성화가 미흡한 문제점이 있었다.
즉, 국내외 대형 BAS기업에 의해 BEMS시장이 형성됨에 따라 다양한 플레이어가 시장에 진입할 여지가 크지 않아 기술발전 속도가 느리며, 고비용 구조(약 1.5억~2.0억)를 가지고 있으며, 기존 BAS시스템과 연계 부족에 따른 시스템의 중복투자 및 에너지 사용정보 부정확성 증대되는 폐단이 있다.
또한, 에너지절감 효과가 생각보다 만족스럽지 않아, 사용자 관점에서 초기투자비용에 비해 회수기간이 상대적으로 오래걸리고, 현장의 빌딩관리자의 전문성 부족에 따른 시스템 운영 미숙에 의한 관리비용 및 에너지 효율성 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 단위공간 에 대한 정밀하고 능동 관리를 수행함과 아울러 집합 건물 전체에 대한 효율적인 에너지 정책의 수립과 운영 관리가 가능한 대안마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 IoT 데이터 수집 기술(특히 실내의 정보인 온도/습도/밝기 등), IoT 기반의 데이터 전송 및 연계기술, 빅데이터 분석 및 IoT-BIM 연계기술을 포함하여, 실제로 시설물의 대형화 노후화에 따른 안전과 정책적인 요구, 실내 공간정보 수집 필요성 등 다양한 시장 수요를 만족시키기 위해서 유지관리를 지원할 수 있는 효율적인 모니터링 기술지원이 가능한 IOT기반 분산형 에너지 관리방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 단위공간 에너지 관리장치 개발의 핵심 요소기술로 활용할 수 있는 신뢰성을 제공할 수 있으며, 또한 시설물 모니터링기술은 다양한 어플리케이션이 가능하여. 콘크리트 구조물, 건축 구조물, 시설물 유지관리, 실내의 쾌적성 등 다양하기 때문에 향후 확장성이 용이한 IOT기반 분산형 에너지 관리방법을 제공하는데 있다.
또한, 기존의 중앙 통제식 모니터링 방법은 매우 고가이고 케이블로 연결되기 때문에 효율성이나 안전성에 매우 불리하지만, 본 발명은 유무선망을 혼용할 수 있는 IoT 기술이기 때문에 수집 방법이 효율적이고 다양한 형태의 구조물과 상황에 적용할 수 있으며, 특히 BEMS 시스템에 적용할 경우 경제적인 서비스의 제공이 가능한 IOT기반 분산형 에너지 관리방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 실시례에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리방법은, 집합건물의 각 단위공간 내의 에너지 사용기기에 대한 에너지정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계처리하여 된 단위공간정보를 생성하는 제1단계; 기 단위공간정보를 제공받아 기 설정값과 비교 처리하여 에너지 사용기기의 동작제어를 위한 자동설정값을 갖는 자동 단위제어정보를 생성처리하는 제2단계; 용자로부터 단위공간의 에너지 사용기기에 대한 수동 조작을 위한 설정값을 입력받아 수동 단위제어정보를 생성처리하는 제3단계; 기 제2단계 및 제3단계의 자동 및 수동 단위제어정보를 인가받아 선택적으로 에너지 사용기기에 제어신호를 인가처리하는 단위공간 에너지 관리장치가 동작하는 제4단계; 기 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물의 외부환경정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하는 제5단계; 기 중앙관제정보를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 동작하는 제6단계로 구성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 제1단계는, 상기 단위공간내의 온도, 습도, 조도, 재실자 유무, 공기오염도 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보를 수집 처리하는 단계; 상기 에너지 사용기기를 구성하는 환기팬, 조명, 냉난방기기, 전열기기, 블라인드, 유인팬, 항온항습기, 급배기팬, 유인팬 중 어느 하나 이상의 기기에 대한 에너지 소비량을 수집 처리하는 단계를 포함하여 구성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 제2단계는, 기 단위공간 에서 수집한 환경정보와 에너지정보를 기준으로 단위 에너지 소비량을 예측하는 단계; 상기 예측된 에너지 소비량과 현재의 에너지 소비량을 비교 처리하는 단계로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제1단계는, 화장실, 사무실, 회의실, 계단, 주차장, 로비, 휴게실, 복도, 기계실, 전기실, 전산실 중 적어도 어느 이상의 구획된 단위공간 에 대한 고유식별코드를 부여하고, 부여된 고유식별코드를 인증처리하는 단계를 포함하여 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제2단계는, 단위공간의 에너지정보를 수집처리하는 데이터 단위데이터수집단계; 상기 단위데이터수집단계에 연계되어 수집된 정보를 기초로 에너지원별 사용량과 에너지 사용기기 별 에너지 사용량을 구분하여 가공 처리하는 단위데이터가공단계; 상기 단위데이터가공단계에 의해 생성된 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 단위정보시각화단계; 상기 단위공간의 에너지 사용기기에 연결되어 동작제어를 위한 신호를 출력하는 단위제어단계; 상기 에너지 사용기기에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하는 것으로 단위공간의 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 사용자에 의한 제어신호를 출력하는 단위에너지 관리단계;로 구성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제5단계는 상기 각 단위공간 에너지 관리장치에 연결되어 단위공간정보와 단위제어정보를 인가받아 분류 및 통계처리하는 단위정보처리단계; 건물전체의 에너지 정보와 외부 환경정보를 수집 분류 처리하는 중앙데이터수집단계; 상기 중앙데이터수집단계에서 수집된 정보를 기초로 건물전체의 에너지원별 사용량과 에너지 기기별 에너지 사용량으로 분류 처리하는 중앙데이터가공단계; 상기 단위정보처리단계와 중앙데이터가공단계를 통해 처리된 정보를 단위공간과 건물전체의 에너지 정보로 시각화하여 출력하는 중앙정보시각화단계; 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 기기 및 설비에 연결되어 동작제어를 위한 중앙제어정보를 출력하는 중앙설비제어단계; 상기 중앙설비제어단계에 제어신호를 인가하는 것으로 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기 설정값 또는 관리자에 의한 제어신호를 출력처리하는 중앙에너지 관리단계로 구성되는 것에 있다.
