KR20130049254A - 쓰리디 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 건물의 각종 설비들을 상호 감시 및 제어하여 빌딩을 자동 제어하는 지능형 빌딩 통합 자동제어 시스템에 있어서, 빌딩 제어 시스템의 상위 계층에서 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지가 설정되면, 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하며, 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 기존의 빌딩 제어 시스템의 상위에 배치되어 입체적 빌딩 모델링 데이터를 기반으로 사용자 인터페이스 기능을 적용함으로써 기존의 빌딩 자동제어시 복잡한 인터페이스 기능을 대체하여 직관적인 모니터링 체계를 구축할 수 있고, 기존의 빌딩 제어 시스템을 통합 제어할 수 있기 때문에 빌딩 내부 및 외부 현황, 안내 시스템 또는 각 제어 시설 현장에 실시간 모니터링을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명은 기존의 빌딩 제어 시스템의 상위에 배치되어 입체적 빌딩 모델링 데이터를 기반으로 사용자 인터페이스 기능을 적용함으로써 기존의 빌딩 자동제어시 복잡한 인터페이스 기능을 대체하여 직관적인 모니터링 체계를 구축할 수 있고, 기존의 빌딩 제어 시스템을 통합 제어할 수 있기 때문에 빌딩 내부 및 외부 현황, 안내 시스템 또는 각 제어 시설 현장에 실시간 모니터링을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시스템의 외적 또는 내적 환경에 따라 자동으로 정해진 에너지량의 분배 비율을 조절하여 환경 변수에 유연하게 대응하여 사용자가 설정한 모드를 자동으로 유지해 나갈 수 있는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근의 사무용 건물들은 대형화 및 고기능화되어 공조, 위생, 전력, 방범, 방재 등의 각종 설비들이 복잡하게 조합되어 있다. 이러한 각종 설비들을 감시하고 제어하기 위하여 구축된 빌딩 자동화 시스템(BAS: Building Automation System)은 중앙감시시스템(CCMS: Central Control Management System), 제어정보기(DDC: Direct Digital Controller) 및 현장기기류(Local Devices)로 구성된다.
빌딩 자동화 시스템을 운용함에 있어서는 각종 설비 및 시스템(공조제어, 전력제어, 조명제어, 주차관제, 엘리베이터 등에 대한 감시제어 시스템) 상호 간의 제어 및 감시에 필요한 많은 정보를 공유하기 위하여 신뢰성 높고 속도가 매우 빠른 통신 인프라를 구축하는 것이 필수적인데, 이러한 건물자동화에 관련된 통신방식의 국제적인 표준으로서 백넷(BACnet:Building Automation & Control Network)이 채택되었으며, 최근 우리나라에서도 백넷을 KSC6909 표준규격으로 제정한 바 있다.
빌딩 자동제어 시스템의 본질적인 목적은 건물 내의 기계설비, 통신설비, 전기설비 등 각종 시설장비를 감시 및 제어하여 에너지 및 인력의 절감, 소요공간의 감소화, 정보의 집중화 및 설비의 유기적 연결화를 통한 관리의 효율성을 도모하여 쾌적한 실내환경조건을 유지하는 데 있다.
이와 같은 빌딩 자동제어시스템의 목적을 현재의 기술수준과 비교하여 개선이 필요한 점을 찾아보면, 첫째, 건물의 열원 및 냉난방 설비에 소비되는 에너지를 더욱 절감할 수 있는 자동제어시스템의 개발이 시급하다고 할 수 있다.
특히, 에너지절감을 위한 최적관리 시스템(OMS: Optimal Management System)을 구축하기 위해서는 우선적으로 설비별 운전정보와 건물 내외의 각종 실시간 환경정보를 계측하여 수집, 정리할 수 있는 제어정보기와 이러한 정보를 통신네트워크를 통해 최적관리 시스템으로 전송할 수 있는 통신 인프라가 갖추어져야 한다.
그러나, 현재까지는 건물의 최적관리를 위해 필요한 운전정보와 건물내 각 층별 정보를 확보할 수 있는 제어정보기가 아직 개발되지 않은 상태라 건물 내 에너지 사용의 최적관리가 어려운 형편이다.
