바닥 근처 온도계를 기준으로 네스트 온도조절기로 난방 조절

추가 요약 및 결론(2024.01.10) 

• NEST 온도 조절기 사용 중 과난방(overheating)을 하는 것 같아서 거실 바닥 근처에 IoT 온도계를 설치하고 바닥 온도 기준으로 NEST 온도 조절기의 설정 온도를 원격으로 제어 실험을 1년간 해 봄(오픈소스 IoT 플랫폼 Home Assistant 이용)
• 바닥 온도 25도 기준으로 설정 온도를 +0.5도 혹은 -0.5도로 설정하는 방법인데, 나름대로의 성과도 있으나 가스요금의 차이가 미미하고 바닥 온도가 출렁이는 것을 막을 수는 없었음. 
• 이 방법이 쓸만하기는 하지만, 단순하게 NEST 온도 조절기의 설정 온도를 해가 뜨면 22.8도, 해가 지면 23.3도로 설정한 결과 쾌적하게 지낼 수 있게 됨. 특히 야간에 훈훈함이 커서 부모님 만족. 이론적으로도 NEST 온도 조절기 설정 시 바닥 난방 옵션을 체크해 주면 알아서 조절됨. 
• 참고로 NEST 온도 조절기에 학습 기능이 있기는 하지만, 가끔 원하는대로 작동이 안되어서 OFF하여 사용해 왔음. 

이 아래는 기존의 글입니다. 

네스트 설치 관련 글

https://www.clien.net/service/board/cm_iot/17605737

네스트 온도조절기와 린나이가스보일러 연동기 - NEST Thermostat 유럽형 : 클리앙

 

 

마루 바닥 온도 기준 NEST 온도조절기 설정  

바쁘신 분은 파란색 글자만 읽으셔도 됩니다. 

 

시골의 오래된 단독 주택 집(5년 전에 일부 단열 보강)에 방이 4개이지만 3개만 난방을 하고, 거실과 부엌이 연결되어 있으므로 아파트로 치면 24~28평 가량 되지 않을까 싶습니다.

 

먼저 창문, 현관문 등 단열이 부족한 부분들에 대한 보강 공사(가장 아래 링크 참조)를 했고 네스트 온도조절기를 설치하여 난방 최적화 작업을 진행 중입니다. 

 

구글의 네스트(NEST) 온도조절기(thermostat)는 사용자의 온도 조절 패턴을 학습하여 최적의 온도로 맞추어주고 연료를 절약해 준다고 합니다. 저는 영국 아마존에서 유럽형을 주문해서 설치했는데, 꽤 비싸다고 느껴졌습니다. 

 

• 정해진 시간에 원하는 온도가 되도록 미리 미리 난방을 시작해주는 기능 
• 외부 기온 등에 따라 난방을 조절해 주는 기능 
• 0.5도(혹은 그 이하) 단위로 온도를 세밀하게 맞추어 주는 기능 
• 학습한 결과에 따라 온도 조절 일정을 자동으로 변경해 주는 기능 

 

처음에 한 두 달 사용한 후 학습에 의해 추가해주는 온도 설정 값을 이해하기 힘들기도 하고(왜 그랬는지 이유를 알려주지 않음) 계절이 바뀌면서 점점 추워지다 보니 잘 맞지도 않는 것 같았습니다. 물론, 개인적이고 주관적인 판단이고 NEST가 좋지 않다고 결론 내린 것은 아닙니다. 

 

어쨌든 지금은 한겨울이고 네스트의 자동 스케줄링 기능은 끄고 22.5도나 23도로 맞추고 사용 중입니다. 린나이 구형 가스보일러인데 용량이 20000kcal/h라서 40평까지 커버가 되는 모델이라고 합니다. 하지만, 현재 주택에서는 24시간 가동해도 겨울에 23도를 올리기 힘듭니다. 22도를 목표로 하여 돌리면 거의 20시간 가스보일러가 작동합니다. 사실상 21도로 맞추는 게 좋은데 그러면 한기가 느껴져서 그러지는 못하고 있습니다. 대신 LPG집단공급이고 온수/난방비(주방은 인덕션레인지)가 거의 35만원 이상 나옵니다.    

 

사실 이미 단열 작업을 한 후에 네스트를 도입했기 때문에 난방비의 절약 효과가 있는 지 과거와 비교하여 알기는 어렵습니다. 다만, 난방비가 과도하게 나오지 않도록 모니터링하고 가스 사용량을 체크하는 작업을 병행하다 보면 최적의 난방 전략을 세울 수 있으리라 생각합니다.  

 

이번 글은 네스트를 사용하여 상당히 정교하게 난방이 이루어지긴 하지만 가끔 야간에 과난방(22도가 초과되어)되는 경향이 있어서 그 부분을 잡으려는 테스트에 관한 것입니다.   

