[헬로티 = 김동원 기자] 침대에 누워 책이나 스마트폰을 보다가 잠을 자야겠다고 생각했을 때 전등을 끄는 일은 고역이다. 벽에 달린 스위치를 누르려고 침대에서 일어나는 일은 42.195km를 달리는 마라톤보다 어렵다. 결국 선택해야 한다. 불을 켜도 자던가, 나와의 싸움에서 이기고 전등을 끄던가.
누구나 한 번쯤은 겪었을 만한 이 고민을 하지 않는 이가 있다. 마블 영화의 인기 캐릭터인 아이언맨이다. 그는 집에서 직접 손으로 전등을 켜거나 에어컨, 보일러를 조절하지 않는다. 보이지 않는 그의 비서인 자비스한테 말만 하면 모든 것이 이뤄진다. 아이언맨이 자기 손으로 창문을 여는 일조차 사실 상상이 가지 않을 정도다.
아이언맨의 자니스는 영화를 본 많은 이들이 탐낸 존재다. 그런데 이제 자니스까진 아니더라도 침대에서 자기 자신과 싸우지 않아도 되는 정도의 세상이 되고 있다. 스마트홈, 스마트빌딩 기술의 발전 때문이다.
▲ 스마트홈 기술이 발전하면서 새로운 주거 문화가 정착되고 있다. (사진 : 게티이미지뱅크)
홈 IoT, 새로운 주거문화를 선물하다
집과 건물이 진화하고 있다. 전에는 휴식을 취하고, 일을 하는 등의 단순한 공간을 제공하는 역할만 했다면, 지금은 온도와 습도를 조절하고, 화재 등 위험도 감지하며, 쓸데없는 에너지 낭비도 방지하는 등의 보다 쾌적한 삶을 위한 활동까지 알아서 척척 하고 있다. 집과 빌딩이 스마트해지고 있는 것이다.
여기에는 홈 IoT 기술이 주요 역할을 하고 있다. 홈 IoT는 홈오토메이션의 지능화된 서비스 개념이며, IoT 기기를 통한 자동화를 지원하는 주택을 의미한다. 스마트홈에는 홈 IoT 지능형 컨트롤 시스템이 필요하다. 이 시스템은 IoT 홈에서 에너지 관련 정보를 포함한 다양한 정보 및 사용자의 의도를 파악해 자동·자율적으로 작동해 사용자 편의성과 효율성을 높이거나, 에너지 사용량을 절감할 수 있도록 하는 기술이다. 가정 내 가전, 센서, 스마트기기, 서비스 등을 제어하는 지능형 컨트롤 시스템 관련 제품 등이 여기에 포함된다.
홈 IoT 지능형 컨트롤 시스템에는 ▲인공지능을 적용한 화재감지용 모듈 제어 방법 및 도어 연동 기술 ▲AI 기반 지능형 오브젝트 인식 기술 ▲가상환경 제어장치와 IoT 기기 트윈을 통한 홈네트워크 기기 통합 플랫폼 ▲클라우드 기술을 적용한 가정 내 에너지 절감 제어 기술 ▲전원 원격 제어 가능한 IoT 시스템 ▲온습도 모니터링 및 제어 기술 등이 포함된다.
이 기술들은 AI를 활용해 화재 등 사고를 예방하고, 모바일로 가전제품 등을 제어할 수 있으면서 저전력 IoT 시스템을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
▲ 홈 IoT 오토메이션 기술. (편집 : 헬로티)
한국스마트홈산업협회의 조사에 따르면, 국내 스마트홈 시장은 2017년 약 15조 원에서 2025년에는 약 31조원 규모로 확대되며, 연평균 9.5%의 성장률을 보일 것으로 전망했다. 그 중 홈오토메이션 시장은 연평균 3.6%의 성장률로 2023년 약 8,186억 원에 이를 것으로 전망된다.
국내에서는 건설, 통신, 가전제품 생산업체를 중심으로 기술과 제품이 개발되고 있다. SK텔레콤, KT, LG유플러스 등의 통신사와 대형건설사들은 업무협약을 통해 새로 준공되는 아파트에 월패드를 기반으로 한 홈 IoT 구축에 앞장서고 있으며, 스마트스피커와 셋탑박스를 활용한 홈 IoT 가입자를 확대해나가고 있다.
