[EMS] BEMS 구축 및 운영 관리

1. BEMS의 이해
2. BEMS의 일반사항
3. BEMS의 구축 및 고려사항
4. BEMS 관련 표준
5. BEMS 운영 

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BEMS의 이해

건물에너지 데이터를 수집/분석하여 에너지 효율화 방안을 도출하여

에너지를 절감하는 건물 자동 제어 시스템 (BAS) 기반으로한 실시간 건물 에너지 관리 도구

분석 및 에너지 설비 고장 예지를 하여 최적 에너지 관리 방안으로 제시해주는 분석 도구

 

 

 

 

자동 제어 S/W에 의한 에너지 절감 기술 (EMS)

운전제어에 의한 에너지 절약 기능	컴퓨터 소프트웨어에 의한 에너지 절약 기능
CO2 농도 제어	전력 수요 제어
펌프 대수 제어	최적 기동/ 정지 제어
냉동기 대수 제어	절전 운전 제어
냉각수질 제어	외기 취입 제어
조명 제어	역률 제어
공기 반송 시스템 제어

 

*전력수요제어 :  계약전력 넘지않도록 제어. 넘을려고 할때 어떤 설비부터 전력을 끊을 것인지 지정

*역률 제어 : 전기의 input 대비 output, 전기에서는 효율이라는 말을 쓰지않고 역률이라고 한다. 전기의 효율을 100%쓰기                        위해 콘덴서가 들어가야하는데 콘덴서를 넣을지 말지 제어하는 것

 

 

 

BEMS 구성을 위한 네트워크 프로토콜

 

1. 시스템 계층 구성

BEMS의 다양한 구성요소들을 각 역할에 따라 계층적 모델로 구분하면

3계층의 수직적 구성 체계로 분류된다.

계층	연계 수준	계층 구성
Management Layer	광역 BEMS 센터 -  지역 BEMS 센터 통합 BEMS 센터  - 단일빌딩 BEMS BEMS - BAS	컴퓨터간 정보 통합, 연계가 수행되는 계층  • 정보시스템 기술 활용 : SOAP 기술 기반  • 적용기준 : BEMS 운영센터 플랫폼 표준안  • IP 기준
Control Layer	제어기 - 제어기	컴퓨터와 제어기 간 정보의 교환이 수행되는 계층  • 임베디드 컨터롤러와 인터페이스가 필요한 계층  • 제어기(Controller) 또는 RUT  • 분야별로 표준화가 수행됨 : ITS, BA, FA, 전력 등  • IP 기반 or 시리얼 기반 (RS-485, RS-232C 등)
Field Layer	제어기 - 센서, 엑추에이터	센서나 엑추에이터의 정보 교환이 수행되는 계층  • 아날로그 신호 처리가 필요한 계층  • USN 센서 및 일부 센서는 디지털 정보를 출력하는 경우  • 아날로그 출력: 저항 신호, 전압 신호, 전류 신호   • IP 기반 or 시리얼 기반 (RS-485, RS-232C 등)

 

 

2. 복수 표준

BEMS에서는 빌딩 분야의 국제 표준으로 채택된 BACnet (Building Automation and Control NETworks), LonWorks, KNX 등의 표준 프로토콜을 복수 인정

 

 

3. Management Layer  프로토콜

시스템간의 통합, 연계를 위한 기술이며, 웹서비스, 파일 인터페이스, API, 통합 DB 방법 구분

• 광역 BEMS 센터, 지역 BEMS 센터 간에는 BACnet/WS 또는 oBIX(Open Building Information Exchange)를 활용 구축
• 통합 BEMS 센터와 단일 빌딩 BEMS 또는 BEMS와 BAS 간에는 BACnet 또는 BACnet/IP 활용 구축

 

 

4.Control Layer 프로토콜

• Control Layer의 표준 프로토콜은 Managenent Layer 보다는 조금 단순한 형태를 갖는다. 경우에 따라 OSI 7 Layer에서 몇 계층을 생략하기도 한다.
• BAS와 다른 제어 시스템 간에는 BACnet  또는 BACnet/IP, Lonworks, KNX, Modbus 프로토콜을 활용하도록 한다

 

