공장, 상용 빌딩, 선박 등의 작업장 내에서 생산성, 품질, 에너지, 안전사고 등의 제반요소들을 종합 관리할 수 있는 개별 센서 및 종합시스템을 개발하였다. 개발된 시스템 사양은 다음과 같다. 입력전압:$12{\sim}24V$, 스캔 간격:100kHz, 펄스 채널: 8, 여기 채널: 8, 여기전압: ${\pm}5000mV$, 입력임피던스: $2.5G{\Omega}$, 사용온도: $-25{\sim}50^{\circ}C$.
본 논문은 각종 센서와 관리자 등을 통해 온도와 조도를 측정하여 전력량을 모니터링하며 제어하고 있는 공장용 에너지관리시스템(FEMS, Factory Energy Management System), 빌딩용 에너지관리시스템(BEMS, Building Energy Management System), 주택용 에너지관리시스템(HEMS, Home Energy Management System)등으로 크게 나누어지는 기존의 에너지관리시스템(EMS : Energy Management System)에서 사용하고 있는 각종 센서 정보들을 포함한 수집 가능한 빅 데이터를 활용하여 본 논문에서 제안하는 공간 기반 에너지관리시스템(SEMS, Space-based Energy Management System)의 추론엔진을 통해 일정한 크기와 유사한 특성을 가진 단위 공간을 정의하고 에너지를 효율적으로 관리하기 위한 공간의 크기나 특성에 따라서 SEMS의 추론엔진의 Self-Learning을 통해 추론엔진 자신이 학습을 통해 점차 스마트하게 진화하면서, 사용되는 전력량을 절감하는 방안을 제시하고자 한다.
최근 ICT 기술을 활용하여 에너지를 효율적으로 관리하고, 실시간으로 다수의 IoT 센서의 데이터를 수집하여 빌딩 자동화 시스템을 통해 운영 및 제어가 가능한 스마트빌딩이 주목받고 있다. 그러나 센서 데이터 관리가 개방형 환경을 통해 이루어짐에 따라 기존 빌딩 자동화 프로토콜의 보안 취약점으로 인해 스마트빌딩의 안전성이 위협받고 있다. 따라서 본 논문에서는 범용적으로 사용되는 BACnet의 주요 데이터 링크 기술을 분석하고, 무선 환경에서 데이터의 신뢰성을 보장할 수 있는 OWE 기반의 효율적인 BACnet/SC를 제안한다. 제안하는 프로토콜은 OWE를 적용하여 개방형 네트워크에서도 안전한 통신이 가능하게 하며 TLS 환경에서의 BACnet/SC와 동일한 수준의 보안성을 제공한다. 결과적으로 2회의 연결 과정 감소 및 평균 소요 시간이 40% 단축되어 기존에 비해 효율적인 통신이 가능하다.
본 논문에서는 이론과 실제 현상의 차이를 보이기 위해 우선 테스트베드 센서 네트워크에서 이론에 기반한 이웃 노드 집합과 실제 연결 설정된 이웃 노드 집합의 차이의 결과를 보인다. 이러한 결과는 이론적 통신 반경에 근거한 관리 메커니즘들(예, 듀티사이클링, 라우팅, 애그리게이션 등)이 의도한 성능을 얻지 못할 가능성을 시사해 준다. 본 논문에서는 에너지 효율성을 고려하여 실제 이웃 노드 집합에 기반한 실용적인 듀티사이클링 메커니즘을 제안한다. 이 메커니즘은 각 존(의도되어 분할된 네트워크의 일부 영역)에서 특정 임계치 내의 유사성을 가진 센싱값들의 중복 전송을 억제한다. 실제 센서 데이터를 이용한 시뮬레이션을 통하여 제안한 메커니즘이 중요 센싱값의 전송을 보장하며, 네트워크 라이프타임을 증가시킴을 보인다.
국가 총에너지 소비량 중 건축물에서 소비하는 에너지는 전체의 10% 이상을 차지고 있다. 이러한 이유로 우리나라는 2025년부터 제로에너지 건물 의무화 정책을 채택하였고, 결국 건축물 에너지 절감 기술에 대한 연구가 요구되고 있다. 건축물 중 빌딩의 에너지 소비 형태를 분석해보면 조명 및 냉난방 에너지가 전체 에너지 소비량의 60% 이상을 차지하고 있는데, 이는 태양광 취득률 및 창문의 개폐 운용과 직접적인 연관이 있다. 본 논문에서는 건축물에너지 관리시스템에 취득 정보를 전송하기 위한 창호용 저전력 IoT 센서 모듈을 개발하기 위해 연구를 진행하였다. 이 모듈은 외부 환경 및 창문 개폐 상태 정보를 실시간으로 빌딩 에너지 관리 시스템에 전송하여 능동적으로 에너지 절감 조치를 취할 수 있게 네트워크를 구성하였다. 모듈에 사용되는 전력은 하베스트 에너지 중 태양광 발전을 이용한 독립적인 전원으로 설계하였다. 전원은 Buck 컨버터를 적용하여 MPPT 제어를 통해 리튬이온 배터리에 4V로 충전하는 방식으로 효율은 약 85.87%이다. 통신은 WiFi 방식을 적용하여 실시간으로 전송할 수 있도록 구성하였다. 모듈의 소비전력 저감을 위해 하드웨어 및 소프트웨어 측면에서 분석하여 저전력 IoT 센서 모듈을 구현에 대한 연구를 진행하였다.
