全 관제점 공유하는 광역 컨트롤기능 요소 검토가 바람직
외기환경·내부부하 판단…인공지능제어 가능토록 발전

아날로그(Analog) 방식인 전기, 전자식을 대체하는 DDC (Direct Digital Control), 즉 직접 디지털 제어기는 빌딩 자동제어 시스템의 핵심 장치로서 사무소용 건물, 주거용 건물 등 중 대형 건물에는 대부분 설치되고 있다. 특히 DDC 내에 설치된 운용프로그램 OS(Operation System) 와 응용프로그램은 DDC를 독자적으로도 동작(Stand Alone)한다. 즉, 중앙감시 시스템과 통신두절 상태에서도 해당 DDC에 연결된 관제점(Point)은 사전에 설정한 값에 의해 동작하고, 통신이 재개되면 운전 정보를 즉시 전송한다. 따라서 설치 여부를 결정한다는 것은 무의미하며, 중요하게 검토할 사항은 통신의 개방성, 확장성, 보수성, 프로그램 제어기능, 전 관제점을 공유하는 광역 컨트롤기능 등의 요소를 검토하는 것이 바람직하다. /편집자 주

이러한 DDC는 기본적으로 인력 절감, 에너지 절감, 쾌적한 환경 제공을 위해 설치되며, 특히 BEMS, ZEB 솔루션은 DDC에 정보를 제공하기 때문에 에너지 절감 정책에 기반이 되는 중요 설비이다.

건물 내 모든 에너지 정보가 입수되는 DDC는 점차 고도화, 세분화된 에너지 분석과 손실되는 에너지에 대한 감시기능을 수행한다.

정부는 2021년 수립한 ‘2050 국토교통 분야 탄소중립 로드맵’을 통해 건물 부문 탄소중립 추진을 위한 계획을 발표한 바 있으며 이 로드맵에는 ZEB 의무화와 관련 내용이 담겼다.

발표된 로드맵에 따라 2020년 1000㎡ 이상 공공건축물 ZEB 인증 5등급 의무화를 시작으로 2023년 500㎡ 이상 공공건축물 및 30세대 이상 공공부문 공동주택 ZEB 인증 5등급 의무화 등으로 규제가 확대돼왔다.

이같이 필요한 정보를 모아 분석 처리하는 장치가 DDC인 것이다.

DDC는 마이컴 제어로직 (소프트웨어 처리)에 의해 디지털적으로 조작부를 움직이는 것을 말한다. 좀 더 자세한 정의를 하면 DDC란 각종 센서로부터의 전자적 신호(Analog)를 받아 수치화(Digital) 해 이 수치에 대한 수리적(Mathematical) 연산을 한다.

DDC의 출력은 조작기 등을 작동시키는 전압 또는 전류 신호이다. 이 경우 중앙감시 시스템은 데이터를 읽는 작업 이외에 다른 작업을 하기 위한 시간이 필요하므로 DDC는 이들 데이터를 샘플링해야 한다.

결국 디지털 제어기에 대한 샘플링 주기가 정확하게 선정된다면 제어 성능상의 효과를 만족시킬 수가 있다.

DDC 기술 중 하드웨어는 약 10년, 소프트웨어는 5년 단위로 발전해 오는 과정 중 통합 제어 기술로 정의가 내려지는 기기다.

DDC 내부 기술 중 소프트웨어는 일반적으로 ROM이나 PROM, E2PROM과 같은 비휘발성 메모리에 저장되는데, 이것은 생산부터 장착되어 영구히 사용되며 현장에서의 변경은 불가능하다.

이러한 영구적인 사용성 때문에 펌웨어(FirmWare)라고 하며 현장설치자나 사용자에 의해 수정될 수 있는 것인데, RAM이나 EEPROM과 같은 Read/Write 형 메모리에 저장된다.

이런 류의 소프트웨어는 현장에서 수정, 변경이 가능한 형태로 이루어지기 때문에, 커스텀 소프트웨어(Custom Software)라고도 한다.

DDC에서 이 2가지 형태의 메모리는 적절한 아래와 같이 조합된다.