5. BACnet 프로토콜

• BACnet은 빌딩 자동제어 통신망을 위한 데이터 통신 프로토콜로, BACnet 규칙을 준수하며, 빌딩 내에 설치되는 자동제어 시스템들은 상호 호환이 가능함.
• BACnet을 활용해 설비제어, 전력제어, 조명제어, 보안시스템, 화재 감시 및 경보, DVR(Digital Video Recorder), 엘리베이터 등의 모든 빌딩 응용분야에 활용이 가능하여, 사용자와 제조사, 시공자 모두를 위한 기술
• 전 세계의 주요한 자동제어 회사는 대부분 BACnet 기술을 채택하고 있음

BACnet  제품별 분류

구분	내용
Workstation	사용자가 감시 /제어를 하는 컴퓨터
Controller	아날로그 및 디지털 제어를 수행하는 장치
Gateway	다른 프로토콜을 BACnet으로 변환하는 장치
Router	BACnet을 이용하지만 물리매체가 다른 두 네트워크를 연결하는 장치
Tools	BACnet 제품을 개발하기 위한 프로토콜 스택

 

 

6. Zigbee 

• 저속 전송 속도를 갖는 홈오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술
• 버튼 하나로 하나의 동작을 잡아 건물 내 어느 곳에서나 전등 제어 및 에너지 계측 등을 Zigbee 모듈을 활용하여 할 수 있고, 저전력, 저비용으로 무선통신이 가능한 기술이다.
• 응용 범위
  • 홈 네트워크, 빌딩 및 산업기기의 자동화, 컴퓨터 주변장치 연결, 가전제품 제어 , 물류, 환경 모니터링, 군사, 보안, 재고관리, 동물관리, 자연재해 관리, 지능형교통시스템(ITS), 텔레매틱스(Telematics), 헬스케어(Healthcare)나 환자관리와 같은 휴먼인터페이스등 다양한 유비쿼터스 컴퓨팅환경의 시장에 폭넓게 응용될 전망

 

BEMS의 구축

1. 건물 에너지 흐름 파악 (전지, 가스, 시수, 냉온수)

2. 계측 

• 순시치 : 온도/전류/전압/유량 - 측정을 위한 계측기 (순간포착)
• 적산치 : 전력량/열량 - 계량기, 열량계 활용 (누적)

3. 성능 진단 및 에너지 분석 항목

• 장비 성능 진단 항목 : 공기조화기(AHU), 증기보일러, 냉동기 및 냉각탑
• 장비 성능 저하, 시스템 성능변화, 장애 발생 예측 지식 

• 에너지 분석 항목 : 건물 에너지 분석, Zone별 상세 분석

4. 건물 에너지 성능 평가

• 건물 실측 정보를 이용하여 건물 에너지량 산정
• 면적 및 기후 보정을 통해 건물 에너지 절감량, 에너지 수요 예측, 건물별 에너지 환산성능지표 활용
• 설비 기기 개별 제어 성능, 제어 환경 성능, 운영 성능으로 세분화 하여 평가한다

5. 시스템 화면 구성

• 전체 사용 에너지관리, 기기별 에너지 관리, 에너지원별 에너지 관리, 공조기 운영 현황, 보일러 운영 현황

6. BEMS 구축 시 고려사항

• 운영을 위한 컨설팅 
  • 전문화된 에너지 관리 기법에 대한 운영방안 수립이 반드시 필요
  • 에너지 메니지먼트를 위한 전문가가 필요하다
• 도면 검토 사항
  • 건물의 에너지 소비량 파악을 위해 도면 검토 (자동제어 도면, 수변전 계통도, MCC결선도, 분점함 결손도 등)
  • 추가 계량기 설치에 대한 Point 및 수량 산정 (BEMS 에너지 분류 기준으로 계량기 선정)
• 타공정 협조 사항
  • 자동제어시스템, 발주처, 시공업체 ,기타(서버설치장소, 서버전원, IP address 배정 및 네트워크연결 제공)

 

 

BEMS의 운영

- 데이터 수집 및 저장

- 데이터 분석 자료 가공

 

BEMS의 운전 데이터 

1. 단위 설비별 : 공조, 열원, 전력, 조명설비 등 운영 현황 감시 및 계측

2. 단위 요소별 : 건물별, 설비별, 에너지원, 기간 등 에너지 소비량 데이터 계측

3. 순시치 측정을 위한 계측기, 적산치 계량기, 열량계 등 활용

• 순시치 : 온도/전류/전압/유량 - 측정을 위한 계측기 (순간포착)
• 적산치 : 전력량/열량 - 계량기, 열량계 활용 (누적)

 

 

 

 

 

운전 데이터 수집하기

 

데이터 분석 자료 가공 (그래프 시각화)