주거용, 공공용, 사무용 빌딩이 전세계 에너지 수요에서 큰 비중을 차지한다. EU 지역만 보더라도, 빌딩이 에너지 소비에 있어서 40퍼센트 및 CO2 배출에 있어서 36퍼센트를 차지한다.

기후 목표를 달성하기 위해서는 빌딩을 친환경적으로 만드는 것이 필요하다. 이를 위해서는 절전 솔루션과 함께 센서 시스템이 중요한 역할을 한다. 지능형 센서들을 활용해서 스마트 빌딩 에너지 소비를 30퍼센트까지 줄일 수 있다.

○ 스마트 빌딩

사무실이 되었든, 학교가 되었든, 혹은 기차역이 되었든, 빌딩들이 점점 더 지능화되고, 연결성이 높아지고, 디지털화되고 있다.

이러한 것들을 가능하게 하기 위해서는 소프트웨어, 통신 네트워크, 보안 데이터 및 동적 인터페이스 관리를 필요로 한다.

스마트 빌딩은 운영비용을 절감하고, 보안을 높이고, 편의성을 높이고, 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있다.

○ 스마트 홈

개인 주택과 주거용 빌딩에 스마트 기술의 도입이 갈수록 늘어나고 있다. 디바이스들을 네트워크로 연결해서 중앙에서 제어할 수 있다. 가전기기, 엔터테인먼트, 조명, 홈 오토메이션 같은 것들을 모니터링하고, 통신하고, 제어할 수 있다. 그럼으로써 삶을 더 편리하게 만들고 친환경적으로 만든다.

■ 미래를 맞이할 준비 - 센서가 어떻게 친환경적이고 지능적인 빌딩을 실현하는가

○ 필요할 때만 가동: 센서를 활용한 에너지 절약
2025년에 이르면 전세계적으로 스마트 홈 숫자가 5억에 달할 것이라고 한다. 스마트 냉장고나 스마트 에어컨 같은 커넥티드 디바이스는 우리 삶을 편리하게 하나 동시에 스마트 기능을 위해서 추가적인 에너지를 소비한다.

기후 위기에 직면한 인류는 전반적인 에너지 소비를 줄일 수 있는 지능적인 방법들을 찾아야 한다.

그러기 위해서 중요한 역할을 할 수 있는 것이 센서이다. 센서를 활용해서 커넥티드 디바이스가 자신의 주변을 인지하고 그에 따라서 대처할 수 있다.

이것을 맥락 인식(contextual awareness)이라고 한다. 이것은 스마트 홈 거주자들의 안전과 편의성을 높일 뿐만 아니라 에너지를 절약하도록 한다. 센서를 활용해서, 디바이스가 항상 켜져 있는 것이 아니라 필요할 때만 가동하도록 할 수 있다. 그럼으로써 CO2 배출을 줄이고, 디바이스 수명을 연장하고, 비용을 절약할 수 있다.

○ 레이더 센서: 재실 감지
실내에 아무도 없는데 전기를 소모하는 것은 합리적이지 못하다.

반대로, 사람이 실내로 들어오거나 가까이 다가왔을 때만 디바이스가 알아서 켜진다면 매우 편리할 것이다. 사람이 실내로 들어오면 자동으로 에어컨이 가동되고, 조명이 켜지고, 음악이 재생되도록 할 수 있다.

에너지 소비를 실내에 사람이 있는지 없는지에 따라서 연동시킬 수 있어야 한다. 이것을 어떻게 달성할 수 있을까?

XENSIV™ 레이더 센서는 높은 감도로 실내에 있는 사람들과 그들의 움직임을 감지할 수 있다. 그럼으로써 필요에 따라서 디바이스를 가동하거나 아니면 딥 슬립 모드로 전환할 수 있다. 그럼으로써 많은 스마트 홈 애플리케이션의 편의성과 사용자 경험을 높일 뿐만 아니라(예를 들어서 자동 음악 재생) 에너지 소비를 최적화할 수 있다.

