KDS 설계기준 313505 자동제어설비 일반사항

2024년 07월 21일 건설엔지니어

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건설 자동제어 설비 설계 기준

1. 일반 사항

1.1 목적

건축물 및 각종 시설물의 자동제어 설비 부문에 대한 계획 및 설계 단계에서 개념 정립, 규격, 품질 성능 등 설계에 필요한 최소 기준을 제공하여 자동제어 설비 설계의 기준을 마련합니다.

1.2 적용 범위

건축법에 해당하는 모든 건축물 및 철도역사, 지하철역사, 플랜트 공정 설비 운용을 위한 건축물, 정보통신을 위한 건축물, 상하수도, 오폐수 설비, 공동구 설비, 소각장 설비와 같은 도시기반 시설용 건축물 등의 중앙 관제 설비, 현장 제어 설비 및 기타 제어 설비의 계획 및 설계에 적용합니다.
본 설계 기준에 없는 사항은 설계자의 의도에 따릅니다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

건축법, 건설산업기본법, 건설기술 진흥법, 주택법 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
전기사업법, 전기공사업법, 전력기술관리법 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
전기통신기본법, 전파법, 방송법, 정보통신공사업법 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
화재예방, 소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
에너지이용 합리화법 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
도시가스사업법, 고압가스 안전관리법, 액화석유가스의 안전관리 및 사업법, 시행규칙, 기준
소음·진동관리법 및 관계 시행령, 시행규칙, 기준
기타 본 설계와 관련한 관련 법규, 령, 규칙, 고시, 명령, 조례 및 기준

1.3.2 관련 기준

KS F ISO 16484-5 건물 자동화 및 제어 시스템 – 제5부 : 데이터 통신 프로토콜

1.3.3 참고 사항

국제전기기술위원회(IEC: International Electrotechnical Commission)의 규격을 적용할 수 있으며, 필요에 따라 미국화재 안전기준(NFC: National Fire Code)의 미국전기공사기준(NEC: National Electrical Code, 2005)을 참고할 수 있습니다.
국내 규격과 해외 중요 규격(IEC, NEC)의 내용이 상충되는 경우 국내의 관련 규정에 없는 경우에 대하여는 해외 기준이 기술적으로 타당한 경우에 이를 적용할 수 있습니다.