지능형 디바이스 기반 빌딩 관리 시스템, 에너지관리에 효과적
집과 건물이 똑똑해지면 다양한 효과가 있다. 우선 사용자가 편리하다. 스마트폰으로 외부에서도 집의 가전제품 등을 제어할 수 있고, 화재 등 위험으로부터 보다 안전한 삶을 살 수 있어서다.
스마트홈과 빌딩은 사용자뿐만 아니라 환경에도 도움을 준다. 지능형 디바이스 기반 빌딩 관리 시스템 덕분이다. 이 시스템은 건축물의 쾌적한 실내 환경 유지와 효율적인 에너지 관리를 위하여 에너지 사용내역을 모니터링하여 최적화된 건축물에너지 관리 방안을 제공하는 계측·제어·관리·운영 등이 통합된 것을 의미한다. 이 시스템이 적용된 대표적인 건물이 제로에너지빌딩이다.
제로에너지빌딩은 단열성능을 극대화하여 건축물 에너지 부하를 최소화하고(패시브, Passive), 태양광 등 신재생 에너지를 활용하여(액티브, Active) 건물 기능을 위한 에너지 소요량을 최소화하는 건축물로 분리된다.
▲ 지능형 디바이스 기반 빌딩 관리 시스템 기술별 분류. (편집 : 헬로티)
제로에너지빌딩에는 에너지 절감기술로 패시브 기술과 매니지먼트 기술이 적용된다. 패시브 기술은 기계적 냉난방 시스템이 아닌 건물 구조체의 단열 및 형태를 활용해 에너지를 ‘보존’하고 ‘절감’시키는 기술이다. 고단열 창호 기술, 고효율 단열재 기술, 고효율 열교환 환기기술 등이 포함된다. 매니지먼트 기술은 빌딩에 사용되는 에너지를 효율적으로 관리하는 시스템이다. BAS(Building Automation System), IBS(Intelligent Building System), FMS(Facility Management System), BEMS(Building Energy Management System) 등이 있다.
또한, 이 빌딩에는 에너지 생산 기술인 액티브 기술이 들어간다. 액티브 기술은 빌딩 자체를 에너지를 소비하는 공간에서 생산하는 공간으로 변모시키는 신재생에너지 생산기술로 흔히 알려진 태양력 발전, 풍력 발전, 열흡수장치 등이 있다.
▲ 지능형 디바이스 기반 빌딩 관리 시스템 분야 핵심기술. (편집 : 헬로티)
지능형 디바이스 기반 빌딩 관리 시스템 분야의 국내시장은 2017년 8,535억 원에서 2023년 3조 3,131억 원으로 연평균 30.4%로 성장할 것으로 전망된다. e-빌딩과 공장의 에너지 사용 및 비용 절감에 대한 관심의 증대와 에너지 절감을 위한 시스템 투자 증가로 인하여 BEM 및 FEMS가 견인을 주도하고 있다.
국내에서 이러한 기술을 사용해 건축한 대표적인 빌딩이 서울시 노원구에 위치한 에너지 제로주택 ‘이지하우스’다. 이지하우스는 단열 성능 강화 기술과 고성능 창호설치, 열교부위 차단, 기밀성능 강호, 일사량 조절 등의 패시브 기술과 폐열회수가 가능한 환기장치, 난방/급탕 통합배관 시스템, 전체 LED 조명 적용, 첨단 IT 기술을 이용한 모니터링 시스템 등 액티브 기술이 적용됐다.
이지하우스를 설계에 참여한 이종민 제드건축 부장은 “패시브와 액티브, 재생가능 에너지 등의 기술을 갖춘 이지하우스는 일반 주택이 생산하는 에너지의 33% 정도를 생산할 수 있다”며 “이 건물은 보통 주택보다 적은 양의 에너지를 생산하지만, 소비를 줄인 덕분에 7%의 에너지가 남는다. 따라서 별도로 화석연료를 사용하지 않아도 돼 겨울철 실내 온도는 20도, 여름은 26도를 유지한다면 연간 약 97만 원의 에너지 비용을 절감할 수 있다”고 설명했다.
▲ 스마트홈 기술의 발달로 에너지 관리가 더 용이해졌다. (사진 : 게티이미지뱅크)
제로에너지빌딩 구현에 융·복합 패키기 기술 아직 부족
국내 제로에너지빌딩 산업은 아직 부족한 부분이 많다. 전문가들은 아직 국내에서는 건물 관련 요소 기술 간 연계나 융·복합 패키지 기술이 부족한 상황이라고 진단한다. 따라서 이들은 IoT 연계형 차세대 건축 자재와 시스템을 통해 제로에너지빌딩 보급 활성화가 필요하다고 주장하고 있다.
