조명과 플러그 부하 제어의 관계
조명과 플러그 부하 제어의 관계
  • 이윤희 융코리아일렉트릭 대표
  • 승인 2024.01.02 16:02
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플러그 부하 제어, 에너지 소비량 15~50% 절감 효과
제어 시스템 통해 건물의 에너지 규정 준수 등 기대
이윤희 융코리아일렉트릭 대표.
이윤희 융코리아일렉트릭 대표.

컴퓨터 프린터, 작업 조명, 커피 메이커 및 자동 판매기와 같은 교류(AC) 플러그 부하가 많은 건물, 특히 사무실 건물에서 많이 사용된다. 건물에서 중요하고 가장 빠르게 증가하는 하중 유형이다. 
美 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)에 따르면, 플러그 및 프로세스 부하는 2017년 상업용 건물 에너지 소비의 40%를 차지하는 것으로 나타났다.

이러한 장치는 사용하지 않을 때 켜진 상태로 유지되거나 꺼짐 또는 대기 상태에서 전원을 끌어오기 때문에 일반적으로 에너지 소비를 15~50%까지 줄이기 위해 자동으로 전원을 제거할 수 있다는 매력적인 제안을 제공한다. 
지난 2012년 GSA(General Services Administration) 연구에 따르면 사무실 워크스테이션에서 26%, 주방 및 프린터실에서 거의 50%에 이르는 에너지 절감 효과가 있는 것으로 나타났으며, 결과적으로 점점 더 많은 수의 에너지 코드에 플러그 부하 제어가 필요한 것으로 나타났다.

플러그 부하 제어는 일반 조명의 자동 전환에 사용되는 것과 동일한 전략 및 장치를 콘센트 또는 회로 수준에서 플러그 부하 제어에 배포할 수 있으므로 조명 제어를 위한 자연스러운 확장이다.

■ 신축 대 기축

신축에서 플러그 부하 제어는 건물의 설계 에너지 효율성을 규제하는 일반적인 상업용 건물 에너지 규정의 관리에 속하며, 기존 건설에서 이러한 코드는 에너지 절약 및 가능한 경우 유틸리티 리베이트를 통해 달성할 수 있는 로드맵을 제공한다.

신축에서는 ANSI/ASHRAE/IES 90.1 에너지 표준, IECC(International Energy Conservation Code)의 2021 버전 또는 수정된 이전 버전을 기반으로 하는 상업용 건물 에너지 코드 및 캘리포니아의 Title 24, Part6 에너지 코드에 영구적으로 설치된 플러그 부하 제어가 필요하다.

◇ ANSI/ASHRAE/IES 90.1
2010 및 이후 버전의 90.1 표준은 모든 125V, 15A 또는 20A 콘센트의 최소 50%가 개인 사무실, 교실, 회의실 등을 포함한 공간 목록에서 자동으로 제어돼야 하며, 경우에 따라 평방피트를 기준으로 삼는다. 
2013년 버전부터 건축 문서에 표시되지 않은 모듈식 가구용으로 설치된 회로 급전 장치의 최소 25%는 향후 가구 설치 사용을 위해 자동으로 제어돼야 하며, 규정 준수 옵션에는 스케줄링(5,000평방피트 또는 1층 이하의 로컬 오버라이드 포함), 점유 감지(표준 버전에 따라 20분 또는 30분 시간 지연포함) 또는 경보 시스템 같은 다른 시스템의 자동 신호가 포함된다.

◇ IECC
2021 IECC에도 유사한 요구 사항이 있다. 밀폐된 사무실, 워크스테이션 및 교실과 같은 특정 애플리케이션에 설치된 영구적으로 설치된 모든 125V, 15A 및 20A 콘센트의 최소 50%를 제어해야 한다. 
도면에 표시되지 않은 모듈러 가구에 설치되는 분기회로 급전선의 25% 이상을 통제해야 하며, 제어 기능은 분할 제어식 콘센트(상단 제어식) 또는 제어되지 않는 각 콘센트의 1피트 내에 설치된 개별 제어식 콘센트를 기반으로 할 수 있다. 
모든 통제된 용기는 NFPA 70에 따라 표시되어야 하고 균일하게 분배되어야 하며, 콘센트는 시간 스위치 제어를 사용해 예정된 방식으로 제어되거나 20분 시간 지연이 있는 점유 센서를 통해 또는 다른 제어 또는 경보 시스템의 신호를 통해 제어될 수 있다.

◇ Title 24
캘리포니아에서는 개인 및 개방형 사무실, 사무실 간이 주방, 회의실 및 기타 공간에 제어 및 제어되지 않는 120V 콘센트를 혼합하여 제공할 것을 요구하고 있다. 
제어되지 않는 각 콘센트에 대해 6피트 이내에 제어되는 콘센트가 있어야 하며, 하나의 제어된 콘센트와 하나의 제어되지 않은 콘센트가 있는 이중콘센트가 필요하다. 
또한 개방형 사무실의 경우 워크스테이션당 하나 이상의 제어된 콘센트가 제공돼야 하며. 제어된 콘센트에 전력을 공급하는 전기 회로에는 점유 감지 또는 스케줄링을 사용해 작동하는 영구적으로 설치된 자동 차단 제어 장치가 장착돼야 한다. 단, 카운트다운 타이머는 준수하지 않는다.

