실내 수영장은 에너지 집약적인 건물입니다. 환기 시스템의 AI 기반 예측 제어는 에너지를 절약하는 매우 효과적인 방법입니다. 엠덴 응용과학대학교와 HANSA Klimasysteme는 Siemens Industrial Edge 디바이스 및 애플리케이션을 활용하여 이러한 제어 기술을 공동으로 개발했습니다.
2017년 말 HANSA Klimasysteme GmbH는 독일 연방 환경재단(Deutsche Bundesstiftung Umwelt)이 자금을 지원하는 연구 프로젝트를 위해 엠덴 응용과학대학교와 파트너십을 맺었습니다. 이 프로젝트의 목표는 가능한 한 높은 에너지 효율을 유지하면서 온도와 습도 측면에서 실내 수영장의 최적 조건을 달성하는 것이었습니다. 프로젝트 팀은 인근 실내 수영장을 대상으로 새로운 Siemens 기술인 Industrial Edge를 활용해 프로젝트를 진행했습니다.
실내 수영장 운영자는 에너지 비용을 면밀히 주시해야 합니다. 동시에 방문객이 즐거운 경험을 할 수 있도록 해야 합니다. 이를 위해 온도를 상당히 따뜻하게 유지해야 합니다. 동시에 건물 손상을 방지하기 위해 습도를 상당히 낮게 유지해야 합니다. 30°C에서 물이 표면적 1평방피트당 시간당 약 0.4리터의 속도로 증발한다는 점을 고려하면 이는 쉬운 일이 아닙니다.
HANSA Klimasysteme GmbH는 독일 자터란트에 본사를 둔 170명 이상의 직원을 보유한 중견 기업입니다. 주요 제품은 데이터 센터, 산업 분야 및 수영장용 환기 및 공조 시스템입니다. 포트폴리오는 다양한 산업과 응용 분야를 대상으로 하는 여러 제품군으로 나뉩니다.
HANSA Klimasysteme 본사에서 불과 몇 킬로미터 떨어진 곳에 위치한 자터란트 레크리에이션 수영 센터는 2017년 연구 프로젝트가 시작되었을 때 새로운 환기 시스템을 찾고 있었으며, HANSA Klimasysteme에 연락했습니다. 수영장에는 새로운 환기 시스템이 설치되었고 연구 프로젝트로 활용될 수 있었습니다. 그 대가로 HANSA Klimasysteme은 건물과 시스템에 센서를 추가로 설치하고 연구 목적으로 언제든지 수영장을 이용할 수 있었습니다.
수영장, HANSA Klimasysteme, 엠덴 응용과학대학교는 연구 프로젝트 협력을 통해 1년 동안 온도, 습도, 에너지 소비량은 물론 기상 조건과 방문객 수 등의 데이터를 센서로 수집했습니다. 이와 동시에 신경망 기반 모델에 이러한 데이터를 입력했습니다. 이 AI 기반 모델은 자가 학습 방식으로 제어 매개변수를 결정하고 최적화합니다. 또한 가능한 한 높은 에너지 효율로 수영장 홀의 목표 조건을 달성하는 데 가장 적합한 조치가 무엇인지 인식합니다.
모델 기반 제어 시스템에는 PLC와의 인터페이스 역할을 하고 필요한 데이터에 대한 액세스를 제공할 수 있는 실행 플랫폼이 필요하다는 점이 곧 분명해졌습니다. 이에 HANSA Klimasysteme는 적합한 IPC(산업용 PC)를 찾기 시작했고, 곧 Siemens 포트폴리오에 포함된 산업용 에지 디바이스 SIMATIC IPC227E를 선택했습니다. 이 제품은 필수 보안 표준과 일반 산업 표준을 충족했을 뿐만 아니라 높은 수준의 연결성을 제공하여 기존 시스템에 손쉽게 통합할 수 있었습니다.
HANSA Klimasysteme는 원래 VPN 연결을 구축하는 데 사용할 수 있는 IPC를 요청하며 Siemens를 찾아왔습니다. 저는 HANSA Klimasysteme가 방대한 양의 데이터를 처리하게 될 것임을 곧 파악하고 에지 디바이스를 권장했습니다.
SIMATIC IPC 227E는 Siemens의 개방형 에코시스템인 Industrial Edge에서 에지 디바이스로 작동합니다. 사전 정의된 기능 세트를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스 덕분에 에지 앱 Flow Creator는 데이터 처리 및 연결성 솔루션을 더 쉽게 생성할 수 있게 해줍니다. 또한 에지 애플리케이션 LiveTwin도 사용되는데, 이 애플리케이션은 프로젝트 초기에 Siemens에서 막 개발 단계에 있었기 때문에 HANSA Klimasysteme이 파일럿으로 운영했습니다. LiveTwin은 에지 디바이스에 시뮬레이션 모델을 통합할 수 있게 하여, 예를 들어 연구 프로젝트에 필요한 것과 같은 예측 제어를 가능하게 합니다. Christian Seltz는 "에지 앱을 통해 Matlab Simulink에서 생성한 모델을 IPC의 언어로 변환할 수 있었습니다"라고 말합니다.
이전에 환기 시스템의 제어는 방문객 수 증가나 습도 상승과 같은 이벤트가 발생했을 때 단순히 반응하기만 했습니다. 이제는 예측 조정, 즉 이벤트가 발생하기 전에 미리 조정을 수행할 수 있습니다. 지난 4개월 동안 이러한 제어 덕분에 수영장의 에너지 소비를 약 20% 줄일 수 있었습니다. 다음 단계는 이 전체 솔루션을 추가 실내 수영장에 구현하는 것입니다. 실제로 이미 4개의 수영장에 추가로 설치되었으며 현재 결과를 검증하고 있습니다.
그러나 이 솔루션은 향후 수영장에만 제공되는 것이 아닙니다. 이 전체 솔루션을 다른 제품군에 점진적으로 적용하고, 예를 들어 제약 또는 식음료 산업을 위해 추가로 개발할 계획입니다. 관련 고객과 현장 요구 사항에 맞게 Matlab Simulink에서 모델을 조정한 다음 SIMATIC LiveTwin을 사용하여 에지 디바이스에 로드하기만 하면 됩니다. 많은 산업 고객이 자터란트 수영장과 동일한 경험을 할 수 있습니다. 즉, 실시간 데이터를 기반으로 지능적이고 에너지 효율적이며 자원을 절약하는 공조 제어를 실현할 수 있습니다.
물론 실내 수영장은 운영이 매우 에너지 집약적이기 때문에 절감 잠재력이 매우 높습니다. 그러나 이러한 원칙은 다른 부문에도 적용할 수 있으며, Siemens 환기 시스템이 사용되는 모든 곳에서 에너지 절감을 달성하는 데 도움이 됩니다.
Siemens의 새로운 에지 컴퓨팅 플랫폼은 중앙 집중식 관리 인프라 내의 에지 디바이스, 앱 및 연결성으로 구성됩니다. IPC는 모델 기반 제어 시스템과 Flow Creator 에지 애플리케이션을 실행하여 IPC, PLC 및 클라우드 간의 원활한 통신을 보장합니다.
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