KR102242674B1 - 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 최소한의 전력으로 사용자가 실내를 사용하는 시점에 최적의 공기 상태를 확보할 수 있는 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실내 또는 실외의 공기질을 실시간으로 측정하는 공기질 측정 유닛, 실내의 공기를 정화시키는 공기청정 유닛, 실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 환기 유닛 및 공기질 측정 유닛으로부터 획득한 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한의 전력으로 사용자가 실내를 사용하는 시점에 최적의 공기 상태를 확보할 수 있는 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
종래에는 공기청정기와 유해가스 배출기는 별도의 장치로 구현되어 있거나 단순히 일체화되어 있는 수준으로 구현되어 있으며 실내 공기 상태와 외부 공기 상태를 인지하여 에너지 최적화를 구현한 기술은 없는 실정이다.
공기청정기가 설치된 실내에 사용자가 없을 때는 실내 공기의 질이 중요하지 않지만 사용자가 실내에서 업무를 시작하는 시점에서는 실내 공기의 상태가 적정 상태로 유지되어 있어야 한다. 실내 공간의 사용 개시 시점에 실내 공기 상태가 적정한 상태가 되도록 하기 위하여, 실내 공간 사용 개시 시점 기준을 일정 시간 이전에 공기청정기 등이 동작되도록 동작 예약을 설정할 수도 있다. 하지만 이는 동작 개시 시점의 실내 공기의 상태와 공기청정기의 공기청정 능력 등에 따라 실내 공기를 적정 상태의 공기 상태로 만드는 데에 걸리는 시간이 달라질 수 있다는 점을 간과한 것으로, 만약 공기청정기 등의 동작개시 시점의 공기 상태를 적정한 수준의 공기 상태로 개선시키는 데에 걸리는 시간을 기준으로, 이보다 늦게 공기청정기 등이 가동되면 실내 공간 사용개시 시점에서는 아직 실내 공기 상태가 적정한 수준으로 개선된 상태가 아니기 때문에 사용자는 오염된 공기 상태에서 실내를 사용해야 하는 문제가 있다. 이와 반대로 너무 이른 시간에 공기청정기 등이 가동되는 경우에는 필요 이상의 시간 동안 작동을 하는 셈이 되어 전력 낭비 및 에너지 낭비를 초래하는 문제점이 있다.
이에 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 끝에 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 최소한의 전력으로 사용자가 실내를 사용하는 시점에 최적의 공기 상태를 확보할 수 있는 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 실내 또는 실외의 공기질을 실시간으로 측정하는 공기질 측정 유닛, 실내의 공기를 정화시키는 공기청정 유닛, 실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 환기 유닛 및 공기질 측정 유닛으로부터 획득한 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함하되, 제어 유닛은 공기질 측정 유닛에서 측정된 실내외 공기질에 관한 측정값을 기초로 하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정하고 실내 공간의 사용예상시점에 실내 공기질이 설정값에 도달하도록 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛이 동작되도록 제어하는 사용상황 적응형 공기청정시스템일 수 있다.
공기질 측정 유닛은 실내에 위치하여 실내의 공기질을 측정하는 실내 공기질 측정 유닛 및 실외에 위치하여 실외의 공기질을 측정하는 실외 공기질 측정 유닛을 포함할 수 있다.
공기질은 공기의 온도, 공기의 습도, 미세먼지의 농도, 초미세먼지의 농도 및 유해가스의 농도로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
유해가스는 이산화탄소 및/또는 라돈을 포함할 수 있다.
공기질 측정 유닛은 공기의 온도를 측정하는 온도 센서, 공기의 습도를 측정하는 습도 센서 및 미세먼지, 초미세먼지, 이산화탄소 및 라돈으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 농도를 측정을 할 수 있는 농도 센서를 포함할 수 있다.
환기 유닛은 실내의 공기를 실외로 이동시키는 배기 유닛 및 실외의 공기를 실내로 이동시키는 흡기 유닛을 포함할 수 있다.
제어 유닛에 연결되어 공기질측정 유닛에서 실시간으로 측정되어 제공된 공기질 관련 정보와, 제어 유닛에서 수행되는 일련의 연산 과정 및 결과와, 제어 유닛에서 공기청정 유닛 및/또는 환기 유닛을 제어하는 제어 정보를 저장하는 저장 유닛을 더 포함할 수 있다.
제어 유닛에 연결되어 현재의 시스템 상황을 표시하고, 제어에 필요한 정보를 제어 유닛에 입력할 수 있는 사용자 인터페이스 유닛을 더 포함할 수 있다.
제어에 필요한 정보는 공기청정 유닛의 공기정화 능력, 실내 공간의 체적 및 실내 공간의 사용시점에 도달되어야 할 실내 공기질의 설정값을 포함할 수 있다.
