2011년 9월 뒤늦게 찾아온 더위로 전력 사용량이 급증했다. 전력수요가 한꺼번에 몰려 예비전력이 급격히 떨어지자 전력거래소가 순차적으로 지역별 순환 정전을 시행했다. 남의 이야기 같던 블랙아웃(대규모정전사태)이 우리에게도 찾아온 것이다. 이날 사태로 전국 162만 가구와 은행, 병원 등의 전기가 끊겼다. 정부는 약 620억 원의 피해를 봤다고 추산했다.

“ DVR 시스템은 CCTV에 비해 화질이 뛰어난 점 외에도 컴퓨터의 하드디스크를 저장 매체로 사용하기 때문에 녹화테이프를 교체할 필요가 없고, 인터넷을 통한 실시간 영상 전송 및 원격지 감시 기능이 있어 네트워크로 통합화하고 있는 정부 및 기관, 기업체들에게 가장 적절한 영상 감시 시스템으로 평가받고 있다. DVR은 전 세계적으로 연간 3조5000억원 규모에 달하는 CCTV 시장을 향후 5년 내에 대체할 것으로 전망된다.” “ SK텔레콤은 T타워에 자체 개발 시스템 Cloud BEMS(Building Energy Management System, 건물에너지관리시스템)를 설치해 에너지 사용량을 약 24% 감소시켰다. 삼성물산은 지난 2008년 본사사옥에 BEMS와 빌딩 자동화시스템을 적용 후, 많은 에너지 설비 개선을 통해 ▲전기 약 7.5% ▲가스 약 8.3% ▲물 사용량 약 6%를 절감했다. 또한 美 그린빌딩위원회에 친환경건축물 인증(LEED) 골드등급을 획득한 바 있다.” “ 미국과 독일 정부의 통계에 따르면 주거 및 상업 빌딩이 사용하는 1차 에너지는 전 세계 40%를 차지한다. 전체 이산화탄소 배출량의 약 21%를 차지하는 것이다. 그렇다면 빌딩의 자동화로 얼마만큼의 에너지를 저장할 수 있을까? 빌딩과 도시 에너지 절약 기술의 권위자인 Thomas Grunewald 지멘스 하이퍼포먼스 빌딩 리서치 프로젝트 담당자는 “빌딩에 따라 약 25~50% 정도 절약할 수 있다”면서 “전기 요금이 올라감에도 불구하고 고객의 전기 요금은 15~30% 내려갔다”고 언급했다. ”

