KR102017703B1 - Bems 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 BEMS(Building Energy Management System) 데이터를 이용하여 에너지와 관련된 각 담당 설비의 성능을 진단하고 이로부터 설비 고유의 효율 또는 수명을 판단하여 에너지 관리에 사용될 설비들이 최적의 성능을 유지할 수 있도록 하는 에너지 효율 분석 시스템 및 이를 이용하여 에너지 관련 담당 설비를 효율적으로 운영할 수 있는 방법에 관한 것이다.
또한 본원 발명은 BEMS 데이터를 이용하여 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방의 효율을 각 구역별로 진단할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
또한 본원 발명은 BEMS 데이터를 이용하여 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방의 효율을 각 구역별로 진단할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
Description
본원 발명은 BEMS(Building Energy Management System) 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 BEMS 데이터를 이용하여 에너지와 관련된 각 담당 설비의 성능을 진단하고 이로부터 설비 고유의 효율 또는 수명을 판단하여 에너지 관리에 사용될 설비들이 최적의 성능을 유지할 수 있도록 하는 에너지 효율 분석 시스템 및 이를 이용하여 에너지 관련 담당 설비를 효율적으로 운영할 수 있는 방법에 관한 것이다.
또한 본원 발명은 BEMS 데이터를 이용하여 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방의 효율을 각 구역별로 진단할 수 있는 시스템을 제공한다.
대형 빌딩과 같이 많은 에너지를 소비하는 시스템은 에너지를 소비하는 장비의 선택 및 이의 효율적 분배가 매우 중요하다. 이미 많은 수의 빌딩이 효율적인 에너지 관리를 위해서 빌딩 에너지 관리 시스템(BEMS, Building Energy Management System)을 도입하여 운용하고 있다. BEMS는 냉난방 공조 설비, 조명 설비, 전력 설비 등 에너지를 사용하는 설비의 상태를 모니터링하고 모니터링된 결과를 이용하여 빌딩 내 사용되는 에너지 자원을 효율적으로 관리하는데 사용되고 있다.
종래의 BEMS는 에너지를 효율적으로 운영하는 것에 초점이 맞춰 있으며, 이를 위해서 다양한 센서와 이로부터 얻어진 정보를 기반으로 한 많은 제어장치로 이루어져 있다.
특허문헌 1은 BEMS 데이터를 이용한 에너지 분석 시스템에 관한 것으로서, BEMS 데이터베이스로부터 일정 주기로 데이터를 입력 받아, 상기 데이터를 입력으로 하는 다수의 오류 감지 룰셋을 설정하고, 상기 오류 감지 룰셋의 룰에 따라 알람 신호를 생성하고, 상기 알람 신호를 관리자에게 통지하고, 상기 알람 신호의 발생 이력을 저장한다. 특허문헌 1은 건물에서의 에너지 낭비 요소를 자동으로 분석하고 이를 신속하게 반영하여, 건물의 에너지 절감 효율을 높이고자 하였다.
특허문헌 2는 건물의 에너지 관리를 실행하는 빌딩 에너지 관리 시스템(BEMS)의 도입을 위한 객관적인 정보를 제공하는 예측평가 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특허문헌 2의 실시예에 의하면 BEMS KS 연계규격을 기반하여 시뮬레이션 모델을 생성하고 논리게이트 등을 통해 구현한 알고리즘이 적용된 기술정보를 상기 시뮬레이션 모델에 매핑하여 평가 프로젝트를 생성함에 따라, 빌딩 에너지 관리 시스템의 도입에 따른 예측 및 평가를 수행할 수 있다.
