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클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템
  • 게시일2021-11-23
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클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템

 

 

▲ 송수원 실내공기품질연구단 연구위원

 

클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템

 

들어가며


최근 다중이용시설의 코로나 바이러스 감염 확산에 대한 국민적 불안감으로 인하여 자연환기의 중요성이 부각되고 있으며, 호흡기 및 각종 피부 질환을 유발하는 미세먼지 등 대기오염으로 인하여 고효율 필터가 내장된 환기시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만 실외의 공기오염과 더불어 기후변화로 인한 폭염, 혹서의 발생 등으로 자연환기가 가능한 기간이 점점 짧아지고 있으며 환기시스템의 운영 및 유지관리 미흡 등으로 인하여 다중이용시설의 실내공기질에 대한 문제는 계속 야기되고 있다.


환기시스템은 실내의 공기를 쾌적하게 하고 오염인자들을 저감하는데 도움이 되지만, 소홀하게 관리된다면 오히려 건강에 해가 될 수도 있다. 특히, 노인요양시설, 어린이집, 그리고 지하 복합시설 등 다중이용시설의 경우 시설의 특성과 이용형태 등이 다양하기 때문에 시설 유형별 실내공기질에 대한 목표 관리기준을 설정하고, 실내공기질 모니터링 데이터를 바탕으로 효과적인 환기시스템의 운전 및 관리 방안이 요구된다.


이 글에서는 다중이용시설의 실내공기품질을 종합적으로 관리하고 개선하기 위해서 한국건설기술연구원의 실내공기품질연구단에서 개발한 클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템의 구성 및 관련 서비스를 소개하고자 한다.

 

 

다중이용시설 실내공기질 관리 방안


국내 다중이용시설에 대한 실내공기질 관리기준은 환경부령 실내공기질 관리법 시행규칙(이하 ‘실내공기질시행규칙’)에 의한 「실내공기질 유지기준」 및 「실내공기질 권고기준」에서 시설 유형별로 제시하고 있으나 일부 지자체의 경우 자체 조례를 마련하여 정기적으로 실내공기질을 측정 및 관리하고 있다. 다중이용시설에 대한 실내공기질 유지기준 및 권고기준의 오염물질 항목은 표 1과 같이 미세먼지(PM-10), 이산화탄소, 폼알데하이드, 총부유세균, 일산화탄소, 초미세먼지(PM-2.5), 이산화질소, 라돈, 총휘발성유기화합물, 곰팡이 등 총 10가지로 구성되며 항목별 관리기준은 계속 강화되고 있다. 하지만 다중이용시설의 실내공기질은 시설 유형뿐만 아니라 관리 상황에 따라 큰 차이가 있다. 따라서 다중이용시설의 실내공기품질을 체계적이고 종합적으로 관리하고 개선하기 위해서는 시설특성과 이용형태 등을 반영하여 효율적인 환기설비 제어와 센싱데이터 기반 능동형 통합 관리기술 개발이 필요하다. 다시 말하면, 실내외에 설치된 IoT 센서를 통해 실시간으로 측정되는 실내공기 오염물질 정보의 시공간 수집·저장 기술 개발이 요구되며, 효과적인 실내공기 품질향상을 위한 센싱데이터 기반 환경제어 알고리즘, 능동형 냉난방 및 환기시스템 제어, 안전사고 신속 대응을 위한 다각적인 실내공기품질 관리·개선 기술 개발이 필요하다. 또한, 개발된 기술의 효율적인 운용을 위해서는 클라우드 기반 실내공기품질 통합관리시스템이 필요하며 다중이용시설의 유형별, 지역별 수요자(이용자, 건물관리자, 지방자치단체 등)에 대한 맞춤형 서비스가 요구된다.

 

표 1 다중이용시설(어린이집 및 노인요양시설) 실내공기질 기준(시행 2019.07.01.)

 

 

클라우드 기반 실내공기품질 통합관리시스템


실내공기품질연구단에서는 클라우드 기반 능동형 실내공기품질 통합 관리 및 서비스를 제공하기 위하여 한국건설기술연구원 내에 자체적인 클라우드 서버(통신서버, DB서버, 가공 서버, 통신 네트워크 보안 장비 포함)를 구축하고 노인요양시설, 어린이집, 그리고 지하 복합시설 등 다중이용시설을 대상으로 실증연구를 수행하고 있다.


실내공기품질 통합관리시스템의 클라우드 서버는 그림 1과 같이 크게 데이터 통신/가공/연계 서버, 데이터 저장 DB 서버, 그리 Web/WAS 통합 가상화 서버로 구성하였다. 데이터 통신/가공/연계 서버는 클라우드 네트워크를 통하여 각종 실내공기질(Inoor Air Quality, IAQ) 및 실외공기질(Outdoor air Quality, OAQ) 센서, 환기시스템(또는 공기청정기 등), 모바일 등으로 부터 전송되는 실내외 공기질 및 제어장치의 운전 데이터 및 시설정보 등을 수집하여 데이터 저장 DB(Database) 서버에 전달한다. Web/WAS 통합 가상화 서버는 실내공기품질 통합관리시스템을 이용하여 다중 이용시설에 대한 IAQ/OAQ 모니터링 서비스, 관제 서비스, 데이터분석 서비스, 그리고 정보공유 서비스를 제공할 수 있도록 하였다.

