대형 공공건물 에너지 소비량 모니터링 시스템 분석 및 도입

초록: 본 논문에서는 대형 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템에 설치된 장비의 구체적인 분류 및 항목화된 에너지 소비 장치를 자세히 분석하고, 대형 공공건물의 에너지 소비로 검출된 데이터 정보를 GPRS/Wi-Fi 및 기타 무선 전송 기술의 도움을 받아 동적으로 분석하여 중국의 에너지 절약 및 소비 감소 사업에 실질적으로 기여하고자 한다. 대형 공공건물의 에너지 소비를 모니터링하고 과도한 에너지 소비가 발견되면 효과적으로 최적화하고 제어한다.

주요어: 모니터링 시스템; 에너지 소비 장치; 제어 시스템

0. 배경

중국 건설부는 빅데이터 통계 분석을 통해 2020년 말까지 전국의 총 건축 면적이 400억 제곱미터를 돌파하고, 건물 에너지 소비량은 표준 석탄 기준 10억 9천만 톤에 이를 것으로 전망했습니다. 건물이 건설 및 사용 과정에서 직접 소비하는 에너지는 전체 사회 에너지 소비량의 약 30%를 차지합니다. 현재 중국 대형 공공건물의 에너지 소비량 측정, 전달 및 에너지 절약 감독에는 일부 문제가 있습니다. 광범위한 에너지 소비 관리는 일정 부분 에너지 낭비를 초래할 수 있습니다. 대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링 및 에너지 절약 관리는 중국 에너지 절약 및 소비 감축의 핵심 과제가 되었습니다. 중국은 정보화 감독을 실시하고 있지만, 데이터 보고 과정에서 은폐되는 문제가 많고, 데이터 수집 자동화 수준과 관리 정보화 수준이 낮아 에너지 소비 데이터 통계의 어려움이 직접적으로 커지고 있습니다. 정확한 에너지 소비 데이터 수집과 에너지 소비의 효과적인 동적 제어를 달성하기 위해 본 논문에서는 대규모 공공건물의 에너지 소비 모니터링 시스템을 자세히 분석합니다.

1. 국내외 대형 공공건물 에너지 소비량 모니터링 시스템 개발

해외를 살펴보면, 해외 지능형 빌딩 기술은 비교적 성숙되어 있으며, 에너지 소비 데이터 및 정보 모니터링의 지능형 자동화 수준 또한 비교적 높습니다. 선진국, 특히 대형 공공건물의 경우 에너지 소비 모니터링에 큰 관심을 기울이고 있으며, 지능형 에너지 소비 모니터링 장비가 지속적으로 개선되고 엔지니어링 시스템이 안정적으로 운영되고 있습니다. 중국의 경우, 지능형 빌딩 기술이 적용되고 있지만, 체계적인 지능형 빌딩 통합 시스템이 부족하고 관련 개념과 아이디어가 형성되지 않아 해외와 큰 격차가 있습니다. 중국에서는 많은 지능형 빌딩 시스템을 운영하는 과정에서 관련 시스템의 전반적인 운영 메커니즘이 미흡하여 절반의 노력으로 두 배의 성과를 얻는 문제가 발생하여 투자가 낭비되는 문제가 있습니다. 지능형 빌딩 모니터링 시스템의 실시간성, 신뢰성, 안정성은 세계 표준 수준에 도달하기 어렵습니다. 현재 많은 해외 ​​정보기술 기업들이 대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링 시스템에 적합한 체계적인 제품을 개발하고 있습니다. 미국 허니웰, 미국 존슨 컨트롤스, 독일 지멘스 등 여러 기업이 에너지 소비 모니터링 시스템 제품 연구 개발을 적극적으로 추진하여 국가 대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링 시스템 운영의 안정성과 효율성을 높이고 있습니다. 중국 스마트 빌딩 개발에는 미흡한 부분이 있지만, 국가와 기업의 공동 노력으로 활발하게 발전하고 있습니다. 중국 상하이 위안상 에너지 소비 측정 관리 시스템과 어드밴텍 BEMS 빌딩 에너지 관리 시스템은 독보적인 가치를 보여주며 중국 대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링에 널리 사용되고 있습니다.

2. 대형 공공건물 에너지 소비량 모니터링 데이터 수집

2.1 에너지 소비 모니터링 데이터 수집

대형 공공건물의 에너지 소비량 내부 데이터 시스템은 복잡하고 에너지 소비 단위가 많습니다. 대형 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템 구축을 위해서는 대형 공공건물의 에너지 소비량 모니터링 데이터 내용을 효과적으로 관리해야 합니다. 중국 국가기관청사 및 대형 공공건물 세부 내용에 따른 대형 공공건물 에너지 소비량 데이터 정보 모니터링 내용은 그림 1과 같습니다.