오늘날 많은 사람들이 빌딩 안에서 생활하고 있다. 빌딩 안에는 수많은 시스템이 설치돼 사람들에게 편리함을 준다. 하지만 편리함이 위기로 변할 수 있다는 사실을 작년 9월 우리는 알게 됐다. 빌딩 자동화(Building Automation)는 이런 위기를 미연에 방지할 수 있는 시스템으로 크게 ▲빌딩 관리 시스템(BMS, Building Management System) ▲시큐리티 시스템(Security System) ▲에너지 관리 시스템(EMS, Energy Management System)으로 분류할 수 있다. 빌딩 관리 시스템은 빌딩의 조명, 엘리베이터, 공조(HVAC, Heating Ventilation, Air Condition) 등의 시스템 간 상호운영성이 반드시 필요하다. 이 시스템들은 빌딩 내 주요 전력을 소비하는 시스템으로, 과거 개별적인 프로토콜의 인터페이스에 통합돼 개발에 필요한 비용과 기간이 길었다. 하지만 개방형 표준 프로토콜 BACnet을 사용해 원격감시나 상호 연동에 의한 최적화된 제어를 통해 빌딩에 대한 효율적 관리가 가능해졌다. 또한 BACnet 기술을 이용해 공조(HVAC)분야에서 개별 시스템으로 관리된 냉방기, 난방기를 통합 제어/관리할 수 있다. 시큐리티 시스템은 CCTV(Closed Circuit Television)나 자동 감지, 경보를 통해 방범, 방화, 방재 등으로 빌딩의 안전을 확보해주는 역할을 한다. 최근에는 빌딩 관리 시스템과 방재 시스템 간의 통합이 이뤄지고 있다. 특히 기존 CCTV 시스템의 디지털 기술인 DVR(Digital Video Recorder) 기술이 적용돼 타 시스템과의 인터페이스 기능이 강화되고 있다. EMS는 빌딩 내 소비되는 전력, 공조(HVAC), 조명, 엘리베이터 시스템 등을 하나의 통합된 환경에서 관리한다. 따라서 빌딩 내 에너지 사용량 분석과 축적된 데이터를 이용한 에너지 사용 분석 및 에너지 사용량 예측이 가능하다.
통합 시스템으로 변화
빌딩 자동화란 건물의 전기, 조명, 방범, 방재와 같은 빌딩 관리 요소의 3가지 이상을 중앙 관제시스템으로 자동 제어하는 것을 말한다. 즉, 건물의 제어 시스템을 사용하는 고급기능을 뜻한다. 빌딩 자동화는 제어 시스템을 전산화하고 지능형 네트워크 전자장치를 모니터링해, 물리적 전기와 조명 시스템을 설계할 수 있다. 핵심 기능은 지정된 범위 내에서 건물의 온도, 투숙 일정에 따른 조명 제공 및 시스템 성능·장치 오류를 모니터링한다는 것이다. 또한 건물 유지 관리 엔지니어의 이메일, 텍스트 알림을 제공하기도 한다. 빌딩 자동화 시스템을 갖춘 빌딩은 그렇지 않은 빌딩보다 에너지 및 유지 보수비용 등에 강점을 지녀, 빌딩 운용 관리의 경제화, 효율화를 꾀할 수 있다. 90년대 중반까지 빌딩 자동화는 스위치, 타이머, 경보기 등 간단한 센서로 이뤄졌다. 하지만 상업용 빌딩 자동화 시스템 시장은 지난 몇 년간 개별 시스템에서 통합 시스템으로 변모했다. 건물에 있는 모든 장치와 데이터 소스까지 포함되는 의미로 발전한 것이다. 최근 Pike Research에 따르면 상업용 빌딩 자동화 시스템 시장은 2011년 725억 달러에서 2021년 1,464억 달러 규모로 10년간 2배 성장할 전망이다.


Smart Building
빌딩에서도 스마트 열풍이 거세다. 현재 똑똑한 지능형 빌딩으로 거듭나기 위해 솔루션 도입이 확대되고 있는 실정이다. 스마트 빌딩은 건축, 통신, 사무자동화, 빌딩자동화의 시스템이 유기적으로 통합된 것을 말한다. 이런 개념은 미국에서 1984년 ‘Intelligent Building’과 ‘Smart Building’으로 사용됐다. 건물의 온·습도, 조명, 전력 시스템 등 에너지의 경제적 관리 자동화 및 자동화재 감지 장치나 보안 경비와 같은 건물 안전 및 재해 처리기능의 자동화, 정보통신망의 기능과 사무 능률 및 환경을 개선하기 위한 사무 자동화를 네트워크로 통합한 고기능 첨단 인공 지능 건물을 뜻한다. 기존 빌딩 자동화 관련 기술과 정보통신 기술의 효과적인 융합으로 스마트 빌딩 구축 솔루션은 발전해 나가고 있다. 스마트 빌딩의 표준화는 빌딩 자동화 관련 시스템을 정보통신으로 연결하는 관점에서 빌딩 자동화 기기와 시스템 사이의 인터페이스 설계 및 구축이 주요 영역이 되고 있다. 즉, 통신 인터페이스, 데이터 포맷, 또는 응용 프로그램 인터페이스 등이 다루어지며, 아키텍처는 산업체 솔루션에 따르는 경우가 많다.



