Model-based predictive control (MPC)는 건물의 에너지 절감과 전기 비용 절감에 있어서 진보된 제어 방법 중 하나이다. 하지만 실제 건물에서의 MPC 구현은 통신 보안의 문제, 맞춤화된 모듈 구성 필요, 시스템의 물리적 손상 등의 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 MPC를 구현하기 위한 저비용, 물리적 손상이 없는 비절개식 방법들을 제안하였다. 이를 위해 건물 실측 데이터를 기반으로 건물의 grey-box 모델과 heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) 시스템의 모델을 구축하였다. 이후 구축된 모델을 이용하여 MPC 시뮬레이션 사례 연구를 진행하였다. MPC는 feedback control보다 쾌적성, 에너지 소비량, 전기 비용 측면에서 우수한 성능을 보였다. 그리고 이러한 MPC의 결과를 실제 건물에 적용하여 입증하기 위해 MPC 구현이 진행되었다. MPC 구현은 저비용의 비절개식 방법인 Arduino 기반의 적외선 신호 통신과 Arduino 기반의 스마트 푸셔로 진행되었다. MPC와 feedback을 포함한 정기적인 실험은 재실 기간, 설정 온도 등 명확한 기준을 가지고 여름철의 5일간 진행하였다. MPC의 경우 최대 5.8%까지 전기 비용 절감 효과를 도출하였다. 또한 재실 기간, 설정 온도를 제한하지 않은 추가 실생활의 실험에서 에너지 소비 절감과 비용 절감 효과를 각각 25.18%, 33.7%까지 달성하였다. 본 연구를 통해 Arduino 기반의 저비용/비절개식 적용 방법의 실용성을 검증하였다. 또한 실제 건물에서 MPC의 실제 에너지 및 비용 절감 효과를 입증하였다.