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Miele의 새로운 사무실의 PC 기반 빌딩 자동화
더 높은 구현 유연성과 더 쉬운 운영을 위한 BACnet, EnOcean 및 DALI 통신

Miele의 새로운 본부 빌딩에서는 현대적 오픈 스페이스 작업장 및 그에 상응하는 유연한 빌딩 자동화를 활용했다.

독일 가전제품 제조업체 Miele는 귀터슬로에 있는 본사에 4개의 시공 단계로 새로운 사무실 단지를 짓고 있는 중이다. 최적의 운영뿐만 아니라 그 프로젝트의 빠르고 유연한 구현을 위해서 적절한 빌딩 자동화 솔루션 선택의 중요성이 첫 완공 건물에서 나타난다. 이 새로운 시설은 Beckhoff의 PC 제어를 사용하여 자동화되었고, by BACnet, EnOcean 및 DALI 통신의 지원을 받았다.

4개의 새 사무실 건물 중 첫 번째 건물은 각각 1,000㎡ 면적인 4개의 사무실 층이 있다. 기본 냉/난방 부하를 위한 구체축열시스템(concrete core activation), 유동적인 천장 패널 및 환기 장치가 구현되었다. 난방, 환기 및 냉방 시스템의 전형적인 자동화와 더불어, 외부 루버 블라인드의 햇빛 차단 및 조명을 포함해서 전체 사무실의 자동화가 자동화 시스템에 통합되었다.
기술적 빌딩 인프라는 빌레펠트에 본사를 둔 엔지니어링 회사 Schroder& Partner가 기획하였고, 베르스몰트 지역의 시스템 통합 업체 Bruggemann가 구현했다.

사무실 지역은 유동적인 천장 패널을 통해 개별적으로 난방 또는 냉방이 가능하다.

자동화 스테이션이 HVAC 및 사무실 기능을 제어하다
중앙 공기조절 시설은 신선한 공기를 4개 층에 공급하기 위해 건물 지하에 위치해 있다. 공기조절 시스템, 구체축열시스템 및 유동적인 천장 패널의 냉수 요건은 공장의 자체 냉수 공급 네트워크에 의해 충족된다. 난방 에너지는 지역난방 공급에 의해 마찬가지로 제공된다. 구체축열시스템 및 유동적인 천장 패널은 냉/온수 배급장치에 2개의 파이프 시스템을 통해서 연결되어 있다.
자동화 스테이션은 지하에 있는 전체 HVAC 시설의 제어 및 조절을 담당한다. 에너지 생성 및 배급의 효율성을 최적화하기 위해서, 모든 생성 및 배급 시스템의 제어는 빌딩 각 층의 사무실 자동화를 위한 자동화 스테이션과의 통신을 통해 요구에 맞춰지도록 최적화되었다. 구체축열시스템의 능동적인 제어를 위해, 온라인 서비스 wetter.com의 예측이 현재 날씨 정보와 함께 통합되었다.
각 층에는 실내 기후, 조명 및 햇빛 차단 시스템이 이것에 연결되어 있는 CX2020 내장 PC 형태의 자동화 스테이션이 있다. 사무실 층의 이용 시간은 타이머 스케줄에 의해 지정된다. 정규 이용 시간 외에는 빌딩이 절약 모드로 전환된다. 즉, 환기 및 냉방 시스템이 꺼지고, 실내 온도가 낮은 에너지 수준으로 감소한다. 이용시간 내에서는 실내 온도 설정 값이 쾌적한 에너지 수준으로 상승한다.

인텔 셀러론 CPU 및 1.4 GHz 클록 주파수를 탑재한 CX2020 내장 PC가 전 사무실 층을 제어한다.