○ 삼성 TV로 레이더 센서 채택 - 지능형 명화 디스플레이
최근에 TV로 어떤 혁신들이 일어나고 있는지 아는가? 그 대표적인 예가 삼성전자의 ‘프레임’ TV일 것이다. 이 TV는 사용되지 않을 때 화면 위에 검은 바탕이 아니라 명화를 표시할 수 있다.

삼성전자의 2021년 모델에 인피니언의 XENSIV™ 60GHz 레이더 센서가 적용되었다. 이 센서가 실내에 사람이 있는지 감지하고 특정한 시간 동안 주위에 아무도 없으면 아트 모드를 끈다. 그럼으로써 OLED 수명을 보호할 뿐만 아니라 에너지를 절약한다.

○ CO2 센서: 공기 질 제어로 에너지 절약
팬데믹 상황을 맞아서 효과적인 공기 질 측정이 특히 중요해졌다. 전문적인 공기 질 제어는 건강과 쾌적성을 높일 뿐만 아니라 에너지 소비를 줄일 수 있다.

지능형 환기 시스템은 센서를 사용해서 사람들이 모였을 때 CO2 농도를 측정하고 그에 따라서 제어할 수 있다.

측정 결과에 따라서 신선한 공기가 얼마만큼 필요할지 계산하고 꼭 그 양만큼 실내로 주입할 수 있다.

또 아니면 꼭 필요한 때에 창문을 열거나 닫아서 동일한 효과를 거둘 수 있다. 이것은 난방과 냉방에 들어가는 수고 또한 줄이도록 한다. EU에서 빌딩과 산업용 분야에서 소비되는 에너지의 50%가 냉난방에 사용되는 것이다. 따라서 에너지를 절약할 수 있는 여지가 크다.

예를 들어서 환기 시스템으로 XENSIV™ PAS CO2 센서를 사용해서 55%까지 에너지를 절약할 수 있다. 여기에다 스마트 온도조절기와 빌딩 자동화 시스템을 더하면 더 많은 에너지를 절약할 수 있다.

○ 마이크로폰 센서: 저전력 모드로 에너지 절약
도어벨, 비디오 카메라, 스마트 스피커 같은 많은 스마트 디바이스는 마이크로폰을 사용해서 소리를 기록하고, 명령이나 입력을 받고, 소통할 수 있다.

이러한 디바이스는 특정한 입력이 자신을 깨울 때까지 대부분의 시간을 대기 모드로 지낸다.

그러므로 XENSIV™ MEMS 마이크로폰은 두 가지 모드를 지원한다. 정상 모드일 때는 마이크로폰이 최상의 음향 성능으로 선명한 오디오 입력이 가능하다.

저전력 모드일 때는 마이크로폰의 에너지 소모를 크게 낮춘다. 그러면서도 ‘알렉사’나 ‘시리’ 같은 웨이크 워드나 문을 여는 소리 같은 트리거를 감지하기 위해서 귀를 열어놓고 있다.

이러한 입력이 감지되면 마이크로폰이 정상 모드로 전환해서 최상의 성능으로 오디오 픽업이 가능하다.

스마트 스피커는 4개 이상의 마이크로폰을 사용해서 최대 90%의 시간을 저전력 모드로 지내므로 에너지를 절약할 수 있는 잠재력이 크다.

○ 센서 기반 상태 모니터링으로 전력 손실 방지
이상적인 세계에서는 빌딩의 전기 장비가 작동하면서 결함을 일으키지 않고 에너지를 되도록 효율적으로 사용할 것이다. 하지만 실상은 항상 그럴 수는 없다.

HVAC나 조명 같은 시스템의 주요 핵심 요소에 센서를 통합하여 디바이스 상태를 모니터링할 수 있다.

이렇게 수집된 데이터가 정상적인 값에서 벗어나는 것은 성능이나 효율에 있어서 어떠한 저하를 나타내는 것이다. 이것은 예기치 않은 가동 중단을 일으키거나 전력 소모를 증가시킬 것이다.

노후화에 따른 성능 저하는 디바이스가 더 이상 자신이 할 수 있는 최상의 성능으로 작동하지 못하게 한다.

