최근 초고층 첨단 정보화 빌딩은 재실자의 환경제어, 인력절감, 에너지 절감을 위해 빌딩 자동 제어 시스템 (Building Automation System)을 시공하고 있다. 국내에서는 1980년 초 부터 미국 하니웰, 독일 지멘스, 일본 아즈빌(구, 야마다케)을 통해 국내에 도입하면서 빌딩자동제어 시스템 (BAS)이라 칭하고 이 후 인텔리전트 시스템 (IBS), 유비쿼터스(Ubiquitous), 스마트그리드(Smart Grid), 빌딩에너지 관리시스탬 (BEMS), IoT, Cloud Service, AI, 5G등 모두 정보통신(ICT) 기술로 더욱 발전하고 있다. 이러한 기술중 하드웨어는 약 10년, 소프트웨어는 5년 단위로 발전해왔다. 최근 정부는 ‘한국판 뉴딜’ 종합계획중 동 분야와 관계있는 부분은 모든 정보의 통합과 소통으로 쾌적한 환경과 에너지 절감을 위한 계획이다. 정보화 시대의 에너지중심을 위한 골자는 ‘공공시설 제로에너지화(ZEB)’, ‘지능형 스마트 그리드 구축’, ‘녹색선도 유망기업 육성 및 저탄소 녹색산단 조성’을 통해 쾌적한 환경을 유지하며 에너지를 절감하고자 하는 목적을 가지고 있다.

에너지공단은 이를위해 BEMS는 KS 제정을 추진 중에 있는데 외국의 사례를 보면 이러한 첨단 정보 기술에 국한하지 않고 건축요소들을 적절하게 융합한 기술들을 선보이고 있다.

일본 오바야시 (Obayshi) 건설 연구소는 남쪽창측은 이중 외피구조로 겨울에는 태양열을 흡수하고 여름에는 반사가 되도록 상부부터 하부까지 비스듬한 창문 구조로 건물지붕에는 태양열을 이용한 열교환 방식으로서 진보된 설비기술과 사무실은 개별 제어방식으로 재실 공실 제어에 의한 에너지 절감 방식을 적용 하는 등 인터넷 원격 자동제어 시스템을 설계하고 있는데 이는 건축과 시스템을 적절하게 융합한 경우이다.

스미즈(Shimiz) 건설 연구소는 전기, 열원, 위생, 공조, 방재용 5세대 시스템으로서 통합시스템을 구축하고 연단위 스케쥴에 의한 최소인력으로 운전관리하며 사람 얼굴표정을 아이콘화 하는 인공지능형 제어를 구현하는데 첨단 정보화시대에 감성제어 환경으로 발전을 예상한다. 휴대용 단말기(PHS)를 통한 온도와 습도, 재실자 수를 표시하고 부하 (AHU, PUMP등)의 개별 전력량을 감시해 연간 36%의 에너지를 절감하는 사례는 중앙감시 제어가 아닌 실시간 개별제어 방식을 추구하는 미래의 개별 사무실화를 예측 할 수 있다. WEB Control 기반으로 국내에서는 이미 제정된 표준화된 통신방식인 BACnet (KS 6909)와 LonWorks을 적용하고 중앙감시센터와 운영자가(Operator)가 없는 것은 건물도 무인화 운전이 가능함을 보여준다. PHS를 통한 각 직원의 위치, 개별제어, 내선통화등 실시간 정보의 소통은 미래를 설계하는데 좋은 적용이라 볼 수 있다.