본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리방법은, 기존의 중앙집중식 빌딩 에너지 관리 시스템에서 단위공간 중심의 분산식 에너지 관리시스템으로의 변화가 가능. 이를 통해 시스템 고장 시 시스템 전체의 마비를 방지할 수 있어 시스템 고장의 리스크를 줄일 수 있고, 또한 시스템 복구시간을 최소화 함으로써 빌딩 사용의 효율을 증가시킬 수 있는 이점이 기대된다.
또한, IoT기반의 에너지데이터 수집에 따른 데이터 정확성이 증가되어 에너지 관리 시스템의 신뢰성을 높일 수 있으며, 센서구축비용이 절감됨과 동시에 센서 유지관리 비용을 낮출 수 있어 경제적인 BEMS구축이 가능하다.
또한, 분산처리형 에너지 관리시스템을 통한 에너지 관리는 단위공간별 다수의 사용자가 직접 에너지 관리자의 역할을 가능케 함으로써 소수에 의한 중앙집중식의 에너지 관리의 어려움을 해결할 수 있어 에너지 효율화향상을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 단위공간별로 빅데이터 수집 및 처리가 가능함에 따라 엣지컴퓨팅이 가능함으로써 향후 AI기반의 에너지 관리시스템으로의 확장이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리방법을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 단위공간 에너지 관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 중앙관제 에너지 관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 단위공간 에너지 관리장치의 실시례를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 중앙관제 에너지 관리장치의 실시례를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 작동 프로세스를 설명하기 위한 모식도,
도 8 내지 15는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 제공되는 시각화된 화면 예시도,
도 16은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 단위공간 에너지 관리장치의 하드웨어 블록 다이어그램,
도 17은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 일 실시례에 따른 개발 제품의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 단위공간 에너지 관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 중앙관제 에너지 관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 단위공간 에너지 관리장치의 실시례를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 중앙관제 에너지 관리장치의 실시례를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 작동 프로세스를 설명하기 위한 모식도,
도 8 내지 15는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 제공되는 시각화된 화면 예시도,
도 16은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 단위공간 에너지 관리장치의 하드웨어 블록 다이어그램,
도 17은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 일 실시례에 따른 개발 제품의 구조도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 전체 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 오피스 빌딩, 학교, 공장 등과 같은 여러 단위공간으로 구획된 집합건물에 적용되는 것으로, 각 단위공간 에 대한 에너지 사용기기의 제어를 수행하는 복수의 단위공간 에너지 관리장치의 동작과정을 포함하는 제1,2,3,4단계와, 이들 각 단위공간 에너지 관리장치와 유무선망으로 연결되어 건물전체의 에너지 사용에 대한 중앙제어를 수행하는 중앙관제 에너지 관리장치의 동작과정을 포함하는 제5,6단계의 구성이 도시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 이를 실시하기 위한 시스템을 구성하는 단위공간 에너지 관리장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는. 집합건물의 각 단위공간 에 개별 설치되어 온오프 제어되는 에너지 사용기기 및 해당 단위 공간의 에너지 정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계 처리하여 해당 단위공간정보를 생성하고, 이를 기 설정값과 비교 처리하여 된 자동설정값 또는 사용자로부터 입력받은 수동설정값 중 어느 하나를 입력받아 상기 에너지 사용기기에 대한 단위제어정보를 생성 처리하는 것으로, 이러한 단위공간 에너지 관리장치는 해당 단위공간 에 대하여 적절한 에너지 사용을 자동 또는 수동으로 제어하는 요소이다.
즉, 본 발명에서의 단위공간 에너지 관리장치는 온도, 습도, 조도, 재실자 유무, 공기오염도 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 센서로 이루어진 환경센서부(30-a)를 통해 환경정보를 생성하고, 환기팬, 조명, 냉난방기기, 전열기기, 블라인드,유인팬,항온항습기, 급배기팬,유인팬 중 어느 하나 이상의 기기에 대한 에너지 소비량을 측정하는 에너지 측정부(30-b)를 통해 에너지 정보를 생성처리한다. 또한, 단위공간 에서 수집한 환경정보와 에너지정보를 기초로 단위 에너지 소비량을 예측하는 단위공간예측모듈(30-c)과, 이에 연계되어 예측된 에너지 소비량과 현재의 에너지 소비량을 비교 처리하는 단위공간비교모듈(30-d) 그리고 각 단위공간 에 따른 고유식별코드를 부여받은 인증처리된 단위공간식별모듈(30-e)을 포함하며, 이외에도 단위 공간의 에너지정보를 수집처리하는 단위데이터수집모듈(30-f)과, 이에 연계되어 수집된 정보를 기초로 에너지원별 사용량과 에너지 사용기기 별 에너지 사용량을 구분하여 가공 처리하는 단위데이터가공모듈(30-g)과, 이에 연계되어 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 단위정보시각화모듈(30-h)과, 각 단위공간의 에너지 사용기기에 연결되어 동작제어를 위한 신호를 출력하는 단위제어모듈(30-i) 그리고 상기 단위제어모듈(30-i)에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하는 것으로 단위공간의 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기 설정값 또는 사용자에 의한 제어신호를 출력하는 단위에너지 관리모듈(30-j) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 구성이다.