특허문헌 3은 BEMS 기능이 임베디드된 빌딩자동제어시스템에 관한 것으로서, 복수 개 설비장치 각각의 아이디정보를 저장하는 기초정보저장부; 해당 설비장치의 적정 에너지 사용량에 대한 기준이 되는 기준에너지 정보가 저장되는 기준정보저장부; 해당 설비장치의 에너지사용량 정보를 연산하는 BEMS처리부; 상기 에너지사용량 정보 또는 상기 기준에너지 정보를 이용하여 해당 설비장치에 대한 구동제어신호를 생성하여 출력하는 메인제어부; 및 상기 구동제어신호에 의하여 상기 설비장치의 구동을 제어하는 구동제어부를 포함하며, 장치에서 프로세싱되어 생성되는 모든 연산 결과는 물론, 가공 이력에 대한 데이터를 자체적으로 저장하고 보고하는 BEMS 기능이 구현되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 현재의 시스템은 모두 담당 설비의 오작동 유무 또는 에너지를 효율적으로 사용하는데 목적을 두고 있다. 그러나 에너지 관리에 있어서, 실질적으로 눈에 보이지 않지만 가장 중요한 변수 중의 하나는 에너지를 생성하고 소비하는 에너지 담당 설비 자체의 에너지 효율이다. 에너지 담당 설비는 초기에는 설계에 따른 효율이 결정되며, 초기의 안정화 단계를 거치고 나면 설비 자체의 최적의 효율을 보인다. 이후에 설비가 노화되거나 수명이 다하게 되면 당초 목적했던 효율에서 급격하게 에너지 효율이 떨어지게 된다.
에너지 담당 설비의 에너지 효율은 설비의 실질적인 수명을 나타내는 것이다. 외형적으로 설비가 정상적으로 작동하는 것으로 보이더라도 본래의 효율을 나타내지 못한다면 실질적으로 설비가 노후가 된 것으로 보아야 한다. 이는 본래 설계상 제공하는 운전시간을 보증하는지에 대한 문제와 빠른 교체에 따른 감가상각의 문제가 발생한다.
일부 설비는 독자적으로 에너지 효율을 나타나고 있지만, 이 또한 기계 자체에서 측정하는 값과 내부의 알고리즘에 의해서 나타내는 값이므로 이에 대한 신뢰성을 항상 검증할 필요가 있다.
현재까지의 BEMS에는 각각의 설비에 대한 효율의 이상 유무에 대해서는 판단하는 구성이 도입되지 않았다. 다만, BEMS에서는 설비 자체의 이상 유무를 알람 등으로 알려주고 있을 뿐이다. 에너지 담당 설비의 효율 뿐만 아니라 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방에 따른 각 구역의 효율을 모니터링 하는 구성 또한 아직까지 고려되지 않은 실정이다.
설비의 에너지 효율을 주기적으로 점검하고, 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방의 효율을 점검함으로써, 실제 시스템의 수명을 판단할 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 개선에 필요한 정보를 수집하여 보다 근본적으로 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 정보를 제공하는 BEMS는 아직까지 제공되지 않았다.
본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, BEMS 데이터를 이용하여 에너지 담당 설비의 효율을 분석하여 설비의 실질적인 수명을 예측할 수 있는 단기 관리시스템, 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방에 대한 각 구역을 효율을 진단할 할 수 있는 에너지 분석 시스템 및 이를 이용하여 에너지 관련 담당 설비를 효율적으로 운영할 수 있는 장기 관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본원 발명은 복수개 에너지 담당 설비로부터 직접 제어기(DDC) 또는 중계기를 통해서 상기 복수개 에너지 담당 설비와 관련된 각각 설비의 이름, 측정시간, 측정값을 수집하는 정보수집부; 상기 정보수집부에 수집된 데이터를 포함하여 복수개 에너지 담당 설비 각각의 이름, 분류코드, 설치날짜, 측정값, 요구성능, 진단된 성능, 설비예상수명, 예상교체시기, 가격 및 감가, 진단이력을 저장하는 정보저장부; 상기 정보수집부 또는 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 각각 에너지 담당 설비의 성능을 진단하고 평가하는 성능평가부; 상기 성능평가부의 결과 및 상기 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 해당 에너지 담당 설비를 교체 또는 개선하거나, 해당 에너지 담당 설비의 운용 비용과 교체 비용을 평가하여 교체 시기를 판단하는 운용평가부; 상기 정보수집부, 상기 성능평가부, 상기 운용평가부에 수집된 데이터 또는 해당 에너지 담당 설비 교체에 따른 신규 데이터를 비교 및 갱신하여 이를 상기 정보저장부에 저장하는 정보갱신부;를 포함하는 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템을 제공한다.