둘째, 건물의 에너지 효율을 최적 상태로 유지하고 설비기기를 오랫동안 무사히 사용하기 위해서는 적시에 점검하고 보수하는 등 유지관리를 잘하여야 하는데, 이러한 유지관리의 방법으로는 사용연한이 경과되거나 고장난 설비를 교체하는 사후 보전(BM: Breakdown Maintenance)의 방법과 미리 고장의 원인을 파악하여 사전에 대처하는 예방보전(PM: Preventive Maintenance) 또는 예지보전의 방법이 있다. 이 중, 사후보전의 방법보다는 예방보전 또는 예지보전의 방법이 비용이 적게 들고 에너지 절약에도 도움이 되므로 바람직하다.
그러나, 기존의 건물에 적용되는 시설관리 시스템은 대부분 시설관리자의 업무적인 측면을 단순히 전산화한 것에 불과하여 설비기기의 효율성 및 노후화 정도를 측정하는데 필요한 관제점들을 갖지 못하였기 때문에 위의 예방보전 또는 예지보전의 방법을 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 기존의 시설관리 시스템은 빌딩 자동제어시스템의 분산제어를 담당하는 제어정보기(DDC)와의 인터페이스가 없었기 때문에 설비상태를 고려하여 운전조건을 설정할 수 없다는 문제점이 있다.
마지막으로, 빌딩 자동제어시스템을 항상 최적으로 유지하기 위해서는 새로 개발되어 추가되는 제어기, 조작기, 밸브, 댐퍼 및 센서들을 손쉽게 통합하여 네트워크를 구성할 수 있는 개방적인 프로토콜을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 기존의 빌딩 자동제어시스템용 장비들은 각 제조사마다 고유의 통신 프로토콜을 사용한 것이기 때문에 다른 제조사의 장비와는 호환성이 보장되지 않으며, 이에 따라 새로운 설비의 추가가 어렵고, 설비를 추가하고자 할 때에 비용부담이 큰 단점이 있다.
또한, 기존의 빌딩 자동제어 시스템은 스케줄제어 및 예약가동 이외에는 운전시 실시간으로 자동으로 시스템이 환경변수에 대응하는 방식이 없어서 폭우시 습도조절이나 폭염시 온도조절, 또는 비상시 자동대처하는 기능이 없고, 사람이 대응하여 조작시 전체적인 에너지관리를 할 수 없어 계획을 벗어난 운영이 될 수밖에 없다는 문제가 있다.
기존의 각 건물들의 빌딩 자동제어 시스템은 기능이 취약하고 각각의 브랜드를 내세워 소프트웨어와 하드웨어 간의 통합이 어려운 현실적 또는 영업적인 문제가 있다.
따라서, 각각의 설비와 그에 따른 빌딩 자동제어 시스템을 하나의 인터페이스로 통합하여 쉽게 관리하면서 전사적 에너지관리를 할 수 있는 지능형, 에너지 목표 지향형 빌딩 자동 제어 시스템 및 방법의 구축에 대한 필요성이 점점더 증대하고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 신축빌딩 또는 기축 빌딩의 빌딩 제어 시스템(BAS, FMS, SCADA)을 에너지 진단 컨설팅을 통한 아날로그 및 디지털 측정값을 기반으로 에너지 관리 및 빌딩 자동 제어시 최적의 에너지 절감형 운전 모드를 도출하여 사용자로 하여금 간편하고 안전하게 조명, 전력, 난방, 화재 등의 각종 건물 설비의 여러 가지 자동제어 요소를 최적화하여 자동 운전이 가능하도록 하고 각 모드별 에너지 사용량 및 비용 시뮬레이션이 가능한 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법은, 건물의 각종 설비들을 상호 감시 및 제어하여 빌딩을 자동 제어하는 지능형 빌딩 통합 자동제어 시스템에 있어서, 빌딩 제어 시스템의 상위 계층에서 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지가 설정되면, 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하며, 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 빌딩 제어 시스템은 BAS(Building Automation System), FMS(Facility Management System), BEMS(Building Energy Management System), SCADA (supervisory control and data acquisition)을 포함하고, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는 상기 빌딩 제어 시스템과 OPC(OLE for Process