통합자동제어설비

왜 배우는가: 통합자동제어설비는 공조·조명·전력·방재·승강기 등 건축설비를 하나의 제어 체계로 묶는 개념이다. 실무에서는 에너지 절감과 방재 연동을 결정하는 설계 기반이므로 중요하다. 1교시 용어 문제와 2교시 논술 문제에서 반복해 출제되어 설계순서와 제어방법을 함께 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제121회 1교시 2번, 제119회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

통합자동제어설비는 건축물의 전기·기계 설비를 하나의 중앙 제어 체계로 묶어 에너지 절감과 운영 효율을 높이는 설비이다.

• 건물자동제어설비(BAS)
• 직접디지털제어(DDC)
• 중앙감시제어
• 에너지관리시스템(BEMS)
• 통신 프로토콜(BACnet)
• 시퀀스 제어
• 인버터(VVVF) 제어
• 설비 간 연동

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 건물 안의 여러 설비를 한 사람이 한 화면에서 보고 조절하도록 엮은 장치이다. 공조기, 조명, 콘센트, 승강기, 수변전 설비가 각자 따로 돌지 않고 시간·온도·재실 여부 같은 조건에 따라 함께 움직인다.

정식으로는 건축물 내 각종 설비의 상태를 센서로 검출하고, 제어기에서 연산하여 구동기를 조작함으로써 설비를 자동으로 운전·감시·관리하는 체계를 말한다. 설비의 기능별 개별 제어를 넘어서 공통 데이터를 공유하는 것이 핵심이다.

건물자동제어설비(BAS) 는 공조, 위생, 방재, 방범, 주차, 반송 설비를 제어 관점에서 통합하는 상위 개념이다. 전기설비만의 제어가 아니라 건축설비 전체를 대상으로 한다.

직접디지털제어(DDC) 는 검출부의 아날로그 신호를 제어기에서 디지털 신호로 바꾸어 연산·처리하는 방식이다. 전기식·전자식·공기식은 신호를 아날로그 그대로 쓰는 방식이라 구분된다.

중앙감시제어 는 여러 설비의 상태와 경보를 중앙 컴퓨터 화면에서 모니터링하고 명령을 내리는 기능이다. 수변전 설비의 감시·제어·계측도 이 기능에 포함된다.

시퀀스 제어 는 미리 정한 순서에 따라 단계별로 동작시키는 개루프 제어이다. 기동·정지 순서, 시한 제어, 조건 제어가 이에 해당한다. 통합자동제어에서는 PLC로 구현하는 경우가 많다.

제어량을 검출해 결과를 되먹임하는 것이 자동제어, 정해진 순서에 따라 진행하는 것이 시퀀스 제어이다.

3. 등장 배경과 필요성

건물이 대형화되고 설비 종류가 많아지면서 설비별 독립 운전으로는 에너지 낭비와 관리 부담이 커졌다. 공조 설비만 켜져 있고 조명이 꺼지지 않는 식의 비효율이 대표적이다. 설비 간 정보를 공유하면 이런 낭비를 줄일 수 있다.

1980년대 이후 디지털 제어기와 컴퓨터 통신이 보급되면서 중앙 집중 관리가 실현 가능해졌다. 설비 제어기가 네트워크로 연결되고, 표준 통신 프로토콜(예: BACnet)을 통해 서로 다른 제조사 장비도 정보를 교환할 수 있게 되었다.

건물 에너지 규제와 고효율 설비 의무화가 확대되면서 필요성은 더 커졌다. 건축물 에너지 절감 기준은 설비의 자동제어와 에너지 모니터링을 요구하는 방향으로 강화되고 있다. 설계 단계에서 통합자동제어 계획을 세우는 것이 필수 절차가 된 이유이다.

재실자 쾌적성과 안전도 배경이다. 화재 시 방재 설비와 승강기, 공조 설비를 연동하여 제어해야 피난과 제연이 확보된다. 이 때문에 통합자动制御는 에너지 목적과 안전 목적을 함께 가진다.