아울러 본원 발명은 상기 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템을 사용하여 에너지 관련 설비를 운용하는 방법을 제공한다.
본원 발명은 BEMS 데이터를 이용하여 각 에너지 담당 설비에 대한 효율을 판단하고, 이에 따른 장치의 교체 유무, 효율에 따른 장기 운용 또는 교체 여부 등의 정보를 제공할 수 있다. 또한 에너지 담당 설비의 효율 뿐만 아니라 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방에 따른 각 구역의 효율을 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 개략적인 운용 흐름도이다.
도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 세부적인 운용 흐름도이다.
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 세부적인 운용 흐름도이다.
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
본원 발명은 BEMS 데이터를 이용하여 에너지 담당 설비의 효율을 분석하여 설비의 실질적인 수명을 예측할 수 있는 단기 관리시스템, 에너지 투입 대비 냉방 또는 난방에 대한 각 구역을 효율을 진단할 할 수 있는 에너지 분석 시스템 및 이를 이용하여 에너지 관련 담당 설비를 효율적으로 운영할 수 있는 장기 관리시스템에 관한 것이다.
이하 도 1 내지 도 3을 사용하여 본원 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 개략적인 운용 흐름도이며, 도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 세부적인 운용 흐름도이고, 도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 개략적인 운용 흐름도는 데이터 수집, 에너지 담당 설비 정보 생성, 성능평가, 운용평가, 데이터 갱신의 순서로 진행된다.
본원 발명 시스템의 구성도는 도 3을 참조한다. 분류코드에 의한 1. 센서, 2. 계측기, 3. 에너지설비, 4. 구역 등으로 나누어진 복수개 에너지 담당 설비로부터 직접 제어기(DDC) 또는 중계기(도면 미도시)를 통해서 상기 복수개 에너지 담당 설비와 관련된 각각 설비의 이름, 측정시간, 측정값을 수집하는 정보수집부가 구성된다.
상기 정보수집부에 수집된 데이터를 포함하여 복수개 에너지 담당 설비 각각의 이름, 분류코드, 설치날짜, 측정값, 요구성능, 진단된 성능, 설비예상수명, 예상교체시기, 가격 및 감가, 진단이력은 하기의 정보갱신부를 통해서 정보저장부에 저장된다.
성능평가부는 상기 정보수집부 또는 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 각각 에너지 담당 설비의 성능을 진단하고 평가한다. 상기 성능평가부는 각각의 에너지 담당 설비에 따라 다음과 같은 방법에 의해서 성능을 진단하고 평가한다.
1) 조명, 열감지, 습도 센서 등의 센서일 경우 성능은 수명으로서 실제 설비가 보장하는 시간 대비 운용시간
2) 유량계, 차압계, 전력량계 등의 계측기일 경우 외부에서 별도로 계측한 값과 설비장치에서 측정한 값을 비교한 정확도
3) 냉동기, 보일러, 공조기, 펌프 등의 에너지설비일 경우 COP 등의 각 설비의 열효율.
4) 구역일 경우 해당 구역에 공급되는 에너지와 해당 구역의 부피에 따른 열용량을 기준으로 단열 시스템을 가정할 경우 변동해야 할 온도 변화 대비 실제 변화 온도.
4)와 관련하여 하나의 구역에 냉방을 위해서 1000W가 공급되고 냉방기에 공급되는 상기 1000W가 냉방기의 효율에 의해서 실제의 온도를 변화시킬 수 있는 에너지로 계산할 수 있다. 구역의 부피를 미리 측정하여 공기의 열용량을 계산하면 상기 공급된 에너지에 의해서 단열일 경우 낮아질 수 있는 이론적 온도가 계산이 가능하다. 그러나 외부로 빼앗기는 열 때문에 실제 온도 변화는 이론적 온도변화에 미치지 못한다. 이러한 비율을 고려하면 각 구역에 따른 냉방 효율, 난방 효율의 평가가 가능하며, 효율이 좋지 않은 구역에 대해서는 향후 단열 등의 효율을 높이기 위한 개산이 필요하다는 것을 파악할 수 있다.