도 3은 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리방법에서 이를 실시하기 위한 시스템에서 중앙관제 에너지 관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물 외부환경 정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하고, 이를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴 제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성 처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 중앙관제 에너지 관리장치는 각 단위공간정보를 실시간 제공받아 단위공간 또는 에너지 사용기기에 대한 에너지 공급 우선순위를 계산 처리하고 선택적으로 제어신호를 출력하는 단위공간우선모듈과, 이에 연계되어 각 단위공간 에 대한 기설정된 에너지 소비량의 허용값과 비교 처리하고 선택적으로 결과값을 출력하는 단위공간허용모듈과, 집합건물과 단위공간의 환경정보와 에너지정보를 기초로 전체 에너지 소비량을 예측하는 중앙관제예측모듈과, 이에 연계되어 예측된 총 에너지 소비량과 실시간 에너지 소비량을 비교 처리하는 중앙관제비교모듈과, 이에 연계되어 실시간 에너지 소비량이 설정치 초과 유무를 판별하고, 설정치를 초과하는 경우 에너지 소비량을 낮추기 위하여 어느 하나 또는 하나 이상의 에너지 기기 또는 단위공간을 선택하여 허용 에너지 소비량을 감소 제어하는 중앙에너지절약모듈 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 구성이다.
또한, 본 발명의 중앙관제 에너지 관리장치는, 각 단위공간 에너지 관리장치에 연결되어 단위공간정보와 단위제어정보를 인가받아 분류 및 통계처리하는 단위정보처리모듈과, 건물전체의 에너지 정보와 외부 환경정보를 수집 분류 처리하는 중앙데이터수집모듈고하, 이에 연계되어 수집된 정보를 기초로 건물전체의 에너지원별 사용량과 에너지 기기별 에너지 사용량으로 분류 처리하는 중앙데이터가공모듈과, 상기 단위정보처리모듈과 중앙데이터가공모듈에 연계되어 단위공간과 건물전체의 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 중앙정보시각화모듈과, 단위공간과 빌딩전체 에너지 기기 및 설비에 연결되어 동작제어를 위한 중앙제어정보를 출력하는 중앙설비제어모듈과, 상기 중앙설비제어모듈에 제어신호를 인가하는 것으로 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 관리자에 의한 제어신호를 출력처리하는 중앙에너지 관리모듈 중 어느 하나 이상을 포함하는 구성이다.
또한, 본 발명의 상기 중앙관제 에너지 관리장치는, 집합건물 전체에 대한 에너지정보와 건물의 실외 환경정보 및 단위공간정보를 실시간 분석 및 통계 처리하여 된 전체공간정보를 생성처리하는 전체공간정보모듈과, 이에 연계되어 기설정값과 비교 처리하고 각 단위공간 에너지 관리장치에 대한 우선순위를 결정함과 아울러 에너지 기기 및 에너지원에 대한 소비허용 범위를 계산 처리하고, 허용범위를 벗어나지 않도록 알림 또는 통제 정보를 생성하는 에너지총량유지모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법의 실시 구성을 설명하기로 한다.
제1단계
집합건물의 각 단위공간 내의 에너지 사용기기에 대한 에너지정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계처리하여 된 단위공간정보를 생성한다.
한편, 상기 제1단계에서, 상기 단위공간내의 온도, 습도, 조도, 재실자 유무, 공기오염도 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보를 수집 처리하는 단계와, 상기 에너지 사용기기를 구성하는 환기팬, 조명, 냉난방기기, 전열기기, 블라인드, 유인팬, 항온항습기, 급배기팬, 유인팬 중 어느 하나 이상의 기기에 대한 에너지 소비량을 수집 처리하는 단계를 포함하여 수행하는 것을 제안한다.
또한, 상기 제1단계에서, 각 단위공간을 이루는 화장실, 사무실, 회의실, 계단, 주차장, 로비, 휴게실, 복도, 기계실, 전기실, 전산실 중 적어도 어느 이상의 구획된 공간에 대한 고유 식별코드를 부여하고, 부여된 고유 식별코드를 인증 처리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이때의 고유 식별코드는 유무선망으로 연결된 유무선 랜, 블루투스, 와이파이, 와이브로, NFC 등 공지의 다양한 식별인자를 갖는 유무선통신모듈이 사용되어도 무방하다.
제2단계
상기 단위공간정보를 제공받아 기 설정값과 비교 처리하여 에너지 사용기기의 동작제어를 위한 자동설정값을 갖는 자동 단위제어정보를 생성처리한다.
한편, 상기 제2단계는 상기 단위공간 에서 수집한 환경정보와 에너지정보를 기준으로 단위 에너지 소비량을 예측하는 단계와, 상기 예측된 에너지 소비량과 현재의 에너지 소비량을 비교 처리하는 단계를 포함하여 수행되는 것을 제안한다.
또한, 상기 제2단계는, 단위공간의 에너지정보를 수집처리하는 데이터 단위데이터수집단계와, 상기 단위데이터수집단계에 연계되어 수집된 정보를 기초로 에너지원별 사용량과 에너지 사용기기 별 에너지 사용량을 구분하여 가공 처리하는 단위데이터가공단계와, 상기 단위데이터가공단계에 의해 생성된 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 단위정보시각화단계와, 상기 단위공간의 에너지 사용기기에 연결되어 동작제어를 위한 신호를 출력하는 단위제어단계 그리고 상기 에너지 사용기기에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하는 것으로 단위공간의 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 사용자에 의한 제어신호를 출력하는 단위에너지 관리단계로 수행되는 것을 제안한다.