빌딩 표준화 기구
IETF(Internet Engineering Task Force)는 인터넷의 운영, 관리, 개발에 대해 협의하고 프로토콜과 구조적인 사안들을 분석하는 인터넷 표준화 작업기구이다. 인터넷 아키텍처 위원회(IAB)의 산하기구로 인터넷의 운영, 관리 및 기술적인 쟁점 등을 해결하는 것을 목적으로 망 설계자, 관리자, 연구자, 망 사업자 등으로 구성된 개방된 공동체이다. 주로 자발적인 참여와 논의 과정을 통해 인터넷 관련 기술표준을 마련하고 있다. 최근 IP 기반의 센서 네트워크 솔루션과 함께, CoRE WG(Constrained RESTful Environments Working Group)에서 상업용 빌딩 자동화를 IP기반 프로토콜 및 웹 서비스와 통합하는 인터페이스를 다루고 있다. 또한 EMAN WG(Energy Management Working Group)에서 에너지 관리 문제를 다루고 있으며, 기타 6LoWPAN WG(IPv6 over Low-Power Wireless Networks)는 스마트 빌딩에 핵심 기술인 센서 네트워크 기술의 표준화를 진행하고 있다. OASIS(Organization for the Advancement of Structured Information Standards)는 비영리 컨소시엄으로 오픈 스탠다드의 개발과 통합 및 적용을 유도하는 그룹으로 oBIX(Open Building Information Exchange)와 eMIX(Energy Market Information Exchange) 그룹을 통해 빌딩 자동화에 대한 연구와 에너지 상호운용(Energy Interoperation) TC를 통해 빌딩의 에너지 관리에 대한 연구를 진행하고 있다.
ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)는 빌딩 자동화와 관련된 다양한 영역의 표준과 가이드라인을 개발하고 있다. ASHRAE 표준으로 빌딩 자동화와 컨트롤 네트워크에 대한 표준인 BACnet은 상업용 빌딩 제어에 대한 표준 중 가장 유서 있는 것으로, 게이트웨이와 게이트웨이 간 프로토콜을 정의하고 있다. ASHRAE는 최근에 BACnet을 IP기반으로 개발하고 있으며, 특히 IPv6 지원이 가능하도록 하고 있다. ZigBee 얼라이언스(Alliance)는 무선 컨트롤 제품을 위한 SIG(Special Interest Group)이라 할 수 있다. ZigBee는 특히 홈 자동화와 빌딩 자동화 응용에 중점을 두고 있으며, Smart Energy 2.0, 홈 자동화, 빌딩 자동화 프로파일을 개발하고 있다. IPSO(IP Smart Objects) 얼라이언스는 빌딩 자동화나 스마트 에너지와 같은 응용과 관련된 임베디드 시스템에 인터넷 프로토콜을 사용하는 것을 기술적으로 촉진하는 기구이다. 이 단체는 직접 표준을 개발하지 않으며, 다양한 표준 기구들의 관련 표준에 대한 상호 운용성 시험이라든지 산업체들의 표준화 요구를 관련 표준화 기구에 제공하는 등의 역할을 하고 있다. 이 외에도 컨트롤 네트워킹 기술과 관련하여 홈 자동화 관련 표준인 KNX, IEC 표준인 (IEC 62386) DALI(Digital Addressable Lighting Interface), ANSI 표준 (ANSI/CEA 709.1 컨트롤 네트워킹, EN14908 빌딩 컨트롤)인 LonTalk 등이 있다. 스마트 빌딩과 관련된 다양한 표준 개발에서 중요한 것은 빌딩 자동화와 통신 프로토콜 접목을 아우르는 아키텍처를 기반을 들 수 있다. 기존에 연구된 빌딩 컨트롤 프로토콜을 기반으로 구축된 시스템을 고립화시키지 않고, 하나의 시스템에 부드럽게 융합할 수 있는 인터페이스와 네트워크 프로토콜 개발이다.