다양한 센서들을 사용해서 이러한 이상을 감지할 수 있다. 예를 들어서 HVAC 시스템에 DPS368 기압 센서를 사용해서 필터가 막혀서 공기흐름이 줄어드는 것을 감지하고, TLI4971 자기 전류 센서를 사용해서 모터 결함을 감지하고, IM69D130 마이크로폰을 사용해서 컴프레서로 이상한 소리가 나는 것을 감지할 수 있다. 상태 모니터링에서 한 발 더 나아가서, 센서를 활용한 예측적 유지보수도 가능하다.

■ Infineon의 XENSIV™ 센서: 인간의 감각 모방
스마트 촉감, 스마트 코, 스마트 귀, 스마트 눈: 인피니언의 센서는 인간의 감각 기능을 모방해서 구현된 것으로서, 이러한 센서들을 활용해서 주변 환경을 해석할 수 있다. 그럼으로써 암시적인 의도와 맥락을 파악하는 것까지도 가능하다. 센서를 활용해서, 우리가 디바이스에게 무엇을 바라는지를 디바이스가 직관적으로 이해하도록 할 수 있다. 이와 같은 지능형 기술을 ‘직관적 센싱(Intuitive Sensing)’이라고 한다. 센서가 실제 세상과 디지털 세상을 연결하고 삶을 더 편리하고 안전하고 친환경적으로 만들도록 한다.

■ 스스로 인지, 지능적, 친환경적

스마트 홈과 스마트 빌딩은 다양한 기능들을 통해서 에너지 소비를 줄이고 더 적은 에너지를 사용해서 더 많은 것을 하도록 한다. 이것을 가능하게 하는 것이 반도체이다. 전원 관리 IC, 센서, 컨트롤러, 커넥티비티, 보안 솔루션으로 이루어진 지능형 반도체 시스템을 사용해서 많은 에너지를 절약할 수 있다. 그러한 대표적인 애플리케이션으로서 가전기기, 조명, HVAC(난방, 환기, 공조)를 들 수 있다.

■ 스마트 빌딩을 위한 포괄적인 제품 포트폴리오 제공

스마트 빌딩은 에너지 소비를 줄이고 자원을 지속가능한 방식으로 사용하도록 한다. 지능형 센서 시스템이 이것을 가능하게 하는 토대가 된다. 센서 입력에 따라서 엑추에이터를 실행하고 적절히 조치를 취할 수 있다. 전원 관리 IC, 마이크로컨트롤러, 보안 IC 역시도 실제 세계와 디지털 세계를 연결하기 위해서 중요한 역할을 한다.

센서 시스템을 활용한 예측적 유지보수는 중단 시간을 줄이고 디바이스 상태에 관한 정보를 제공한다. 그럼으로써 빌딩 소유자나 사용자가 비용을 절감하고 설치된 장비와 부품의 수명을 연장하도록 한다.

첨단 빌딩으로 다양한 혁신적 솔루션들을 도입해서 에너지를 절약할 수 있다. 빌딩을 친환경적이고 지능적으로 만듦으로써 도시화와 기후 변화에 따른 과제들을 극복할 수 있다. 전력 반도체, 마이크로컨트롤러, 다양한 방식의 센서들이 에너지 소비를 낮추고 빌딩에 거주하는 사람들의 편의성과 쾌적성을 높이도록 중요한 역할을 한다.

인피니언은 스마트 빌딩 애플리케이션에 사용하도록 다음과 같은 포괄적인 제품 포트폴리오를 제공한다.

- CoolSiC™
- CoolGaN™
- Easy 1B/2B/3B
- CIPOS™
- CoolMOS™
- OptiMOS™
- EiceDRIVER™
- XENSIV™
- AIROC™
- XMC™
- OPTIGA™ Trust M

자세한 내용은 https://www.infineon.com/cms/en/about-infineon/energy-efficiency-technologies/ 에서 확인 할 수 있다.

※ 글
인피니언 테크놀로지스 코리아(Infineon Technologies)