기계설비법에서는 ‘자동제어설비’에 대해 건축물 등에 설치된 기계·기구·배관 및 그 밖에 성능을 유지하기 위한 설비의 감시, 제어·관리, 통제 등을 위해 설치된 설비로 정의하고 있다.

자동제어설비는 건축물 내 모든 기계설비의 감시와 제어를 위한 통합관리 시스템을 의미하며 목적은 재실자의 쾌적하고 안전한 생활 보장 및 에너지 절약 운전이다.

자동제어설비는 현장의 기계설비와 통신하고 제어하는 현장제어기와 중앙관제실에 설치돼 기계설비 운전 상황을 감시하고 제어하는 중앙제어기로 구성된다.

자동제어설비 대상

설비는 크게 건물과 그 시설물을 단위로 하는 기계설비와 플랜트를 대상으로 하는 플랜트(산업설비)로 나누어지며 여기서는 기계설비를 대상으로 하는 자동제어를 주로 다룬다.

또한 산업설비는 전력, 가스, 정유, 상하수도 등을 대상으로 하는 기간설비인 유틸리티설비와 제철, 자동차, 제지, 방직 등 생산설비로 크게 두 분야로 나눠진다.

건축기계설비는 크게 공조설비, 위생설비, 전기설비로 나눠지며 빌딩의 최적운전과 관리를 목적으로 하기 때문에 자동제어는 건물 전체의 모든 설비를 대상으로 한다.

고전적인 의미에서 자동제어는 공조설비의 영역이 크지만 현대 건축설비는 매우 고성능화, 복잡화돼 있어 건축물의 성능에 미치는 영향이 절대적 이어서 BAS(Building Automation System) 관점에서 통합적 운용과 관리가 매우 중요하다.

최근 자동화 기술은 개별설비 단위뿐 아니라 에너지와 자원(인적자원 포함)을 축으로 설비 전체를 종합적으로 안전, 환경, 비상시 대응까지 포함해 최적화하는 것을 최대의 과제로 하고 있다.

공조설비 관점에서 프로세스 제어량은 온도, 습도, 유량 압력, 레벨·공기성분으로 구성되며 이 제어량을 제어기, 제어동작, 검출기, 조작기의 자동제어 구성요소를 사용해 최적작업(거주) 환경을 구축하느냐가 중요한 요소다.

현재 빌딩은 기후변화 주범인 녹색화를 추구하고 이에 제로에너지빌딩이 등장하고 있다.

따라서 자동제어는 신재생에너지와 빌딩의 에너지를 종합적으로 관리하기 위해 설계단계에서부터 자동제어, 설비, 건축·신재생에너지를 포함하는 에너지관리시스템을 통합적으로 고려해야만 스마트그린빌딩의 목적을 달성할 수 있다.

자동제어 정의

자동제어란 건물 내의 재실자에게 쾌적한 거주환경을 확보해 제공하며 각종 장비류가 가장 안전하고 경제적인 운전 조건을 유지하며, 비상 시 즉각 대처할 수 있도록 건물의 운영, 보수, 유지를 가장 합리적으로 수행할 수 있도록 하기 위한 제반 요소를 제어, 관리하는 설비다.

빌딩자동화와 빌딩제어는 빌딩의 자동화된 기능을 언급할 때 유사한 용어로 사용되지만 엄밀한 관점에서 구별해 사용한다.

빌딩자동화란 빌딩서비스를 위해 컴퓨터를 활용하는 계측, 제어, 유지관리를 말한다.

따라서 빌딩제어는 빌딩자동화의 한 분야로 추론할 수 있으며 빌딩자동화 기능들을 자동화하도록 상업용 빌딩에서 구체화됐다.

자동제어되는 주요 기계설비

자동제어설비가 관제하는 주요 기계설비는 △냉·난방(흡수식냉온수기 및 관련설비의 가동 및 정지, 이상 상황) △급·배기(급·배기설비의 가동 및 정지, 이상 상황) △급·배수(수조 수위, 집수정 수위, 급수펌프 가동, 배수펌프 가동, 배수펌프 가동 조건, 보일러설비의 가동 및 정지, 온수 및 순환펌프 가동 및 정지, 이상 상황) △소방(화재발생, 소방설비 동작) 등이다.

이들 기계설비 중 건물 에너지 소비가 많고 제어하기 어려운 설비가 냉난방과 급·배기 설비다. 건물 에너지 소비의 40% 이상을 차지하고 재실자의 다양한 쾌적성 요구를 충족시켜야 하기 때문에 ‘에너지관리시스템’이라는 명칭으로 구성된 별도의 고급제어 프로그램이 상품화돼 있다.

에너지관리 프로그램

에너지관리 프로그램의 주요 기능과 목적은 △실내 환경의 최적상태 유지 △방재 및 안전성의 향상 △시스템 기기 등의 유연성 및 확장성의 확보 △에너지 절약에 의한 운영비의 절감 △보수의 간략화 정도 향상 △각 임대실의 에너지 계측 합리화 △데이터의 축적 및 공유화에 의한 기능 향상 등이다.

현장제어기기로 대표적인 장치가 DDC(Direct Digital Controller)이다. 현장에 설치돼 각종 설비를 직접 디지털 기능으로 제어하는 디지털 처리 장치(DDC)로, 각종 설비 데이터를 모아 각 장비와 기기를 직접 제어하는 독립적인 처리 기능을 가지며, 그 데이터를 다른 직접디지털제어기 또는 중앙관제 장치로 송출하는 기기로 아래와 같은 일반적인 기능을 가지고 있어야 한다.

△직접 디지털 제어기의 모든 입출력 회로는 24Vac, 40 Vdc의 과전압 및 단락 회로에 대해 보호 기능을 제공해야 한다. △직접 디지털 제어기는 중앙감시반 고장 시에도 단독으로 제어할 수 있는 분산처리 기능이 있어야 한다. △직접 디지털 제어기는 30개 이상의 가상 관제점에 대해 이력 경향 데이터 수집 저장이 가능해야 한다. △직접 디지털 제어기는 300개 이상의 경보를 저장해야 하며, 한계치 초과 시 가동시간 초과 시 등과 같은 경보를 자동으로 중앙감시반에 전송해야 한다.

원격검침설비도 자동제어 설비에 속하며 건물에서 사용하는 모든 에너지는 건물에 설치된 원격검침 유니트로 입력돼 서버에서 자동으로 검침되며, 에너지 사용량과 요금관계 자료는 정전 혹은 본 시스템 고장 등의 상황에서도 유실되지 않아야 한다. 검침대상은 전력, 수도 및 가스 사용량이다. 실별 온도조절장치는 난방용 에너지를 효과적으로 절감하고 쾌적한 실내온도를 유지하기 위해 사용하며 실내 온도조절기, 제어기, 온도조절밸브 등으로 이뤄진다. 20세대 이상의 공동주택은 반드시 실별 온도조절 장치를 포함해야 한다.

신영기 세종대학교 교수
정리=장정흡 기자