국내 현황
건물 에너지의 소비는 거주자의 움직임에 따라 발생하는데, 실질적으로 거주자의 행위를 경제적으로 모니터링할 수 있는 장치나 방법은 아직 부족하며, 모니터링된 정보를 기반으로 에너지 소비를 효율화하는 방법도 미미한 실정이다. 또한 장치별 에너지 사용량 검침 및 제어 기술이 부족한 실정으로 대부분의 중대형 건물은 ON/OFF, 온·습도 감시, 제어 값 설정변경 등 단순 제어기능만 있고, 빌딩 자동제어 시스템과 센서 및 제어기기는 대부분 수입에 의존하고 있다. 또한 지금의 제어 알고리즘은 우리 실정엔 부적합하다. 그 동안 건물에너지 관련 국가지원 R&D 현황을 분석하면 건물에 대한 부하저감, 신재생 에너지 고효율설비, 제어/운영 관리로 크게 구분해 개발하고 있다. 국내는 삼성동 무역센터 삼성물산 등 대형건물 위주로 BEMS를 운영하고 있지만 주로 전기, 수도만을 관리하는 실정이다. 몇몇 업체가 범용 BEMS 솔루션을 개발하고 있지만 단순 설비 에너지 관리 수준에 그치고 있다. EMS는 국내 건축 및 생활환경이 달라 적용하는데 무리가 있다는 것이 업계 관계자들의 이야기다. 현재 국내 솔루션 개발업체로는 나라컨트롤, 지능형빌딩시스템기술연구소, 삼성 SDS, Adic 등이 있고, 국외 기술 공급 업체는 한화S&C, 포스콘, 바시스 등이 있으며, SI업체는 대림 I&S, LG CNS, SK C&C 등이 있다. 업계 관계자는 “국내 K생명 빌딩의 경우, EMS를 적용해 에너지 비용이 동급규모 빌딩과 비교하여 32.4%(연간 약 8억 원 정도)를 절감했고 온·습도뿐만 아니라 환기 CO2를 600~800 ppm 수준으로 구현했다며 기술과 경험을 축적되면 현실적이면서 경쟁력 있는 솔루션이 개발될 것”이라고 말했다. 현재 국내 시장은 해외 기업이 70%의 점유율을 차지하고 있다. 대표적으로는 미국의 하니웰, 존슨 & 컨트롤즈, 캐나다의 델타 컨트롤스, 독일의 지멘스 등이 있다. 주요 기능으로는 ON/OFF, 온습도 감시, 예약운전 등 단순 제어 기능만을 주로 사용한다.


 

[표 3] 국외 관련 주요기업

주요분야	국외 주요기업
빌딩 정보 모델링 SW	오토 데스크(Revit Architecture), 그래피소프트(Ar-chiCAD), 벤틀리 시스템(Bentley Architecture), 에이 앤드 에이(Vectorworks), 포럼에잇(Allplan), 네메체
센서 네트워크	Exynos 4212Nova Sensor, Motololam Delco, Honeywell, Silicon Microstucture, Philips, Siemens, Toyota Motors, Yokogawa, Hitach
빌딩제어 시스템	Exynos 4412하니웰, 존슨컨트롤즈, 앤도버, 델타컨트롤스, 지멘스, 사우타, 야마다케, Optimum
시뮬레이션	Exynos 5250토스템사(CO2 다이어트 진단서‘ 서비스), 스미즈 건설(GREEN STAFF)

<출처 : 한국전자통신연구원>

[표 4] 주요 국가 및 프로그램

업체명(국적)	국가별 특성	중점 분야
미국 에너지성 (Department of Energy)	에너지 효율화만을 다루는 독립 부처로 미국 전체 에너지 기술개발 및 에너지 효율적 건축물 보급의 주체, 에너지 관련 산업의 총괄 관리 프로그램 운영	Model Energy Code Building America Guide & Standard
일본 통산성, 건설성	제품 기술은 통산성이 건축물은 건설성 주도로 상호 연계하여 건축물 에너지 효율화를 합리적으로 유도, R-2000, Energy Star 등 타국의 우수 에너지 효율화 프로그램의 적극적 도입 및 자국의 독자 적 평가 툴(CASBEE), 제도(PAL, CEC) 등 개발	기준 및 제도 운영 친환경산업육성 CASBEE 등 친환경 평가 프로그램 운영
유럽연합(EU)	각 국가별로 추진되던 에너지 효율화를 EU 공동으로 추진키로 2001년 유럽 각료회의 결정 후, 건축물 에너지 효율화를 위한 각종 연구(SAVE) 및 프로그램을 개발 중이며, 유럽 규격(EN)을 국제규격(ISO)으로 상정 중	EPBD 등 에너지 효율화 프로그램 유럽공 동규격 제정
캐나다 (Office of Energy Efficiency)	1990년대 중반까지 선진국 중 에너지 효율화 진도가 늦은 편이었으나, 1990년 중반 이후 정부의 적극적 지원에 의해 현재 가장 활발한 에너지 효율화 프로그램 및 연구 진행 중 주요 재정 지원 프로그램인 EE4, 기술 및 생산 지원 프로그램인 R-2000 등 운영	R-2000(주거) C-2000(비주거) 등 국가 운영 프로그램 운영