 

그림 1 클라우드 기반 실내공기품질 통합관리시스템(서버) 구성도

 

 

실내공기품질 통합관리시스템 서비스


실내공기품질 통합관리시스템은 그림 2와 같이 IAQ 통합관리 및 서비스 모듈, 시스템 제어 모듈, 외부시스템 연동 모듈, 데이터 수집 모듈로 구성되며 각 모듈은 데이터가 상호 연계되도록 하였다. IAQ 통합관리 및 서비스 모듈은 각 모듈에서 수집된 시설 정보 및 실내공기질 제어장치(환기시스템, 공기청정기, 공조기 등)의 현황과 운전정보, 그리고 실내외 공기질 데이터 등의 데이터를 통합 관리하여 지역별, 시설 유형별 맞춤형 서비스 제공이 가능하다. 또한, IAQ 통합관리 및 서비스 모듈은 IAQ 통합관리 서비스, 모바일 서비스, 및 연계(부가) 서비스를 포함하고 있어서 고객 유형에 따라 다양한 서비스의 제공이 가능하도록 하였다.

 

그림 2 실내공기품질 통합관리시스템 서비스(모듈) 구성도

 


IAQ 통합관리 서비스는 그림 3과 같이 지역(지자체)별 관리 서비스 및 시설(유형별) 관리 서비스로 구분되며, 지역(지자체)별 통합관리 시스템의 경우 그림 4와 같이 해당시설과 주변의 실외 공기질 센서의 위치를 지도 위에 표현하도록 하였다. 지도 화면에서 해당 시설을 클릭할 경우 실내 공기질에 대한 항목별 지수 뿐만 아니라 실내 공기질 항목에 가중치를 적용한 실내공기질 통합 평가지수를 제공 할 수 있도록 하였다. 또한, 이용자가 바로가기를 클릭하면 해당 시설의 통합 모니터링 화면으로 이동하여 전체 실내외 공기질 현황을 파악할 수 있도록 하였다. 해당 시설의 통합 모니터링 화면에서 사용자가 로그인 후에 환기시스템의 관리화면으로 이동하면 실시간 실내외 공기질에 따라 실내공기질 개선 장치(환기시스템 및 공기청정기 등)를 수동, 자동, 및 통합 운전모드로 구분하여 선택적으로 제어가 가능하며, 환기장치에 내장된 필터의 수명을 예측하여 사용자에게 제공이 가능하다.


모바일 서비스는 개별 시설의 사용자가 실내공기질 모니터링 뿐만 아니라 실내공기질 개선장치(IAQ 센서, 환기시스템, 공기청정기 등)를 등록하여 제어 및 유지관리를 수행할 수 있는 서비스를 제공한다.

 

그림 3 실내공기품질 통합관리시스템 지자체별, 시설 유형별 화면

 

그림 4 실내공기품질 통합관리시스템 지역(지자체)별 실외 공기질 모니터링 화면(예시)

 


즉, 해당 시설의 사용자(건물 관리자)가 로그인하면 시설 현황, 실내 공기질 센서 및 개선 장치에 대한 정보의 등록이 가능하며, 등록된 시설의 각 IAQ 센서 및 실내공기질 개선 장치(환기시스템, 공기청정기, 공조기 등)는 네트워크(API 등 활용)를 통하여 클라우드 서버에 자동으로 연결됨으로써 해당 시설 사용자가 실시간 실내공기질을 모니터링하고, 시설 및 장비(환기시스템 또는 공기청정기 등)에 대한 유지관리가 가능하다.


연계(부가) 서비스는 그림 6과 같이 크게 IAQ 개선 및 관리 솔루션, 연계 서비스, IAQ 개선 사례로 구분되어 있다. IAQ 개선 및 관리 솔루션은 IAQ 모니터링(센서), IAQ 개선 및 관리, 화재(안전사고 신속대응), 시설 유형별 표준운영절차서(SOP) 등을 포함하여, 연계 서비스의 경우 네트워크에 연동된 시스템 즉, 3D/AR/VR 시스템, 재실 인원 감지 및 예측 시스템, AI 기반 실내공기질 예측 시스템 등을 활용한 부가 서비스의 제공이 가능하다. 또한, IAQ 개선 사례의 경우 시설 유형별 IAQ 개선 및 관리 솔루션을 적용한 실증 사례 등에 대한 정보 서비스를 포함한다.

 

그림 5 실내공기품질 통합관리시스템 어린이집 실내외 공기질 통합 모니터링 화면

 

그림 6 실내공기품질 통합관리시스템 연계(부가) 서비스 화면

 

 

맺음말


다중이용시설의 실내공기품질을 실질적으로 개선하고 관리하기 위해서는 시설특성과 이용형태 등을 고려한 효율적인 환기설비 제어 등을 수행할 수 있는 센싱데이터 기반 능동형 통합 관리시스템 및 서비스가 필요하다. 이와 관련하여 이 글에서는 실내공기품질연구단에서 개발한 클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템의 구성 및 관련 서비스를 소개하였다. 실내공기품질연구단은 클라우드 기반 다중이용시설 실내공기품질 통합관리시스템을 활용하여 노인요양시설, 어린이집, 그리고 지하 복합시설 등 다중이용시설을 대상으로 종합적인 실내공기품질 개선을 위한 실증연구를 수행하고 있으며, 서울시, 인천시, 고양시, 시흥시 등 지자체와 지속적인 협력을 바탕으로 다중이용시설의 유형별, 지역별 수요자(이용자, 건물관리자, 지방자치단체 등)에 대한 맞춤형 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

 

 

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