KR100529907B1 - 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 실에 설치된 다수개의 실내기 및 이와 공유되어 냉매의 순환을 제어하는 실외기를 포함하는 멀티에어컨에 있어서, 상기 멀티에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 기능 제어는 물론, 상기 에어컨의 가동을 위한 총 사용전력량이 기입력된 관리용 기준전력치 이하로 한정되도록 에어컨의 운전모드를 전환 제어하는 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 상기 멀티에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 상기 멀티에어컨의 중앙 제어 및 모니터링을 수행하는 한편, 상기 멀티에어컨의 가동에 따른 현재 사용 전력량을 산정하여 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 피크전력 제어를 수행하는 중앙 제어기를 포함하여 구성됨에 따라, 최소한의 냉난방 효과를 유지하면서 총 사용전력량을 일정수준으로 유지하여 전력 초과 사용시 발생되는 과도한 비용 부담을 감소시키고, 건물 전체에 전력이 차단되는 현상을 방지할 수 있다.

Description

에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법{Air conditioner's central controlling system and its operating method}

본 발명은 멀티에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 에어컨을 중앙 제어할 수 있는 에어컨 중앙제어 시스템에 있어서, 가동중인 에어컨의 총 사용전력량을 산정하고, 상기 총 사용전력량이 기준이 되는 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 일부개의 에어컨이 선택적으로 가동되고, 나머지는 송풍모드로 전환되는 강제운전 알고리즘이 자동 수행되어 건물내의 총 사용전력량을 일정수준으로 유지시킬 수 있는 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법에 관한 것이다.

최근 들어 에어컨의 사용이 크게 증가하면서 가정 내의 각 방마다, 또는 건물 내의 사무실마다 에어컨이 설치되고 있다.

종래의 경우 각 실에 설치된 에어컨은 실내기에 부착된 버튼 또는 리모콘에 의해 사용자의 제어명령(온/오프, 냉방, 송풍, 방향, 세기 등)이 입력되었고, 입력된 제어명령에 따라 실내기에 내장된 마이컴은 에어컨의 동작을 제어하여 실내의 공기조화가 수행되도록 하였다.

또한, 에어컨이 동작 이상상태인 경우 도 1 과 같이 건물 관리자는 상기 에어컨이 설치된 각 실에 개별적으로 접근하여 동작 상태를 파악하고, 수리 및 유지 관리를 위한 제어명령을 입력하였다.

따라서, 학교 또는 대형 건물과 같이 다수대의 에어컨(10)이 설치된 장소의 경우, 상기 다수 에어컨(10)을 공동 관리하는 관리자는 각 실마다 개별적인 관리작업을 수행하였으므로 매우 수동적이었으며, 따라서 이를 위해 소요되는 관리인력 및 시간이 상당하다는 단점이 있었다.

최근에는 상기 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되는 중앙 제어기를 이용하여 각 에어컨의 동작을 중앙 제어할 수 있도록 하였으나, 종래의 중앙 제어기는 온/오프 등의 단순명령만을 입력하는 전원버튼과, 상기 전원버튼의 온/오프시마다 점/소등되는 램프가 구비되는 것에 불과하였다.

즉, 이러한 종래의 중앙제어기는 각 에어컨의 세부기능(냉방, 송풍, 방향, 세기 등)을 제어할 수 있는 기능이 구비되지 않음에 따라 관리자의 작업환경이 불편하였고, 여전히 에어컨의 보수/수리를 위해서는 각 에어컨에 개별 접근하여 관리를 해야한다는 문제점이 있었다.

특히, 초기 가동시 그리고 정상 운전시에도 소비 전력이 상당한 에어컨이 건물 내에 다수개 설치되어 있는 경우, 에어컨의 총 피크전력치가 건물 내에 설치된 전원 차단기의 허용 범위를 초과할 우려가 크고, 이 때 전원 차단기에 의해 건물 내 전체 전원이 차단되므로 가동 중인 에어컨은 물론, 기타 전기기기로 물리적 충격을 줄 수 있어 제품의 내구성을 저하시킨다.