1.4 용어의 정의

2-위치 제어: 조작량 또는 조작량을 지배하는 신호가 입력의 크기에 의해 2개의 정해진 값 중 어느 하나의 값을 취하는 동작을 말하며, ON/OFF 동작이라고도 합니다. 버너, 펌프, 댐퍼 등과 같이 냉/난방 시스템의 각 구성 요소를 개폐시킬 때 전기 스위치 회로를 사용하여 제어하는 방식입니다.
개방회로(open loop): 프로세스의 출력이 제어기에 영향을 미치지 않고 입력값에 따라서만 제어기의 제어 신호가 결정되는 개회로를 의미합니다.
건구온도(dry bulb temperature): 온도계의 감열부가 건조된 상태에서 측정한 온도이며, 보통 기온을 측정할 때 사용합니다.
검출기(sensor): 검출기는 상태값을 측정하는 계측기로서 온도, 습도, 압력, 유량 등 제어 시스템에서 요구되는 물성값을 측정하여 필요에 따라 전압과 전류와 같은 정량적인 값으로 변환시켜 제어기에서 사용합니다.
검출매체: 압력이나 온도와 같은 변수를 측정하기 위해 측정 위치에서 직접 접촉 또는 노출되는 매개체입니다.
난방제어기: 게이트웨이와 통신 주체가 되어 난방 시스템을 제어하는 장치를 말하며 홈 네트워크와 연결되어 난방을 켜고 끄기, 온도 조절 등의 난방 시스템을 제어합니다.
냉방부하(Cooling load): 실내 공기를 쾌적한 상태로 유지하기 위하여 단위 시간당 외부로 내보내야 하는 열에너지의 총량을 의미합니다.
난방부하(Heating load): 실내의 공기 상태를 필요한 상태로 유지하기 위해 난방에 의해 단위 시간에 공급해야 하는 열량을 의미합니다.
동특성: 시스템 입력에 변화를 주었을 때 시스템 출력의 변화를 시간에 따라 표시한 것입니다.
디지털/아날로그변환장치 (D/A converter: Digital/Analog converter): 이산적인 디지털 신호를 연속적인 아날로그 신호로 변환시켜 주는 기계적 또는 전기적인 장치. 컴퓨터를 제어용으로 사용할 경우 컴퓨터의 출력 데이터를 전압이나 전류 등의 아날로그 모양으로 바꾸는 데 사용됩니다.
블록선도(block diagram): 시스템 각 구성 요소의 입력과 출력의 관계를 블록에 도시한 후 각 블록을 연결하여 시스템 전체의 정보 흐름과 상관관계를 이해하기 쉽게 블록과 선을 사용하여 도시한 선도를 말합니다.
샘플링 주기(sampling rate): 어떤 특정한 과제나 목표를 수행하기 위해 필요한 연산용 데이터를 얻기 위하여 물리적인 측정량을 추출하는 시간 비율
서미스터(thermistor): 온도에 따라 전기 저항이 변화하는 반도체로서 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 특성과 증가하는 특성을 나타냅니다.
설정값(setpoint): 운용자나 설정 알고리즘에 의해 설정되는 값으로 제어 시스템을 통해 제어하고자 하는 목적을 달성하기 위하여 설정된 목표값을 의미합니다.
시간상수(time constant): 1차 시스템에 계단 함수를 입력하였을 경우 최종 출력값의 63.2%에 도달할 때까지 걸리는 시간을 시간상수라 하며 시간상수가 작으면 출력은 입력의 변화에 빠르게 반응하고 시간상수가 크면 느리게 반응합니다.
아날로그/디지털변환장치(A/D converter: Analog/Digital converter): 연속적인 신호인 아날로그 신호를 부호화된 디지털 신호로 변환하는 장치. 온도, 압력, 음성, 영상 신호, 전압 등의 실생활에서 연속적으로 측정되는 신호를 컴퓨터로 입력시키기 위하여 디지털화 시키는 장치입니다.
알고리즘(algorithm): 주어진 문제를 풀기 위한 절차나 방법을 말하는데 컴퓨터 프로그램을 기술함에 있어 실행 명령어들의 순서를 의미합니다.
오차(error): 검출된 제어 변수와 설정값과의 차이를 의미하며 이 오차를 줄이기 위해 제어기에서 적절한 제어 알고리즘을 사용합니다.
잔류편차(offset): 정상 편차 제어계의 기기상 정밀도 부족으로 인한 미소 오차를 더한 편차로서 오차가 없어지면 정상 편차와 같은 값을 나타냅니다.
외란(disturbance): 제어 시스템에 작용하는 원하지 않는 외부 입력으로서 건축물의 공조 시스템에서 창문이나 문을 열 경우와 같이 시스템을 교란시키는 외부 입력을 의미합니다.
자립형(stand alone): 하나로 독립하여 작동하는 단말 장치. 또는 기능 분산형의 컴퓨터 시스템과는 반대로 1대의 컴퓨터에 모든 것을 맡기는 것을 자립형 시스템이라고 합니다.
재설정(reset): 동작한 제어기를 초기 상태로 되돌리는 것
적응제어(adaptive control): 제어계의 환경과 특성의 변화에 따라 제어계 내에 특성이 변화되도록 제어하는 방식입니다.
제어변수(controlled variable): 조작기의 조작량에 따라 프로세스에서 반응되는 변수 중 제어기에서 사용되는 변수를 의미하며 일반적으로 검출기를 통하여 측정되는 온도, 습도, 압력, 유량, 조도, 전력 등을 사용합니다.
폐회로(closed loop): 프로세스의 출력을 검출기를 통해 측정하여 입력값과 비교한 후 입력값에 도달할 수 있도록 수정 동작을 계속 수행하는 폐회로를 의미합니다.
피드백(feedback): 프로세스의 상태를 검출기를 통하여 측정하고 제어기에 입력시키는 것과 같이 제어 시스템에서 출력으로부터 입력의 방향으로 진행되는 것을 의미합니다.
직접디지털제어기(Direct Digital Controller; DDC): 아날로그 조절기 대신에 마이크로컴퓨터의 제어 로직에 의하여 조작부를 움직이는 제어 장치로서 각종 검출기로부터의 전자적 신호(analog)를 받아 수치화(digital)하여 이 수치에 대한 수리적 연산을 하는 장치입니다.
프로그램 가능 로직 제어기(Programmable Logic Controller; PLC): PLC는 종래에 사용하던 제어반 내의 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 LSI, 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시켜, 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치 연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하도록 한 자율성이 높은 제어 장치입니다.
가변전압 가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency; VVVF): 가변전압 가변주파수 제어는 인버터 등의 교류 전력을 출력하는 전력 변환 장치를 두어, 그 출력 교류 전력의 실효 전압과 주파수를 임의로 가변 제어하는 기술을 칭하며 가변전압 가변주파수인 ‘Variable Voltage Variable Frequency’의 머리글자를 따서 VVVF 제어라고 부릅니다. 이 기술은 팬, 펌프 설비, 압연기 등 다양한 생산용 기기와 철도 차량, 자동차, 가전제품 등에 널리 이용되고 있습니다.

