세계는 가상 현실, 에지 컴퓨팅, 인공 지능(AI) 등과 같은 기술로 디지털화를 향해 나아가고 있습니다. 이러한 기술을 활용하여 사용자의 개입을 최소화하면서 자체적으로 운영하는 것을 "스마트"라고 하며, 몇 가지 예를 들면 스마트폰, 스마트 워치, 스마트 시티 등이 있습니다. 누군가가 도시에 대해 이야기할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 인간에게 가장 중요한 요소인 건물입니다. 따라서 사람들이 건물에 사는 동안 건물을 지속적으로 운영하기 위해 자원에 대한 끝없는 수요를 창출합니다.
이제 스마트시티라는 개념이 도입되어 건물은 스마트하게 만들기 위해 디지털화가 필요한 1차 구조로 간주됩니다. 반면 디지털화와 개발 프로젝트의 빠른 확장으로 에너지 수요도 급격하게 증가하고 있습니다. 현대 사회에서 주거용 건물과 상업용 건물은 그 어느 때보다 복잡한 성능 요구 사항을 충족해야 하므로 전력 수요가 가장 높은 부문 중 하나입니다. 선진국의 경우 총 에너지 소비의 20~40%가 건물에서만 소비됩니다. 지구 온난화가 심각한 수준에 도달하고 있으므로 이는 온실가스 발생의 주범이기도 합니다.
이제 디지털화를 활용하면 에너지 절약을 위해 건물에서 에너지 효율적인 조치를 취할 수 있습니다. IoT(사물 인터넷), 재생 에너지원과 같은 기술을 사용하여 신규 건물 또는 기존 건물을 에너지 제로 건물(NZEB)로 전환할 수 있습니다. 이러한 건물에서는 대체 에너지원을 사용하여 필요한 대부분의 에너지를 현지에서 생산할 수 있으므로 환경에 미치는 영향이 미미하거나 전혀 없습니다. 이는 에너지를 절약할 수 있는 엄청난 기회를 제공하며 이미 다양한 접근 방식이 마련되어 있습니다. IoT는 에너지 소비를 줄이고 지속 가능한 개발 목표를 달성하는 데 가장 중요한 기술 중 하나입니다.
건물 내 IoT 통합 이해
IoT 장치의 주된 목적은 배포된 위치에 상관없이 원활한 인터넷 연결을 제공하는 것입니다. 인간의 개입 또는 개입 없이 인텔리전트 공간에서 가젯과 기기 간에 원활한 상호 작용을 가능하게 할 수 있습니다. 원격 위치에서도 인터넷에 쉽게 연결할 수 있게 되면서 이제 간단한 센서부터 가전기기, 스마트폰 등 다양한 스마트 장치가 어디에나 존재합니다. 스마트 건물은 전력 소비를 줄이고 건물을 더욱 친환경적으로 만들려는 목표로 IoT를 사용하여 "스마트"하게 만들 수 있는 많은 요소로 구성됩니다.
IoT 솔루션은 인터넷을 통해 스마트 알고리즘과 클라우드 기반 기술의 도움으로 건물 내에서 재생 에너지를 효과적으로 활용할 수 있도록 해 줍니다. 사용자는 이를 통해 지속 가능한 스마트 시티 개발에 유연하게 기여합니다. 유럽의 EPBD(Energy Performance of Buildings Directive)에 따라 "스마트 건물"은 지능형 모니터링, 자동 제어, 진단, 결함 감지, 감독을 위한 센서 시스템이 환경 요인 및 사용자 수요와 반응하는 에너지 소비가 거의 제로인 건물을 말합니다.