그림 1 에너지 소비 모니터링 데이터 수집 내용

2.2 에너지 소비 모니터링 데이터 처리

대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링 과정에서 일반 검사 및 계측 장비를 활용하여 에너지 소비 데이터 정보를 검출하고, 에너지 소비 계측 장비의 피크 및 밸리 값을 명확히 하여 다양한 데이터를 모니터링할 수 있습니다. 와트시 미터의 전력을 검증합니다. 데이터 및 정보 수집의 효율성을 보장하기 위해 데이터 및 정보 수집을 두 번 연속으로 수행하고 두 데이터 및 정보 수집의 오류를 제어하여 전력이 도로상 에너지 소비 설비의 피크 전력의 두 배 미만이 되도록 할 수 있습니다. 데이터 정보 수집의 정확성을 확보하는 것 외에도 하위 항목 에너지 소비 데이터 계산, 계측 장비를 활용한 검출, 다양한 에너지 소비 지표의 계산 방식과 연계한 측정 및 검출 수준을 확보해야 합니다.

3대형 공공건물 에너지 소비량 모니터링 시스템 구축 프레임워크

3.1 시스템 프레임워크

본 논문에서 연구하는 대규모 공공건물의 에너지 소비 모니터링 시스템은 "국가기관 사무동 및 대규모 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템 - 소프트웨어 개발 지침서"의 요구사항을 충실히 준수하여 설계되었으며, 이는 우리나라의 설계 기준을 효과적으로 충족합니다. 대규모 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템의 기본 구축 방식은 그림 2에 제시되어 있습니다. 이 시스템의 주요 목적은 수집기의 프런트엔드 데이터 정보를 수집하는 것입니다. 정보 자원 및 데이터 계층은 대규모 공공건물의 에너지 소비 데이터 정보를 직접 수집 및 전송하고, 수집된 에너지 소비 데이터 정보를 분류하는 것을 목표로 합니다. 응용 계층은 데이터 및 정보 관리, 분석 및 표시, 정보 서비스, 배경 관리의 네 가지 계층으로 구성됩니다. 여러 계층에서 여러 용어가 사용됩니다. 대규모 공공건물 에너지 소비 모니터링에서 응용 계층의 기능은 에너지 소비 데이터 정보 처리, 표시 및 데이터 정보 모니터링에 사용됩니다. 응용 계층에서 각 기능은 독립적인 시스템 모듈로 간주될 수 있습니다. 애플리케이션 계층 모듈을 설계할 때, 각 처리 모듈은 상대적으로 독립적이어야 하며, 이를 통해 각 모듈 간의 상호 간섭을 줄이고 후속 에너지 소비 데이터 정보 처리를 위한 토대를 마련해야 합니다. 성능 계층에서는 사회 내 다양한 ​​역할에 따라 대규모 공공건물의 에너지 소비 데이터 정보를 자체적인 실제 요구와 결합하여 분석합니다.

그림 2 대형 공공건물 에너지 소비량 모니터링 시스템 구축 프레임워크

3.2 소프트웨어 아키텍처

대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링은 일반적으로 소프트웨어 앱을 통해 제어 및 관리됩니다. 본 논문에서 언급하는 대형 공공건물의 에너지 소비 모니터링 시스템 소프트웨어는 모니터링 단말, 데이터베이스, 데이터 관리 시스템, 데이터 수집 시스템, 방화벽, 통신망, 집중기, 그리고 빌딩 데이터 정보 수집 단말을 포함합니다. 지능형 빌딩 시스템에서 수집된 에너지 소비 데이터 정보는 빌딩 내 전기 계량기, 수도 계량기, 냉방 계량기, 가스 계량기 등의 에너지 소비 데이터 정보 및 운영 현황을 중앙에서 처리하기 위해 데이터 집중기로 전송됩니다. 집중기는 데이터 정보를 TCP/IP 프로토콜 패킷으로 변환합니다. 방화벽의 작동 하에 통신망은 데이터 정보 처리 모듈의 작동을 촉진하고 관련 에너지 소비 데이터 정보를 데이터베이스로 전송합니다. 데이터 수집 시스템은 집중기 내 빌딩 단말의 통신 프로토콜을 관리하고 데이터 통신 오류를 정기적으로 점검합니다. 데이터 손실 및 이상 작동 등 다양한 데이터 처리 과정을 수행하고, 관련 데이터 정보를 데이터베이스에 효과적으로 저장하며, 시스템에서 설정한 에너지 소비 모니터링 지표와 연계하여 빌딩 내 에너지 소비량을 동적으로 모니터링, 평가, 분석, 저장 및 표시합니다. 모니터링 단말기는 일반적으로 데이터베이스에서 관련 데이터를 수집하고, 종합적인 분석 및 제어를 위해 평가 결과를 얻습니다. 모니터링 단말기는 데이터베이스, 데이터 수집 시스템, 통신망, 방화벽, 집중 장치 등과 연계하여 제어 명령을 분석하여 건물 데이터 수집 단말기의 데이터 정보 상태를 제어합니다.

