오늘날 스마트 건물이 IoT를 활용하는 방법
대중문화를 보면 건물을 필요에 따라 조작할 수 있는 가상 도우미라는 이상적인 상상으로 관객의 시선을 사로잡는 경우가 많습니다. 예를 들어 아이언맨의 자비스나 우주가족 젯슨의 집을 생각할 수 있는데, 이런 다양한 기술이 먼 미래의 판타지로 보이도록 연출되었습니다.
하지만 지난 수십 년간 센서, AI 및 사물 인터넷(IoT)의 기술이 발달하면서 인텔리전트 건물이라는 판타지가 현실에 가까워지게 되었습니다.
오늘날 전 세계의 인텔리전트 건물은 발전된 스마트 건물 기술을 활용해 효율을 높이고, 인간 생산성을 보완하고, 첨단 안전을 선사하고, 유지 관리 비용을 줄여 줍니다.
이 문서에서는 스마트 건물에서 IoT가 활용되는 놀라운 방법 3가지를 소개하고, 세계에서 가장 진보된 몇몇 인텔리전트 건물의 기초가 되는 기술을 자세히 살펴봅니다.
IoT 건물 시스템 기술
건물이 '스마트'한지 아닌지 여부와 관계없이 건물 시스템에는 신뢰성과 유지 관리가 매우 중요합니다. 고층 건물에서 정상 운행되는 엘리베이터가 하나밖에 없어 오래 줄을 서서 기다려야 했던 경험이 있다면 이해가 갈 것입니다. 세계의 거의 모든 스마트 건물은 예방적 유지 관리 기술을 활용해 이처럼 중요한 건물 시스템의 신뢰성을 극대화합니다. 예방적 유지 관리 애플리케이션, 즉 IoT 연결 진동 센서, 가속도계, 온도 센서 등은 시스템과 하위 시스템은 물론 단일 구성 요소의 작동 이상까지도 식별할 수 있습니다.
이러한 예방적 유지 관리 애플리케이션은 모니터링 대상인 각 건물 시스템을 위해 구축된 맞춤형 기술인 경우가 많으며, 궁극적으로 IoT를 통해 대규모 건물 관리 시스템(BMS)에 통합됩니다. 다시 말해, 모두 중앙 보고 및 분석 네트워크에 연결되어 있기 때문에 기술자 및 건물 엔지니어가 원활하게 액세스할 수 있습니다.
예를 들어 상용 HVAC 장치는 흔히 여러 개의 모터, 팬, 펌프 및 복잡한 하위 시스템으로 구성되어 있는데, 전용 모니터링 시스템을 통해 각각을 개별적으로 모니터링할 수 있습니다. 이후 각 장치의 모니터링 시스템은 대규모 건물 모니터링 시스템(BMS)으로 통합될 수 있으며, BMS는 지능적으로 이상을 감지 및 예측하고, 유지 관리 직원에게 알리고, 안전과 관련된 중요 장치의 가동 정지를 줄일 수 있습니다.
또한 엘리베이터 시스템의 예측적 유지 관리는 시스템의 신뢰성을 극대화하고 사용자의 안전성을 높일 수 있습니다. 163층 높이에 개별 엘리베이터 57개가 있는 부르즈 할리파와 같은 초고층 스마트 건물에서는 엘리베이터 시스템이 건물의 안전 및 운영에 매우 중요합니다. 2010년 2월 부르즈 할리파 124층의 전망대는 전력 공급 문제로 관광객이 층 사이에 45분 동안 갇히는 사고가 발생하면서 2개월간 폐쇄되었습니다.
스마트 건물의 IoT 예방적 유지 관리 기술은 안전 및 운영성에 매우 중요할 수 있기 때문에 일반적으로 이러한 시스템이 기존 건물에 가장 먼저 새로 도입되는 스마트 건물 기술입니다.
스마트 건물의 에너지 관리 기술
IEA(국제 에너지 기구)는 2019년 건물 부문에서 소비한 전기가 130EJ(36조 kWh)이라고 추산합니다. 자연히 스마트 건물 솔루션은 능동적 에너지 관리 시스템을 사용해 에너지 소비를 줄이고 생산을 늘리는 것을 목표로 삼습니다. 스마트 건물 에너지 관리 시스템은 IoT 애플리케이션을 활용해 에너지 관리 센서, 작동기 및 장치를 연결하여 중앙 소프트웨어에서 모든 것을 관리할 수 있도록 합니다.
이 IoT 프레임워크는 흔히 AI 기술의 지원을 받는데, 해당 기술은 건물이 기능하는 방식을 학습하고 시설 시스템을 최적화해 최소한의 인간 개입으로 작동할 수 있도록 합니다. 전 세계에서 건물의 에너지 관리 시스템은 종류가 다양하며, 각각은 에너지 관리 필요 사항이 서로 다릅니다.
예를 들어 네덜란드의 디 에지 건물은 세계 "최고의 친환경" 건물로 꼽히는 곳으로, 건물의 IoT 네트워크에 통합된 28,000여 개의 센서를 활용합니다. 이러한 센서는 다양한 예방적 유지 관리 애플리케이션 및 건물 하위 시스템을 아울러 전체 건물의 에너지 효율을 극대화합니다.