제어 요소 및 센서의 간단한 무선 네트워킹
오픈 스페이스 작업 공간에서 일하는 사람들은 EnOcean 실내 제어 장치를 사용해서 작은 범위 내의 개별 구역의 실내 온도를 낮추거나 올릴 수 있다. 각 층의 공기 양은 공기의 질에 따라 유량 조절장치로 제어된다. 
각 층의 모든 창문은 EnOcean 창문개폐상태 확인 시스템(window contacts)가 갖추어져 있다. 창문이 열려있을 경우, 전체 오픈 스페이스 지역이 “보호” 운전 모드로 전환된다. 보호 모드가 작동 중일 때, 실내 온도 설정 값이 난방 운전을 위해 6℃까지 낮아지고 냉방을 위해서는 35℃까지 높아진다. 유량 조절장치에 의해 공기 양이 보호 모드에서 최소로 감소한다.
EnOcean 무선 신호의 통신 범위는 최소 30m이며, 이는 빌딩의 케이블링(cabling)을 상당히 감소시킬 수 있다. Jurgen Meierarnd에 따르면, 이것은 여러 관점에서 긍정적인 효과를 초래했다. “(기존의 사무실 및 작업장 구조 대신에) Miele의 새로운 오픈 스페이스 개념을 성공적으로 달성하기 위해서, 각 층의 콘크리트 바닥 계획은 후반 단계에서 완성할 수 있었습니다. 따라서 시간적 이유로, 전등 스위치, 센서 등의 유선 연결 설치가 매우 어려웠을 것입니다. EnOcean 무선 기술은 여기서 최대의 유연성을 제공했습니다. 더 큰 장점은 케이블 감소 및 그에 따른 더 낮은 화재 하중으로 인한 비용 감소입니다.”

(왼쪽부터) Miele의 빌딩 분야/빌딩 서비스 담당자인 Jurgen Meierarnd, Bruggemann의 전기공학, MSR, 산업 및 빌딩 자동화 프로젝트 매니저인 Rolf Eikelmann, Beckhoff의 빌딩 자동화 생산 매니저인 Bernd Holscher)

에너지 효율적인 빌딩 운영
정규 사용 시간 외에 햇빛이 강할 때, 블라인드가 자동 열 제어에 의해 내려온다. 이것은 빌딩의 냉방 부하를 줄여주고 냉각수 생성을 위한 에너지를 절약한다. 만약 실내 온도가 쾌적 수준의 설정 값 아래로 떨어지면, 자동 열 제어는 햇빛 에너지로 실내 난방을 하기 위해서 블라인드를 자동적으로 올린다. 따라서 햇빛은 가능하고 필요하다면 언제든지 빌딩의 난방에 기여한다. 사무실에서 PC 워크스테이션을 위한 최적의 작업 환경을 만들기 위해서, 사무실이 사용 중일 때 ‘GOT 빛 차단’ 프로그램이 작동한다. 햇빛 차단은 지정된 위치로 블라인드를 낮춘다. 블라인드 각도는 햇빛의 위치에 따라 조절된다. 그래서 눈부심은 막아주고 반면에 자연광이 최대로 들어오도록 해준다. 따라서 사무실 워크스테이션의 인공조명을 위한 전력 요구사항에 있었어 불필요한 증가는 없다.
구현된 또 다른 기능은 자동 황혼(twilight) 기능이다. 어두워지면 그것은 자동적으로 블라인드를 닫고, 빌딩 내부의 광경이 밖에서 보이지 않도록 해준다. 따라서 직원들의 편안함에 기여한다. 햇빛 차단 시스템의 자동 기능은 EnOcean 버튼으로 빌딩 사용자에 의해 수동적으로 중단될 수 있다. EnOcean 버튼의 수동 작동 이후에는, 블라인드 제어기가 오퍼레이터에 의해 매개 변수화 된 시간이 경과하고 나면 자동 모드로 다시 전환된다. 4층의 자동화 스테이션은 Modbus-RTU 프로토콜을 통해서 기상 관측소에 직렬 통신 단말기에 의해 연결되어 있다. 날씨 데이터는 BACnet/IP를 통해서 다른 BACnet 스테이션으로 전송된다. 풍력, 강수량 및 실외 온도에 관한 날씨 정보에 의해, 블라인드는 폭풍과 결빙 손상으로부터 보호되고, 위험한 경우에 자동으로 올라간다. 오픈 스페이스 지역에서는 표준 램프로 작업장을 밝힌다. 조명은 램프에 통합된 점유 센서에 의해 켜진다. 표준 램프는 EnOcean 통신이 또한 가능하며, 빌딩 자동화 시스템에 통합되어 있다. 
복도 조명의 에너지 소비를 최소화하기 위해서, 조명 시스템은 Beckhoff의 KL6811 DALI 인터페이스에 의해 자동화 시스템에 통합된다. EnOcean 밝기 센서는 빛의 강도를 측정한다. EnOcean 센서가 마찬가지로 복도에 사람의 존재를 감지한다. 따라서 필요할 때만 전등이 켜진다. 복도의 광센서에 의해, 조명은 외부 밝기와는 무관하게 일정한 설정 값에 따라 조정된다. 