Control) 기반의 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 빌딩 제어 시스템은, 각종 건물 설비와, 상기 건물 설비를 포함한 건물의 내부 및 외부의 환경 상태를 감지하는 센서부와, 상기 건물 설비에 각각 구비되고, 상기 건물설비를 구성하는 현장기기들과 송수신하여 현장 기기의 가동을 제어하고, 상기 센서부 및 현장 기기들의 상황 정보들을 수집 분석하며, 각종 정보들을 유선/무선 통신을 통해 상기 통합 인터페이스 제공 서버에 전송하는 적어도 1개 이상의 제어정보기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는, 상기 빌딩 제어 시스템과 상호 유선/무선 통신 기능을 지원하는 통신부와, 상기 빌딩 내부의 에너지 소비 추세 및 예상 에너지 소모량을 측정 및 진단하는 에너지 진단부와, 상기 빌딩 제어 시스템의 센서부와 제어정보기에서 전달되는 정보와, 상기 에너지 진단부에서 전달되는 에너지 진단 결과를 종합 분석하여 에너지 분석값을 산출하고, 상기 에너지 분석값을 기반으로 도출되는 최적화된 운영 모드에 따른 OPC 통신 제어 및 명령 기능을 수행하는 중앙 제어부와, 상기 중앙 제어부의 제어 명령에 따라 3차원 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 인터페이스 제공부와, 상기 에너지 및 건물과 관련한 모든 자동제어 운전 결과를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는, 사용자 선택에 따라 자동으로 빌딩 자동 제어 기능을 실행하여 안정적인 에너지 목표 제어할 수 있도록 하는 오토 가이드(Auto guide) 실행부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 방법 및 에너지 목표관리 방법은, 건물의 각종 설비들을 상호 감시 및 제어하여 빌딩을 자동 제어하는 지능형 빌딩 통합 자동제어 방법에 있어서, 빌딩 제어 시스템의 상위 계층에서 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버에 접속하는 단계와, 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지를 설정한 후에 상기 건물 설비를 포함한 건물의 내부 및 외부의 환경 상태에 대한 정보를 수집하여 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하는 단계와, 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 사용자 인터페이스 화면에는 입체적 빌딩 모델링 데이터를 기반으로 건물 전체 화면 또는 사용자가 선택한 층의 구획별 화면을 표시하고, 상기 화면의 일측에 빌딩 전체 실시간 에너지 사용 현황, 상기 선택 한 층에 대한 에너지 사용 현황, 에너지 소비 목표량과 전월 대비 에너지 사용 현황, 빌딩 전체 에너지 사용 예측 통계를 표시하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 사용자의 키 조작에 따라 화면 크기 변경, 화면 회전, 이동, 확대/축소, 메뉴 사용 및 선택과 관련한 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface) 기능을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 상기 에너지 관리 및 건물 자동 제어와 관련한 모든 운전 결과를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 자동으로 최적의 빌딩 자동 제어 기능을 실행하여 안정적인 에너지 목표 제어할 수 있도록 하는 오토 가이드(Auto guide) 실행 기능을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 따르면, 기존의 빌딩 제어 시스템의 상위에 배치되어 입체적 빌딩 모델링 데이터를 기반으로 사용자 인터페이스 기능을 적용함으로써 기존의 빌딩 자동제어시 복잡한 인터페이스 기능을 대체하여 직관적인 모니터링 체계를 구축할 수 있고, 기존의 빌딩 제어 시스템을 통합 제어할 수 있기 때문에 빌딩 내부 및 외부 현황, 안내 시스템 또는 각 제어 시설 현장에 실시간 모니터링을 구현할 수 있는 효과가 있다.