본 연구는 사례대상 건물의 냉난방설계용량에 대한 냉온수 유닛의 설치 유형을 단일설치, 분할설치(균등분할), 분할설치 (차등분할)의 유형으로 구분하여 각각의 사례를 선정하고 LCC기법을 이용한 경제성 평가를 실시하였다. 이를 위하여 냉온수 유닛의 LCC 구성항목을 조사하고, 구성항목별 비용 자료를 조사하였다. 위와 같은 과정을 통해 예측된 각 설치 유형별 LCC를 상호 비교 분석함으로써 경제성 평가를 실시하였다. 상기와 같은 목적과 방법에 따라 진행된 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다: 1) 냉난방설계용량에 대한 단일설치 사례와 분할설치(균등분할), 분할설치(차등분할) 사례를 선정하고 LCC 구성항목에 대한 자료조사를 통하여 초기투자비(냉동기 설치비, 냉각탑 설치비, 펌프설치비), 유지관리비(교체 수선비, 가스에너지비, 전기에너지비), 해체비(노무비, 폐기비, 잔존가치)를 고려하여 단위면적당$(100m^2)$분석기간 15년 동안의 LCC를 분석 하였다. 2) 냉온수 유닛의 단일설치, 분할설치(균등분할), 분할설치(차등분할)의 설치 유형에 따른 경제성 평가 결과 설치 유형 중 단일설치 유형이 가장 경제적인 것으로 분석 되었다.
본 논문에서는 Building Energy Management System(BEMS) 구현을 위해 "재실자의 위치 및 인원정보" 에 기반을 둔 실내 위치 기반 서비스 및 그를 위한 센서 시스템에 대하여 제안한다. 본 논문에서 제안한 센서 시스템에는 열에너지 그 자체를 감지 할 수 있는 서모파일 센서와 비 접촉 방식으로 대상까지의 거리를 얻어낼 수 있는 초음파센서, 그리고 이를 제어하고 구동할 수 있는 기구 및 동작부가 포함된다. 본 시스템은 적절한 크기의 방 전체를 감시할 수 있도록, $360^{\circ}$ 회전과 틸팅이 가능한 구조로 되어있어, 실내공간내의 재실자의 인원 및 위치를 동시에 파악할 수 있다. 또한 무선통신 기술인 블루투스 모듈을 통해 빌딩 관리자나 스마트 홈 서버와의 통신이 가능하도록 되어 있어, 빌딩내의 조명이나 공조시스템을 자동으로 제어, 관리하게 함으로써 전체 에너지 절약을 가능케 한다. 마지막으로 측정 데이터 검증을 위한 실환경 실험을 통해, 본 연구에서 제안한 시스템의 효용성 및 타당성을 확인한다.
지속적인 전력수급의 불안과 이에 따른 정부의 에너지관리 정책의 변화로 인해 효율적인 에너지 관리를 위한 에너지 관리 시스템 에 대한 관심과 수요는 공공기관이나 빌딩뿐만 아니라 가정에까지 확대되고 있다. 그러나 가정내 전기 소비 장치에 대한 관리는 신규 건축물에 적용되거나 가정 내 운용제품에 기반한 별도의 서비스 제공자를 통해서 주로 운용 된다. 본 논문에서는 가정 내 인터넷서비스 제공을 위해 설치되어 있는 유무선 공유기와 DDNS(Dynamic Domain Name Service) 를 이용하여 가정 내 전기 소비 장치의 원격제어 및 모니터링을 위한 Presonal Energy Management System 을 구현하는 방법을 제안하고자 한다.
무선 센서 네트워크는 에너지 효율 향상과 에너지 비용절감에 기여할 수 있다. 빌딩이나 물류창고 등의 온도 조절기에 문제가 발생한 경우 고가의 에너지가 낭비를 줄이기 위해서는 건물 내부에서 24시간 모니터링 해야 한다. 냉동물류창고의 온도조절기에서 문제가 발생한 경우 에너지 낭비와 더불어 보관되는 물품의 안정성에 치명적인 문제를 발생시킬 수 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 Zigbee 기술 기반의 물류창고관리 시스템을 구축한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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