[EMS] BEMS 운영계획 수립 검토

1. BEMS 운영계획 수립

2. 에너지 시뮬레이션(ECO2) 분석 실무

---

BEMS 운영계획 수립

BEMS 운영방안 수립 과정

계측 => 분석 =>장비 성능 파악 => 에너지 사용 계획 수립

 

 

1. 구축 주요 내용_설비

• 건물 자동화 시스템 (BAS)

- 설치개요: 건물 운영에 필수적인 기계설비(냉난방설비, 환기설비 등)에 자동화 기능이 구비된 장치를 설치파여 원격 감시/제어가 설비별 에너지사용량 정보를 분석하여 최적화된 건물운영을 도와주는 건물 에너지 시스템

 

-주요 설비 : 중앙제어장치, 통신망(허브장치, 광케이블, 이더넷케이블 등), DDC(디지털제어장치),

                    각종센서(온도계, 열량계)

- BEMS와 차이점 : 분석 및 판단 기능은 없다 

 

2. 구축 주요 내용 _ 전기

• 계량 계측 작업 흐름

대상 설비 =>  센서부착 =>  계측기 판넬 설치 및 연결 =>  통신선 연결 =>  DDC 연결 =>  BEMS G/W

 

3. 구축 주요 내용 _ BEMS

• BEMS 시스템 화면 예시

-설치개요 : 건물의 에너지 사용량 파악 및 BAS 시스템의 환경 변수(외기, 온습도 등)와 설비운전 추이를 종합분석하고, 이를 바탕으로 설비 (열원설비)의 최적운전을 위한 분석정보 및 시뮬레이션을 통해 에너지를 절감하는 시스템

- 통합 S/W : 에너지 감시 및 제어, 최적화 운전이 가능한 소프트웨어

 

4. 구축 주요 내용 _ PV+ESS

ESS 제어 설비는 BEMS와 구분된다. ESS 설비의 데이터만 가져와서 BEMS에서 분석 처리함

 

 

관제점 선정 

 

관제점의 선정 기준 : 1) 주요 설비 에너지성능분석 2) 공간의 에너지 성능

 

1.전력사용량 계측

 1) 한전인입수배전반(MAIN)에 설치된 최대수요전력제어기와 연동

 2) Main 전력량계와 연동이 불가능할 경우 (기축건물), 추가적으로 Main 전력량계 설치

 3) 배전반 분리계측 후, 계측기기별 사용량의 총합을 계산

 4) 한전 iSmart에서 제공하는 전력사용량 데이터 연동

 

2. 도시가스 사용량 계측 (전기계측보다 비용이 더 든다)

 1) 도시가스공사 가스인입함에 설치된 메인 온압보정기와 연동

 2) 메인 전력량계와 연동이 불가능할 경우(기축건물), 도시가스를 사용하는 모든설비에 가스 계량기를 설치하여 분리계측       후, 계측기기별 사용량의 총 합을 계산

 3) 냉온수기/ 급탕/ 냉난방기

 

3. 수요처 공간별 사용량 계측

 1) 일반적으로 냉방/난방/급탕 구분은 필수적

 2) 희망 취득등급(BEMS 1/2/3 등급)에 의해 추가로 점수가 필요할 경우, 5개 이상의 용도별 에너지사용량 구현이 필요

 

4. 실내 환경정보 계측 (에너지 제어에 이점이 많음)

실내 환경 요인에 의해 온도 및 기류 분포 특성이 달라지므로, 센서의 위치 및 높이에 따라 측정 값의 변동이 발생

 

*온도 성층

온도 성층은 열대류 현상에 의해 발생하며 공간의 높이가 높을 수록 더 크게 발생함. 

난방기의 경우 온도 성층에 의해 거주역(생활공간)에 낮은 온도를 보여 공간 전체를 제어범위에 포함하여야 함.

열대류 특성에 따라 공간에 온도 성층이 생겨 온도센서 설치 위치가 중요함

 

*기류분포

취출구 위치에 따라 서로 다른 기류패턴을 보이며, 기류 정체역이 발생함

기류 정체역을 고려한 측정지점의 선정이 필요.