또한, 전력공급사(한국전력)에서는 시즌별/건물별/사업자별로 상이한 전력 상한치를 제공하는데, 만약 상기 전력 상한치를 초과하게 되면 누진적으로 전기세가 과세되어 전기 관리비용의 상승하게 되므로 에어컨의 이용도가 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 건물 내에 설치된 멀티에어컨의 소비전력을 저장하는 데이터베이스를 갖춘 중앙제어기가 이를 기초로 현재 가동중인 에어컨의 총 전력사용량을 산정하는 동시에, 강제운전 알고리즘을 적용하여 총 전력사용량이 관리용 기준전력치 이내로 한정되도록 함으로써 멀티에어컨의 피크전력치를 자동 제어할 수 있는 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 의한 에어컨의 중앙제어 시스템은, 공기조화를 위해 건물내 각 실마다 설치되는 다수개의 실내기 및 상기 다수 실내기와 공유되어 냉매의 순환을 제어하는 실외기를 포함하는 멀티에어컨과; 상기 멀티에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 상기 멀티에어컨의 중앙 제어 및 모니터링을 수행하는 한편, 상기 멀티에어컨의 가동에 따른 현재 사용 전력량을 산정하여 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 운전중인 일부 에어컨의 운전모드를 전환함과 동시에 각 에어컨의 개별조작이 불가하도록 자동 로킹(auto locking)을 수행하여 피크전력 제어를 하는 중앙 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법은 멀티에어컨을 구성하는 실외기와 네트워크망을 통해 연결되어 중앙에서 에어컨의 동작 제어가 가능하도록 하는 중앙 제어기를 포함하는 에어컨의 중앙제어 시스템에 있어서, 데이터베이스에 저장된 기기정보를 기초로 하여 현재 동작중인 멀티에어컨의 총 전력사용량을 산정하는 제 1 단계와, 상기 총 전력사용량과 기설정된 관리용 기준전력치를 비교하는 제 2 단계와, 상기 비교결과에 따라 에어컨의 피크전력이 한정되도록 에어컨의 운전모드를 전환하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 구성이 도시된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

멀티에어컨은 한 대의 실외기(120)에 다수개의 실내기(110)를 연결하여 해당 건물의 냉난방 용량을 충족시킬 수 있는 공조설비로서, 각 실에 배치된 실내기(110)를 이용하여 개별 제어가 가능할 뿐만 아니라, 빌딩 내 관리실 등 한 장소에서 건물 전체의 멀티에어컨 시스템을 중앙 제어할 수 있는 중앙제어기(200)를 구비함으로써 중앙 제어가 가능하다.

이러한 에어컨의 중앙제어 시스템은 기계실이 따로 필요 없어 초기 투자비용이 중앙공조설비에 비해 30~40%이상 절감되며, 운전비용도 40~50%이상 절감할 수 있을 뿐 아니라 실외기에 따라 난방을 겸할 수 있어 다양한 공기조화 기능을 수행할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각 실에는 실내기(110)가 설치되며, 상기 실내기(110)는 천장형, 벽걸이형, 입식형 등 그 종류에 구애받지 않는다. 설치되는 실내기(110)의 종류 또는 모델에 따라 상이한 사용전력량을 가질 수 있다. 그리고 실외기(120)는 다수 실내기(110)와 연결되어 제어명령에 따라 냉매의 순환을 제어함으로써 각 실의 공기조화가 이루어지도록 한다.

또한, 상기 실외기(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 네트워크망을 통해 중앙제어기(200)와 연결되는데, 상기 중앙제어기(200)는 각 에어컨의 상태를 모니터링하고, 제어를 위한 제어명령을 전송함으로써 각 에어컨의 세부기능을 중앙 제어함은 물론, 상기 멀티에어컨의 가동에 따른 현재 사용 전력량을 산정하여 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 피크전력 제어를 수행한다.

