환기장치 모니터링 미립자 팁

안녕하세요. RC조 패시브하우스 사용승인을 앞두고 있는 건축주입니다. 얼마 전 저희 현장에도 드디어 컴포벤트 환기장치와 잡자재의 복사냉방 시스템이 가동되기 시작했습니다. 복사 냉방 시스템이 잘 동작하고 있는지, 지금까지 구조체에 축적된 열을 식히려면 얼마나 걸릴지 좀 더 객관적으로 모니터링 하고 싶다는 생각에 먼저 환기장치의 상태 값을 시각화할 수 있는 시스템을 구성해보았습니다. 시공 기간 동안은 너무 정신이 없었고, 이제야 오랜만에 본업인 IT으로 돌아와 다양한 개발을 하고 있는데 패시브 하우스와 IT 기술은 서로 상성이 잘 맞는다는 생각이 듭니다.

시작하기에 앞서 저희집에는 컴포벤트 DOMEKT 450V 환기장치가 설치되어 있습니다. 아쉽지만 다른 제조사의 환기장치는 제가 경험해보지 못해 지원하지 않습니다. 환기장치 제조사 홈페이지에서 모니터링 관련 메뉴얼을 참고하시면 좋을 것 같습니다.

잡설이 길어 죄송합니다.

시작하기에 앞서

컴포벤트 홈페이지(https://www.komfovent.com/en/downloads)에 접속하여 “Modbus Connection Description” 메뉴얼을 다운로드합니다. 제품의 풀네임이 “Domekt 450 V C6M”이기 때문에 C6M 메뉴얼을 다운로드했습니다.

구글에서 Modbus를 검색하면, "자동화 및 제어 시스템에서 디바이스간 통신을 위해 1979년에 개발된 산업용 프로토콜"이라는 설명이 나옵니다. 이는 네트워크를 통해 장치와 양방향 통신을 할 수 있다는 것을 의미하는데 이해하기 어렵다면 건너뛰어도 괜찮습니다. (사실 저도 잘 모릅니다) 컴포벤트 환기장치는 Modbus 프로토콜을 지원할 뿐 아니라 BACnet 프로토콜도 지원합니다만, Modbus 프로토콜의 기능이 더 많기 때문에 전 Modbus 프로토콜을 선택했습니다.

매뉴얼의 일부를 발췌해 보았습니다. 컴포벤트 컨트롤러나 모바일 앱에서 확인할 수 있는 정보뿐만 아니라 각 모드별 환기량을 변경하는 기능도 포함하고 있습니다. 이를 응용하면 주방 후드나 화장실 환기팬을 가동할 때, 환기장치의 급배기량을 일시적으로 조절하는 VEMC 제품(https://www.jabjaje.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000357)을 소프트웨어적으로도 구현할 수 있습니다. 이 구현에 대한 후기는 별도의 게시물에서 소개하겠습니다만 중요한 것은 환기 배관 설계 단계에서 이러한 급배기 부스팅의 상황을 반영해야 한다는 것입니다. 따라서 저희 현장에도 사전에 급배기 라인을 추가 했습니다. (정대표님 감사합니다)

준비물

당연하지만, 컴포벤트 환기장치가 설치되어 있어야 합니다. 또한, 환기장치가 네트워크에 연결되어 있어야 합니다. 환기장치를 열고 RJ45 포트에 랜선을 연결한 다음 반대쪽은 공유기에 연결하면 환기장치에 IP 주소가 부여될 것입니다.

두번째 준비물은 조금 어려울 수 있는데 도커 컨테이너를 실행할 수 있는 Raspberry Pi나 NAS등의 소형 컴퓨터가 필요합니다. 제가 협회 홈페이지에서 도커 컨테이너를 언급하게 될지는 몰랐습니다만 도커 컨테이너는 서로 다른 애플리케이션을 나누어 담을 수 있는 여러 개의 박스라고 이해하면 쉽습니다. 제가 미리 만들어둔 도커 컨테이너를 다운로드 받아 실행만 하면 되므로 자세한 내용을 알지 못해도 좋습니다.

통신 흐름

원리는 매우 간단합니다. 먼저 Prometheus라는 시계열 데이터베이스를 도커로 실행합니다. Prometheus는 설정된 주기마다(기본값은 15초) 데이터를 수집하여 저장하는 역할을 합니다. 하지만 아쉽게도 Prometheus가 환기장치와 직접 통신할 수 있는 방법이 없으므로 중간 다리 역할을 해주는 프로그램을 통해 데이터를 수집해야 합니다. 중간 다리 역할의 프로그램은 제가 이미 개발하여 오픈소스로 공개한 것이 있으므로, 이를 사용하시면 됩니다.