그로 인해, 본 발명은 기계실, 전기실, 방재실, 방범상황실을 통합하여 하나의 통합 자동제어 관제 센터로 운영 가능하며, 그로 인해 사용자가 관제 센터에 하루종일 모니터링 할 필요가 없이 중요한 의사결정과 비상시 알람에 의한 대응만 할 수 있어 인력절감과 업무의 효율화를 실현할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 시스템이 도출한 최적의 에너지 절감형 운영모드를 선택함으로써 에너지 절감 목표달성과 그 운영 모드에 따른 에너지 추이 및 예측이 가능하고, 외적 또는 내적 환경에 자동으로 정해진 에너지량의 분배비율을 조절하여 환경변수에 유연하게 대응하여 사용자가 설정한 모드를 자동으로 유지해 나갈 수 있는 효과가 있다. 게다가, 본 발명은 오토 가이드(auto guide) 실행 기능을 구현하여 빌딩 자동 제어시 오작동과 초보자 및 능숙자의 운전 격차를 최소화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 시스템의 전체 구성이 도시된 블록도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 시스템의 상세구성이 도시된 블록도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 인터페이스 제공 서버의 세부 구성이 도시된 블록도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 방법이 도시된 순서도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건물 전체 자동 제어시 사용자 인터페이스 화면이 도시된 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 층별 자동 제어시 사용자 인터페이스 화면이 도시된 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 전체 실시간 에너지 사용 현황이 도시된 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 선택 한 층에 대한 에너지 사용 현황이 도시된 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 목표량과 전월 대비 사용현황이 도시된 그래프
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 전체 에너지 사용 예측통계가 도시된 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 시스템의 상세구성이 도시된 블록도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 인터페이스 제공 서버의 세부 구성이 도시된 블록도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 빌딩 통합 자동 제어 방법이 도시된 순서도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건물 전체 자동 제어시 사용자 인터페이스 화면이 도시된 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 층별 자동 제어시 사용자 인터페이스 화면이 도시된 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 전체 실시간 에너지 사용 현황이 도시된 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 선택 한 층에 대한 에너지 사용 현황이 도시된 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 목표량과 전월 대비 사용현황이 도시된 그래프
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 전체 에너지 사용 예측통계가 도시된 그래프
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템은, 빌딩 제어 시스템(100)과 유선/무선 통신을 통해 접속되고, 상기 빌딩 제어 시스템(100)의 상위 계층에서 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지가 설정되면, 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하며, 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버(200)를 포함한다.
이때, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)가 설정 가능한 운영 모드는 다양한 위치별, 상황별, 개인별로 다양한 빌딩 환경 상태에 따른 최적의 환경을 설정하기 위하여 제공된다.
상기 운영 모드에는 에너지 절감형 운영 모드, 일반 에너지 소비형 운영 모드 뿐만 아니라 회의실 모드, 복도 모드, 사무환경 모드, 창가 조명 모드, 실험실 모드, 휴게실 모드, 화장실 모드, 취침 모드 등의 다양한 모드가 사용될 수 있다.
한편, 상기 빌딩 제어 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이 기존의 BAS(Building Automation System), FMS(Facility Management System), BEMS(Building Energy Management System), SCADA (supervisory control and data acquisition)을 포함하고, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)와 OPC(OLE for Process Control) 기반의 통신을 수행한다. 여기서, 상기 OPC 통신은 산업표준 개방형 접속 규격으로, 전세계 95%의 자동제어에 사용되고 있다.
상기 빌딩 제어 시스템(100)은, 각종 건물 설비(110)와, 상기 건물 설비(110)를 포함한 건물의 내부 및 외부의 환경 상태를 감지하는 센서부(120)와, 상기 건물 설비(110)에 각각 구비되고, 상기 건물설비(110)를 구성하는 현장기기들과 송수신하여 현장 기기의 가동을 제어하고, 상기 센서부(0 및 현장 기기들의 상황 정보들을 수집 분석하며, 각종 정보들을 유선/무선 통신을 통해 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)에 전송하는 적어도 1개 이상의 제어정보기(DDC; Direct Digit Control)(130)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
먼저, 상기 건물 설비(110)는 열원설비(보일러, 냉동기, 냉각탑, 열교환기, 빙축열설비), 공기조화설비(공조기, 변풍량장치, 팬코일유닛, 컨벡터, 라디에이터, 패키지 에어콘), 환기설비(팬 류), 급배수 설비(펌프류, 수조의 수위), 급탕설비(밸브, 펌프류), 오수 정화 설비, 중수설비, 지역 난방 설비 등의 기계설비와, 수변전 설비, 비상전원설비(발전기, 무정전전원장치, 축전지), 전력 간선 설비, 조명설비, 동력설비, 엘리베이터 등의 전기설비, 이외에도 방범 설비, 방재 설비, 통신 설비 등의 다양한 종류의 설비에 적용할 수 있다. 위와 같은 각 종류의 건물설비(110)들은 건물의 층별이나, 구획공간 별로 여러 개가 설치되거나, 아파트와 같은 대단지 건물에서는 동별로 설치된다.
