본문내용
1. 온실가스와 에너지 단위
1.1. 온실가스
온실가스는 지구 대기를 오염시켜 온실효과를 일으키는 가스들의 총칭이다. 온실가스는 자연적일 수도 있고 인위적일 수도 있는 대기 중의 기체상 구성요소이다. 온실가스에는 이산화탄소(CO2), 메테인(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 등이 포함된다. 이러한 온실가스들은 태양으로부터 지구로 들어오는 복사에너지를 지표면에서 반사되어 나오는 열을 흡수하여 대기 온도를 높이는 온실효과를 발생시킨다. 온실가스 농도가 증가하면 지구온난화를 가속화시켜 기후변화를 초래하게 된다. 따라서 온실가스 배출 저감은 기후변화 대응을 위해 매우 중요한 과제이다.
1.2. TOE(Ton of Oil Equivalent)
TOE(Ton of Oil Equivalent)는 국제에너지기구(IEA)에서 정한 단위로 석유 환산톤을 의미한다. TOE는 10^7kcal로 정의되며, 이는 원유 1톤의 순발열량과 매우 가까운 열량으로 편리하게 이용할 수 있는 단위이다. 즉, TOE는 석유 1톤에 해당하는 열량을 나타내는 단위이다."
2. 건물 자동화 시스템
2.1. BEMS(Building Energy Management System)
BEMS(Building Energy Management System)는 건물 내 에너지 관리 설비의 다양한 정보를 실시간으로 수집·분석하여 에너지 사용 효율을 개선하는 시스템이다.
BEMS는 건물 내 냉난방, 조명, 전력 등의 에너지 사용 현황을 모니터링하고 최적의 에너지 관리 방안을 제시한다. 건물의 에너지 사용량과 실내 환경 데이터를 센서를 통해 수집하고, 이를 분석하여 에너지 소비를 실시간으로 최적화한다. 이를 통해 에너지 절감 및 운영 효율화를 달성할 수 있다.
BEMS의 주요 기능은 다음과 같다. 첫째, 건물 내 에너지 소비량을 실시간으로 측정 및 모니터링한다. 둘째, 에너지 사용 패턴을 분석하여 에너지 효율을 높인다. 셋째, 동적 설정 포인트, 부하 조절, 최적 제어 등의 에너지 절감 기능을 제공한다. 넷째, 통합 모니터링 및 원격 제어를 통해 에너지 관리의 효율성을 높인다. 다섯째, 에너지 사용량 데이터를 기반으로 정확한 분석 및 보고서 작성이 가능하다.
BEMS는 건물의 에너지 소비 현황을 실시간으로 제공하고, 에너지 낭비를 줄이는 동시에 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 한다. 또한 설비 운전 최적화, 에너지 절감 효과 분석, 에너지 소비 데이터 제공 등의 기능을 통해 건물의 에너지 효율성을 높일 수 있다.
요약하면, BEMS는 건물 에너지 관리의 핵심 시스템으로, 건물의 에너지 소비를 실시간으로 모니터링하고 최적의 에너지 관리 전략을 제공함으로써 에너지 절감과 쾌적한 실내 환경 구현에 기여한다고 볼 수 있다.
2.2. BAS(Building Automation System)
BAS(Building Automation System)는 건물 내 설비들을 자동으로 감시하고 제어하는 시스템이다. BAS는 건물 내 냉난방, 환기, 조명, 보안 등의 설비들을 통합적으로 관리하여 건물의 운영 효율성을 최적화할 수 있다.
BAS는 건물 내 각종 설비들을 센서와 컨트롤러를 통해 감시하고, 이를 바탕으로 자동으로 설비들을 제어한다. 예를 들어 실내온도 센서가 실내온도를 감지하여 냉난방 설비를 자동으로 조절한다. 또한 조명 센서를 통해 실내 조도를 감지하여 자동으로 조명을 켜고 끄는 등 다양한 기능을 수행한다. 이를 통해 에너지 소비를 최적화하고 건물의 운영 및 관리를 효율화할 수 있다.
BAS는 BEMS(Building Energy Management System)와 상호보완적인 역할을 한다. BEMS가 건물의 에너지 관리에 초점을 맞춘 시스템이라면, BAS는 건물 전체의 관리 및 제어에 초점을 맞춘다. BEMS가 에너지 데이터 수집과 분석, 에너지 절감 전략 수립 등의 기능을 수행한다면, BAS는 BEMS에서 도출된 에너지 절감 전략을 실제로 건물 내 설비에 적용하여 실행하는 역할을 한다.