제3단계
사용자로부터 단위공간의 에너지 사용기기에 대한 수동 조작을 위한 설정값을 입력받아 수동 단위제어정보를 생성처리한다.
제4단계
상기 제2단계 및 제3단계의 자동 및 수동 단위제어정보를 인가받아 선택적으로 에너지 사용기기에 제어신호를 인가처리하는 단위공간 에너지 관리장치가 동작한다.
제5단계
상기 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물의 외부환경정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성한다.
한편, 상기 제5단계는 상기 각 단위공간 에너지 관리장치에 연결되어 단위공간정보와 단위제어정보를 인가받아 분류 및 통계처리하는 단위정보처리단계와, 건물전체의 에너지 정보와 외부 환경정보를 수집 분류 처리하는 중앙데이터수집단계와; 상기 중앙데이터수집단계에서 수집된 정보를 기초로 건물전체의 에너지원별 사용량과 에너지 기기별 에너지 사용량으로 분류 처리하는 중앙데이터가공단계와, 상기 단위정보처리단계와 중앙데이터가공단계를 통해 처리된 정보를 단위공간과 건물전체의 에너지 정보로 시각화하여 출력하는 중앙정보시각화단계와, 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 기기 및 설비에 연결되어 동작제어를 위한 중앙제어정보를 출력하는 중앙설비제어단계 그리고 상기 중앙설비제어단계에 제어신호를 인가하는 것으로 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기 설정값 또는 관리자에 의한 제어신호를 출력처리하는 중앙에너지 관리단계로 수행되는 구성을 포함하는 것을 제안한다.
제6단계
상기 중앙관제정보를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 동작한다.
이하, 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리방법을 수행하기 위한 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명은 크게 복수의 단위공간으로 구획된 집합건물 전체의 에너지 소비 정보와 에너지 사용기기 및 에너지원에 대한 통합 제어가 가능한 중앙관제 에너지 관리장치와, 이 중앙관제 에너지 관리장치와 유무선망으로 연결되어 연계 운영되는 것으로 각 단위공간마다 독립적으로 설치되어 해당공간 에 대한 에너지 사용기기에 대한 제어 및 관리를 자동으로 수립하거나 또는 재실자나 사용자로부터 입력받은 수동입력 정보를 기초로 제어되며, 제어상황과 수집된 에너지 및 환경정보를 상기 중앙관제 에너지 관리장치로 전송하고 선택적으로 중앙관제 에너지 관리장치로부터 인가된 제어신호에 의해 제어되는 단위공간 에너지 관리장치로 구성된다.
이하, 본 발명의 주요한 기술적 구성요소 중 하나인 단위공간 에너지 관리장치를 설명하기로 한다.
단위공간 에너지 관리장치는 집합건물을 구성하는 구획된 단위공간마다 개별설치되어 온오프 되는 에너지 사용기기 및 해당 단위공간의 에너지정보와 환경정보를 실시간 수집하여 분석 및 통계 처리하여 된 단위공간정보를 생성한다. 이렇게 생성된 단위공간정보는 기설정값과 비교 처리하여 자동제어를 위한 자동설정값 또는 재실자나 해당 단위공간의 관리자로부터 입력받은 수동설정값 중 어느 하나를 상기 에너지 사용기기에 단위제어정보를 생성 처리함으로써, 해당 단위공간 에 대하여 자동으로 에너지 사용기기의 온오프 제어를 실시하거나 또는 재실자나 관리자로부터 입력받은 수동설정값에 의해 에너지 사용기기의 온오프 제어를 수행하게 된다.
이러한 단위공간 에너지 관리장치는 환경정보와 에너지정보를 취득하여, 이를 기초로 해당 단위공간 에 대한 에너지 사용기기의 제어를 위한 정보로 활용한다.
상기 환경정보는 단위공간 내의 온도, 습도, 조도, 재실자 유무, 공기오염도 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 센서로 이루어진 환경센서부로부터 수집된다.
상기 에너지정보는 환기팬, 조명, 냉난방기기, 전열기기, 블라인드, 유인팬, 항온항습기, 급배기팬, 유인팬 중 어느 하나 이상의 기기에 대한 에너지 소비량을 측정하는 에너지 측정부로 수집된다.
상기 환경정보와 에너지정보는 유무선망을 통해 단위공간예측모듈로 제공되며, 이 단위공간예측모듈은 상기 환경정보와 에너지정보를 누적처리하여 빅데이터로 가공하고, 가공된 데이터를 기초로 에너지 소비량을 예측처리한 정보를 생성한다.