또한, 상기 센서부(120)는 적외선의 감지가 가능한 적외선 센서, 사람(동물) 또는 물체의 움직임을 감지하는 동작 센서, 온도의 변화를 감지하는 온도 센서, 조도의 변화를 감지하는 조도 센서, 바람의 세기를 감지하는 풍속센서, 강우 또는 강설의 양을 측정하는 강우 및 강설 센서, 안개 센서, 또는 시간 타이머 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이 다양한 센서의 조합을 통하여 제어의 에러 발생율을 낮출 수 있다.
한편, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)는 상기 제어정보기(130)가 전송하는 건물설비(110)의 현장 기기들의 가동상황 정보와 센서부(120)가 감지한 정보들을 분석하여 건물 내의 환경을 최적의 상태로 유지시키고, 건물설비(110)에 문제가 발생하면 문제 원인별로 대처하여 현장 기기들의 가동을 제어한다.
이를 위해, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 빌딩 제어 시스템(100)과 상호 유선/무선 통신 기능을 지원하는 통신부(210)와, 상기 빌딩 내부의 에너지 소비 추세 및 예상 에너지 소모량을 측정 및 진단하는 에너지 진단부(220)와, 상기 센서부(120)와 제어정보기(130)에서 전달되는 정보와, 상기 에너지 진단부(220)에서 전달되는 에너지 진단 결과를 종합 분석하여 에너지 분석값을 산출하고, 상기 에너지 분석값을 기반으로 도출되는 최적화된 에너지 절감형 운영 모드에 따른 OPC 통신 제어 및 명령 기능을 수행하는 중앙 제어부(230)와, 상기 중앙 제어부(230)의 제어 명령에 따라 3차원 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 인터페이스 제공부(240)와, 상기 에너지 및 건물과 관련한 모든 자동제어 운전 결과를 저장하는 데이터베이스(260)와, 사용자 선택에 따라 자동으로 빌딩 자동 제어 기능을 실행하여 안정적인 에너지 목표 제어할 수 있도록 하는 오토 가이드(Auto guide) 실행부(250)로 구성되지만 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 인터페이스 제공부(240)는 모니터(241)와, 및 마우스, 키보드, 터치패드와 같은 키입력부(242)와 연결되어, 상기 키입력부(242)를 통해 사용자 명령이 반영된 3D 빌딩 모델링 데이터를 제공한다.
그 외에도, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)는 인증 시스템, 예약 시스템, 에너지 관리 시스템, 방재 및 방범 호출 시스템 등을 포함하거나, 각 시스템들과 연동될 수 있음은 당연하다.
이하, 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법은, 먼저 통합 인터페이스 제공 서버(200)가 건물 설비(110) 및 센서부(120)를 통해 건물의 내부 및 외부의 환경 상태에 대한 정보를 수집하고, 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지를 설정한 후에 건물 설비(110) 및 센서부(120)에서 전송되는 각종 정보와 에너지 진단부(220)에서 전달되는 에너지 진단 결과를 종합 분석하여 에너지 분석값을 토대로 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출한다(S1, S2).
그리고, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)는 도출된 에너지 절감형 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하여 그래프 형태로 저장 및 관리한다(S3).
다음, 빌딩 자동제어를 담당하는 관리자는 프로그램 실행, 전체 조명제어 및 특정 층 제어, 다른 층을 제어, 에너지 관리 시스템의 복사, 예약 시스템 실행시 인증 시스템에 접속하여 아이디와 비밀번호를 입력하여 인증을 수행한다(S4, S5).