링크: https://github.com/wokim/komfovent-c6-metrics

Prometheus는 매 주기마다 수집한 데이터를 저장할 수 있는 시계열 데이터베이스입니다. 시계열 데이터베이스는 시간 순서대로 발생한 데이터를 저장하고 관리하는 데이터베이스로, 이러한 데이터베이스는 IoT, 센서, 모니터링, 로깅 등 다양한 분야에서 사용됩니다. Prometheus는 수집한 데이터를 효율적으로 저장하여, 나중에 데이터를 읽고 분석하기 쉽게 만듭니다. 또한, Prometheus는 수집한 데이터에 대한 쿼리를 지원하므로, 데이터를 검색하고 분석하기 용이합니다. 따라서, 시스템 모니터링, 로깅, 분석 등의 용도로 매우 유용하게 사용됩니다. 

데이터 시각화

이렇게 수집한 데이터를 가공하여 보기 좋게 표현해야 합니다. 저는 Grafana라는 도구를 선택했습니다. 건축 분야에서는 어떤 도구를 주로 사용하는지 알지 못하지만, IT 쪽에서는 앞서 설명 드린 Prometheus와 Grafana를 널리 사용합니다. 저에게 익숙한 도구를 사용한 것뿐이니, 괘념치 말아 주세요. 다행히도 Grafana는 소량의 트래픽에 대해 무료 플랜을 제공합니다. https://grafana.com/에서 가입하실 수 있습니다. (관계자 아닙니다. ㅎㅎ)

제가 이미 만들어 놓은 Grafana 대시보드 또한 위의 소스 코드 저장소에서 복사할 수 있습니다. 구체적인 명령어를 하나하나 설명하기에는 주제에서 벗어나는 것 같아 원리와 과정에 대해서만 설명드리려고 노력했는데 쓰고 보니 망한 글 같습니다. 여튼 어려운 설정 과정을 거치면 아래와 같은 결과물을 만날 수 있습니다.

이렇게 환기장치의 전원 상태, 에코모드 활성 여부, 오토모드 활성 여부, 팬과 로터 작동 상태, 현재의 환기장치 모드, 급배기 온도와 외기 온도 등의 정보를 조회할 수 있습니다. 에너지 소비와 관련된 내용은 (귀찮아서..) 아직 미구현입니다. 복사냉방 장치에 대한 검증이 일단 첫 번째 목표이므로 추후에 업데이트할 예정입니다.

위의 온도 그래프를 통해 제습을 담당하는 실외기가 외기 온도가 30도 이하일 때 최저 부하로 동작하며, 이에 따라 SA 온도가 증가하고 습도도 상승한다는 사실을 추론할 수 있었습니다. 특히, 밤의 외기 온도가 28~29도처럼 애매한 요즘과 같은 이상 기온 상황에서는 습도의 증가로 인해 실내 쾌적성에 영향을 미칠 수 있다고 생각합니다. (사실 이 내용은 내집마렵다님을 통해 이미 알고 있던 사항입니다. 데이터를 통해 다시 한 번 검증했다 라는 것에 의의를..^^) 

이렇게 과거의 날짜 데이터를 조회하는 것도 가능합니다. 데이터의 보존 기간은 기본적으로 15일이며, 데이터 저장소가 충분하다면 영구적으로 저장하는 것도 가능합니다. 저는 로컬 컴퓨터 내에도 데이터를 저장하고 있지만, 클라우드 환경에도 동일한 데이터를 복제하고 있습니다. 무료로 제공되는 Grafana 플랜은 10만 개의 데이터 저장이 가능하며 저장 기간에 제한이 없으므로 참고하시면 도움이 되지 않을까 싶습니다.

어느정도 수준으로 글을 써야 할지 어려워 글의 전개에 두서가 없습니다. 새삼 관리자님의 기술자료실 글들이 존경스럽습니다. 패시브하우스가 과학적인 집인 만큼 현대의 IT기술을 적용하면 좀 더 재미있는 것들을 많이 할 수 있지 않을까 라는 생각에 글을 올립니다. 개발자는 모든것을 자동화하려는 습성을 가진 종족인데 그런면에서는 패시브하우스가 최적의 장난감이 아닌가 라는 생각을 하며 급하게 글을 마무리 짓습니다. 앞으로도 잡다구리한 것들(외부 블라인드 제어, 초인종 및 월패드, 네트워크 구성, 조명 제어 등등)위주로 DIY 후기 남기도록 하겠습니다....