이렇게 예측된 에너지 소비량 정보는 유무선만으로 연결된 단위공간비교모듈에 인가되며, 상기 단위공간비교모듈은 예측된 에너지 소비량과 실시간 수집되는 에너지 소비량을 비교 처리하며, 이렇게 비교처기된 정보를 기초로 단위공간의 에너지 소비량의 급감을 판단할 수 있다. 일례로, 단위공간의 온습도와, 재실자의 수에 따른 과거의 누적된 정보를 기초로 적절한 온습도 정보를 예측할 수 있으며, 이렇게 예측된 정보와 실시간 수집된 정보와의 차이를 비교하여 에너지 사용기기에 대한 제어정보를 생성하여 자동제어하거나 또는 해당 단위공간의 재실재나 관리자에게 알림 통보를 수행할 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 단위공간 에너지 관리장치는 화장실, 사무실, 회의실, 계단, 주차장, 로비, 휴게실, 복도, 기계실, 전기실, 전산실 중 적어도 어느 이상에 설치되어 해당 단위공간 에 따른 고유식별코드를 부여받은 인증처리된 단위공간식별모듈을 포함하는 구성이다. 이러한 단위공간식별모듈은 유무선망으로 연계되어 해당공간을 중앙관제 에너지 관리장치에서 식별하기 위한 요소이다.
또한, 본 발명의 단위공간 에너지 관리장치는 단위 공간의 에너지정보를 수집처리하는 단위데이터수집모듈과, 상기 데이터 수집모듈과 유무선망으로 연결되어 연계 운영되는 것으로 상기 단위데이터수집모듈을 통해 수집된 정보를 기초로 에너지원별 사용량과 에너지 사용기기 별 에너지 사용량을 구분하여 가공 처리하는 단위데이터가공모듈과, 이 단위데이터가공모듈과 유무선망으로 연결되어 에너지 정보를 시각화하여 화면으로 출력 표시하는 단위정보시각화모듈과, 상기 각 단위공간의 에너지 사용기기에 연결되어 동작제어를 위한 신호를 출력하는 단위제어모듈과, 상기 단위제어모듈에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하는 것으로 단위공간의 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 사용자에 의한 제어신호를 출력하는 단위에너지 관리모듈로 구성된다.
[표 1]
<단위공간 에너지 관리장치의 구성>
이와 같이 구성되는 본 발명의 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)는 각기 다른 에너지 사용패턴을 갖는 집합건물 내의 공간을 5~20가지 타입으로 구분하고, 구분된 단위공간(Unit-Space)을 중심으로 에너지 데이터 수집·분석·가시화·최적 설비 제어가 가능한 것으로, 후술할 빌딩전체 에너지 관리를 실행할 수 있는 빌딩전체 에너지 관리장치(T-BEMS)에 연동하여 제어상황을 실시간 제공함과 아울러 선택적으로 제어신호를 인가받아 통제되는 구성이며, 본 발명에서의 단위공간은 사무실, 화장실, 복도, 로비, 주차장, 휴게실, 계단, 전산실, 기계실, 전기실로 구분한 것을 예시하였다.
또한, 본 발명의 단위공간 에너지 관리장치의 주요 기능은 도 5와 같이 제공될 수 있으며 다음과 같이 구분되는 것을 예시한다.
① 이용단위공간 실내/외 환경 데이터 및 에너지 사용량 데이터 수집
② 이용단위공간 에너지 사용현황 실시간 모니터링 (3D/Graph) 제공
ㅇ 실내정보 표기 : 실내온도/실내습도/실내조도/재실여부 정보 표기
ㅇ 실외정보 표기 : 실외온도/실외습도/미세먼지/초미세먼지 정보 표기
③ 이용단위공간 에너지 사용량 통계/분석 및 알람
④ 이용단위공간 에너지 설비(조명/전열/냉난방) 수동/개별제어(ON/OFF)
ㅇ 개별단위제어 : 조명/전열/냉난방 설비 수동 ON/OFF 제어
ㅇ 건물통합제어 : 조명/전열/냉난방 자동/스케줄 제어
한편 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에서 단위공간 에너지 관리장치는 다음의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다.
① 에너지 데이터 수집(Gathering) 및 저장(Storage)
ㅇ 실내 온도·습도·조도·재실 측정 가능한 IoT복합 센서 내장
ㅇ 단위공간 순시전력 데이터는 개별 분전반 또는 전력 측정 센서 별도 설치하여 수집
ㅇ 빌딩외부 기상청/전력거래소 openAPI 연동 서비스 개발
ㅇ 수집된 에너지 데이터는 1분에 1개의 데이터를 에너지 데이터베이스에 저장
ㅇ 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)에서 수집한 에너지데이터는 분단위별로 T-BEMS에 전송
② 에너지정보 시각화(Visualization) 및 실시간 모니터링(Real Time Monitoring)
ㅇ 빌딩 단위공간 3D 모델링 라이브러리 개발을 통한 사용자 이해력 증진
ㅇ 3D 모델링 정보 Web-Viewer Component 개발을 통한 상세한 에너지 정보제공
ㅇ Web브라우저 화면 가시화 서비스 개발
③ 에너지 설비 자동제어
ㅇ 단위공간별 에너지 설비(조명/전열/냉난방 기기) 제어 기능 개발 및 적용
ㅇ 단위공간 이용자 직접 제어 및 건물 운영 관리자 빌딩통합제어 가능 개발
④ 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)와 중앙관제 에너지 관리장치(T-BEMS) 연계
ㅇ 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)에서 요청한 다양한 정보조회를 중앙관제 에너지 관리장치(T-BEMS)가 처리하여 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)에 전송
- 시간 환경정보 조회(온도/습도/미세먼지/CO2 등)
- 시간 에너지 사용정보 조회(단위공간 에너지사용 조회, 에너지설비별 에너지사용량 조회 등)
한편, 첨부도면 도 16은 단위공간 에너지 관리장치 하드웨어 블록다이어그램을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명의 주요한 기술적 구성요소 중 하나인 중앙관제 에너지 관리장치를 설명하기로 한다.
중앙관제 에너지 관리장치는 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물 외부환경 정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하고, 이를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴 제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성 처리하는 요소이다.