실제로 미국, 유럽 등은 이미 데이터 중심 건물에너지관리 서비스 시장을 론칭했다. 또, 선진국 위주로 건축물의 종류, 규모, 형태 및 노후도 등이 에너지 사용량에 미치는 영향을 분석해 에너지 진단 평가에 활용하는 기술 개발이 활발히 진행 중이다.
이미 선진국 사이에서는 ▲공건물, 대학, 물류단지, 도심 스마트팜처럼 건물 유형별 특성을 반영하여 신재생 에너지 중심의 친환경 분산자원 확대 및 소비 최적화를 위한 설계, 시스템, 운전관리 엔지니어링 기술과 ▲제로 에너지빌딩을 목표로 리모델링 활성화에 따른 단계별 기존에너지 최적화 기술 ▲원격지의 건물에너지 및 운용 정보들을 웹을 통해 실시간으로 수집하여 데이터 웨어하우스 형태로 저장/관리하고 이를 통해 다양한 건물에너지 관리 서비스를 건물주나 건물 관리자에게 웹을 통해서 제공할 수 있는 시스템 등이 개발되고 있다.
▲ 선진국 사이에서는 건축물의 종류, 규모, 형태 및 노후도 등이 에너지 사용량에 미치는 영향을 분석해 에너지 진단 평가에 활용하는 기술 개발이 활발히 진행 중이다. (사진 : 게티이미지뱅크)
스마트홈 기술 특허 1위 한국, AI와 IoT를 결합하다
스마트홈 기술과 관련해 국내 기업이 두 손 놓고 있는 것은 아니다. 오히려 많은 기술을 개발하며 스마트홈, 스마트빌딩 시장을 리딩하고 있다.
독일의 특허전문 시장조사업체인 아이플리틱스(IPlytics)가 최근 발표한 보고서에 따르면, 스마트홈 기술 특허를 가장 많이 낸 기업은 바로 삼성전자이다. 삼성전자는 스마트홈 기술 특허를 9447건을 출원하며 1위를 기록했다. 2위인 화웨이(1774건)와 3위의 퀄컴(1389건), 4위 알파벳(1283건), 5위인 LG전자(853건)을 모두 합친 것보다 많은 양이다.
삼성전자는 현재 AI 비서 서비스 ‘빅스비’와 사물인터넷(IoT) 전용 플랫폼인 ‘스마트싱스(SmartThings)’ 등을 통해 소비자들에게 스마트홈 서비스를 제공하고 있다.
아이플리틱스 관계자는 “스마트홈 기술 특허 출원 상위 명단은 모두 미국과 아시아 기업들”이라며 “특히 한국은 선두인 삼성전자를 비롯해 LG전자도 5위에 들며 뛰어난 성과를 보이고 있다”고 평가했다.
실제로 한국에서는 다양한 스마트홈 기술들이 적용되고 있다. 대표적인 기술이 IoT에 AI 기능을 더한 ‘A.IoT 플랫폼’이다.
삼성물산은 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 기술을 결합한 ‘래미안 A.IoT 플랫폼’을 개발했다. 래미안 A.IoT 플랫폼은 기존 IoT 플랫폼에서 한 단계 진화한 형태다. 이 플랫폼은 홈 IoT 플랫폼에 인공지능 시스템을 연결해 입주민의 생활 패턴을 분석하고 고객에게 익숙한 맞춤형 환경을 제안하거나 자동으로 실행해줄 수 있다. 사용자가 에어컨을 끄지 않고 외출을 했을 때 기존의 IoT 시스템의 경우 외부에서 스마트폰 등을 활용해 에어컨을 종료시킬 수 있었다면, A.IoT 플랫폼은 스스로 전원을 차단해준다.
삼성물산 관계자는 “래미안 A.IoT 플랫폼은 개방형 플랫폼으로 삼성전자뿐만 아니라 KT, LG유플러스, SK텔레콤, 카카오, 네이버 등에서 제공하는 첨단 스마트홈 기술을 활용할 수 있고, 입주민이 AI 스피커 및 서비스를 선택해 이용할 수 있다”며 “앞으로도 국내 주거문화를 선도하기 위해 꾸준히 노력하겠다”고 밝혔다.