 

이야기가 길었는데, 홈 오토메이션의 오픈 소스인 Home Assistant를 이용하여, 네스트 온도조절기의 설정을 바꾸는 실험을 하고 있습니다. 기준 값은 바닥의 온도인데 온돌에 직접 온도계를 설치한 것은 아니고, 바닥에서 몇 cm 떨어진 가구에 부착을 했습니다. 그나마 바닥이 따듯한 쪽을 선택했습니다. 그 이유는 온돌은 바닥에서 올라오는 열기로 난방을 하는 것인데 위쪽의 공기가 따듯해지는 시간과 편차가 발생하기 때문입니다. 물론, 네스트는 그러한 부분도 감안하여 스케줄링 해준다고 합니다. 

 

몇 달 동안 다양하게 실험(아래 참조)한 결과 현재(2024-01-08)는 단순하게 운영하는 중입니다. 해가 뜨면 네스트 설정 온도를 22.8도로 맞추고, 해가 지면 23.3도로 설정하는 것입니다. 

 

바닥 근처 온도는 변화의 폭이 큰 편이고, 사람이 느끼는 온도는 일정하다고 느끼게 NEST 온도 조절기가 잘 작동하고 있음을 알 수 있습니다. 아래 실험 내용에서는 거실 바닥 온도를 25도 근처로 유지하려고 하였는데 나름대로 괜찮지만 거실 온도의 진폭이 생기는 편이어서 NEST 온도 조절기가 좀 더 따뜻하게 느껴집니다. 

1월8일은 영하 7.4도까지 내려간 날

 

마루 바닥 온도 기준 실험 과정 

아래 그래프는 바닥 온도를 기준으로 네스트 희망(설정) 온도를 변경하는 실험을 해 본 결과입니다. 

 

 

새벽부터 아침8시까지를 보면 바닥 온도가 최고 28도까지 상승한 것을 볼 수 있습니다. 즉, 기대보다 과다한 난방이 이루어진 것입니다. 그래서 바닥 온도가 26.5도를 넘으면 NEST 설정 온도를 22.5도로 낮추고, 바닥 온도가 25.5도 이하가 되면 NEST 설정 온도를 23도로 올리도록 자동화한 결과 13~15시와 18~19시 사이에 난방을 멈추도록 할 수 있었습니다. 

 

 

결과적으로 바닥 온도의 상하 편차가 1도가 되게 억제할 수 있었고, 샤오미 온도계(눈높이 온도)를 기준으로 실내 온도를 21.4도 ~ 22.1도 사이로 0.5도의 편차가 되도록 난방을 할 수 있었습니다.  

 

바닥 온도를 기준으로 난방을 조절해 본 결과 그래프(상세 내용은 본문 참조)

물론 모든 경우에 위 그래프처럼 항상 작동한다는 보장은 없지만, 바닥 온도를 기준으로 난방을 조절하는 것이 낫다는 것은 상식적으로도 이해가 되는 부분이고 어느 정도 가설을 지지해주는 결과라고 하겠습니다. 

 

네스트와의 연동은 이 글을 참고하시면 되는데, 아직은 며칠 후에는 알 수 없는 이유로 연동이 끊어져서 다시 연결해 주어야 하는 단점이 있습니다. 

 

온도 조절을 하는 자동화 시 동작 설정은 아래 그림을 참고하시면 되는데, 기기 선택하기에서 네스트 장비를 선택해 주고 Temperature부분을 체크해준 후 원하는 온도를 입력해 주면 됩니다. 

홈 어시스턴트에서 자동화에서 NEST 온도조절기의 온도 값을 세팅하는 화면

2023-02-05 현재 사용 중인 자동화는 다음 그림을 보면 대략 아실 수 있습니다.

 

바닥의 온도와 NEST 옆에 설치한 온도계를 기준으로 NEST 목표 온도를 변경하는 자동화 제목

좀 더 개선해야할 부분들이 있습니다.  

 

• 이 방법은 21.5~22.2도를 유지하기 위한 것이고, 가스를 아끼기 위한 방법은 아닙니다. 일반 가스보일러의 시간 예약 기능을 모사한 간헐적 난방을 구현해야 할텐데 아직 그 수준까지는 가지 못했습니다.  

 

[내용 추가 2023-03-17] 

 

난방비가 엄청나게 절약된 것은 아니지만, 5개월간 전년도와의 차이는 19만6천원이고, 최근 2개월은 15만7천원 차이가 납니다.

 

엄밀하게 이 방법으로 개선되었다라고 말하기는 어렵지만 어느 정도 효과가 있다고 생각이 듭니다.