한편 운용평가부는 상기 성능평가부의 결과 및 상기 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 해당 에너지 담당 설비를 교체 또는 개선하거나, 해당 에너지 담당 설비의 운용 비용과 교체 비용을 평가하여 교체 시기를 판단한다.
정보갱신부는 정보수집부, 성능평가부, 운용평가부에 수집된 데이터 또는 해당 에너지 담당 설비 교체에 따른 신규 데이터를 비교 및 갱신하여 이를 정보저장부에 저장한다.
도 2의 본원 발명의 일 실시예에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템의 운용 흐름도는 설비분류에 따라서 1. 센서, 2. 계측기, 3. 에너지설비, 4. 구역 등으로 나누어진 복수개 에너지 담당 설비로부터 직접 제어기(DDC) 또는 중계기(도면 미도시)를 통해서 상기 복수개 에너지 담당 설비와 관련된 각각 설비의 이름, 측정시간, 측정값이 수집되어 설비 정보가 생성된다.
성능평가부는 상기 정보수집부 또는 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 각각 에너지 담당 설비의 성능을 진단하고 평가한다. 상기 성능평가부는 각각의 에너지 담당 설비에 따라 다음과 같은 방법에 의해서 성능을 진단하고 평가한다.
1) 조명, 열감지, 습도 센서 등의 센서일 경우 성능은 수명으로서 실제 설비가 보장하는 시간 대비 운용시간
2) 유량계, 차압계, 전력량계 등의 계측기일 경우 외부에서 별도로 계측한 값과 설비장치에서 측정한 값을 비교한 정확도
3) 냉동기, 보일러, 공조기, 펌프 등의 에너지설비일 경우 COP 등의 각 설비의 열효율.
4) 구역일 경우 해당 구역에 공급되는 에너지와 해당 구역의 부피에 따른 열용량을 기준으로 단열 시스템을 가정할 경우 변동해야 할 온도 변화 대비 실제 변화 온도.
이때 상기 열효율은 아래와 같은 방법에 의해서 계산된다.
1) 보일러일 경우, 보일러의 열효율은 {(보일러출구 온수온도-보일러입구 온수온도)x유량}/{(860x보일러소비전력)+(가스소비량x저위발열량)} 또는 {(보일러출구 온수온도-보일러입구 온수온도)x유량x운전시간}x100/{(860x보일러 총 소비전력량)+(총가스소비량x저위발열량)}
2) 증기압축식 냉동기일 경우 열효율(COP)은 {(냉동기입구 냉수온도-냉동기출구 냉수온도)x냉수 유량} / (860x냉동기 소비전력) 또는 {(냉동기입구 냉수온도-냉동기출구 냉수온도)x냉수 유량x운전시간} / (860x냉동기 총 소비전력량).
상기 성능평가부에 의해서 진단하고 평가되는 성능과 상기 정보저장부에 저장된 요구성능을 비교하여 기준값을 충족하지 못할 경우 에너지 담당 설비는 교체된다.
교체할 경우에는 1) 상기 정보저장부에 저장된 설비장치의 요구성능을 파악하는 단계;
2) 상기 1) 단계에서 파악한 요구성능을 만족하는 설비장치를 검색하는 단계;
3) 상기 2) 단계의 검색결과, 배송 및 설치 소요시간, 설치 적합도의 정보를 사용자에게 제공하는 단계;
4) 상기 3) 단계에서 제공된 정보를 기준으로 사용자가 결정하는 단계;
5) 상기 4) 단계의 결정에 따라서 제품을 구입하는 단계;
를 포함하는 방법에 의해서 교체된다.
교체가 되지 않을 경우 운용평가부에 의해서 해당 에너지 담당 설비의 운용 비용과 교체 비용을 평가하여 교체 시기를 판단한다.