도 3을 참조하여 본 발명의 중앙제어기(200)의 구성을 상세히 살펴보면, 기본적으로 중앙 제어기(200)는 제어명령, 피크전력 제어를 위한 기기정보 및 멀티에어컨 시스템의 전력관리를 위한 관리용 기준전력치가 입력되는 데이터 입력부(210)와, 상기 멀티에어컨의 실시간 모니터링에 의한 현재 전력사용량 및 강제운전 알고리즘에 의해 제어되는 에어컨의 현재 운전율을 포함하는 에어컨 상태정보가 표시되는 화면 표시부(220)를 포함하여 구성되며, 생산자에 따라 상기 데이터 입력부(210) 및 화면 표시부(220)가 통합되는 터치스크린 방식의 모니터로도 구현될 수 있다.

여기서, 상기 관리용 기준전력치란 한국전력에서 시즌별/건물별/사업자별로 상이하게 할당하는 전력 상한치를 고려하여 건물내 에어컨 관리자에 의해 입력되는 전력량으로서, 피크전력 제어를 위한 강제운전 알고리즘의 실행여부를 결정하는 기준이 되는 값이다.

또한, 상기 중앙제어기(200)는 네트워크망을 통해 멀티에어컨의 상태정보를 송수신하는 데이터 송수신부(250)와, 상기 멀티에어컨을 구성하는 실외기(120) 및 실내기(110) 각각의 소비전력량, 배관길이 등에 관한 기기정보가 저장되는 데이터베이스부(240)를 포함한다.

그리고, 상기 중앙제어기(200)는 상기 데이터베이스부(240)에 저장된 각 에어컨의 소비전력량을 기반으로 총 사용전력량을 산정하는 피크전력 처리부(230)와, 상기 피크운전 처리부(230)에서 산정된 총 사용전력량이 상기 관리용 기준전력치를 초과하지 않도록 강제운전 알고리즘에 따라 에어컨의 운전모드를 전환시키는 피크전력 제어를 수행하는 에어컨 제어부(260)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 멀티에어컨을 구성하는 실내기(110)는 상기한 바와 같이 그 종류/모델에 따라 상이한 사용전력량을 가지며, 멀티에어컨의 특성상 다수 실내기 중 하나의 실내기만을 가동하더라도 상기 다수 실내기와 공유되는 실외기(120)는 풀 가동시의 사용전력량의 약 30%정도를 기본적으로 소비하므로, 가동중인 멀티에어컨 시스템의 총 사용전력량은 가동중인 실내기 대수에 선형적으로 비례하지 않고, 다양한 인자(factor)에 의해 산정되어야 한다.

따라서, 멀티에어컨과 연결되는 본 발명의 중앙제어기(200)는 전체 사용전력량의 정확한 산정을 위하여 상기 데이터베이스부(240)에 저장된 각 실의 실내온도, 운전모드, 운전상태 등의 상세 데이터를 참조한다.

즉, 각 실내기(110)의 성능값은 실외온도에 대한 실내온도, 그리고 실외기(120)에 의한 부하 보정치, 배관 상태에 따른 배관 보정치 등이 고려되어 계산되며, 이렇게 계산된 각 실내기의 성능값 및 실외기의 성능값을 기초로 하여 상기 피크전력 처리부(230)는 현재 가동중인 멀티에어컨 시스템의 총 사용전력량을 산정한다.

이렇게 상기 피크전력 처리부(230)는 실시간으로 상기 총 사용전력량을 산정할 수도 있고, 상기 데이터베이스부(250)에 각 인수에 따른 총 사용전력량을 미리 계산하여 데이터 테이블로 저장한 뒤, 실시간으로 상기 테이블을 참조하여 총 사용전력량을 판독할 수도 있다.

에어컨 제어부(260)는 상기 피크전력 처리부(230)에서 산정된 현재 총 사용전력량과, 관리자에 의해 입력된 관리용 기준전력치를 비교하고, 비교결과 상기 총 사용전력량이 상기 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 피크전력 제어를 위한 강제운전 알고리즘을 수행한다. 상기 강제운전 알고리즘은 가동중인 에어컨의 총 전력사용량이 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 일부 에어컨의 운전모드는 냉난방모드로 유지하고, 나머지 에어컨에 대해서는 송풍모드로 강제 전환시키는 것이다.

즉, 전력소비가 적은 송풍모드로 운전되는 에어컨은 실내의 온도를 어느정도 유지시키고, 일부 에어컨만 냉난방 모드로 운전됨에 따라 총 전력사용량을 관리용 전력기준치 이하로 감소시킬 수 있는 것이다.