◇ NEC
IECC 2021, 90.1(2013+) 및 Title 24는 통제된 소켓을 통제되지 않는 소켓과 구별하기 위해 영구적으로 표시할 것을 요구한다. 
2017 버전은 에너지 관리 목적으로 자동 전원 제거를 제정하거나 시행하는 데 사용되는 모든 비잠금형 125V, 15A 및 20A 콘센트에 "CONTROLLED" 및 특수 기호. 마킹은 리셉터클 표면에 있어야 하며 설치 후에 볼 수 있어야 한다.
부분적으로만 제어되는 이중 또는 사중 콘센트가 설치된 경우 제어되는 플러그에 필요한 표시가 있어야 하며, NEC 2020은 자동 제어가 더 이상 필요하지 않은 경우 교체되는 자동 제어 콘센트를 동등하게 제어되는 콘센트로 교체해야 한다.

◇ 유틸리티 리베이트
유틸리티 리베이트 프로그램은 플러그 및 프로세스 부하의 자동 제어를 위한 에너지 절약 가능성을 인식하며, 지난 2020년에는 미국 전역을 포괄하는 수십 개의 프로그램에서 다양한 유형의 리베이트가 제공됐다.
가장 일반적으로 장려되는 범주에는 플러그 부하 점유 센서, 고급 전원 스트립, 자동판매기 컨트롤러, 컴퓨터 전원 관리 소프트웨어 및 컴퓨팅 장치 및 전자적으로 정류되는 모터 플러그 팬 등 플러그 부하 Energy Star 장비가 포함된다.

■ 플러그 부하 제어 전략

일반적인 조명 제어와 유사하게, 주요 전략은 예측된 공실을 기반으로 하는 스케줄링과 감지된 공실을 기반으로 하는 점유 감지이다. 세 번째 옵션은 통합 솔루션을 통한 빌딩 자동화 또는 보안과 같은 다른 시스템의 신호이다.
조명 제어를 위한 이러한 전략의 적용은 콘센트 제어와 매우 유사해 높은 수준의 호환성과 조명 제어 또는 건물 자동화 시스템의 확장으로 플러그 부하 제어를 통합할 수 있는 기능을 제공한다.

◇ 스케줄링
스케줄링은 비교적 간단하며 예측 가능한 점유 및 냉각기, 공유 프린터 등 업무 시간 동안 유지되어야 하는 부하가 있는 대규모 개방형 애플리케이션에 매우 적합하다. 
이 접근 방식을 사용하면 사용자에게 공간이나 콘센트 자체에 있는 수동 스위치를 통해 최대 2시간 동안 차단을 무시할 수 있는 수단이 제공된다.

◇ 점유 감지
점유 감지는 점유에 직접 반응해 더 높은 에너지 절약을 생성할 수 있다. 
이 접근 방식은 특히 점유가 간헐적이고 예측할 수 없는 개인 사무실 및 회의실과 같은 작고 밀폐된 공간에 적합하며, 업무 시간 동안 끌 수 있는 부하만 제어할 수 있다. 센서는 자동 켜짐 및 꺼짐을 제공하여 자체 오버라이드로 기능한다.

◇ 전략 결합
조명 제어 시스템의 유형에 따라 이러한 전략을 동일한 공간 내에서 혼합하여 거주자의 잠재적 혼란을 최소화하면서 에너지 절약을 극대화할 수 있다. 
예를 들어, 조명은 작동 시간 동안 켜도록 예약할 수 있으며 그 이후에는 점유 센서 기반 제어가 우선시된다.

■ 자동 콘센트

이러한 제어 유형의 핵심 요소는 자동 콘센트이다. 이 콘센트는 제어 신호에 응답할 수 있거나 신호에 응답할 수 있는 분기 회로에 의해 공급된다.
이중 콘센트의 각 콘센트는 자동으로 제어되거나 위쪽은 제어되고 아래쪽은 제어되지 않는 등 하나만 제어될 수 있다. 이를 통해 끌 수 있는 플러그 부하와 켜져 있어야 하는 플러그 부하를 별도로 제어할 수 있는 것이다.

■ 전원 전환

제어 콘센트 회로는 제어 가능한 회로 차단기 패널보드, 조명 제어 릴레이 패널 또는 로컬 플러그 부하 전용 전원 팩, 조명 제어 패널 또는 콘센트 자체의 릴레이에 신호를 보내는 점유 센서를 통해 세 가지 방법 중 하나를 사용해 전환할 수 있다.
일정 관리를 위해 타이머가 통합된 제어판 또는 콘센트는 시간시계 기능을 갖추고 있으며 동일한 공간이나 콘센트에 있는 스위치를 통해 재정의할 수 있다. 
제어판은 기본 연결을 통해 외부 신호에 응답할 수 있어야 하며, 시스템이 네트워크로 연결돼 있으면 소프트웨어나 웹 페이지를 통한 원격 프로그래밍, 측정 및 모니터링이 종종 활성화된다.