디 에지는 BREEAM(건물 연구원 환경 평가 방식) 등급 98.36%를 받았으며 세계에서 가장 에너지 혁신적인 건물로 간주됩니다. 이 건물은 태양 복사열을 최대한 활용하는 것을 목표로 합니다. 건물의 북향면은 여러 층의 유리 아트리움으로 구성되어 있어 건물에 자연광이 풍부하게 들어옵니다. 남향 면에는 전기를 생산하는 태양열 패널과 콘크리트 벽이 있어 열을 흡수하고 유지하는 동시에 내부 공간에 그늘을 조성합니다.
건물이 초과 에너지를 흡수하면 이 에너지는 400피트 깊이의 대수층 열 에너지 보관(ATES) 시스템으로 전달되어 추운 계절에 난방 용도로 사용됩니다. 태양열 패널 및 ATES 시스템을 제어하는 센서는 건물의 IoT 네트워크에 통합되어 건물 에너지 소비를 최적화합니다.
또한 디 에지의 조명 시스템은 전력 공급 (및 모니터링)에 이더넷 케이블을 사용하는 저에너지 LED 조명 기구 6,000개로 구성되어 있습니다. 이 조명 기구에는 동작 감지, 온도 및 조명 센서가 포함되어 있습니다. 이러한 센서는 건물의 네트워크 및 데이터 분석 플랫폼에 통합되어 지속적인 최적화를 수행합니다.
디 에지에서 사용되는 것과 같은 스마트 에너지 관리 IoT 애플리케이션은 향후 글로벌 건물 전력 소비를 혁신하는 것을 목표로 합니다.
건물의 스마트 인적 관리
아마도 스마트 건물에서 가장 진보된 IoT 기술 형태일 스마트 인적 관리는 최근 세계 최고의 첨단 건물들에 통합된 바 있습니다. IoT 인적 관리 기술은 건물 사용자의 위치를 모니터링하고 최적화함으로써 건물 사용자의 에너지 사용을 최소화하는 동시에 필수 협력자를 통해 생산성을 최적화하는 것을 목표로 합니다.
토론토에 있는 Cisco Canada 본사는 사람, 프로세스, 데이터 및 사물을 단일 수렴 네트워크로 연결하여 업무 환경을 최적화하는 첨단 인적 관리 시스템을 자랑합니다. 이 Cisco 건물에서는 책상 또는 사무실이 할당되어 있는 것이 아니라 건물이 사용자의 일정, 알려진 협력자 및 기타 사용자를 기반으로 사용자에게 앉을 위치를 알려 줍니다.
이 개념 덕분에 대규모 본사 건물을 그때그때 상황에 맞게 사용할 수 있습니다. 즉, 사용할 필요가 없는 공간 및 층을 "꺼서" 건물 운영 비용을 절약할 수 있습니다. IoT 건물 네트워크가 혁신적으로 통합된 결과 각 사용자가 개인 스마트폰 애플리케이션을 활용해 업무 일정을 통합하고, 업무 환경을 원하는 대로 설정하고, 나아가 온도 및 조명 스타일을 맞춤화해 취향에 맞게 자동으로 조정되도록 할 수 있습니다.
또한 이 건물은 동적입니다. 자동으로 벽을 이동시켜 사용자 수용 능력을 조정함으로써 다양한 규모의 회의를 열 수 있도록 합니다. 시설에는 인텔리전트 근접 센서가 장착되어 있어 사용자가 스마트폰만 근처에 있으면 건물 내에서 어느 장치로나 가상 회의에 참여할 수 있습니다. 모든 방에는 인적 추적 센서가 있어 공간 사용자가 몇 명인지 파악하고 이에 맞게 자동으로 온도, 습도 및 조명 설정을 조정합니다.
일부 스마트 건물에서는 일반적인 입차 및 출차 시간에 기반해 주차 공간이 자동으로 할당되어 교통 혼잡이 최소화됩니다. 엘리베이터 시스템은 목적지 층 요건에 기반해 작동하여 불필요한 엘리베이터 사용을 줄이고 사용자 이동을 간소화합니다.
스마트 건물의 인적 관리용 IoT 애플리케이션의 목적은 궁극적으로 사용자에게 유연성을 선사하는 동시에 건물 효율과 사용 필요 사이의 균형을 맞추는 것입니다.
현대 스마트 건물의 IoT 사용
현대 스마트 건물에는 사물 인터넷(IoT)이 내장되어 있습니다. IoT는 현재 복잡한 건물 인프라 시스템 모니터링, 사용 현황에 기반한 건물 조명 시스템 소비 최적화, 필요에 기반한 엘리베이터 활동 최적화, 친환경 에너지 시스템 제어를 비롯해 다양한 목적으로 사용됩니다.
아랍에미리트에 있으며 2022년 5월 입주를 시작한 Bee'ah 본사에서는 사상 최초의 AI 기반 스마트 컨시어지를 테스트하고 있다고 합니다. 이 시스템을 통해 직원 및 방문객이 만남을 예약하고, 건물을 둘러보고, 교통편을 찾는 일 등이 가능합니다. 자비스 시스템의 기능과 놀랍도록 유사한 부분입니다.
다만 IoT 스마트 건물 솔루션은 미래에 에너지 및 인적 효율이 취하게 될 모습이라는 것이 자명합니다. 그리고 IoT가 아직 현실에 구현되지 않은 더 혁신적인 기술을 곧 실현하게 되리라는 점에는 의심할 여지가 없습니다.