이렇게 상기 강제운전 알고리즘이 적용되는 피크전력 제어시에는 각 실에서 실내기(110)를 통한 개별 조작이 불가하도록 자동 로킹(auto locking)된다.

도 4는 본 발명의 중앙제어기(200)의 화면표시부(220)를 통해 표시되는 제어용 화면이며, 현재 피크전력제어모드가 작동중이다. 화면을 참조하면, 관리자가 입력한 희망 전력량 및 운전률은 각각 24,000W, 40%이며, 상기 운전률이란 전체 에어컨 대비 가동되는 에어컨의 수를 의미하며, 관리자가 상기 데이터 입력부를 통해 설정한 값이다. 본 실시예에서는 40%를 예시한다.

또한 관리자는 에어컨의 사용환경(룸 사이즈, 실외온도, 실내조건, 쾌적감 등)을 고려하여 상기 운전률에 따라 에어컨의 동작이 온/오프되는 운전주기를 상기 데이터 입력부에서 입력할 수 있으며, 본 실시예에서는 15분으로 설정하였다.

만약, 10대의 실내기가 연결된 멀티에어컨 시스템이라면, 4대씩 15분마다 교대로 가동되며, 도시된 바와 같이 현재 가동중인 멀티에어컨 시스템의 전력 사용량 및 운전률이 각각 46,000W , 84%로 모니터링되는 경우, 상기 에어컨 제어부는 강제운전 알고리즘을 실행하여 현재 가동중인 에어컨 각각의 운전모드를 강제 전환함으로써 희망 전력량 및 운전률의 수준으로 복귀되도록 한다.

이러한 중앙제어기에서 구동되는 제어용 프로그램은 관리자의 편의성을 향상시키기 위하여 실시간으로 변동되는 전력 사용량 및 운행률이 우측의 수치로서 표현됨은 물론, 좌측의 막대그래프 형상으로 표시될 수 있다. 또한, 관리자는 좌측 그래프의 바(bar)를 드래깅함으로써 상기 희망 전력사용량을 용이하게 입력할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법을 도 5에 도시된 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전체 멀티에어컨 시스템 중 현재 가동중인 에어컨의 동작상태를 모니터링한다.(S1)

그 후, 데이터베이스에 저장된 기기정보를 판독(S2)하여 현재 가동중인 에어컨의 운전률을 산출한다(S3). 상기 기기정보란 각 실내기마다 가지는 기본 사용전력량, 실내온도, 실외온도, 현재 운전모드, 운전상태, 실외기에 의한 부하, 배관 정보 등을 포함하며, 이러한 인수들이 고려되어 상기 총 전력사용량이 산정된다.(S4)

에어컨 제어부는 데이터베이스에 기설정된 관리용 기준전력치를 판독하여, 계산된 총 전력사용량과 상기 관리용 기준전력치를 비교한다.(S5)

상기 총 전력사용량이 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 가동중인 에어컨 일부개는 냉난방 모드로 운전되도록 하고, 나머지는 송풍모드로 운전되도록 에어컨의 운전모드를 전환하는 강제운전 알고리즘을 실행시킨다.(S6) 상기 강제운전 알고리즘에 따라 에어컨의 운전모드가 전환되고(S7), 이에 따라 에어컨의 피크전력(총 사용전력량)이 상기 관리용 기준전력치 이하로 한정될 수 있다.

상기 강제운전 알고리즘이 적용되는 동안에는 에어컨의 개별 조작이 불가하도록 자동 로킹(auto locking)되어 전력이 관리된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 응용이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법은 멀티에어컨 시스템과 연결되어 각 에어컨을 중앙 제어할 수 있는 중앙제어기에 저장된 실내기 및 실외기에 대한 상세한 기기정보를 기초로 하여 보다 정확한 총 사용전력량을 산정할 수 있다. 또한, 상기 총 사용전력량이 관리자에 의해 설정된 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 각 에어컨의 운전모드를 강제 전환시킴과 동시에 그동안 각 실내기에서의 개별제어가 불가하도록 자동로킹하는 알고리즘이 자동 실행됨에 따라 전력관리가 안전하고, 편리하게 수행될 수 있음은 물론, 전력소비에 따른 비용의 부담을 절감할 수 있어 경제적인 장점이 있다.