<출처 : 한국전자통신연구원>

해외 현황
선진국은 에너지 효율화를 위한 강력한 정책개발과 촉진을 위한 국가 프로그램을 시행하고 있다. 캐나다는 에너지 효율적 주택보급을 목적으로 제품, 설계, 시공, 보급 전 과정에 대한 National Program을 운영 중이며, 시범 주택건설, 국민에 대한 홍보, 에너지 효율전문 자격제도를 시행 중이다. 일본(주택가치 혁신 국가 프로젝트)은 1975년 House 55를 시작으로 House Japan 및 자원 순환형 주택기술 개발 프로젝트 등 약 5~6년 주기의 주택시장을 선도하고 있다. 특히 신기술의 시장 진입을 촉진하는 국가 프로젝트를 40년째 운영 중이며, 2050년까지 세계 전체 온실가스 배출량을 현재의 절반 수준으로 줄인다는 목표로 ‘Cool Earth-에너지 혁신 기술계획’을 수립하고 있다. 미국(Building America)은 최신 기술을 이용한 에너지 효율적 건축물의 보급을 목적으로 에너지 효율화를 위한 제품개발, 설계, 융자, 전문 업체 육성 등 저에너지 건축 시장육성을 목적으로 하는 National Project를 에너지성(DOE) 중심으로 주택 건설업체와 연계하여 대대적으로 시행 중이다.
일본은 대형 건물의 에너지 절약을 위해 BEMS를 도입하여 운용하고 있지만, 중소형 건물의 관리비용, 관리체제, 설비공간 등의 제약에 의해 BEMS 도입이 어려운 실정이다. 따라서 최근 중소형 건물을 대상으로 하는 BEMS 기능을 갖는 AEMS(Automatic Meter Reading Energy Manage
ment System)를 도입하고 있다. 파나소닉 전기공의 에미토 토털 빌딩 시스템은 파나소닉 전기공과 신에너지·산업기술 개발기구(NEDO)의 공동연구에 의해 오피스빌딩 전력 사용량 약 30% 삭감을 실증한 에너지 절약 빌딩 시스템이다. 특징은 조명 제어, 공조 제어, 에너지 데이터의 계량/계측 등을 포함한 빌딩의 토탈 에너지 절약 제어, 사람 감지 센서·온도 센서 등 각종 센서 제어나 스케줄 제어에 의한 치밀한 에너지 제어가 가능하고, 층별 제어나 지역별 제어 등 공간 에너지 절약 및 web에 의한 원격 에너지 제어도 가능하다. 미국의 뉴욕 타임즈 빌딩은 Lutron's Quantum solution에서 통합조명관리시스템을 적용해 주광활용 30%, 인체감지 10%, 스케줄 제어 2%, 디밍 조절 58%의 에너지 절감 효과를 나타낸 것으로 보고되고 있다. 절전을 위한 상황인지 센서 인터페이스 기술관련 Context Tool kit은 센서로부터의 정보를 컨텍스트로 만드는 context widget, 필요한 정보로 가공하는 interpreter로 구성됐다. 또한 미국은 스마트그리드에 대한 통일한 기술규격 관련 연구를 미국전기연구소(EPRI) 주도로 NIST가 세부안을 작성하는 스마트그리드 상호 운용성 표준 로드맵 작업을 수행 중이다.
우리나라 빌딩 에너지 사용량은 국내 총 에너지 사용량의 약 25% 이상을 기록하고 있다. 또한, 빌딩 설비용 제어시스템 대부분을 수입에 의존하고 있다. 빌딩 자동화와 에너지 효율을 증대시키기 위한 기술을 개발해 상용화하지 않는다면 해외 기술 의존도는 더욱 증가할 것이다. 세계 주요 국가들이 CO2 절감과 에너지 효율향상에 집중하는 만큼, 미래의 빌딩 자동화 관련 산업은 우리가 간과해서는 안 된다. 특히 선진국들은 관련 규격 및 제도를 도입해 시장을 선도하려는 움직임을 보이고 있다. 우리나라는 에너지소비 효율성 지표인 에너지 소비단위가 선진국에 비해 상대적으로 높은 편으로 에너지 효율성과 CO2 절감에 적극적인 대책이 필요하다. 