◇ 운용 소프트웨어 (Operating Software)

입출력 스캐닝(I/O Scanning) 프로세스에 필요한 우선순위 인터럽트 제어, 디지털/아날로그 변환이나 아날로그/디지털 변환, 그리고 각종 설정점이나 파라메터 등과 같은 제어 프로그램 변수들의 화면표시, 또한 데이터 파일의 정보제공 등과 같은 내용이 포함된다.

◇ 응용 소프트웨어

1) 직접 디지털제어 소프트웨어(DDC Soft ware)

비례제어에 적분동작을 추가함으로써 부하가 변동함에 따라 비례대를 이동시켜 편차를 제거하거나, 미분동작을 추가하여 급격한 부하 변동에서 기인하는 오버슈트(Overshoot)나 언더슈트 (Under Shoot)를 줄임으로써 좀 더 안정된 제어를 할 수 있도록 하는 소프트웨어이다.

2) 에너지 관리 소프트웨어(Energy Manage ment Software)

에너지관리 소프트웨어는 재실자의 쾌적함을 유지하면서 에너지 소비량을 줄이거나 제어 하는데 목적을 둔다. 각각의 프로그램들은 서로 동시에 실행되지 않도록 직접 디지털 제어 프로그램에 의해 우선순위가 지정되며 후자 우선을 원칙으로 한다.

가. 절전운전 제어(Duty Cycling Control)

공실기간 동안에는 사용되지 않고 재실시간 동안에만 작동되는 것으로서, 전력을 사용하는 동력(주로 송풍기류)을 사용 시간대별로 연속 운전 중 환경조건에 대응하여 주기적인 간헐 정지를 시켜 절전 및 열원 부하의 경감을 도모하는 것이다.

나. 최적 기동/정지(Optimal Start/Stop)

실내온도 조건을 소정의 시각까지 만족시키는 것을 목적으로 최소의 시간으로 워밍업(Warming up) 시키는 것을 최적 기동이라 하고, 소정의 시각까지는 실내온도 조건이 만족 하는 것을 가능한 빨리 공조를 정지시키는 것을 최적 정지라 한다.

다. 엔탈피 제어(Enthalpy Control)

외기와 건물내의 엔탈피를 비교하여 외기온도가 실내 냉각에 유효할 시 외기 도입을 하도록 한다. 이때 엔탈피 연산을 위해서는 건구온도와 습도 또는 건구온도와 노점온도가 필요하다.

라. 전력 디멘드 제어

전력소비량을 감시하며, 계약 전력보다 낮도록 부하를 정지 및 재기동시키는 프로그램이다.

마. 야간 운전(Night Cycle)

주야간의 급격한 온도 차이 때문에 발생하는 건물의 균열을 사전에 방지하여 건물수명을 지속시키며 워밍업 시 너무 많은 에너지를 소비하지 않도록 하는 프로그램이다. 이 프로그램 작동 시 외기 댐퍼를 닫아 실내공기를 순환시킨다.

사. 야간 배기(Night Purge)

냉방시즌에만 동작하며 기계적인 냉방이 시작되기 전(주로, 새벽 4～5시)에 외기온도를 이용하여 예냉 하도록 함으로써 열원 에너지를 절약한다.

아. 제로 에너지 밴드/로드리셋

냉방과 난방을 동시에 하는 경우를 방지하기 위하여 사용되며, 실내온도가 미리 설정된 최적 조건에 만족한다면 냉난방 설정점을 재설정 함으로써 최소 에너지로 운전하는 프로그램이다.

3) 빌딩관리 응용 소프트웨어(Building Management Software)

대부분의 빌딩 관리 기능은 중앙관제 시스템에서 이루어지며, 일차적인 데이터 수집 분석 기능 중 경보 잠금, 통신 기능, 광역 관제점(Global Points), 가동시간, TEP(Time and Event Program) 기능은 DDC에서 이루어진다.

이상과 같이 DDC의 기본기능과 응용 기술을 통해 에너지 절감, 인력 절감, 쾌적한 환경을 유지 할 수 있는 중요한 장비이다. 날로 발전하는 마이컴은 DDC가 스스로 외기환경과 내부 부하를 판단하여 인공지능 제어가 가능한 제어기로 발전되기 바란다.