본 발명의 중앙관제 에너지 관리장치는 각 단위공간 에 대한 에너지 공급 우선순위를 결정하고, 집합건물 전체에 소요되는 에너지 사용량의 급등시 선택적으로 에너지 사용기기 또는 단위공간 에 대한 에너지 공급조건을 제어할 수 있으며, 이를 위해 단위공간우선모듈과 단위공간허용모듈을 구성한다.
상기 단위공간우선모듈은 집합건물의 각 단위공간 정보를 실시간 제공받아 단위공간 또는 에너지 사용기기에 대한 에너지 공급 우선순위를 계산 처리하고 선택적으로 제어신호를 출력한다.
상기 단위공간허용모듈은 상기 단위공간우선모듈과 유무선망으로 연결되어 각 단위공간 에 대한 기설정된 에너지 소비량의 허용값과 비교 처리하고 선택적으로 결과값을 출력하는 요소이다.
이러한 구성을 통해 일례로, 하절기의 경우 에어컨 사용에 따른 전력수요량이 급등하는 경우 여러 단위공간 에 대한 우선순위를 선정하고, 아울러 각 단위공간 에서 사용할 수 있는 최대 에너지 소비량을 제한할 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 중앙관제 에너지 관리장치는 집합건물 전체에 대한 허용 가능한 에너지 소비총량을 결정하고, 각 단위공간은 이 에너지 소비총량을 초과하지 않는 범위내에서 유동적으로 제어동작되되, 초과하는 경우 특정 에너지 사용기기에 대한 운영정지 또는 소비량 감축제어를 실시하거나 또는 특정 단위공간(재실자가 없는 곳 등)을 에너지 공급을 중단할 수 있으며, 이를 위해 중앙관제예측모듈과, 중앙관제비교모듈과, 중앙에너지절약모듈을 구성할 수 있다.
상기 중앙관제예측모듈은 집합건물과 단위공간의 환경정보와 에너지정보를 기초로 전체 에너지 소비량을 예측하는 요소이다.
상기 중앙관제비교모듈은 상기 중앙관제예측모듈과 유무선망으로 연결되어 예측된 총 에너지 소비량과 실시간 에너지 소비량을 비교 처리하는 요소이다.
상기 중앙에너지절약모듈은 상기 중앙관제비교모듈과 유무선망으로 연결되어 실시간 에너지 소비량이 설정치를 초과하는 판별하고, 설정치를 초과하는 경우 에너지 소비량을 낮추기 위하여 어느 하나 또는 하나 이상의 에너지 기기 또는 단위공간을 선택하여 허용 에너지 소비량을 감소 제어하는 요소이다.
또한, 본 발명의 중앙관제 에너지 관리장치는 상기 각 단위공간 에너지 관리장치에 연결되어 단위공간정보와 단위제어정보를 인가받아 분류 및 통계처리하는 단위정보처리모듈과, 건물전체의 에너지 정보와 외부 환경정보를 수집 분류 처리하는 중앙데이터수집모듈과, 상기 중앙데이터수집모듈에 연계되어 수집된 정보를 기초로 건물전체의 에너지원별 사용량과 에너지 기기별 에너지 사용량으로 분류 처리하는 중앙데이터가공모듈과, 상기 단위정보처리모듈과 중앙데이터가공모듈에 연계되어 단위공간과 건물전체의 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 중앙정보시각화모듈과, 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 기기 및 설비에 연결되어 동작제어를 위한 중앙제어정보를 출력하는 중앙설비제어모듈과, 상기 중앙설비제어모듈에 제어신호를 인가하는 것으로 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 관리자에 의한 제어신호를 출력처리하는 중앙에너지 관리모듈로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 중앙관제 에너지 관리장치는 집합건물 전체에 대한 에너지정보와 건물의 실외 환경정보 및 단위공간정보를 실시간 분석 및 통계 처리하여 된 전체공간정보를 생성처리하는 전체공간정보모듈과, 상기 전체공간정보모듈에 연계되어 기설정값과 비교 처리하고 각 단위공간 에너지 관리장치에 대한 우선순위를 결정함과 아울러 에너지 기기 및 에너지원에 대한 소비허용 범위를 계산 처리하고, 허용범위를 벗어나지 않도록 알림 또는 통제 정보를 생성하는 에너지총량유지모듈로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 중앙관제 에너지 관리장치(T-BEMS)는 빌딩 통합운영관리 공간 에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 단위공간 에너지 관리장치와 연계하여 빌딩전체의 에너지원 별 에너지 사용 데이터를 수집, 빌딩 에너지 관리/운용자가 에너지 운영 정책 수립 및 최적 운영이 가능하게 하는 것으로, 그 주요 기능은 도 6 및 다음과 같이 제공되는 것을 제안한다.