제어 유닛에 통신망을 통하여 연결되어, 공기청정 유닛 및 환기 유닛을 제어하거나 실내 공기질 설정값을 포함하는 정보를 입력할 수 있는 원격제어 유닛을 더 포함할 수 있다.
원격제어 유닛은 외부 서버, 개인용 컴퓨터 및 스마트 폰 중 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 앞 측면의 공기청정시스템을 운용하는 방법으로서 (a) 실내 및 실외에서 공기질을 측정하는 단계, (b) 실내 공기질의 측정값과 실내 공기질의 설정값에 기초하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정하는 단계 및 (c) 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 가동하는 단계를 포함하는 사용상황 적응형 공기청정시스템의 운용방법일 수 있다.
(a) 단계에서, 공기질은 공기의 온도 및 습도, 미세먼지 및 초미세먼지의 농도 및 유해가스의 농도로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
유해가스는 이산화탄소 및/또는 라돈을 포함할 수 있다.
(b) 단계에서, 예비가동시간은 공기정화 유닛의 정화 능력, 실내 공간의 체적, 환기 유닛의 환기용량으로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 고려하여 산정될 수 있다.
(b) 단계에서, 실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우에는 환기 유닛을 작동시켜 환기를 먼저 수행하고 난 후에 공기청정 유닛을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행하고, 실외 공기질이 실내 공기질보다 나쁜 경우에는 환기를 하지 않고 공기청정 유닛만을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행할 수 있다.
(b) 단계에서, 실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우 환기를 통하여 실내 공기질이 개선되는 비율과 공기청정을 통하여 실내 공기질이 향상되는 비율을 고려하여 환기 유닛과 공기청정 유닛을 동시에 작동시켜 실내 공기의 환기와 공기청정을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 최소한의 전력으로 사용자가 실내를 사용하는 시점에 최적의 공기 상태를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 사용상황 적응형 공기청정시스템을 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 사용상황 적응형 공기청정시스템의 운용 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 사용상황 적응형 공기청정시스템의 운용 방법의 일례를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 발명에서, 제1 또는 제2 라는 표현은 순서, 중요도를 의미하는 것이 아니라 단순히 구성요소를 구분하기 위한 것이다.
본 발명은 최소한의 전력으로 사용자가 실내를 사용하는 시점에 최적의 공기 상태를 확보할 수 있는 사용상황 적응형 공기청정시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 사용상황 적응형 공기청정시스템을 구성을 개략적으로 도시하였다. 도 2에는 본 발명의 다른 측면에 따른 사용상황 적응형 공기청정시스템의 운용 방법의 일례를 도시하였다.
본 발명의 일 측면은, 실내 또는 실외의 공기질을 실시간으로 측정하는 공기질 측정 유닛, 실내의 공기를 정화시키는 공기청정 유닛, 실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 환기 유닛 및 공기질 측정 유닛으로부터 획득한 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함하되, 제어 유닛은 공기질 측정 유닛에서 측정된 실내외 공기질에 관한 측정값을 기초로 하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정하고 실내 공간의 사용예상시점에 실내 공기질이 설정값에 도달하도록 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛이 동작되도록 제어하는 사용상황 적응형 공기청정시스템일 수 있다.
본 측면은 실내 공간의 사용예상시점에 쾌적한 공기 상태가 될 수 있도록 미리 환기하거나 또는 공기청정기를 작동함으로써 실내에서 근무하는 시작하는 사람이 최적의 공기 상태에서 근무를 할 수 있도록 하기 위한 공기청정시스템에 관한 것이다.
근무 시작 시점 즉 실내 공간의 사용예상시점을 예상하고, 이 시점을 기준으로 하여 일정 시간 전에 미리 환기 또는 공기청정을 행함으로써 사용예상시점에서는 원하는 공기질 즉 쾌적한 공기 상태에서 근무를 할 수 있도록 할 수 있다.
근무 시간 전 오랫동안 동안 환기 또는 공기청정을 행함으로써 근무 시작 시점에 원하는 수준의 쾌적한 공기 상태에서 근무할 수 있을 수도 있을 것이나, 이러한 경우에는 환기 장치나 공기청정기를 필요 이상으로 과도하게 오랫동안 동작해야 하고 이로 인하여 에너지 및 비용 증대의 원인인 될 수 있다. 본 발명에 의하면 미리 동작할 적정한 시점을 계산하고 그 시점에 공기청정기 등을 가동시킴으로써 최소한의 동작하는 것만으로도 근무 시작 시점에 원하는 수준의 쾌적한 공기 상태에 도달할 수 있도록 할 수 있다.