새로운 Miele 사무실 빌딩의 2층에 위치한 사무실 공간의 개요

HVAC 시스템 데이터의 자세한 동향 화면

복잡한 시스템의 간단한 제어 및 유연한 설계
EnOcean 실내 제어 장치와 더불어, 사무실은 터치 패널(15-인치 CP2916 제어 패널)에 의해 층별로 또한 제어될 수 있다. 터치 패널은 모든 센서 및 액츄에이터의 상태 정보로 각 층의 개요를 제공한다. 각 층의 자동화 스테이션은 DALI, EnOcean 및 Modbus-RTU 장치로부터 온 데이터를 통합한다. 사무실과 시설 자동화를 위한 5개의 BACnet 서버 내에 총 15,000개의BACnet 객체가 있다. 귀테슬로에서 전체 Miele 공장를 위한 새로운 BACnet 관리 및 제어 수준(MCL)이 현재 건설 중이다. 그러나 BACnet 서버의 프로그래밍에서, Miele의 새로운 MCL에 추가 사무실 빌딩의 향후 연결이 차질 없이 진행되도록 하기 위해 사전에 신경을 썼다. 모든 관련 데이터 및 파라미터가 BACnet 객체를 통해 TwinCATBACnet/IP로 이용 가능하다. 그래서 요구에 기반한 스트레스 없는 운용 경영 및 시스템 최적화가 새로운 관리 및 제어 수준 시스템을 통해서 가능할 것이다. 또한, 에너지 미터기가 에너지 최적화를 위해 Beckhoff의 KL6781 M-bus 단말기를 통해서 통합된다.
프로젝트의 구현을 위해서, 사무실 자동화 기능은 새로운 VDI 3813 명령에 따라서 프로그램 되었다. 필요한 BACnet 객체를 포함해서Beckhoff의TwinCAT 라이브러리 및 프로그램 템플릿은 복잡한 시스템 및 사무실 자동화 기능의 엔지니어링을 용이하게 한다. 소형의 Beckhoff 자동화 스테이션 및 버스 단말기의 사용은 Enocean 기술과 결합하여 제어 캐비닛의 공간 절약형 구조를 가능하게 한다.
유연한 EnOcean 기술의 기반 위에, 4개의 사무실 층 중 하나의 용도를 변경할 경우에, 향후의 수정은 케이블을 변경하지 않고서도 가능하다. ‘온라인 변경’ 덕분에 운영 중에 프로그램이 자동화 스테이션에서 수정 될 수 있다. Beckhoff 솔루션은 벤더 중립적 통신 프로토콜 BACnet/IP와 결합하여 서브시스템의 통합을 위한 다양한 버스 단말기 덕분에 시스템 개방성이라는 이점을 제공한다.
게다가, Bruggemann사의 전문가들인, 전기 공학, MSR, 산업 및 빌딩 자동화 프로젝트 매니저 Rolf Eikelmann 와 프로그래머Daniel Malkusch는 유연하고 개방적인 TwinCAT 소프트웨어로부터 이익을 얻었다.  “우리의 많은 산업 노하우가 새로운 TwinCATBACnet 라이브러리와 더불어 우리 자신의 라이브러리를 통해 통합되었습니다. 이 통합은 TwinCAT의 최적화된 지원을 받았습니다. 특히 우리가 이미 이 도구에 대한 수년간의 경험을 가지고서 우리 자신의 접근법들을 아주 재빨리 구현할 수 있기 때문이었습니다. 이 경우에, BACnet 표준의 구현만이 우리에게 새로운 것이었습니다.” 이 모든 것이 건물 소유주의 투자 보호와 더불어 지속가능하고 유연하며 에너지 효율적인 빌딩 자동화에 귀결된다.