상기 인증 시스템은 인증 성공시 관리자가 원하는 실행을 작동하지만, 인증 실패시에는 인증 실패 메시지를 팝업 출력한다. 예를 들어, 인증 실패 메시지에는 아이디어 인증 실패, 비밀번호 오류 입력 인증 실패 등을 출력한다. 그런데, 상기 인증 시스템은 동일한 실패 이유를 3번 이상 수행 후에도 인증이 실패할 경우에 관리자에게 문자 메시지를 전송하거나, 최고 관리자를 호출하여 허가되지 않은 관리자가 빌딩 자동제어 시스템에 접근하는 것을 방지한다.
관리자가 정당한 인증 과정을 거쳐 접속한 경우에, 도 5에 도시된 바와 같이, 통합 인터페이스 제공 서버(200)는 건물 전체 자동 제어시 모니터(241)에 3D 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 출력한다(S6, S7, S8).
이때, ①은 현재 위치로서 현재 화면에 제어하고 있는 장소(건물 이름, 층, 호실 등)를 보여 주고, ②는 조명 제어 버튼메뉴와 같은 단축설명을 나타내며, ③은 현재 위치에 대한 에너지 관리 상황을 보여주고, ④는 현재 커서가 지정하고 있는 곳에 대한 단축 설명 창이며, ⑤는 오토가이드 실행부(250)의 동작을 지시하는 진입 버튼이다.
또한, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)의 인터페이스 제공부(240)는 휠 버튼을 이용하여 화면 크기 변경, 마우스 오른쪽 버튼을 이용하여 회전, 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 메뉴 사용 기능을 제공한다(S9).
또한, 상기 통합 인터페이스 제공 서버(200)는 조명 제어시, 마우스가 가르치는 곳에 위치(1F, 2F 등)와 함께 켜져 있는 전구 /전체 전구, 일일 권장 사용량 대비 오늘의 현재까지의 사용량 %, 사용량에 대한 경고(50% 미만 절약, 50%이상~80%미만 보통, 80%이상 낭비) 등의 팝업창을 출력한다(S10, S11). 따라서, 관리자는 층별 조명 제어, 불필요한 조명의 오프(OFF), 그로 인해 효율적인 에너지 관리를 수행할 수 있다.
그리고, 관리자가 빌딩의 층별 제어를 수행하고자 할 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이, ①에 제어하고 있는 층 표시 및 마우스가 가 있는 장소 표시, 도 5에서 오토가이드 진입 버튼이 있던 위치에는 단면도 보기 버튼으로 변환되어 표시된다.
또한, ②에는 전체 건물 보기로 이동하는 버튼 및 회전하였을 경우 다시 탑뷰로 가는 버튼이 표시되고, ③은 마우스 이동에 따른 마우스 사용자 인터페이스(UI)가 생성되고, 화면의 하단에는 전체 에너지 상황에서 층별 에너지 상황이라는 그래프가 추가로 생성되어 표시된다.
④에는 도 5에서 표시되던 전체 제어 버튼이 해당 층에 대한 온/오프(ON/OFF) 버튼으로 전환되고, ⑤에는 다른 층으로 즉시 이동 가능한 버튼 및 해당 층을 제어할 수 있는 모든 버튼의 사용자 인터페이스가 생성된다.
상기 건물의 층별 제어 기능을 수행할 경우에도, 상기 건물 전체 자동 제어 기능을 수행할 때와 마찬가지로 화면 크기 변경, 마우스 오른쪽 버튼을 이용하여 회전, 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 메뉴 사용 기능을 제공한다.(S9)
한편, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 화면의 하단에는 빌딩 전체 실시간 사용 현황, 선택 한 층에 대한 에너지 사용 현황, 목표량과 전월 대비 사용현황, 빌딩 전체 에너지 사용 예측통계의 그래프가 각각 디스플레이된다.
상기 빌딩 전체 에너지 실시간 사용 현황은 세로 축에 총 전구량(%로 표시하며, 20%마다 표시점)이 표시되고, 가로 축에 시간이 표시되며, 그래프 표시 위치는 현재 (켜진 전구/전체 전구)%를 나타낸다. 그리고, 선택 한 층에 대한 에너지 실시간 사용 현황은 세로 축에 해당 층의 총 전구(%로 표시하며, 20%마다 표시점), 가로축에 시간단위의 분이 표시되며, 그래프 표시 위치는 해당 층의 현재 켜진 전구/해당 층 전체 전구%를 나타낸다.