따라서 BAS와 BEMS는 서로 연계되어 건물 에너지 관리와 건물 운영 관리를 통합적으로 수행한다. BAS는 건물 내 다양한 설비들을 자동으로 감시하고 제어함으로써 에너지 효율성과 건물 운영 효율성을 높이는 핵심 시스템이라고 할 수 있다.
3. 건축 설계 전략
3.1. Recycle, Reuse, Renewable, Reduce
Recycle은 재활용 자재의 활용을 의미한다. 건축물 구조나 부재를 해체하여 새로운 건축자재로 재활용할 수 있다. 이는 새로운 자원의 사용을 줄이고 폐기물을 감소시킬 수 있다. 또한 재활용된 자재를 활용함으로써 에너지 소비와 이산화탄소 배출도 줄일 수 있다.
Reuse는 추후 가변성을 고려한 건축계획과 리모델링을 통해 기존 건물구조를 재사용하는 것을 의미한다. 기존 건물을 활용하여 증축, 개축, 리모델링을 하면 새로운 건물을 지을 때보다 자원과 에너지 사용을 줄일 수 있다. 이를 통해 건축물의 수명을 연장시키고 지속가능성을 높일 수 있다.
Renewable은 태양열, 태양광, 지열, 풍력, 수력 등 무한하며 청정한 자연에너지의 사용을 의미한다. 화석연료와 달리 재생 가능한 에너지원을 활용함으로써 환경부하를 줄일 수 있다. 신재생에너지 기술의 발전으로 건물에서도 다양한 신재생에너지 시스템을 적용할 수 있게 되었다.
Reduce는 자원사용의 최소화와 내재에너지가 작은 건축자재 사용을 의미한다. 건물 설계 단계에서부터 자원과 에너지 사용을 최소화하는 방안을 모색해야 한다. 단열성능 향상, 고효율 기기 사용, 자연채광 극대화 등을 통해 건물의 에너지 수요를 줄일 수 있다. 이를 통해 화석연료 사용을 감소시키고 환경부하를 낮출 수 있다.
3.2. BCHP(Building Combined Heat and Power) 시스템
BCHP(Building Combined Heat and Power) 시스템은 가스엔진, 가스터빈, 증기터빈을 이용하여 빌딩 내에서 열과 전기를 자체적으로 생산하여 사용할 수 있는 시스템이다.
BCHP 시스템은 건물 내에서 필요한 열과 전기를 동시에 생산함으로써 에너지 효율성을 높일 수 있다. 일반적인 발전소에서는 열을 버리지만, BCHP 시스템에서는 이 열을 건물의 난방이나 온수 공급에 사용할 수 있다. 따라서 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있어 에너지 비용을 절감할 수 있다.
BCHP 시스템은 크게 가스엔진 방식, 가스터빈 방식, 증기터빈 방식으로 구분할 수 있다. 가스엔진 방식은 가스엔진을 이용하여 전기를 생산하고 배출되는 열을 이용하는 방식이다. 가스터빈 방식은 가스터빈을 이용하여 전기를 생산하고, 터빈에서 배출되는 고온의 배기가스를 활용하여 증기를 생산하는 방식이다. 증기터빈 방식은 보일러에서 발생한 증기를 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 생산하고, 배출되는 저온의 증기를 난방이나 온수 공급에 활용하는 방식이다.
BCHP 시스템은 에너지 효율성이 높고 온실가스 배출량을 줄일 수 있어 친환경적이다. 또한 건물 내에서 자체적으로 전기와 열을 공급할 수 있어 에너지 공급의 안정성과 신뢰성도 확보할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 BCHP 시스템은 에너지 절감과 온실가스 감축을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다.
3.3. LED(Light Emitting Diode)
LED(Light Emitting Diode)는 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체소자이다. LED는 고효율 조명기구로서 에너지 절약의 효과가 크다는 장점이 있다.
LED는 기존의 백열전구나 형광등에 비해 매우 낮은 전력 소모로 동일한 밝기의 빛을 낼 수 있다. 백열전구가 열에너지를 많이 발생시키는 데 반해, LED는 열 발생이 적어 냉각이 용이하다. 또한 LED는 수명이 매우 길어 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있다.
이러한 장점으로 인해 LED는 건물의 조명 설비에 많이 적용되고 있다. LED 조명을 사용함으로써 건물의 전체 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있다. 특히 고층 건물이나 대규모 시설물에서의 에너지 절감 효과가 크게 나타난다.
최근에는 LED 조명의 성능과 광효율이 지속적으로 향상되고 있다. 이에 따라 LED 조명의 적용 범위도 점점 확대되고 있다. 실내 조명은 물론 가로등, 터널 조명 등 실외 조명에도 LED가 활용되고 있다. 향후 LED 기술의 발전으...