기류정체가 발생하는 경우 냉난방에 따른 온도변화가 낮아 계측지점으로 적정하지않다.

 

 

운영 관리를 위한 에너지 지표 분석

성능 및 효율분석

             효율(COP) = 출력된 에너지 / 투입된 에너지

 

 

 

 

에너지성과지표 수행 프로세스

     건물의 에너지 소요량 조사(효율은 제외)

=> 에너지 용도별 구성 비율을 계산

=> 에너지원별 사용량을 표준단위로 환산하여 계산

 

 

건물에너지 소요량 조사 - 에너지 소요량 데이터 확보

 

 

 

 

에너지 시뮬레이션(ECO2) 분석 실무

- 국내에서 공식적으로 건물에너지 성능평가 기법으로 사용하고있는 시뮬레이션.

- ISO 13790, DIN V18599을 기반으로 함.

- 건물의 월별 에너지 요구량 및 시스템 성능에 따른 소요량을 예측

- 연간 단위면적당 1차 에너지소요량을 근거로 등급 산출

 

건물에너지 시뮬레이션의 종류 및 특징

 

ECO2 프로그램 장단점

• 월별 평균 기상 데이터를 바탕으로 건물의 월별 에너지 요구량을 산출하며, 시스템 성능에 따른 건물의 월별 에너지 소요량을 예측할 수 있다.
• 에너지 소요량은 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 에너지로 구분함
• 산출된 각각의 에너지로 건물의 1차 에너지 소요량 및 이산화탄소 발생량을 예측 가능
• 윈도우 기반, 평과 결과 도출 빠름, 다양한 DB활용 가능
• ECO2는 베이스라인 구축에 많이 사용되지 않는다.

 

베이스라인과 에너지 절감

에너지 절감량을 산출하거나 에너지 절감 방법등을 검토하기위해서는 건물의 기본상태인 베이스라인의 도출이 필요함.

베이스라인이 정립되어야만 에너지절감을 위한 방법론 도출, 절감량의 정량적 비교 등이 가능함

 

 

1) Option A 

 - 대표적으로 조명. 핵심변수만 측정하고 기타변수는 추정 값 활용 

2) Option B

 - 모든 매개변수에 대한 측정 후 검토.  

3) Option C

 - 가장 많이 사용. 사용량 데이터가 있는 기축건물에 활용 . 솔루션 도입 전후 비교에 사용. 에너지 절감량 예측 가능. 

 - 요금, 기후조건을 고려해서 측정. 회귀분석 방식

4) Option D

 - 예측 정확도를 높이기 위해 모델의 보정단계를 거친다.

 - 에너지 사용량 데이터가 없는 신축 건물에 활용 가능

 

<에너지 절감을 위한 운전 (예시1)>

항목	기능 및 효과	필요 관제점
PMV 제어	냉난방 설정 온도 조정를 통한 냉난방 부하 절감	실내 온도/습도/실외온도/습도 재실자의 행동변수 (설정) 재실자의 착의량 변수(설정) 실내 환경 관제 값의 계측 위치
CO2 제어	실내 CO2 농도를 고려한 환기량 제어/환기량 감소에 따른 환기 부하 저감	실내 CO2농도 실내 환경 관제 값의 계측 위치
재실감지 제어	실내 재실여부 판단에 따른 장비 및 조명 가동 제어 에너지 로스를 최소화 하는 제어	실내 재실감지 센서  실별 운영스케줄 연계(설정)
스케줄 기반 제어	운영 스케줄에 따른 냉난방 제어 (예냉, 예열 운전 가능 => 부하처리가 뛰어나 절감 효과 큼) 명확한 스케줄 필요 센서 정보가 최소화 될 수 있어 적용이 쉽고  설치비용 감소	실별 운영 스케줄 연계(설정)

 

 

