날짜: 22년 11월 26일 (토) 시간: 13:00-15:30 (-16:00) 주최: SDP 9th 공개 세미나 위치: 서강대학교 정하상관 307호 연사: 윤성민 (성균관대 글로벌시티융합전공) / 장재민 (한국도시정책연구소)

Building and Digitalization for sustainable and smart cities

건물부문 탄소중립을 위한 디지털 트윈과 가상센싱기술

시간: 13:00-14:20 연사: 윤성민 (성균관대 글로벌시티융합전공, 제로에너지 건축기술 위원회)

• Background
  • 대한민국 대전환 한국판 뉴딜
    • 디지털 뉴딜, 그린 뉴딜, 안전망 강화
  • 10대 대표과제 중 7개가 건물 관련
  • 2050 탄소중립/2030 NDC
    • 여러분이 살고 계신 건물의 온실가스가 전체 산업의 30% 정도 차지하고 있습니다
    • 도시건물부문의 중요성
  • 신규 건축물: 제로에너지건축물인증제도
  • 기존 건축물: 그린리모델링
  • 데이터 인프라 구축 필요
    • 기존 건축물/인프라를 어떻게 데이터화할까?
• 데이터의 가치
  • 탄소중립 시행 현황 데이터로 파악
    • 객관적/정량적 (↔ 정성적 X)
  • 민간개방 에너지/열 데이터
    • open.eais.go.kr
    • k-heatmap.com
    • 아직까지는 신뢰성 부족
• P2P energy trading
  • P2X (power-to-X) tech.
    • in the past: generation → transmission → distribution → consumption
      • 건물: 소비자
    • now: 건물에서 에너지 생산 가능 (ex. 태양광), 사용량 절감
      • 잉여 에너지 발생, 저장 → 공유 가능
• Cyber-Physical Systems (= digital twin)
  • CPS as a holistic and supervisory controller in an intelligent city
  • Why are we using digital twins?
    • 최적화, 시뮬레이션, 관리 등등 가능해짐
    • 실제 대상 공간을 디지털로 표현 (전지적인 controller의 역할 가능)
    • control loop (대상이 되는 실제 도시 센싱 → 디지털 공간에서 최선의 action을 actuator를 통해 실행)
    • sensor의 역할 중요 (cf. 테슬라 자율주행차 ← 센서를 몇 개 달 것인가, 얼마나 효율적인가)
• Building System Engineers
  • Classical: control → Trend: 외형적 형상뿐 아니라 데이터, 정보, 지식의 전환과 공유, 지속성 고려할 것.
• IEA Reports (iea.org) → Analysis → By Topic - Buildings
  • Digital twin을 운영/관리하는 SW/HW의 에너지 사용량 증가할 것 고려해야
    • ex. central controller의 energy consumption 증가
    • 그러나 결과적으로는 단위면적당 에너지 사용량 감소할 것
  • cf. The Untapped Potential of Virtual Sensors for Digital Twins
    • virtual sensor (measures w/o physical sensors)
  • cf. Virtual Sensing in Intelligent Buildings and Digitalization
• Research Background
  • 자동차에 적용된 기술 (차선 이탈 방지, etc.) 에 비해 건물에는 기술 적용 부족
  • digital building twins가 어려운 이유
    • 설계 기반, 현장 중심 (실험실 부재)
    • long-term operation with huge uncertainties
    • 주체 불명확 (건축회사, 통신사, etc.)
• How to digitalize
  • 설계, 시공에 국한되는 대신 운영 단계에서와 연계해야
  • asset, energy, emission, safety 모두 고려 (탄소중립이라고 해서 emission만 고려하면 X)
  • 운영단계에서의 digitalization 확장과 지속적 관리 → 설계에 반영되어야
    • cf. crowd sensing (휴대폰의 통신기능 통해 사람이 어디에 얼마나 (정확한 숫자는 X) 밀집되어 있는지 파악 가능)
  • what is digitalization?
    • data (collected from physical & virtual sensors) → info → model → continuous updates & management ⇒ digital twins-based intelligent services (digital twins-driven new values)
    • 전략: intra- or inter-buildings transition ⇒ 지구 환경 전체가 실험실처럼 기능 (cf. transfer learning)
    • 정책 입장에서 비효율적인 건물 파악 가능
• Sensing Level
  • 건물/도시에 실물 센서 존재 (공기 질 측정 등) → 가상으로 복제함 (virtualization) → 1, 2년 뒤 실물 센서의 노이즈 증가, 고장 → 가상 센서로 대체 (systemization) → 한 공간의 센서에서 다른 공간의 상황 유추 가능 (spatial augmentation) → (temporal augmentation)
    • research facilities (IFEZ, Songdo)
  • cf. BIM-based sensors
    • 기계학습의 신경망 구조에 활용 가능
    • cf. real-time forecasting VS
  • 센서는 벽에 있는데 여러분은 벽에 붙어 살지 않잖아요 (ㅋㅋㅋㅋ) ← 오차 고려
  • dwelling infiltration observation 외부에서의 ‘침기’ 측정 (← 전지적 측면)
  • Virtual in-situ calibration (VIC)
    • 에러를 어떻게 지속적으로 보정할 것인가
    • cf. Virtual sensing cloud (T-ranno): 서버에서 기계학습 → 클라이언트에 제공
• System Level → Building Level (data mining →) City Level
  • 도시 단위에서 비효율적으로 운영되는 건물 파악 가능
  • 인천 송도에서 코로나 이전/이후 데이터 비교 (민간개방 데이터 활용의 예)
    • 에너지의 양극화 파악 가능
  • 그린리모델링 에너지 절감 분석 (강원권)
    • 국토부 사업의 에너지 절감효과 분석
    • 설계단계에서의 예측 → 데이터 분석 결과, 절감 효과 확인 가능 (그러나 리바운드 효과 존재…)
• 결론: ESG 경영, RE100 등의 탄소중립 트렌드를 염두에 두고 진로를 잘 계획하시길 바랍니다…
• QnA
  • 신재생에너지시스템: 건물이 에너지를 생산할 수 있는 방식은 굉장히 다양하다!
  • 아직까지는 버츄얼 센서에 대한 연구가 부족하다. 온도 센서의 경우, 실물 센서와의 싱크로율 높음
  • 건물에너지효율등급은 아직까지는 건물 설계 단계에 국한되어 있다
    • 설계→시공→운영 중 운영이 가장 중요한데… 이걸 측정하는 제도 부족
  • 가상센서의 목적은 다양하다
    • 실물센서 고장나면 대체 ←현재 높은 accuracy
      • 이론적으로는 추후 실물센서 없이 가상센서만 사용하는 것 가능
    • 실물센서 아예 없는 상태에서 가상센서 만들기 ← 이건 아직 학술적인 단계
    • 가상센서의 데이터를 어떻게 활용할지는 여러분의 몫…

스마트 시티와 도시교통정책 변화

시간: 14:30-16:00 연사: 장재민 (한국도시정책연구소)

스마트시티 배경 및 목적

• 2018년 기준, 세계 55%가 도시에 거주하고 있음
  • 2050년 68% 예상