공기질 측정 유닛은 실내 또는 실외의 공기질을 실시간으로 측정하여 제어 유닛에 전송할 수 있다. 실시간으로 측정된 데이터를 이용함으로써 제어 유닛에서는 실시간 연산을 수행할 수 있어 현재에 가장 근접한 상태에서의 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 이를 환기 유닛과 공기청정 유닛을 제어하는데 활용할 수 있다.
공기질 측정 유닛은 실내에 위치하여 실내의 공기질을 측정하는 실내 공기질 측정 유닛과 실외에 위치하여 실외의 공기질을 측정하는 실외 공기질 측정 유닛을 포함할 수 있다.
이러한 공기질을 감지 및 측정할 수 있는 공기질 측정 유닛에는 공기의 온도를 측정하는 온도 센서, 공기의 습도를 측정하는 습도 센서 및 미세먼지, 초미세먼지, 이산화탄소 및 라돈으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 농도를 측정을 할 수 있는 농도 센서가 포함될 수 있다.
측정 대상인 공기질에는 공기의 온도, 공기의 습도, 미세먼지의 농도, 초미세먼지의 농도 및 유해가스의 농도로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 여기서 유해가스에는 이산화탄소 또는 라돈이 포함될 수 있다.
하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 공기질 측정 유닛은 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 오존, 포름알데히드, 톨루엔, 벤젠, 아세톤 등의 휘발성 유기화합물(VOC), 석면에서 발생되는 이산화질소 등의 오염물질이나, 분진, 담배연기, 냄새와 대장균 등의 미생물 물질과, 기타 악취, 방사선 등의 오염물질을 감지하고 그 농도를 측정할 수 있는 센서를 구비할 수 있다.
상기 오염물질 이외에, 공기질 측정 유닛은 실내외 공기의 온도와 습도도 측정하고 이를 제어함으로써 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있다. 실내의 온도와 습도 조절은 습도 조절기(가습기 등), 온도 조절기(냉방기 등) 등을 통하여 이루어질 수 있다.
공기청정 유닛은 실내의 공기를 정화시키는 기능을 수행할 수 있다. 공기청정 유닛은 일반적으로 공지된 공기청정기를 사용할 수 있다. 공기청정 유닛은, 예를 들어 실내 공기를 순환시키면서 활성탄 등의 필터를 이용하여 미세먼지나 유해물질 등을 흡착함으로써 공기를 정화시킬 수 있다.
환기 유닛은 실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 기능을 수행할 수 있다. 환기 유닛은 실내의 공기를 실외로 이동시키는 배기 유닛 및 실외의 공기를 실내로 이동시키는 흡기 유닛을 포함할 수 있다.
흡기 유닛은 실외 공기를 실내로 강제적으로 이동시키는 흡기 팬을 가질 수 있고, 배기 유닛은 실내의 공기를 실외로 강제적으로 이동시킬 수 있는 배기 팬을 구비할 수 있다. 흡기구와 배기구의 크기나, 흡기 팬과 배기 팬의 성능에 따라 환기 용량이 결정될 수 있다. 환기 용량은 단위시간 동안 공기 유량 등으로 표기될 수 있다. 이외에도 흡기구와 배기구를 막아 실내 공기와 실외 공기의 접촉을 차단할 수도 있다.
환기 유닛의 배기 유닛과 흡기 유닛을 동시에 동작시킴으로써 실내 공기를 실외로 내보내는 동시에 실외 공기를 실내로 들여보낼 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 배기 유닛만을 동작시켜 실내 공기를 실외로 내보내기만 할 수 있으며, 흡기 유닛만을 동작시켜 실외 공기를 실내로 들여보내기만 할 수도 있다. 흡기 유닛만을 동작시키는 경우, 실내의 압력을 높여 오염물질의 농도를 낮출 수 있고 실내의 압력이 높기 때문에 틈새로 들어올 수도 있는 오염물질의 실내 유입을 막을 수도 있다.
실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우에는 환기 유닛을 작동시켜 환기를 먼저 수행하고 난 후에 공기청정 유닛을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행하고, 실외 공기질이 실내 공기질보다 나쁜 경우에는 환기를 하지 않고 공기청정 유닛만을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행할 수 있다.
또한, 실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우 환기를 통하여 실내 공기질이 개선되는 비율과 공기청정을 통하여 실내 공기질이 향상되는 비율을 고려하여 환기 유닛과 공기청정 유닛을 동시에 작동시켜 실내 공기의 환기와 공기청정을 동시에 수행할 수 있다.
실외 공기질 측정값이 실내 공기질 측정값 및 실내 공기질 설정값보다 좋은 경우에는 환기 유닛만을 작동시켜(흡기 유닛 및 배기 유닛을 동시에 동작) 사용개시시점에 실내 공기질을 설정값에 도달하도록 할 수 있다.