 

3GO 캠페인 최근 삼성서울병원은 에너지 절약을 위해 ‘3GO 캠페인’을 진행하고 있다. 3GO 캠페인은 병원에 쓰지 않는 컴퓨터나 사무실 전등, 퇴근 전 1시간부터 냉방기기 쓰지 않기 등 전력 누수를 방지하고 있다. 특히 지난 6월부터는 상의 자켓을 착용하지 않는 ‘쿨비즈’복장을 권장해 27도의 실내온도를 유지하면서 전년대비 약 5%의 전력량을 아끼는 것으로 나타났다. 분당서울대병원은 올해 에너지관리공단과 에너지이용합리화 및 저탄소 녹색성장을 위한 업무협약을 체결했다. 이를 통해 병원은 온실가스 감축과 신재생에너지, 고효율기기 적용 등을 확대해 나가고 있다. 분당서울대병원은 5년간 약 30억 원의 에너지를 절감했다. 서울아산병원도 먼지 설비 시스템 개선과 보일러 및 냉동기 폐열회수장치 설치를 통해 도시가스를 절감하고 있으며, 에너지 사용 장비 효율을 최대화하는 시스템도 구축하고 있다. 이를 통해 병원은 연간 555 MWh의 전력을 줄이고 있다. 한국전력공사에 따르면 올해 7~8월 수급전망은 예비전력이 300만 kW수준으로 수급불안이 지속될 것으로 보이며, 특히 8월 셋째, 넷째 주에는 전력소비가 급증할 것으로 전망하고 있다. 하지만 대형병원의 경우 비상전원 장치인 무정전전원공급장치(UPS)를 보유하고 있어 전기 공급이 중단되더라도 자체발전이 가능하다.

 

건물 에너지 적용 사례 미국은 건설 산업을 6대 국가전략산업 중 하나로 지원하고 있다. CMfS, CERF, FIATECH과 같은 건설 IT융합 사업을 진행 중이며, 유지관리 및 에너지 비용 50% 감소, 생산성 30% 향상, 공해 50% 감소를 목표로 추진하고 있다. 세계적인 IT 기업인 IBM은 스마트 유틸리티 사업 분야를 유망한 신사업분야로 선정하고 투자를 시작했고, 글로벌 네트워킹장비 업체인 시스코는 CUD 프로젝트를 통해 건설사업과의 융합기술에 집중하고 있다. 유럽은 미래 세계건설시장에서 경쟁우위를 확보하기 위해 ‘사회기반시설 혁신전략’을 마련해, IT와 나노 등 첨단 기술과 융합한 건설 자재 신기술 개발계획을 수립했다. 또한 2030년까지 2,400억 유로를 투자한다는 계획을 수립한 바 있다. 일본 JACIC는 건설산업과 IT 기술의 융합해 기존 기술혁신 및 국제 경쟁력 강화를 위해 기술개발과 전략수립 등 제도 정비에 주력하고 있다. 특히 정부를 중심으로 공공사업비용 절감대책시행, 공사계획, 설계 및 발주 효율화, 규제완화 등을 추진하고 있다.