| [미국] 건물의 에너지 소비량을 감소시키는 무선센서 기술개발
미국 에너지부 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory) 연구원들이 개발한 저렴하고 혁신적인 무선센서 기술 덕분에, 소형의 상업용 건물에서 안락함을 제어하는 것이 더욱 효율적이고 저렴해질 것이다.
미국에서 빌딩은 소비되는 에너지의 총 40% 정도를 담당한다. 연구에 의하면, 우수한 센서와 제어법이 빌딩의 에너지 소비량을 20~30% 정도 감소시킬 가능성이 있다.
"빌딩 내의 공기조화시스템(HVAC, heating, ventilating, and air conditioning)과 같이 에너지를 소비하는 시스템 유닛이 성능 이하이거나 우수하지 못하여 에너지를 허비하게 만든다는 사실은 광범위하게 받아들여지고 있다. 만약 제어시스템이 추가적인 정보를 가질 수만 있다면, 빌딩은 그 에너지 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다"고 오크리지 국립연구소 빌딩 기술 프로그램(Building Technologies Program)의 책임자인 패트릭 휴즈(Patrick Hughes)씨는 말했다.
외부 공기온도와 실내온도, 습도, 조명 수준, 사용인원 그리고 오염물질과 같은 데이터를 수집하기 위해서는 현재에는 비용이 막대한데, 그것은 반드시 결선화가 필요한 저렴한 기존의 센서를 이용해서나 현재의 노드 무선센서 1유닛에 150~300달러 정도로 값비싼 시스템을 사용하여 정보를 모으나 마찬가지이다.
오크리지 국립연구소가 개발한 새로운 무선센서 프로토타입은 적층 롤-투-롤 제조법(additive roll-to-roll manufacturing)과 같은 우수한 제조기술을 레버리지하게 되면 노드 1유닛에 1~10달러 정도까지 비용을 줄일 수 있을 것이다. 이 프로세스를 통해, 회로, 센서, 안테나 그리고 태양전지 그리고 축전지와 같은 전자장치가 플렉시블한 플라스틱 기질(기반 물질)에 프린팅될 수 있다. 노드는 필-앤-스틱 추가 백킹(peel-and-stick adhesive backing) 방식을 사용하여 결선이 없이 설치가 가능하다.
"만약 목표가격에서 상업적으로 이용가능하다면, 에너지를 소비하는 시스템의 제어를 향상시키기 위한 설치비용이 단 몇 년 이내에 유틸리티 사용요금을 통해 상쇄될 수 있는 분야에서는 무한한 적용 가능성을 가지게 될 것"이라고 패트릭 휴즈(Patrick Hughes)씨는 말했다.
초저전력 스마트 센서는 리시버 장치에 데이터를 송수신하고, 많은 다른 필-앤-스틱 노드로부터 데이터를 캡처할 수 있고 에너지를 소비하는 시스템에게 정보를 제공한다. 더 많은 정보를 받을수록, 빌딩의 에너지 관리는 더 우수해진다. 새롭게 건설되는 건물과 개조되는 건물 모두 이 연구소가 개발한 스마트 센서로부터 혜택을 받을 수 있다.
"이 기술은 계속적인 연속 임무부여, 고장검지 및 진단 그리고 필요할 경우에 서비스 조직에게 알리는 등의 정보를 제공하여, 전체 서비스 수명을 통해 최적의 빌딩 시스템 운영을 보장한다"고 이 저비용 무선센서 프로젝트의 선임 연구원인 이 연구소 테자 쿠루간티(Teja Kuruganti)씨는 말했다.
오크리지 국립연구소는 현재 저비용의 무선센서를 상업적으로 이용가능하게 만들기 위해 유수의 국제 전자장치 제작회사와 공동 연구개발 합의를 만들기 위해 협상을 진행하고 있다.
이 프로젝트는 미국 에너지부의 에너지 효율성 및 재생에너지 오피스(Office of Energy Efficiency and Renewable Energy) 내의 빌딩 기술 오피스(Building Technologies Office)의 지원을 받고 있다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 5일]
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Energy use in buildings: Innovative, lower cost sensors and controls yield better energy efficiency
Regulating comfort in small commercial buildings could become more efficient and less expensive thanks to an innovative low-cost wireless sensor technology being developed by researchers at the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.
Buildings are responsible for about 40 percent of the energy consumed in the United States. Studies indicate that advanced sensors and controls have the potential to reduce the energy consumption of buildings by 20-30 percent.
"It is widely accepted that energy-consuming systems such as heating, ventilating, and air conditioning (HVAC) units in buildings are under, or poorly, controlled causing them to waste energy," said Patrick Hughes, director of ORNL's Building Technologies Program. "Buildings could increase their energy efficiency if control systems had access to additional information."
Collecting data such as outside air and room temperature, humidity, light level, occupancy and pollutants is currently cost prohibitive, whether the information is gathered by inexpensive conventional sensors that must be wired, or by using today's expensive $150-300 per node wireless sensors.
ORNL's new wireless sensor prototype could reduce costs to $1-10 per node by leveraging advanced manufacturing techniques such as additive roll-to-roll manufacturing. This process enables electronics components like circuits, sensors, antennae, and photovoltaic cells and batteries to be printed on flexible plastic substrates (base materials). The nodes can be installed without wires using a peel-and-stick adhesive backing.
"If commercially available at the target price point, there would be endless application possibilities where the installed cost to improve the control of energy-consuming systems would pay for itself through lower utility bills in only a few years," Hughes said.
The ultra-low power smart sensors collect and send data to a receiver, which can capture data from many different peel-and-stick nodes and provide the information to the energy-consuming system. The more information received, the better the building's energy management.
Both new construction and retrofitted buildings can benefit from ORNL's smart sensors.
"This technology provides the information that enables ongoing continuous commissioning, fault detection and diagnosis, and service organization notifications when needed, ensuring optimal building system operations throughout their service life," said ORNL's Teja Kuruganti, principal investigator on the low-cost wireless sensors project.
ORNL is currently in negotiations to establish a cooperative research and development agreement with a premier international electronics manufacturer to make the low-cost wireless sensors commercially available.
This project is sponsored by DOE's Building Technologies Office in DOE's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy.
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