이러한 모든 단계가 진행되면 갱신된 데이타는 정보갱신부를 통해서 정보저장부에 저장된다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (6)
- 분류코드에 의한 센서, 계측기, 에너지설비, 구역, 기타로 나누어진 복수개 에너지 담당 설비로부터 직접 제어기(DDC) 또는 중계기를 통해서 상기 복수개 에너지 담당 설비와 관련된 각각 설비의 이름, 측정시간, 측정값을 수집하는 정보수집부;
상기 정보수집부에 수집된 데이터를 포함하여 복수개 에너지 담당 설비 각각의 이름, 분류코드, 설치날짜, 측정값, 요구성능, 진단된 성능, 설비예상수명, 예상교체시기, 가격 및 감가, 진단이력을 저장하는 정보저장부;
상기 정보수집부 또는 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 각각 에너지 담당 설비의 성능을 진단하고 평가하는 성능평가부;
상기 성능평가부의 결과 및 상기 정보저장부에 저장된 값을 사용하여 해당 에너지 담당 설비를 교체 또는 개선하거나, 해당 에너지 담당 설비의 운용 비용과 교체 비용을 평가하여 교체 시기를 판단하는 운용평가부;
상기 정보수집부, 상기 성능평가부, 상기 운용평가부에 수집된 데이터 또는 해당 에너지 담당 설비 교체에 따른 신규 데이터를 비교 및 갱신하여 이를 상기 정보저장부에 저장하는 정보갱신부;
를 포함하는 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템에 있어서,
상기 성능평가부는 각각의 에너지 담당 설비에 따라 다음과 같은 방법에 의해서 성능을 진단하고 평가하며,
1) 조명, 열감지, 습도 센서 등의 센서일 경우 성능은 수명으로서 실제 설비가 보장하는 시간 대비 운용시간; 2) 유량계, 차압계, 전력량계 등의 계측기일 경우 외부에서 별도로 계측한 값과 설비장치에서 측정한 값을 비교한 정확도; 3) 냉동기, 보일러, 공조기, 펌프 등의 에너지설비일 경우 COP 등의 각 설비의 열효율; 4) 구역일 경우 해당 구역에 공급되는 에너지와 해당 구역의 부피에 따른 열용량을 기준으로 단열 시스템을 가정할 경우 변동해야 할 온도 변화 대비 실제 변화 온도,
상기 열효율은 아래와 같은 방법에 의해서 계산되고,
1) 보일러일 경우, 보일러의 열효율은 {(보일러출구 온수온도-보일러입구 온수온도)x유량}/{(860x보일러소비전력)+(가스소비량x저위발열량)} 또는 {(보일러출구 온수온도-보일러입구 온수온도)x유량x운전시간}x100/{(860x보일러 총 소비전력량)+(총가스소비량x저위발열량)}; 2) 증기압축식 냉동기일 경우 열효율(COP)은 {(냉동기입구 냉수온도-냉동기출구 냉수온도)x냉수 유량} / (860x냉동기 소비전력) 또는 {(냉동기입구 냉수온도-냉동기출구 냉수온도)x냉수 유량x운전시간} / (860x냉동기 총 소비전력량),
상기 해당 에너지 담당 설비를 교체하는 것은
a) 상기 성능평가부에 의해서 진단하고 평가되는 성능과 상기 정보저장부에 저장된 요구성능을 비교하여 기준값을 충족하지 못할 경우 교체하는 것으로서, 1) 상기 정보저장부에 저장된 설비장치의 요구성능을 파악하는 단계; 2) 상기 1) 단계에서 파악한 요구성능을 만족하는 설비장치를 검색하는 단계; 3) 상기 2) 단계의 검색결과, 배송 및 설치 소요시간, 설치 적합도의 정보를 사용자에게 제공하는 단계; 4) 상기 3) 단계에서 제공된 정보를 기준으로 사용자가 결정하는 단계; 5) 상기 4) 단계의 결정에 따라서 제품을 구입하는 단계; 를 포함하는 방법에 의해서 교체되거나,
b) 상기 에너지 담당 설비가 구역일 경우 구역에 따른 냉방 효율, 난방 효율을 평가하여, 효율이 좋지 않은 구역에 대해서 단열을 높이는 개선하는 것인 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템. - 삭제
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- 제1항에 따른 BEMS 데이터를 이용한 에너지 효율 분석 시스템을 사용하여 에너지 관련 설비를 운용하는 방법.
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