도 1 은 종래 발명의 에어컨의 제어 시스템의 구성도,

도 2 는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 구성도,

도 3 은 본 발명의 중앙제어기의 구성도,

도 4 는 본 발명의 중앙제어기의 화면표시부에 출력된 제어용 화면이 도시된 도면,

도 5 는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 다수개의 에어컨 110: 실내기

120: 실외기 200: 중앙 제어기

210: 데이터 입력부 220: 화면 표시부

230: 피크전력 처리부 240: 데이터베이스부

250: 데이터 송수신부 260: 에어컨 제어부

Claims (9)

1. 공기조화를 위해 건물내 각 실마다 설치되는 다수개의 실내기 및 상기 다수 실내기와 공유되어 냉매의 순환을 제어하는 실외기를 포함하는 멀티에어컨과;

   상기 멀티에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 상기 멀티에어컨의 중앙 제어 및 모니터링을 수행하는 한편, 상기 멀티에어컨의 가동에 따른 현재 사용 전력량을 산정하여 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 운전중인 일부 에어컨의 운전모드를 전환함과 동시에 각 에어컨의 개별조작이 불가하도록 자동 로킹(auto locking)을 수행하여 피크전력 제어를 하는 중앙 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 네트워크망을 통해 멀티에어컨의 상태정보를 송수신하는 데이터 송수신부와; 상기 멀티에어컨을 구성하는 실외기 및 실내기 각각의 소비전력량, 배관길이 등에 관한 기기정보가 저장되는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스에 저장된 각 에어컨의 소비전력량을 기반으로 총 사용전력량을 산정하는 피크전력 처리부와; 설정된 운전률 및 온/오프 운전주기에 따라 운전대수 및 운전시간을 결정하여 교대로 에어컨 운전을 제어하고, 운전중인 에어컨에 의한 총 사용전력량이 상기 관리용 기준전력치를 초과하지 않도록 강제운전 알고리즘에 따라 현재 운전중인 일부 에어컨을 송풍모드로 전환시키는 피크전력 제어를 수행하는 에어컨 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 다수개의 에어컨 제어를 위한 제어명령, 피크전력 제어를 위한 기기 정보, 그리고 건물내 에어컨 시스템의 전력 관리를 위한 관리용 기준전력치가 입력되는 데이터 입력부와; 상기 멀티에어컨의 실시간 모니터링에 의한 현재 전력사용량 및 상기 강제운전 알고리즘에 의한 전체 에어컨의 운전율을 포함하는 에어컨 상태정보가 표시되는 표시부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 데이터 입력부는 전체 에어컨 대비 가동되는 에어컨의 수가 설정됨으로써 운전률이 입력되고, 상기 운전률에 따라 상기 에어컨이 일정시간마다 교대로 온/오프되는 운전주기가 입력되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
6. 삭제
7. 멀티에어컨을 구성하는 실외기와 네트워크망을 통해 연결되어 중앙에서 에어컨의 동작 제어가 가능하도록 하는 중앙 제어기를 포함하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법에 있어서,

   데이터베이스에 저장된 기기정보를 기초로 하여 현재 동작중인 멀티에어컨의 총 전력사용량을 산정하는 제 1 단계와; 상기 총 전력사용량과 기설정된 관리용 기준전력치를 비교하는 제 2 단계와; 상기 비교결과에 따라 에어컨의 피크전력이 한정되도록 에어컨의 운전모드를 강제 전환하는 피크전력 제어를 수행함과 동시에, 피크전력 제어 수행 중 각 에어컨에서의 개별 조작이 불가하도록 자동 로킹(auto locking)하는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 3 단계는 상기 제 2 단계의 비교결과 상기 총 전력사용량이 관리용 기준전력치를 초과하는 경우 가동중인 에어컨 일부개는 냉난방 모드로 운전되도록 하고, 나머지는 송풍모드로 운전되도록 하여 피크전력을 제어하는 강제운전 알고리즘이 적용되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법.
9. 삭제