 

다만, 

 

• 전년도 겨울과 기온 변화를 비교한 것이 아니고,
• 작년 말에 단열을 위해 작업한 부분(시골 주택 난방 개선기)들이 있고, 
• 전년도 겨울에는 린나이 온도조절기로 24~25도로 맞추고 살았던 반면, 이번에는 네스트 온도조절기로 22.5~23도로 설정했다는 차이도 고려해야 합니다. 단열 작업 전에는 린나이 온도조절기로 24~25도로 맞추어도 열을 뺏기므로 실내 기온은 22도 가량이었으므로 더 춥게 지냈다고 볼 수는 없긴 합니다.  

작년 겨울과 대비한 난방비 절약 비교(바닥 온도 기준은 2월과 3월에 해당되고 두 달 합산의 전년 겨울과의 차이는 15만7천원)

 

 

 

 

 

 

[내용 추가 2023-10-05]

10월 들어서 외부 기온이 내려가서 난방을 가동 중입니다. 처음에는 NEST 자동으로 해 놓았는데 잘 되기는 하지만 원하는 타이밍에 난방을 시키기 위해 수동으로 전환했습니다. 

 

수동이라 함은 바닥에 설치한 온도계를 기준으로 난방을 제어하는 것입니다. 

 

• 외부 기온에 따라 타겟 온도가 바뀔 수도 있으나, 현재는 바닥 온도 기준 25.1도로 난방 가동을 결정합니다. 
• 저녁 5시~ 새벽 5시까지 (자동의 경우) 가동합니다.
• 매 20분마다 바닥 온도를 체크하여, 25.1도 초과면 네스트의 온도계 기준으로 -0.5도 값을 타겟 온도로 설정하여 난방을 중단합니다.  25.1도 이하이면 네스트 온도계 기준으로 +0.5도 값을 타겟하여 난방을 가동합니다. 

다소 복잡하지만, 일정하게 유지되는 "온도계 바닥 Temperature"를 참고하시면 되겠습니다.

위 그래프에서 알 수 있는 특징은 다음과 같습니다. 

 

• 네스트의 현재 온도 값은 실제 온도와 차이가 있습니다. - 그래프 오른쪽 값 참조. 오전에 바닥온도와 실내기온(샤오미 온도계 센서)은 계속 떨어지는데 네스트의 현재 온도 값은 거의 변화가 없음. 오전 5시까지만 자동 난방이었기 때문에 +0.5도로 설정하지 않는 시간대 입니다. 
• 중요한 것은 사람이 느끼는 온도로 "실내기온(샤오미)"의 값을 일정하게 유지하는 것입니다. 
• 바닥 난방을 하다보면 실내기온이 따라 올라주지 못할 때, 바닥온도는 필요 이상으로 많이 올라가는 경향이 있습니다. 그래서 타이머 설정 난방이 효율적이라는 말이 있지요?  위 자동화 방법은 바닥의 온도를 가급적 덜 올리기 위해 20분마다 감시하여  네스트 온도 설정을 다시 합니다. 

 

[내용 추가 2023-10-19] 

오후 5시 ~ 오전 5시까지 15분마다 바닥온도 25.1도 초과 시 난방을 가동하고 있습니다. 

 

바닥 온도 vs. 실내 기온

아직은 많이 춥지 않아서(야간에도 10도 이상) 짧은 난방으로도 쉽게 바닥 온도가 올라가고 있습니다. 실내 기온은 오르는 것이 쉽지 않은 것은 역시 취약한 단열 때문이라고 보아야 합니다(아직 단열용 창문 비닐 부착하지 않음). 

 

홈어시스턴트에 기록된 난방 기록(빨간색 화살표 부분은 알 수 없는 이유로 인한 기록 오류로 보임)

 

[내용 추가 2023-12-10 실온 설정 시 온도 낮추면 안됨] 

최근에는 24시간 동일하게 마루 바닥 근처 온도가 25도를 기준으로 네스트 온도계를 +0.5하거나 -0.5하도록 했습니다. 

 

며칠 전에는 린나이 보일러의 설정이 "실온"으로 20도로 설정되어 있길래(지난번 린나이보일러 A/S 시 바꿔 놓으신 듯), 15도 정도로 낮추어 놓았는데 마침 외부 기온이 15도 가까이 오르면서 네스트는 난방을 하는 것으로 나오지만, 린나이 보일러는 난방이 켜지지 않는 문제가 발생하였습니다. 즉, 네스트는 난방을 하라고 시켰는데 린나이 온도조절기는 외부 기온이 이미 높으니까 난방을 안한 것으로 추정이 됩니다. 

