KR-20260061752-A - Development of a digital twin-based 3D building energy monitoring system

Abstract

본 발명은 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발에 관한것으로서, 건물 내 전기, 화재, 열, 공기 정보를 실시간으로 수집이 가능한 센서를 구축하고 구축된 센서 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석 등 다양한 분석 서비스를 제공하고자 한다 또한 디지털 트윈 환경 내 가상 설비 배치 기능을 제공하여 건물 내 공간별 에너지 최적화 방안을 도출하는 서비스를 제공하고자 한다. 본 발명은 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템을 개발하는것으로 건물 도면 및 전력 정보, 건물 전체 에너지 소비율 분석, 에너지 사용량 시각화, 상세정보 등을 제공하므로써 건물 에너지 절감이 가능하다 또한 가상 환경내 설비 배치를 통한 효율 최적화 서비스를 제공하므로써 설비 배치 시뮬레이션을 통한 예상 전력 사용량 및 피크 전력량 초과등 전력망 부하관리가 가능하다. 또한 건물 전체 에너지 사용량 분석 기반 에너지 최적화 히트맵 정보와 에너지 낭비, 누수 알림, 장애 등 에너지 사용량에 따른 에너지 최적화 개선 피드백이 가능하다.

Inventors

• 안승현

Assignees

• (주)레몬소프트

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (1)

1. 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발에 있어서, 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부, 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 표시하는 모니터링 부, 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석 등 다양한 분석 정보를 제공하는 분석부, 상기 센서부, 모니터링부, 분석부를 통합하여 제공함과 동시에 가상 설비 배치 기능을 제공하는 디지털 트윈부를 포함하여 구성되어있는 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발.