① 단위공간 에너지 관리장치와 연계하여 빌딩 에너지 사용 데이터 수집 및 관리
② 빌딩전체 및 단위공간 별 에너지 사용현황 실시간 모니터링(3D/Graph)
③ 빌딩전체 및 단위공간 별 에너지 사용 통계/분석 및 알람 정보 가시화
④ 빌딩전체 및 단위공간 별 에너지 설비 통합 운영 제어 및 스케줄 제어
⑤ 빌딩 내 단위공간 별 에너지 최적운용 프로파일 생성 및 단위공간 에너지 관리장치에 프로파일 배포
⑥ 빌딩전체 에너지 최적 운영 정책 수립 및 관리
⑦ 기간별/용도별 에너지 사용 정보 보고서 작성
즉, 단위공간 에너지 관리장치는 단위공간의 환경데이터 및 에너지데이터 수집과 에너지 사용상태 모니터링, 수동제어를 통한 에너지 관리의 기능을 수행하고, 중앙관제 에너지 관리장치는 단위공간 에너지 관리장치의 기능을 포함한 빌딩전체의 에너지 관리의 기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 중앙관제 에너지 관리장치는 에너지데이터 수집 및 저장 -> 에너지데이터 가공 및 분석 -> 에너지 정보시각화 및 실시간 모니터링 -> 에너지 설비제어 기능이 상호 작용하면서 에너지 관리가 실행 가능하도록 제공되는 것이 바람직하며, 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
① 에너지 데이터 수집(Gathering) 및 저장(Storage)
ㅇ 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)에서 수집한 에너지데이터를 수집하여 에너지데이터베이스에 저장
ㅇ 센서로부터 수집된 데이터의 신뢰성 확보를 위해 결측치 처리, 정규화 방법들을 개발하여 활용
ㅇ 단위공간 에너지 관리장치(U-BEMS)로부터 전송된 데이터는 15분에 1회씩 정보로 가공되어 저장
② 에너지데이터 가공(Operating) 및 분석(Analysis)
ㅇ 에너지 데이터베이스에 저장된 데이터는 KS F 1800-1, 1800-2 표준 에너지정보로 가공
ㅇ 가공된 에너지 정보를 사용자가 쉽게 이해할 수 있도록 통계/분석을 수행
ㅇ 에너지 정보에 일별, 월별, 분기별, 연별 등 다양한 분석 수행
ㅇ KS F 1800-1의 요구기능에 부합한 데이터가공을 위한 연산처리 내용 및 정보표현 방법, 시각화 방안(예시)은 다음과 같다.
[표 2]
<에너지정보 가공 내용>
③ 에너지정보 시각화(Visualization) 및 실시간 모니터링(Real Time Monitoring)
ㅇ 에너지장치 사용자가 실시간으로 에너지 사용 상태를 모니터링 할 수 있도록 그래프, 3D, 도표를 활용하여 에너지정보 시각화(일별, 주간별, 월별 등)
ㅇ 에너지 관리장치에 터치형 디스플레이어를 장착
④ 에너지 설비 자동제어
ㅇ 단위공간별 에너지 사용패턴을 사전조사하여 이용단위공간 내 에너지설비 제어방법을 도출
ㅇ 단위공간별로 에너지 최적설비제어 알고리즘을 설계하고, 중앙관제 에너지 관리장치(T-BEMS)시스템에 탑재
ㅇ 빌당 전체의 에너지 운영정책을 내제화하여 이용단위공간 에너지 관리장치와 빌딩전체 에너지 관리장치가 상호 유기적으로 연계·작동할 수 있도록 개발
위와 같은 구성의 중앙관제 에너지 관리장치의 주요 서비스는 도 8 내지 도 14를 참조하며, 다음과 같이 제공되는 것을 제안한다.
가. 빌딩 에너지 실시간 운영정보 모니터링 및 알람 서비스
ㅇ 건물 에너지 원 별 실시간 에너지 사용현황 모니터링
ㅇ 실시간 피크전력 현황 모니터링
ㅇ 에너지 다소비 설비 별 에너지 사용 현황 모니터링
ㅇ 실내/실외/구역별 실내 환경 현황 모니터링
ㅇ 알람 및 이벤트 현황 모니터링
ㅇ 에너지 사용 목표 관리 현황 모니터링
첨부도면 도 8은 집합건물 전체의 에너지 대시보드 화면을 나타낸 예시도이고, 도 9는 에너지원별 실시간 모니터링 화면을 나타낸 예시도이다.
나. 빌딩 에너지 최적 운영정책 목표 수립 및 배포 서비스
ㅇ 목표설정 : 전년 동월대비에너지 사용량 데이터를 기반으로 금년 동월 에너지 운영 정책 수립
ㅇ 정책배포 : 에너지 운영 프로파일로 변환되어 U-BEMS로 운영정책 배포
ㅇ 실적분석 : 전년 동월 / 금년 동월 목표대비 실적 분석
첨부도면 도 10은 에너지 목표 실적 화면을 나타낸 예시도이고, 도 11은 에너지 목표 설정화면을 나타낸 예시도이다.
다. 에너지 수요예측 및 피크전력 감시 제어 서비스
ㅇ 수요예측 : 현재 최대수요전력(Peak 값)과 15분 뒤 최대수요전력을 계약전력 대비 n% 초과하는 경우의 수요를 예측
ㅇ 피크전력 : 건물에너지 관리자가 에너지 다소비 설비 전력 차단 Priority를 설정, 설정된 순서에 따라 피크전력 감시 및 자동 제어
첨부도면 도 13은 수요 예측 화면을 나타낸 예시도이고, 도 14는 피크전력 감시 및 제어 화면을 나타낸 예시도이다.