 

그 근거는 다음 글(네스트 온도조절기(Nest Learning Thermostat) 3rd Generation 구입 및 설치기 – 2 | &&* KuKu)에서 찾을 수 있었는데, 보시면 기존의 보일러 온도조절기는 "실온"기준인 경우 온도를 높여 놓으라는 내용이 있습니다. 

 

최초 설치 시에는 "실온"이 아니고 "온돌"로 하고 40도로 맞추어 놓았기 때문에 제가 이 부분을 그 사이 잊었거나 당초부터 모르고 있었다고 봐야할 것 같습니다. 

 

가스보일러의 "온돌" 기준을 사용하는 경우를 보면 단열이 안되거나 웃풍이 있을 때 추천된다고 합니다. 현재는 구형 주택이기는 하지만 방풍 비닐을 꼼꼼히 붙인 편이라서 웃풍은 거의 없지만 단열이 안되어 한기가 느껴지기는 합니다. 그러므로, 이 글의 주제인 "실온"기준으로 놓고 바닥온도를 기준으로 보일러를 제어하는 것이 결국 "온돌" 기준으로 보일러 순환수의 온도를 고정하는 것과 비슷한 효과가 나오지 않을까 싶습니다. 

 

영하로 계속 떨어질 경우에는 마루 바닥의 온도도 25도로 올라가기 더 힘들어지기 때문에 이 때에는 "온돌"의 보일러 순환수 온도를 고정하여 보일러가 연속 작동되는 부분을 줄일 수 있지 않을까 생각해 보고 있습니다.  

 

[내용 추가 2023-12-18 온돌모드 40도 테스트] 

보통 온돌모드로 했을 때 55도는 25도에 해당한다고 합니다. 최저가 40도라서 한번 설정해 보았고, 그 결과는 아래와 같습니다. 

 

거실 마루 바닥 온도가 쓸데 없이 올라가지는 않았지만 대신 실내 기온이 1도 하강했습니다. 40도 설정은 좀 너무한 셈입니다. 그래서 52도로 올려 놓아 보았고 더 두고 봐야하겠습니다. 

 

온돌모드 40도는 낮은 설정이라서 실내 기온은 1도 가량 떨어졌습니다.

 

온돌 모드로 52도로 했더니 계속 온도가 내려가고 뭔가 복잡해지는 느낌이 있어서 온돌 모드는 포기하기로 했습니다. 그냥 실온 24도로 설정하고, 현재 15분 간격 바닥온도 25도 체크 방식에서 10분 단위로 더 줄여 보았습니다.  

 

[내용 추가 2024-01-01 튜닝의 끝은 순정?] 

최근 홈어시스턴트(오드로이드 XU4)가 갑자기 부팅이 안되어서 새로 설치하는 중 백업을 모두 날렸습니다. 복구하느라 시간이 오래 걸리는 관계로 해가 뜨면 22.8도로 설정하고 해가 지면 23.3도로 단순해 두었는데, 며칠째 시험 삼아 그냥 두고 있습니다. 

 

즉, 더 이상 수동 조작하지 않고 네스트에게 맡긴 셈입니다. 물론, 네스트의 학습 기능은 아직 꺼져 있습니다. 장점이라면 기존 바닥 온도 기준 수동 조절에 비해 밤에 바닥이 꽤 따뜻해졌습니다. 아마도 가스를 더 많이 소비했겠죠? 하지만 날씨가 변하므로 비교 분석하기는 어려움이 있고, 며칠 간의 바닥온도(아카라)와 기온(샤오미) 그래프를 첨부해 보겠습니다. 

 

네스트 온도 설정 - 해 뜨면 22.8도 해 지면 23.3도로 설정

 

바닥온도가 움직이는 진폭이 커 보이기는 하지만, 실내 기온의 변화는 어느 정도 일정하게 나오는 것 같습니다. 근래 날씨가 온화하여 비교하기는 어려움이 있는데 확실히 바닥 온도 25도 기준으로 10분마다 체크하여 네스트 온도를 +0.5, -0.5도 하는 것보다 나을 지도 모른다는 느낌이 듭니다. 

 

사실 이렇게 복잡하게 해도 전년(네스트 자동) 대비하여 10월 사용분은 6만원이 절약되었고 11월분은 2만원 가량 절약되었으니 가스비는 미미한 차이라고 봐야 합니다. 

 

이제는 춥지 않으면서도 가스비를 절약할 수 있는 마법의 온도(?)를 알아내야겠습니다. 네스트가 이미 온돌에 대해서도 고려가 되어 있고 나름대로의 숨은 알고리즘(?)으로 실내 온도 값을 참조하는 것 같기 때문에 더 나은 방법을 찾는 것이 쉽지는 않기 때문입니다. 결정적으로 상대적인 비교도 쉽지 않고요. 

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