점유 센서는 일반적으로 독립형이지만 연결될 수도 있다. 플러그 부하가 조명을 제어하기 위해 동일한 점유 센서를 사용할 수 있지만 센서가 조명 제어를 위한 수동 스위치를 갖추고 있거나 작동하는 경우 플러그 부하를 일반 조명과 별도로 제어해야 한다.
이 때, 사용되는 전원 계전기는 콘센트 제어에 적합한 정격이어야 한다.

■ 멀티탭

고급 멀티탭은 점유 센서, 스마트폰 또는 다른 방법으로 제어되는 멀티탭이므로 워크스테이션의 플러그 부하 제어에 이상적이다.
휴대용(플러그인) 고급 멀티탭은 영구적으로 설치되지 않으므로 에너지 코드를 준수하지 않지만 개조와 같이 코드가 적용되지 않는 애플리케이션에는 적합할 수 있으며, 규정 준수를 위해 고급 멀티탭을 영구적으로 설치해야 한다.

■ 무선 제어

플러그 로드 신호 연결은 무선으로 유선으로 연결할 수 있도록 도우며, 일부 응용 프로그램, 특히 기존 건물의 경우 일반적으로 무선 주파수를 통한 무선 연결은 설치를 단순화하고 설치 비용을 줄일 수 있다. 
이 콘센트에는 통합 무선 수신기와 통합 릴레이가 있다. 점유 센서와 같은 장치는 무선 신호를 제어된 조명뿐만 아니라 연결하거나 연결 해제하는 콘센트에도 보낸다.
이를 통해 새로운 배선이나 기존 배선 변경 없이 점유 센서의 유틸리티를 확장할 수 있어 설치가 간단하며, 무선 제어 콘센트에는 통합 전력 측정 기능이 포함될 수도 있다.

■ 네트워킹

네트워킹 자동화 콘센트를 사용하면 계량 데이터를 중앙 지점에 공급하여 수요 응답 프로그램에 참여하는 것과 같은 보다 정교한 전략 및 분석을 수행할 수 있다.

■ 플러그 부하 제어 결정 프로세스

조명 및 제어의 다른 모든 측면과 마찬가지로 플러그 부하 제어를 위한 만능은 없으며, 올바른 플러그 부하 제어 솔루션을 선택할 때는 부하, 건물, 거주자, 공간 사용 방법, 적용 가능한 코드 및 표준부터 고려해야 한다.
그런 다음 일정 또는 점유 감지, 콘센트 또는 전원 스트립, 네트워크 연결 여부, 유선 또는 무선 중에서 올바른 접근 방식을 선택해야 한다.

프로세스를 시작할 때 사용자 요구와 공간이 어떻게 사용될 것인지에 따라 제어에 적합한 플러그 부하를 결정하기 위해 연습을 수행하거나 설계 계획을 검토하며, 업무상 또는 안전상의 이유로 지속적으로 작동해야 하는 플러그 부하를 제어해서는 안 된다. 
요구 사항과 함께 지역 유틸리티 리베이트와 같은 지원 기회를 식별하며, 감사의 일환으로 에너지 소비의 기준 수준을 설정하기 위해 제어할 플러그 부하를 측정한다. 
이를 통해 에너지 사용 데이터를 기반으로 일정, 점유 감지, 이 둘의 조합 또는 다른 건물 시스템의 신호를 통해 에너지 소비를 줄일 수 있는 기회를 식별하며, 애플리케이션 특성과 함께 이러한 전략을 통해 필요한 장비가 무엇인지 알 수 있다.

기회는 건물이 새 건물인지 기존 건물인지 여부, 조명 제어 수준이 이미 사용 가능하거나 설치될 예정(잠재적으로 LED 업그레이드의 일부로)에 따라 크게 달라진다.
기존 건물에서 무선 제어 및 개인 재실 센서가 있는 휴대용 고급 전원 스트립은 간단하고 경제적일 수 있으며, 새 건물에서는 플러그 부하를 제어하기 위해 에너지 코드에서 요구하는 자동 조명 제어 시스템을 확장하는 작업을 간단하게 수행할 수 있다.

■ 사용자 교육

다른 에너지 효율 제어 시스템이나 전략과 마찬가지로 적절하게 사용할 때 가장 효과적이다.
플러그 부하제어는 사용자가 제어 및 제어되지 않는 콘센트에 올바른 장치를 연결하는 것에 의존하며, 사용자에게 공간의 플러그 부하 제어 기능, 제어된 콘센트와 제어되지 않은 콘센트를 구별하는 방법, 각각에 연결해야 하는 장치에 대해 교육한다. 
가장 좋은 방법은 플러그 부하 제어를 효과적으로 사용하는 방법을 설명하는 간단한 정보 시트를 제공하는 것이다.

동일한 전략을 사용해 플러그 부하를 제어하는 것은 조명 제어의 자연스러운 수순이다. 조명 제어 시스템을 확장해 플러그 부하 제어를 통합함으로써 건물은 에너지 규정 준수와 높은 수준의 에너지 효율성을 누릴 수 있게 되는 것이다.


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