대규모 공공건물을 위한 에너지 소비 모니터링 시스템의 4가지 핵심 기술.

4.1 다중 에너지 소비 수집 단말 접속 기술

대형 공공건물의 에너지 소비량 모니터링 시스템에서 핵심 기술 중 하나는 다양한 에너지 소비량 수집 단말 접속 기술로, 공공건물의 다양한 에너지 소비량을 통합 수집합니다. 다양한 브랜드의 에너지 소비량 수집 단말에는 서로 다른 접속 기술이 존재합니다. 여러 에너지 소비량 수집 단말을 하나의 집중기에 어떻게 연결하는지가 매우 중요합니다. 다양한 에너지 소비량 모니터링 시스템마다 전용 프로토콜이 있기 때문에 대형 공공건물의 에너지 소비량 모니터링 시스템을 선택할 때는 각 브랜드의 시스템을 분석하고 각 브랜드의 전용 프로토콜과 에너지 소비량 수집 및 연결 방식을 명확히 해야 합니다. 또한, 각 브랜드에서 개발한 에너지 소비량 모니터링 시스템이 대형 공공건물의 실제 사용 요구를 충족할 수 있는지 확인해야 합니다. 또한, 소프트웨어 시스템이 다양한 에너지 소비량 수집 단말에 원활하게 연결될 수 있도록 해야 합니다.

4.2 시스템 소프트웨어 개발 기술

대규모 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템을 실제로 적용하려면 시스템의 전체 프레임워크 및 모듈 계층적 특성과 결합하여 이 소프트웨어 플랫폼의 개발 기술을 도입해야 합니다. Java, Javascript 및 기타 프로그래밍 언어를 사용하여 프로그램 코딩을 설계하고, 데이터 저장소를 클라우드 스토리지 기술과 연결하여 에너지 소비 데이터 정보의 보안과 대용량 저장을 보장합니다. 데이터 정보 전송 및 통신 시에는 저장된 데이터 정보의 고품질 작동을 보장하기 위해 안정적인 RS485 데이터 통신 표준을 선택해야 합니다.

5앵커루이 에너지 소비 모니터링 시스템 소개

Acrel-5000 에너지 소비 온라인 모니터링 시스템은 사용자 측 에너지 관리 및 분석 시스템입니다. 전기 에너지 관리 시스템을 기반으로 수도, 가스, 석탄, 석유, 난방(냉방) 용량을 중앙에서 수집 및 분석합니다. 사용자 측에서 모든 에너지 소비량을 세분화하고 집계하여 관리자 또는 의사 결정권자에게 직관적인 데이터와 차트를 통해 다양한 에너지 사용 현황을 보여줍니다. 에너지 고소비 지점이나 불합리한 에너지 소비 습관을 파악하여 에너지를 효과적으로 절약하고, 사용자의 에너지 절약 전환 또는 장비 업그레이드를 위한 정확한 데이터 지원을 제공합니다. 사용자는 관련 국가 규정에 따라 에너지 감사를 실시하고, 현황을 분석하여 문제점을 파악하고, 에너지 절약 잠재력을 발굴하며, 실질적인 에너지 절약 방안을 제시하고, 현급 이상 인민정부 에너지 절약 행정부서에 에너지 감사 보고서를 제출할 수 있습니다.

5.1 플랫폼 구조

Acrel-5000 에너지 소비량 온라인 모니터링 시스템은 컴퓨터, 통신 장비, 계측 및 제어 장치를 기본 도구로 활용하며, 현장 상황에 따라 필드버스, 광섬유 링 네트워크 또는 무선 통신 등 하나 이상의 통합 네트워킹 모드를 채택하여 대규모 공공건물의 실시간 데이터 수집, 원격 관리 및 제어를 위한 기본 플랫폼을 제공합니다. 감지 장비를 통해 어떤 복잡한 모니터링 시스템이든 구축할 수 있습니다. 개방형, 네트워크화, 단위화 및 구성이 가능하며, 객체 지향적이고 계층적이며 분산형 지능형 통합 구조를 채택합니다. 다음과 같은 계층 구조를 구축합니다.