또한, 목표량과 전월 대비 사용현황은 세로 축에 전체 에너지 목표액(KW로 표시), 가로 축에 날짜단위의 월을 각각 표시하고, 각 월당 왼쪽 그래프는 목표, 오른쪽 그래프는 실제 사용량을 나타내며, 현재 월은 예상 표시를 한다.
그리고, 빌딩 전체 에너지 사용 예측통계는 세로 축에 Kw표시, 가로 축에 날짜단위의 시, 그래프 표시 위치는 현재 사용량을 기준으로 각 시간당 예측량 산출 하고, 단위 기획 후 다시 문서 작성, 년, 월, 일별로 예측 양을 표시한다.
한편, 상기 오토 가이드 실행부(250)는 초보자가 빌딩 자동 제어를 실행할 경우에 안정적으로 목표한 에너지 관리 및 빌딩 자동 제어를 가능하도록 함으로써 오작동과 초보자와 능숙자간의 운전 격차를 최소화하도록 한다.
관리자는 건물 전체 제어 또는 층별 제어가 완료되면 빌딩 제어 시스템(100)과 연동하여 에너지 관리를 비롯한 건물 자동 제어 기능을 수행하는 통합 인터페이스 기능을 종료한다.(S12)
이와 같이, 이와 같이, 본 발명은 사용자가 설정한 자동제어 운영모드를 기준으로 건물의 내부 및 외부의 변수에 자동으로 대응할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 빌딩에 75%의 에너지 소비목표를 설정한 경우에, 상기 에너지 소비목표를 기준으로 제어 부분별 할당된 에너지 량에 대해 자동 운전모드로 진입한다.
만약, 건물의 온도와 습도가 높아지면, 기존의 에너지 소비 목표량 내에서 우선순위가 하위인 건물 설비의 에너지 소비부터 에너지를 추출하고, 최상위 우선 순위에 있는 설비에 가장 먼저 에너지를 투입하는 반면에 최하위 우선 순위에 있는 설비에는 에너지 투입을 차단함으로써 전체적인 자원할당량을 지키면서 순간적인 건물 운영 변수에 자동 대응하게 된다.
따라서, 본 발명은 관리자가 중앙 관제 센터에서 하루종일 모니터링 할 필요가 없고, 중요한 의사결정과 비상시 알람에 의한 대응만 할 수 있게 함으로써 인력절감과 업무의 효율화를 실현할 수 있다.
상기에서는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에서 조명 제어 기능을 구현하는 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법은 조명 제어 기능을 수행하는 것으로 한정되지 않으며, 난방 설비, 방범 설비, 전력 설비, 공기조화설비 등의 각종 건물 설비에도 적용될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시스템의 외적 또는 내적 환경에 따라 자동으로 정해진 에너지량의 분배 비율을 조절하여 환경 변수에 유연하게 대응하여 사용자가 설정한 모드를 자동으로 유지해 나갈 수 있는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 빌딩 제어 시스템 110 : 건물 설비
120 : 센서부 130 : 제어정보기
200 : 통합 인터페이스 제공 서버 210 : 통신부
220 : 에너지 진단부 230 : 중앙 제어부
240 : 인터페이스 제공부 250 : 오토가이드 실행부
260 : 데이터베이스
100 : 빌딩 제어 시스템 110 : 건물 설비
120 : 센서부 130 : 제어정보기
200 : 통합 인터페이스 제공 서버 210 : 통신부
220 : 에너지 진단부 230 : 중앙 제어부
240 : 인터페이스 제공부 250 : 오토가이드 실행부
260 : 데이터베이스
Claims (10)
- 건물의 각종 설비들을 상호 감시 및 제어하여 빌딩을 자동 제어하는 지능형 빌딩 통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템에 있어서,
빌딩 제어 시스템의 상위 계층에서 사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지가 설정되면, 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하며, 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 - 제 1 항에 있어서, 상기 빌딩 제어 시스템은 BAS(Building Automation System), FMS(Facility Management System), BEMS(Building Energy Management System), SCADA (supervisory control and data acquisition)을 포함하고, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는 상기 빌딩 제어 시스템과 OPC(OLE for Process Control) 기반의 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템