에너지 절감 제어방안 예시

1. 기존 운영 방식

• 냉난방설비 운영에 대한 가이드 없음
• 운영주체의 열적 쾌적 상태에 따라 변동
• 과냉방/과난방 우려 발생

2. 사용자 NEED 분석

• 적절한 설정온도 제시와 효과 검증
• 에너지비용에 대한 합리적인 절감 방법
• 운전 상황 모니터링 및 편의를 고려한 제어

 

3.EMS 시스템에서 제어 가능한 에어컨 설정 항목

• 전원 (ON/OFF) => 듀티사이클 제어
• 설정온도 => PMV기반 설정온도 제어
• 풍량설정

 

4. 제안 알고리즘

• 듀티사이클 제어
• PMV기반 설정온도 제어

< 에너지 절감을 위한 운전 (예시2) >

구분	알고리즘 / 기능명칭	설명
에너지 절감 제어	요금제 대응 제어	하루 중 시간에 따라 변하는 전력요금 (변동요금제 해당 시)에 맞추어 최적의 운전패턴을 구현
	적응 쾌적 제어	실외온도에 따라 변하는 재실자의 체감적 쾌적범위를 고려한 실내온도 제어
	예냉 예열 제어	아침 근무/수업 시작 시간에 맞추어 설정온도에 도달할 수 있도록 자동으로 최적의 기동 시간 산정
	휴식시간 제어	수업과 휴식의 반복에 맞추어 휴식시간에 적절한 운전패턴을 구현 (설정온도/ 풍량)
	운전 종료 시간	근무/ 수업 종류 후 에어컨을 끄는 것을잊을 경우 자동으로 맞추어진 시간에 운전종료하는 기능
비효율운전	단열불량	해당 공간의 단열불량, 출입문 또는 창문 개방 등으로 냉방시 실내온도가 내려가지 않거나, 난방 시 실내온도가 올라가지 않는 경우
	부하변동	해당 공간 내 열원기기 또는 조리기기 등과 같은 발열기기나 과도한 환기로 인해 실내온도가 급격히 변화하는 경우
	실내 온도 이상	장시간 운전후에도 실내온도가 설정온도를 맞추지 못하는 경우
	설정 온도 이상	장시간 운전 후 실내온도는 설정온도를 맞추고 있으나. 실내 설정온도가 너무 낮아 에너지 낭비가 우려되는 경우
	시간초과	전체 운전 시간이 12(옵션입력)시간을 초과한 실내기
	반복제어	일정 시간내 실내기 켜짐/꺼짐 제어가 자주 반복된 실내기
	끄기잊음	19:00(옵션입력)이후에도 운전중인 실내기
리포트	설비 및 설치 현황	실내기, 실외기의 설치 및 연결 상태, 위치, 모델명 및 용량 등의 정보를 표시
	운전 현황	기간 중 소비전력량 및 실내기별 운전시간 등의 비교 분석
	비효율 검지 현황	비효율 운전의 검지 이력 및 실내기별 검지 회수 및 시기 등 분석
	종합 검토 의견	운전현황 및 비효율 검지현황을 종합하여 해당 사이트의 효율적 운전을 위한 제안

 

 

불규칙적 운영에 대한 운영 특성 분석 기술

구분	문제점 및 주요 현안	개선 방안
운영관리	폭설 시 학교 출입 불가로 인한 시스템 제어 불가	RMS원격관리 기능 RMS Mobile 구현
	한랭지향으로 인한 잦은 동파	로직 제어 구현 무선 온도 센서 설치
운전 비용	동계시 동파를 방지하기 위한 설비 운전 시간 과다	로직 제어 구현 (동파방지) 스케쥴 제어
고장 탐지	한랭지역의 특성상 동파와 잦은 고장으로 운전 불가	원격관리 고장탐지/ 분석
설비 개별 리모컨 운전	통합 운영이 불가 : 비효율적 설비 운영	통합 제어 시스템 구현 에너지 알고리즘 적용
학사일정	학사 일정에 맞는 공조/조명 부하량 조절 및 제어	스케줄, Zone 제어기능 복합 센서로 설비 제어