그림 3 플랫폼 구조

5.2 플랫폼 기능

(1) 본 시스템은 전기, 수도, 가스, 난방, 냉방 등 건물 유형별 에너지 소비량을 사용 연도별로 집계하여 해당 연도의 표준 석탄 소비량으로 자동 환산합니다. 이를 통해 해당 연도의 건물 유형별 에너지 소비량 및 종합 에너지 소비량을 반영합니다. 본 시스템은 건물의 4대 전력 부문 에너지 소비 비중을 파이 차트 형태로 표시합니다. 본 시스템은 다양한 에너지 소비 추세를 곡선과 그래프를 통해 보여주어 건물주가 에너지 소비량을 실시간으로 직관적으로 파악하는 데 편리합니다.

(2) 시스템은 분류된 에너지 소비의 지점 이름에 따라 에너지 소비량을 조회하고, 당일 및 당월의 최대 에너지 소비량을 표시할 수 있습니다. 당일, 당월, 당년 및 어제 같은 기간, 지난달 같은 기간 및 작년 같은 기간의 에너지 소비량을 비교합니다. 지난 48시간, 31일, 12개월 및 3년 동안의 에너지 소비량은 막대 형태로 표시됩니다. 오른쪽 상단 모서리에는 지난 15분 동안의 곡선이 표시됩니다(전력계는 전력 곡선을, 유량계는 유량 곡선을 표시함).

(3) 시스템은 건물 에너지 소비 분포에 따라 에너지 소비 측정 지점을 선택하고 설정하여 에너지 소비 모니터링 시스템이 건물 전체를 포괄할 수 있도록 합니다. 시스템 사용자는 관련 인터페이스를 통해 건물의 각 에너지 소비 노드에 대한 에너지 소비 통계 보고서에 접근하여 에너지 소비의 "가동, 방출, 누수, 누출" 및 측정 오류를 줄일 수 있습니다.

(4) 본 시스템은 주거용 건축물의 세부항목별 에너지소비량 자료 수집 지침에 따라 건축물의 전력소비량을 조명소켓, 에어컨, 전력, 특수전력으로 구분하여 계측기기를 선정·설정하고, 에너지소비 구역별 또는 기능별 구역별로 구분·통계를 작성하여 구역별 에너지소비량을 명세서 및 비교막대그래프 형태로 표시합니다.

(5) 시스템은 에너지 소비량이 많은 설비 또는 구역을 정확하게 파악하여 경영진이 에너지 절약 성과 평가 시스템을 구축하고 에너지 절약 및 소비 절감을 효과적으로 추진할 수 있도록 지원합니다. 주요 에너지 소비 설비의 운전 기록 파일을 구축하고, 설비 장기 운전 시 에너지 효율 분석 및 평가 결과를 추적 및 기록하며, 설비 유지보수 기록과 연계하여 설비 운영 및 유지보수를 위한 기반을 제공합니다.

(6) 시스템은 계층적 권한 관리 기능을 제공하고, 권한을 가진 사용자에게 개방형 정보 관리 인터페이스를 제공합니다. 사용자는 시스템 모니터링 범위 내 건물 및 측정 지점의 정보를 추가, 삭제, 수정 및 조회할 수 있습니다. 건물 정보에는 건물 유형, 건축 연도, 건물 면적, 건물 인원 등이 포함됩니다. 또한, 자동으로 수집되지 않는 측정 정보에 대한 수동 입력 기능을 제공하여 사용자가 건물의 전체 에너지 소비량을 파악할 수 있도록 지원합니다.

5.3 데이터 업로드

핵심 에너지 사용자 에너지 소비량 온라인 모니터링 시스템 기술 사양에 정의된 시스템 플랫폼 인터페이스 프로토콜 사양의 요구 사항에 따라, 앵커리(Ankerui)의 에너지 소비량 온라인 모니터링 시스템은 에너지 소비 기업의 기본 정보, 계측기 정보, 에너지 소비 데이터 및 에너지 효율 데이터를 성 또는 국가 플랫폼에 업로드합니다. 업로드된 데이터는 HTTPS 프로토콜을 통해 암호화되어 전송됩니다. 데이터 전송에 실패하거나 시간 초과(네트워크 장애)가 발생할 경우, 성공적인 피드백 메시지를 수신할 때까지 데이터를 재전송합니다.

5.4 에너지 미터 선택

6 결론

한마디로, 대형 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템은 일정한 장점을 가지고 있으며, 운영 과정에서 현재 사회 녹색 에너지 절약 발전 요구를 충족할 수 있습니다. 따라서 중국 건설 산업의 현재 발전 요구에 발맞춰 대형 공공건물 에너지 소비 모니터링 시스템 및 관련 장비를 적극적으로 혁신하고, 에너지 소비 모니터링 시스템 관련 지원 시설을 개선하며, 대형 공공건물의 에너지 소비를 역동적이고 시의적절하게 분석하고, 과도한 에너지 소비로 인한 문제점을 적시에 찾아내고, 집중적으로 개선하여 중국과 전 세계의 에너지 절약 및 소비 감축 발전 요구를 진정으로 실현해야 합니다.