1.5 기호의 정의

내용 없음

2. 조사 및 계획

자동 제어 시스템의 기본 계획 수립은 다음 사항을 검토하여 결정합니다.

건축물 용도별 특수 조건 분석
설비별 자동제어 시스템 비교 분석
에너지 절감 방안 검토
건축물 종합 시설 관리 및 운용 방안 검토
발주자의 요청

3. 재료

내용 없음.

4. 설계

4.1 기본 사항

건물에서 자동제어 설계 기준은 에너지 절약, 인력 관리의 합리화, 안정성, 신뢰성 확보, 자동 운전으로 각종 설비의 관리 효율화, 쾌적한 실내 환경 유지의 목적을 이룰 수 있어야 합니다.

4.2 설계 기준

설계 단계에서는 수립된 자동제어 시스템 계획에 따라 제어 대상에 적합한 자동제어 시스템의 기본적 구성 및 제어 조건 등을 결정합니다.

대상물 내 각종 설비의 감시 및 제어 기능이 있어야 합니다.
자동제어 시스템 선정 시 효율성, 경제성 및 에너지 절약을 종합적으로 고려합니다.
제어 장치는 신뢰도가 높고 유지 보수가 용이하며 내구 연한이 높은 방식을 채택해야 합니다.
향후 설비의 증설이나 유지 보수 시 유연성 있는 시스템을 채택합니다.
개방형 통신 프로토콜을 사용하여 향후 증설 및 통합을 위한 시스템 개방성을 고려해야 합니다.

4.3 설계 단계

설계 단계는 일반적으로 자동제어 시스템 계획 단계와 기본 설계 및 실시 설계를 시행하는 설계 단계로 구분되며 설계 순서는 다음과 같습니다.

(1) 기본 설계

기본 설계 단계에서는 수립된 자동제어 시스템 계획에 따라 제어 대상에 적합한 자동제어 시스템의 기본 구성, 제어 조건 등을 결정해야 합니다.

건축물 개요
자동제어 공사 종목 및 개요
관계 관공서 등과의 협의 사항
기타 제조업자의 견적서 등 추정 공사비 산출 자료 등

(2) 실시 설계

실시 설계는 기본 설계 도서에 따라 설계하여 도면, 공사 시방서, 공사비 예산서를 작성하며 자동제어 설비 설계자는 기본 설계 도면에서 결정된 사항은 건축 의장, 건축 구조, 건축 기계 설비, 건축 전기 설비 등의 관련 기술자들과 협의하여 상세한 부분에 걸쳐 내용을 결정해야 합니다.

표지: 공사 명칭, 설계자명 및 도면 매수 등을 기재
목록: 도면 번호와 도면 명칭 기재
배치도: 설계 대상 제어 시스템을 기입하고 제어 통신선 입입선로, 검출기 및 조작기 인입선로 등의 구내 배선도 포함하여 기입
단면 접속도: 중앙 제어반, 현장 제어반, 검출기, 조작기, 냉납안 설비 등의 주회로의 전기적 접속도를 단선으로 표시
계통도 표시
배선도: 각 층마다 평면도 표시
기기 시방 및 기기 배치도 표현
공사 시방서 작성

4.4 설계 도서

설계 도서는 설계를 진행하는 순서인 기본 설계 및 실시 설계에 따라 그 내용과 종류가 달라집니다.

(1) 기본 설계

기본 설계 도서는 설계 보고서, 설계 내역서, 설계 도면 등으로 이루어지며 일반적으로 다음 사항을 참조합니다.

설계 보고서는 공사 개요, 사전 조사 및 종합 계획 보고서, 주요 시공 자재 및 공정 계획, 시스템 구축 계획, 시스템 수행 계획, 계략 공사비 산출서 등으로 구성됩니다.
설계 내역서는 설계 설명서, 공정별 세부 내역서, 수량 산출 근거로 구성됩니다.
설계 도면은 각종 설계 도면으로 구성됩니다.

(2) 실시 설계

실시 설계 도서는 일반적으로 설계 보고서, 설계 내역서, 공사 시방서, 설계 도면 등으로 이루어지며 일반적으로 다음 사항을 참조합니다.

설계 보고서는 사전 조사 및 종합 계획 보고서, 주요 시공 자재 및 공정 계획, 시스템 구축 계획, 시스템 수행 계획, 공사비 산출서로 구성됩니다.
설계 내역서는 설계 설명서, 공정별 세부 내역서, 수량 산출 근거로 구성됩니다.
공사 시방서는 공사 시방서 및 유지 관리 계획서로 구성됩니다.
설계 도면은 각종 설계 도면으로 구성됩니다.

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