Description

디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발{Development of a digital twin-based 3D building energy monitoring system} 본 발명은 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발에 관한것으로서, 건물 내 전기, 화재, 열, 공기 정보를 실시간으로 수집이 가능한 센서를 구축하고 구축된 센서 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석 등 다양한 분석 서비스를 제공하고자 한다 또한 디지털 트윈 환경 내 가상 설비 배치 기능을 제공하여 건물 내 공간별 에너지 최적화 방안을 도출하는 서비스를 제공하고자 한다. 글로벌 탄소 저감 노력과 에너지전환 정책에 따라, 다중밀집 건축물 시설등에 대한 에너지 관리 필요성이 증대되고 있다. 정부에서는 건물 생애주기별 에너지 관리 체계 구축지원을 위한 2050 탄소중립 정책 로드맵과 노후 석탄화력 폐지, 친환경 에너지 대체 등 에너지 전환을 위한 제 10차 전력수급 계획을 발표하였다. 특히 세계의 탄소세, 탄소배출거래제, 탄소국경조정제도, RE100 등 에너지 관련 규제 시행으로 에너지 소비효율 증대와 최적 관리에 대한 대안 마련이 시급하다. 국내 건축물의 에너지 소비 총량은 매년 증가 추세로, 대규모 설비와 높은인구 밀집도의 건물을 중심으로 빠른 에너지 관리 체계 개선이 필요하다. 이에 본 특허에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발을 제안하며, 이 모니터링 시스템은 건물 내 전기, 화재, 열, 공기, 수도 정보를 실시간으로 수집이 가능한 센서를 구축하고 구축된 센서 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분 등 다양한 분석 서비스를 제공한다. 또한 디지털 트윈 환경 내 가상 설비 배치 기능을 제공하여 건물 내 공간별 에너지 최적화 방안을 도출하는 서비스를 제공한다. 도 1은 본 발명의 디지털 트윈 기반 건물 에너지 관제 시스템 최종 목표에 대한 설명도 도 2는 본 발명의 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템에 대한 설명도 도 3은본 발명의 가상 공간 중심의 다자 접속 분석 서비스 제공에 대한 설명도 도 4는 본 발명의 가상 환경 내 설비 배치를 통한 효율 최적화 방법에 대한 설명도 본 발명인 디지털 트윈 기반 3D 건물 에너지 모니터링 시스템 개발은 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부, 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 표시하는 모니터링 부, 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석 등 다양한 분석 정보를 제공하는 분석부, 상기 센서부, 모니터링부, 분석부를 통합하여 제공함과 동시에 가상 설비 배치 기능을 제공하는 디지털 트윈부로 도1과 같이 구성되어 있다. 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기 정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 표시하는 모니터링 부는 건물 에너지 모니터링을 위한 센서 모듈 데이터 연동 실시간 건물 에너지 데이터 모니터링 연계, 에너지 사용 데이터 분석 기반 에너지 사용률 시각화, 구역 선택을 통한 세부 구역별 에너지 모니터링, 선택된 구역의 설비별 에너지 사용량, 동작상태 등 에너지 상세 정보 제공, 설비 가상 운영 시뮬레이션 기반 에너지 운영 최적화, 건물 구역별 에너지 소비 패턴 및 통계 분석을 통한 에너지 사용 피드백 시각화, 재실자에 따른 에너지 사용량 변동률 시각화 기능을 제공하는것으로 도 2와 같이 구성되어있다. 상기 건물 내 전기, 화재 , 열, 공기정보를 실시간으로 수집하는 센서부 데이터를 바탕으로 전기 에너지 수용량 및 효율분석, 건물 공간별 공기질 분석, 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석 등 다양한 분석 정보를 제공하는 분석부는 도 3과 같이 구성되있다. 상기 분석부의 전기 에너지 수용량 및 효율분석은 다음과 같이 진행된다. (1) 메타버스 가상 환경에서의 전력 설비 구축에 대한 에너지 수용량 및 효율 분석 시뮬레이션 설계 (2) 가상환경에서의 전력설비 배치 및 분석을 위한 설비 정보 및 전력망 한계 데이터 설정 기능 설계 (3) 편리한 설비 배치 및 정보 설정을 위한 모듈형 스크립트 기반 드래그앤 드롭 기능 (4) 전력 분석 시뮬레이션 시스템 활용성 증대를 위한 기능별 모듈형 전력망 분석 알고리즘 설계 (5) 전력 사용 시간대 설정을 통한 시간별 전력 사용량 및 전력망 한계 분석 (6) 전력 사용량 분석 기반 전력망 분산 및 증설 피드백 서비스 제공 상기 분석부의 건물 공간별 공기질 분석은 다음과 같이 진행된다. (1) 강의실, 컴퓨터실, 실험실 등 공기 환기가 필요한 시설물의 가상환경 메타버스 기반 공기질 분석 시뮬레이션 설계 (2) 재실자수에 따른 공기질 변동계수 설정 및 공기질 변동 시뮬레이션 기능 설계 (3) 에어컨, 공기청정기, 전열교환기 등 환기 장치별 공기 정화 계수 설정 모듈 설계 (4) 시간별 시뮬레이션 운영 정보 제공을 위한 시간별 재실자 및 환기장치 동작 시간 설정 모듈 설계 (5) 다중이용시설의 실내공기질 관리법상 관리 기준을 바탕으로 시뮬레이션 공기정화 설비 동작 시뮬레이션 결과를 바탕으로 에너지 소비 효율 분석 및 공기 정화 효율 분석 (6) 설정된 공기정화 설비를 바탕으로 시설물 공기질 관리 시뮬레이션 결과 공기질 관리 시설물 증감 및 실내 쾌적지수 및 유동환경 분석 결과 피드백 서비스 제공 상기 분석부의 화재 대피를 위한 시뮬레이션 기반 대피로 분석은 다음과 같이 진행된다. (1) 건물 화재 발생 시 대피 효율 분석을 위한 가상환경 기반 화재 재현 및 대피로 운영 시뮬레이션 설계 (2) 화재 대응을 위한 시설물 배치 및 화재 상황 설정 시뮬레이션 모듈 설계 (3) 실내 재실 인원 배치 및 인원 수에 따른 대피로 부하 분석 (4) 화재 대피 시설물 및 재실인원에 따른 예상 대피시간 분석 모듈 설계 (5) 시설 이용자 수에 따른 대피로 부하 증감량 분석 기반 대피로 및 대피 시설(완강기 등) 증감 및 대피 경로 보완 피드백 상기 가상 설비 배치 기능을 제공하는 디지털 트윈부는 주요 에너지 소모 설비의 모델링을 통한 3D 오브젝트 구축한다음 설비의 에너지 소모 및 주요 정보 설정을 위한 데이터 항목 설계 기능과 신규 3D 모델링 설비 연동 시 확장성을 고려한 배치 및 정보 처리를 위한 모듈형 스크립트를 제공한다. 또한 건물과 연계된 3D 모니터링 시스템 내에서 제공되는 설비 오브젝트에 대한 사용자의 자유롭고 간편한 3D 디지털트윈 환경 배치 기능과 계측 모듈의 ID 기반의 간편한 설비 연동 및 데이터 연동, 그리고 설비 설치 및 관리 이력정보 기입 및 관리와 더불어 설비 배치 시뮬레이션을 통한 예상 전력 사용량 및 피크 전력량 초과 등 전력망 부하 관리 시뮬레이션 기능을 도 4와 같이 제공한다.