라. 3D 기반의 에너지 시각화 및 설비 자동/수동 제어 서비스
ㅇ 3D GUI : 3D 기반의 직관적 GUI를 이용자/관리자에 제공함으로 에너지 운영 현황의 직관성/ 편리성 제공
ㅇ 설비제어 : 건물에너지 전체 관리/운용자에 의해 설정된 전력 차단 Priority에 따라 피크관리가 필요한 경우에 자동 제어 이용단위공간 이용자 개별 에너지 사용 설비 수동 제어
첨부도면 도 15는 3D GUI 화면을 나타낸 예시도이고, 도 16은 주요 설비 제어화면을 나타낸 예시도이고, 도 17은 본 발명의 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법에 의한 개발제품의 구조를 예시한 도면이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 IOT기반 분산형 에너지 관리 방법은 이용 단위공간의 에너지 사용정보를 실시간 수집, 분석, 가시화 제어가 가능하도록 각 단위공간별로 독립적인 운용 제어가 가능한 단위공간 에너지 관리장치를 구성하고, 이들 복수의 단위공간 에너지 관리장치와 빌딩전체의 에너지 사용기기(설비)로부터 에너지 정보를 수집, 분석, 가시화, 운영정책 수립, 설비제어를 실행하는 중앙관제 에너지 관리장치로 이루어짐에 따라 각각의 단위공간이 독립적이면서 능동적인 에너지 소비 및 관리가 가능하고, 중앙관제 에너지 관리장치는 이들 각각의 단위공간 에너지 관리장치에 대해 통제가 가능함에 따라 집합건물내 에너지 전체를 효율적으로 운영, 관리가 가능하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1 : IOT기반 분산형 에너지 관리방법
Claims (6)
- 집합건물의 각 단위공간 내의 에너지 사용기기에 대한 에너지정보와 환경정보를 실시간 분석 및 통계처리하여 된 단위공간정보를 생성하는 제1단계;
상기 단위공간정보를 제공받아 기 설정값과 비교 처리하여 에너지 사용기기의 동작제어를 위한 자동설정값을 갖는 자동 단위제어정보를 생성처리하는 제2단계;
사용자로부터 단위공간의 에너지 사용기기에 대한 수동 조작을 위한 설정값을 입력받아 수동 단위제어정보를 생성처리하는 제3단계;
상기 제2단계 및 제3단계의 자동 및 수동 단위제어정보를 인가받아 선택적으로 에너지 사용기기에 제어를 수행하기 위한 단위제어정보를 생성처리하는 단위공간 에너지 관리장치가 동작하는 제4단계;
상기 집합건물 전체 및 단위공간별 에너지원 정보와 건물의 외부환경정보를 취득하여 중앙관제정보를 생성하는 제5단계;
상기 중앙관제정보를 기초로 각 단위공간 에너지 관리장치에 원격 스케쥴제어를 수행하기 위한 원격제어정보를 생성처리하는 중앙관제 에너지 관리장치가 동작하는 제6단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제1단계는,
상기 단위공간내의 온도, 습도, 조도, 재실자 유무, 공기오염도 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 정보를 수집 처리하는 단계;
상기 에너지 사용기기를 구성하는 환기팬, 조명, 냉난방기기, 전열기기, 블라인드, 유인팬, 항온항습기, 급배기팬, 유인팬 중 어느 하나 이상의 기기에 대한 에너지 소비량을 수집 처리하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제2단계는,
상기 단위공간 에서 수집한 환경정보와 에너지정보를 기준으로 단위 에너지 소비량을 예측하는 단계;
상기 예측된 에너지 소비량과 현재의 에너지 소비량을 비교 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제1단계는,
화장실, 사무실, 회의실, 계단, 주차장, 로비, 휴게실, 복도, 기계실, 전기실, 전산실 중 적어도 어느 이상의 구획된 단위공간 에 대한 고유식별코드를 부여하고, 부여된 고유식별코드를 인증처리하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법, - 제 1항에 있어서, 상기 제2단계는,
단위공간의 에너지정보를 수집처리하는 데이터 단위데이터수집단계;
상기 단위데이터수집단계에 연계되어 수집된 정보를 기초로 에너지원별 사용량과 에너지 사용기기 별 에너지 사용량을 구분하여 가공 처리하는 단위데이터가공단계;
상기 단위데이터가공단계에 의해 생성된 에너지 정보를 시각화하여 출력하는 단위정보시각화단계;
상기 단위공간의 에너지 사용기기에 연결되어 동작제어를 위한 신호를 출력하는 단위제어단계;
상기 에너지 사용기기에 제어신호를 인가하여 동작을 제어하는 것으로 단위공간의 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기설정값 또는 사용자에 의한 제어신호를 출력하는 단위에너지 관리단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제5단계는
상기 각 단위공간 에너지 관리장치에 연결되어 단위공간정보와 단위제어정보를 인가받아 분류 및 통계처리하는 단위정보처리단계;
건물전체의 에너지 정보와 외부 환경정보를 수집 분류 처리하는 중앙데이터수집단계;
상기 중앙데이터수집단계에서 수집된 정보를 기초로 건물전체의 에너지원별 사용량과 에너지 기기별 에너지 사용량으로 분류 처리하는 중앙데이터가공단계;
상기 단위정보처리단계와 중앙데이터가공단계를 통해 처리된 정보를 단위공간과 건물전체의 에너지 정보로 시각화하여 출력하는 중앙정보시각화단계;
상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 기기 및 설비에 연결되어 동작제어를 위한 중앙제어정보를 출력하는 중앙설비제어단계;
상기 중앙설비제어단계에 제어신호를 인가하는 것으로 상기 단위공간과 빌딩전체 에너지 관리를 위한 정보를 처리하여 기 설정값 또는 관리자에 의한 제어신호를 출력처리하는 중앙에너지 관리단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 IOT기반 분산형 에너지 관리방법.
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| KR102634713B1 (ko) * | 2023-08-29 | 2024-02-08 | (주)화신코리아 | 실시간 관제제어형 중,장거리 유선 및 무선 융합 에너지 관리 시스템 |
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