- 제 2 항에 있어서, 상기 빌딩 제어 시스템은, 각종 건물 설비와, 상기 건물 설비를 포함한 건물의 내부 및 외부의 환경 상태를 감지하는 센서부와, 상기 건물 설비에 각각 구비되고, 상기 건물설비를 구성하는 현장기기들과 송수신하여 현장 기기의 가동을 제어하고, 상기 센서부 및 현장 기기들의 상황 정보들을 수집 분석하며, 각종 정보들을 유선/무선 통신을 통해 상기 통합 인터페이스 제공 서버에 전송하는 적어도 1개 이상의 제어정보기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템
- 제 1 항에 있어서, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는,
상기 빌딩 제어 시스템과 상호 유선/무선 통신 기능을 지원하는 통신부와,
상기 빌딩 내부의 에너지 소비 추세 및 예상 에너지 소모량을 측정 및 진단하는 에너지 진단부와,
상기 빌딩 제어 시스템의 센서부와 제어정보기에서 전달되는 정보와, 상기 에너지 진단부에서 전달되는 에너지 진단 결과를 종합 분석하여 에너지 분석값을 산출하고, 상기 에너지 분석값을 기반으로 도출되는 최적화된 운영 모드에 따른 OPC 통신 제어 및 명령 기능을 수행하는 중앙 제어부와,
상기 중앙 제어부의 제어 명령에 따라 3차원 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 인터페이스 제공부와,
상기 에너지 및 건물과 관련한 모든 자동제어 운전 결과를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템 - 제 1 항에 있어서, 상기 통합 인터페이스 제공 서버는, 사용자 선택에 따라 자동으로 빌딩 자동 제어 기능을 실행하여 안정적인 에너지 목표 제어할 수 있도록 하는 오토 가이드(Auto guide) 실행부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 시스템
- 건물의 각종 설비들을 상호 감시 및 제어하여 빌딩을 자동 제어하는 지능형 빌딩 통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법에 있어서,
빌딩 제어 시스템의 상위 계층에서 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 표현되는 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공하는 통합 인터페이스 제공 서버에 접속하는 단계와,
사용자의 선택에 따라 목표소비 에너지를 설정한 후에 상기 건물 설비를 포함한 건물의 내부 및 외부의 환경 상태에 대한 정보를 수집하여 최적의 에너지절감형 운영 모드를 도출하고, 상기 도출된 운영 모드에 대한 에너지 소비추세 및 예상 에너지 소모량 및 비용을 산출하는 단계와,
사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법 - 제 6 항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스 화면에는 입체적 빌딩 모델링 데이터를 기반으로 건물 전체 화면 또는 사용자가 선택한 층의 구획별 화면을 표시하고, 상기 화면의 일측에 빌딩 전체 실시간 에너지 사용 현황, 상기 선택 한 층에 대한 에너지 사용 현황, 에너지 소비 목표량과 전월 대비 에너지 사용 현황, 빌딩 전체 에너지 사용 예측 통계를 표시하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법
- 제 6 항에 있어서, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 사용자의 키 조작에 따라 화면 크기 변경, 화면 회전, 이동, 확대/축소, 메뉴 사용 및 선택과 관련한 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface) 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법
- 제 6 항에 있어서, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 상기 에너지 관리 및 건물 자동 제어와 관련한 모든 운전 결과를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법
- 제 6 항에 있어서, 상기 사용자 인증을 거친 정당한 사용자에게 입체적 빌딩 모델링을 기반으로 하는 사용자 인터페이스 화면을 제공하여, 에너지 관리 및 빌딩 전체 또는 층별 자동 제어를 수행하는 단계는, 자동으로 최적의 빌딩 자동 제어 기능을 실행하여 안정적인 에너지 목표 제어할 수 있도록 하는 오토 가이드(Auto guide) 실행 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 3D 모델링 기반의 지능형 빌딩통합 자동제어 및 에너지 목표관리 방법
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