공조설비 온라인 유지관리시스템 개발 및 효과분석 논문자료

공조설비 온라인 유지관리시스템 개발 및 효과분석
A Development of the On-line Maintenance and 
Management System for the HVAC Systems and the 
Evaluation of Its Effects

다양한 빌딩 장비에 대한 서비스 품질은 일반적으로 개별 관리자의 능력과 노력에 따라 달라지는 경향이 있으며, 이는 종종 장비의 유지관리 및 관리가 제대로 이루어지지 않는 결과를 초래합니다. 본 연구에서 제안하는 N-BMS(Networked Building Management System)는 여러 빌딩 내의 주요 장비를 통신 네트워크로 연결하여 고장 탐지, 열화 진단, 장비 제어 등과 같은 여러 가지 중요한 임무를 수행하고 기존 BMS의 주요 고유 목적인 모니터링을 수행하는 새로운 유형의 빌딩 관리 방법입니다. N-BMS를 구성하는 방법은 장비의 성능을 높게 유지하여 에너지와 자원을 절약하는 것으로 고려되었습니다. 또한 빌딩 HVAC 시스템에 대한 일부 유지관리 및 관리 작업의 효과를 검증하기 위해 LCC(Life Cycle Cost) 기반 분석도 수행했습니다.

---

연구 주제

 

1. 문제 정의

이에 본 연구에서는 공조설비를 대상으로 최적 운전을 통한 에너지절감과 전문적인 설비관리를 통한 설비의 효율향상 및 유지관리비 절감 등을 위해 건물 내 또는 건물간 상호 통합된 건축설비 및 관련 시스템에 적용 가능한 통합형 온라인 유지관리시스템의 구축 방안을 제안하고 통합형 유지관리시스템의 도입에 따른 효과를 분석하고자 한다.

본 연구에서는 기존 건물들의 공조설비 유지관리를 보다 전문적, 체계적으로 수행함으로써 에너지 절약 및 업무향상을 도모하기 위하여 IT를 활용한 통합형 온라인 유지관리시스템의 구축을 제안하였다.

2. 가설 설정

공조설비에 대한 유지관리 수준은 Kim 등⑼의 논문과 동일하게 설정하였는데 냉동기, 보일러, 펌프에 대해 유지관리를 전혀 하지 않은 경우(Case A), 보일러와 펌프는 3년, 냉동기는 6년마다 정기적으로 유지관리를 수행하는 경우(Case B), 모든 기기에 대해서 매년 유지관리를 수행하는 경우(Case C)의 3가지 수준으로 가정하였다.

유지관리를 수행하지 않는다고 가정한 Case A는 비교를 위해서 설정한 상황이고 Case B의 경우가 현재 일반적으로 이루어지고 있는 건물 단독 유지관리 상황으로 볼 수 있으며, Case C는 온라인 유지관리시스템을 이용해서 공조설비에 대한 성능 및 에너지 관리에 중점을 둔 계획과 운영 데이터 분석에 의한 피드백을 활용하여 계속적인 유지관리를 수행하는 방식으로 가정할 수 있다.

공조설비에 대한 효과적인 유지관리 기법의 일환으로 통합형 유지관리시스템을 도입할 수 있는데 통합형 유지관리시스템이 도입된 경우는 앞 절에서의 Case C로 가정할 수 있을 것이다.

이때 유지관리비용 부분은 통합 관리를 통한 다수의 건물 관리를 통해서 단위 건물에서의 설비 유지관리인력 또한 최소화 될 수 있다수의 건물두 경우의 유지관리 비용은 상쇄할 수 있는 것으로 가정하였다.

 

연구 방법

 

1. 제안 방법

그러나 본 연구에서는 좀 더 신뢰성 있는 분석을 위하여 다수의 건물에 대한 공조설비 유지관리 내역 분석을 토대로 유지관리비용을 산출하여 공조설비에 대한 LCC 분석에 적용하였다.

먼저 감시 및 경보 기능을 위해서 적용한 온라인 상태감시시스템은 설비의 운전상태 감시를 통한 실내 환경 개선과 안전도모를 목적으로 설비의 실시간 운전상태 및 실내 환경김-시, 위험요소에 대한 알람을 수행한다.

운전지원에는 목적으로 설시스템을 각각 적용하였다.

또한 기존 시스템과의 사용데이터 중복을 피하기 위해 BAS에서 제공하는 장비별 상태감시, 운전데이터 등의 사항은 시스템 인터페이스를 통해 수집하고, 관리지원에 건물, 자재, 인력, 도면, 작업 이력 등의 정 보는 FMS 시스템과 연계하여 활용한다.

본 논문에서 간단하게 설명하면, 건물단위 소프트웨어 구성은 각 설비에 장착된 센서로부터 필요데이터를 받아 DDC에서 데이터 변환을 하여 데이터 수십 장치에 저장된 후 LAN을 통해 관제센터로 전송된다.

일반적으로 공조설비는 업무용이나 상업용 건물에 적용되며 보일러, 냉동기 등의 열원설비와 공기조화기, 송풍기, 펌프 등의 반송설비로 구분 되는 데 공조 설비가 건축물의 전체 유지관리비용 중 가장 큰 부분을 차지하며 이에 본 연구에서는 냉동기, 보일러 및 펌프에 한정하여 분석을 수행하였다.

먼저 앞 절의 해석 모델과 방법을 토대로 단일건물에 대한 유지관리효과를 분석하였다.