4. 구성요소·원리·절차

통합자동제어설비는 건축물의 기계·전기·방재·방범 설비를 한 개의 네트워크와 중앙 감시제어 체계로 묶는 설비다. 구성은 현장 센서·구동기, 제어기(DDC), 통신망, 중앙 감시 장치로 나뉜다. BAS(건물자동제어설비)는 이 전체 체계를 부르는 이름이고, BEMS는 여기에 에너지 계측과 분석 기능을 더한 것이다.

전기식과 전자식, 공기식은 검출부의 아날로그 신호를 조절부에서 그대로 쓴다. 반면 DDC 방식은 아날로그 신호를 디지털로 바꾸어 연산한다. 현재 건축물에서는 DDC 방식이 기본이다. 디지털 방식은 여러 제어 루프를 한 제어기에서 처리하고, 설정값을 원격에서 바꿀 수 있다.

통합자동제어는 센서 신호를 DDC가 연산하고 통신망으로 중앙이 감시·조작하는 폐루프와 개루프 제어의 결합이다.

제어 원리는 두 가지다. 피드백(폐루프) 제어는 측정값을 목표값과 비교하여 편차를 줄이는 방식이다. 실내 온도를 목표값에 맞추는 공조 제어가 여기에 해당한다. 시퀀스(개루프) 제어는 미리 정한 순서와 조건에 따라 동작한다. 승강기 운전 순서, 조명의 시간 스케줄, 방재 설비의 연동 동작이 여기에 해당한다. 조명 제어의 경우 재실 감지와 조도 센서를 조건으로 두고, 조건이 맞으면 점멸을 명령한다.

통합 제어의 절차는 다음과 같다.

• 제어 대상 설비와 제어 항목(상태 감시, 명령, 설정, 경보)을 정한다.
• 센서와 구동기를 선정하고 제어 점(Point) 목록을 만든다.
• 제어기 위치와 통신 구간을 정하고 네트워크 구성을 한다.
• 제어 로직(피드백·시퀀스·스케줄)을 설계하고 제어 프로그램을 작성한다.
• 설비 간 연동 조건(예: 화재 신호에 따른 공조 정지, 제연 가동)을 정한다.
• 중앙 감시 화면, 경보 기준, 에너지 데이터 수집 항목을 설정한다.
• 시운전에서 제어 루프의 응답과 연동 동작을 확인하고 기록한다.

난방 및 냉방설비의 용량계산을 위한 실내온도는 난방의 경우 20℃, 냉방의 경우 28℃를 기준으로 한다(목욕장 및 수영장은 제외). 이 값을 벗어난 과대한 용량 선정을 피하도록 설계 조건에 반영한다.

5. 관련 법령·기준·표준

통합자동제어설비의 기준은 법률보다 설계기준과 에너지 관련 고시에 많이 나온다.

표의 설계 온도는 용량 계산용 값이다. 제어 설정값은 이 범위 안에서 운전 조건에 따라 정한다. 기기 효율 기준은 제품 인증 체계로 확인한다.

전기설비는 한국전기설비규정(KEC) 체계를 따른다. 공조·위생 제어는 건축기계설비 설계기준과 함께 본다. 두 분야의 제어 신호와 전원 구간이 만나는 지점이 공종 간 인터페이스다.

통합자동제어는 법규 항목보다 설계기준의 연동 요구(중앙감시, 승강기, 에너지 절약)를 만족하는지가 채점 요점이다.

6. 유형과 비교

통합자동제어설비는 제어 방식과 통합 범위에 따라 여러 유형으로 나뉜다. 제어 신호의 형태에 따라 아날로그 방식과 디지털 방식으로 나누고, 통합 대상 설비의 범위에 따라 BAS, BEMS, IFMS 등으로 구분한다. 답안에서는 두 축을 나누어 설명하면 구조가 명확해진다.

아날로그 방식은 제어 루프가 단순하고 설치가 간편하다. 반면 DDC 방식은 여러 설비의 신호를 한 제어기에서 연산하므로 통합 운전에 적합하다. 현재 건축물 통합자동제어는 DDC 방식을 중심으로 구성된다.