건물에서는 건물 에너지 관리 시스템을 최적화하고 지원하기 위해 IoT 장치에 대한 데이터 수집원으로 활용될 수 있는 무한한 작업을 수행합니다. 예를 들어 실내 인체 감지 및 위치 지정 시스템을 활용하여 조명 조건, 윈도우 블라인드 위치, 전체 HVAC(난방, 환기, 에어컨) 시스템을 제어할 수 있습니다. Seeed Technology의 드라이버 칩이 내장된 WS2812S RGB LED는 지능형 조명 제어 및 신호 변형 증폭 구동 회로를 제공합니다.
또한 아키텍처 프로그래밍을 활용하여 초기 구성 단계에서 IoT 솔루션을 통합할 수 있습니다. 그러면 기존 건물에 대한 비용을 절감하고 리디자인을 방지하여 프로젝트 효율성을 높일 수 있습니다.
에너지 효율성을 달성하기 위한 스마트 건물의 일반적인 레이아웃(이미지 제공: Energies 2022, 15, 5991)
에너지 효율적인 건물을 실현하기 위한 조치
에너지 효율성을 최적화하면서 건물 라이프 사이클의 모든 단계를 고려해야 합니다. 왜냐하면 지속 가능한 건물의 미래는 이러한 단계에서 획득한 성능 데이터에 달려 있기 때문입니다. 건물마다 에너지 소비에 영향을 미치는 정적 요소와 동적 요소가 다르며, 수집된 데이터를 기반으로 이러한 요소를 모델링할 수 있습니다. 이 모델을 활용하여 데이터를 정량화하고 에너지 효율을 달성하기 위한 전략을 제안할 수 있습니다. 이러한 모든 요소를 고려하여 에너지 효율적인 건물을 구축하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
건물 모니터링
모든 건물에 공통된 디자인은 없으므로, 에너지 소비, 건물 입주자의 행동, 설치된 재생 자원에서 발생되는 총 에너지 등과 같은 데이터를 수집하는 것이 에너지 사용 최적화를 위한 첫 번째 단계입니다. 이 데이터는 건물 입주자의 편의를 훼손하지 않으면서 장치를 에너지 효율적인 방식으로 제어하는 데 사용될 수 있는 모델을 만드는 데 사용됩니다. InvenSense의 MD-42688-P 다중 센서 무선 모듈은 IoT 애플리케이션에 적합한 데이터 수집 및 모니터링을 제공합니다.
자동화 시스템
IoT 장치가 설치되어 있는 경우 센서의 도움을 받아 건물 내부의 많은 작업을 자동화할 수 있습니다. 인기척에 따라 HVAC, 조명과 같은 하위 시스템을 제어할 수 있습니다. 보안 영역에서 바람직하지 않은 동작이나 원치 않는 인기척을 추적하여 건물 보안을 강화할 수도 있습니다. DFRobot의 SEN0395 센서는 전파 레이더 기술을 활용하여 9m 범위 내에서 인기척을 감지할 수 있는 제품 중 하나입니다.
피드백 및 사용자 참여
모든 에너지 효율적인 시스템 작동은 거주자의 편의를 중심으로 이루어지므로, 사용자의 피드백이 매우 중요합니다. 이에 따라 시스템 작동을 지속적으로 조정하고 기본 시스템에 사용자의 의견을 반영할 수 있습니다.
에너지 효율적인 디자인으로 미래에 대비
건물 내에서 에너지를 활용하는 방법에 중요한 영향을 줄 수 있는 개념을 정립하기 위해 이미 많은 연구가 수행되었습니다. 초기 솔루션은 건물 전체 라이프 사이클을 평가하는 다양한 기능을 갖춘 시뮬레이션 툴을 기반으로 했습니다. 이후에는 위에서 언급한 에너지 효율적인 조치를 활용하여 인프라를 구축하되, 배포 비용과 복잡성의 측면에서 제약될 수 있습니다. 이제 AI 기술의 발전으로 AI는 위의 문제를 해결하기 위한 지능적인 결정을 내리는 방편으로 간주됩니다. 이러한 모든 기술은 스마트 건물의 미래를 위한 디딤돌이 됩니다.