이때 LCC 절감 비용은 단일 건물을 대상으로 해서한 결과를 바탕으로 계산하였다.

또한 공조설비 기기별-, 용량별 유지관리비용 산정내용을 바탕으로 단위 건물에 대한 정량적인 유지관리 효과를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

2. 대상 데이터

A업체는 2005년도 이후의 최신 자료를 사용하였으며 B업체는 2000년도 이전의 자료를 물가 상승률 및 주택설비 수리지수를 반영하여 2007년도 가격으로 환산하여 반영하였다.

연간 운전비의 계산에 있어서도 Hong과 Jung® 이 1998년부터 2003년까지의 국내 모 은행 본사 건물의 운영일지를 분석한 냉난방 운전 데이터를 사용하여 산출하였다.

유지관리비용의 조사는 공조설비 유지관리 전문업체 2곳을 대상으로 수행하였으며, 총 30곳의 건물을 대상으로 열원기기별 유지관리비용을 분석하였다.

3. 이론/모형

해석대상 열원설비는 대구 모 은행 본사 건물의 열원설비에 대한 LCC 분석을 수행한 Hong과 Jung의 논문'"을 참고로 하여 본사 건물에 설치된 열원설비와 동일하게 구성하였다.

 

연구 결과

 

1. 성능/효과

진단 및 분석 기능에서는 성능분석에 LCCA 시스템, 고장진단에는 FDD 시스템, 에너지 소비 관련 EMS. 운전지원에는 목적으로 설시스템을 각각 적용하였다.

LCC 분석은 선행연구™에서 개발된 LCC 분석 프로그램을 사용하였으며, 개발된 프로그램의 검증을 위해 미국 NIST에서 개발한 BLCC 프로그램을 이용하여 동일한 조건에 대한 LCC 분석결과를 비교한 결과, 총 LCC 비용 등의 모든 항목에 대해 5% 이내의 오차를 보임으로써 개발한 분석 프로그램의 신뢰성을 확인하였다.

모든 경우에 대해서 보일러의 LCC가 가장 크며, 펌프의 경우 설치 대수는 많지만 전체 비용 중에서 차지하는 비중은 5% 정도인 것으로 계산되었다.

비용 항목별 LCC 구성을 살펴보면 주 구성 항목은 운전비, 유지보수비 및 초기투자비인데 총 LCC에 대한 운전비의 비중이 60% 이상을 차지하는 것으로 나타났기 때문에 결국 설비의 효율적인 유지관리를 통해서 운전비를 절감하는 방안이 경제적으로 가장 효과적일 것으로 사료된다.

공조설비에 대한 유지관리 수준이 높아질수록 유지 관리비 용은 증가하지만 운전비 절감효과가 크게 나타나면서 총 LCC는 감소함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 통합형 유지관리시스템의 도입으로 빌딩 공조설비의 효율적인 유지관리에 따른 에너지 절감효과를 비용으로 살펴보면, Case C는 Case A 대비 연간 U7.2백만 원을 절감할 수 있으며, Case B에 대해서는 연간 3.9백만 원을 절감할 수 있는 것으로 계산되었다.

현재의 건물 유지관리 수준에 대해서 통합형 유지관리시스템을 도입하면 연간 390백만원을 절감할 수 있는 것으로 계산되어 투자회수기간도 4년 정도가 소요되는 것으로 예측되었다.

(1) 공조설비를 중심으로 하는 건축설비 유지관리 분야의 비 전문성, 비효율적인 유지관리에 의한 에너지 손실 및 업무성능 저하를 줄이기 위해 국내 기반이 잘 갖추어진 IT를 활용하여 각 단위건물을 하나의 센터에서 통합관리하는 통합형 유지관리시스템(NT3 MS)의 구축을 제안하였고, 이를 통해 건축설비의 성능향상은 물론 유지관리비 및 에너 지절감이 가능할 것으로 판단된다.

(2) 건축설비 중 공조설 비 열 원기기 에 대해 유지관리 수준을 세 가지 대안으로 선정하여 LCC 분석을 수행한 결과 매년 유지관리를 적설하게 수행할 경우 현재의 보편적인 유지관리 수준 대비 3% 수준의 LCC 절감이 가능할 것으로 산정되었다.

(3) 후속 연구로서 현재 통합군관리센터를 구축하여 5개 건물을 대상으로 통합형 유지관리시스템의 실증 연구를 진행하고 있고, 통합형 유지관리시스템을 도입할 경우 대상 건물수가 100곳일 때 연간 390백만원을 절감할 수 있는 것으로 예측되었다.

2. 후속 연구

하지만 설비의 유지관리 업무가 온라인을 통해 통합적으로 관리된다면 이와 같은 문제점들은 바로 파악될 수 있으며 추가적으로 각 설비의 효율 및 출력 성능, 에너지소모량 등의 지속적인 파악 및 비교 분석을 통해 효율적인 유지관리가 가능해지고 국가적 차원의 에너지 이용 효율 개선의 효과적인 수단이 될 수 있을 것이다.

여기에 인력절감, 설비의 품질향상에 따른 건물분야 자원 - 에너지의 이용효율 제고, 환경오염 억제 등의 추가적인 효과 등을 고려하면 건물 통합형 유지관리시스템의 도입에 따른 기대효과는 더욱 증대될 것이다.

---

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200909659871936

[논문]공조설비 온라인 유지관리시스템 개발 및 효과분석