동경가스(TOKYO GAS)는 환경과 자동제어를 접목한 동경의 대표적인 건물로 자연채광을 최대한 활용해 1층의 로비의 주간조명을 완전히 소등하고 특수유리를 사용하여 에너지 손실 최소화 하고 있다. 로비천정에는 공기층이 있어 열저장과 차단효과가 뛰어나며 자연환기를 이용한 실내 청정도를 유지하고 전체 창문은 자동으로 제어하며 70% 빗물을 이용 화장실용으로 사용하고 있는 등 자연과 건축, 건축과 에너지를 적절히 융합한 대표적인 예이다. 특징으로는 기계설비 및 수변전 설비, 빙축열 시스템을 옥탑에 설치하여 공간 활용도 측면에서 고밀도 도시에서 발전적인 부분으로 예상된다. 일본의 경우도 BEMS(Building Energy Management System) 이용한 에너지 관리 및 분석을 철저히 하고 있는 것을 보면 건축과 설비, 전기등 에너지는 정보화 시대의 자동제어 시스템과 접목 하여 고도화 하는 것은 당연하다 본다. 국내에서와 같이 수십명의 용역관리를 유지하고 있는 것과 대조적으로 통합 관리자 1인과 1개월에 4회정도 전문업체와 유지관리 계약을 통해 전문가가 관리 할 수 있도록 하는 것이다.

독일 하노버메세본부는 이중외피에 자연 환기시스템을 통한 25%의 에너지 절감을 가져오고 운영자 없이 온도, 풍압, 일사량 센서에 의해 로컬 자동제어방식으로 운영중이다. 또한 재실자가 창문을 열면 자동제어는 강제 중지되고 닫아야만 정상 동작하는 등 에너지 낭비 방식을 강제 제어에 의한다. 따라서 창호는 지능형 제어 연동형으로 개발되어야 하는 것은 미래의 필수적인 요소이다.

여름, 겨울 냉, 난방 부족시 환기량을 최대한 억제하여 에너지 낭비를 막고 사계절 23℃의 실내온도를 유지하는 온도 제한 정책 또한 재실자 위주의 설정제어로서 1차적으로 외기 도입제어, 2차 기계설비에 의존하고 3차 개별제어에 의한 바닥 냉, 난방제어 방식으로 층별 개별 제어방식으로서 이상시에만 DDC (직접 디지털 제어기) 에 의해 비상동작 하도록 하여 수동 동작을 최소화 하여 수동운전으로 에너지 낭비가 없도록 해야 한다.

베를린 GSW 빌딩은 빛, 바람등의 환경을 고려한 자연환기 방식을 도입하여 층별 상부와 최상층 창문이 개방되며 겨울에는 외기를 도입하지 않고 기계설비에 의한 바닥급기 난방을 하는등 자동제어-자연제어-기계제어-정지 순서로 제어되는 친환경적인 구조이다. 이중 외피내에서 열교환과 지역 냉, 난방수를 사용하며 냉수는 12℃로 낮추고 천정 복사판넬에 공급한다. “컴퓨터가 판단하여 자동운전 되는것이 절대적인 것은 아니다” “자동이 좋은것 같지만 사람보다 좋은 센서는 없다” 라는 담당자의 말은 점차 세분화된 실별 공간과 IoT, 네트웍과의 일체된 시대를 예측 해볼 수 있다.

다임크라이슬러 빌딩은 워밍업 냉방제어를 위해 창문에 개별제어용 모터 2500개로 야간에 내부온도가 16℃이상이면 창문을 개방하고 16 ℃이하이면 닫힘으로서 열손실을 줄이고 있다.

이상과 같이 해외 여러 건물이 말 해주듯이 건물의 쾌적한 환경과 에너지 절감제어를 이루기 위한 지능형 건물의 BAS는 건축설계 시점부터 함께 검토되고 설계 되어야하는 당연하다. 또한 초대형 건물일지라도 2~5명 극히 소규모의 인력으로 시스템 운전관리를 하고 있는 부분도 한국형 뉴딜 정책의 시스템 기술발전과 동시에 운영인력의 중요함을 있어서는 안된다.

프로필

▲연세대학교 대학원 ▲바스코리아 대표이사/연구소장 ▲건설산업교육원 교수 ▲한국전기기술인협회 교수 ▲한국에너지가술평가원 심의위원 ▲BEMS KS 전문위원 ▲1997~ 현재 방송, 전문지, 신문 연속기고