제어 유닛은 공기질 측정 유닛으로부터 획득한 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 동작을 제어할 수 있다.
제어 유닛은 공기질 측정 유닛에서 측정된 실내외 공기질에 관한 측정값을 기초로 하여 실내외 공기질의 차이를 산정할 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어 실내 공기와 실외 공기의 온도 차이, 습도 차이, 미세먼지 농도의 차이, 초미세먼지 농도의 차이, 라돈 농도의 차이, 이산화탄소 농도의 차이 등의 산정할 수 있다. 이러한 정보를 기초로 하여 실내 공기질과 실외 공기질 중 어느 쪽이 좋은지 판단할 수 있다. 만약 실외 공기질이 더 좋은 경우에는 추후 환기를 통하여 실외 공기를 실내로 흡입하여 실내 공기질을 개선하는데 활용할 수도 있다.
제어 유닛에는 실내 공기질 설정값을 입력할 수 있다. 근무개시 시점(실내 공간 사용개시 시점)에 필요한 공기질에 대한 정보를 설정값으로 입력할 수 있다. 즉 근무개시 시점에 도달되어 있어야 하는 실내 공기의 상태에 관한 정보를 설정값으로 입력할 수 있다. 즉 실내 공기질 설정값은 근무자가 최적의 상태에서 근무를 개시할 수 있는 실내의 공기 상태를 말할 수 있다.
또한, 공기청정 유닛의 청정 능력을 입력할 수 있다. 공기청정 유닛이 다수의 공기청정기로 이루어진 경우에는 각 공기청정기 당 단위시간 당 청정 능력과 공기청정기의 개수를 입력함으로써 공기청정 유닛의 전체 청정 능력을 입력할 수 있다.
또한, 실내 공간의 체적도 입력할 수 있다. 실내 공간은 공기청정의 대상이 되는 실내 공간일 수 있다. 따라서 공기청정의 대상이 되지 않는 특정 구조물이 실내에 존재하는 경우에는 이 구조물이 차지하는 공간을 제외한 공간의 체적을 입력할 수 있다.
또한, 환기 유닛의 환기 용량을 입력할 수 있다. 환기구와 배기구의 크기나 배기 팬이나 환기 팬의 성능을 고려하여 단위시간 당 배기 용량과 흡기 용량을 정할 수 있다. 예를 들어, 배기 구조와 흡기 구조가 동일하고 단순히 방향만 서로 반대로 구성하는 경우 배기 용량과 흡기 용량은 동일할 수 있으며, 이 경우에는 배기 용량 또는 흡기 용량을 환기 용량으로 입력할 수 있다. 만약, 배기 구조와 흡기 구조를 다르게 구성하고 배기 팬과 흡기 팬의 성능도 상이하여 배기 용량과 흡기 용량이 다른 경우에는 이중 작은 것을 환기 용량으로 정할 수 있다.
이렇게 입력된 자료를 바탕으로 하여, 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기를 원하는 수준(설정값)에 도달하는데 걸리는 시간을 계산할 수 있다. 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 시간을 예비가동시간이라 할 수 있다. 실내 공간의 사용개시 시점 이전에 미리 예비적으로 환기 유닛이나 공기청정 유닛을 동작시켜야 하기 때문이다.
예를 들어, 실내 공기질의 측정값과 설정값 사이의 차이를 산정한 후, 상기 입력된 공기청정 유닛의 공기정화 성능, 환기 유닛의 환기 용량, 환기 또는 정화의 대상이 되는 실내의 체적 등의 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 실내 공기질 측정값과 설정값 사이의 차이를 없애는데 걸리는 시간(예비가동시간)을 산정할 수 있다.
예를 들어, 미세먼지의 경우 공기청정 유닛을 일정시간(Δt 초) 동안 가동한 후 미세먼지의 평균 농도는 다음과 같이 계산할 수 있다.
(미세먼지 평균 농도)(t+Δt) = (보정상수) × [(미세먼지 평균농도)(t) × (실내 전체 체적) - (해당 미세먼지에 대한 공기청정기 Δt 초 당 풍량) × (필터 효율 혹은 미세먼지 저감 효율) × (미세먼지 평균 농도)] / (실내 전체 체적)
여기서, (미세먼지 평균 농도)(t)는 t 시점에서의 미세먼지 평균 농도이고, (미세먼지 평균 농도)(t+Δt)는 t+Δt 시점에서의 미세먼지 평균 농도를 나타낸다.
실내의 체적 변화 혹은 공기청정기 운용 상황 변경에 의하여 추정되는 예비가동시간이 실제 운용한 결과와 상이하여 오차가 발생할 수 있는데 이를 보정하기 위하여 보정상수를 도입하였다. 이와 같은 추정 시간의 오차는 제어 유닛이 자동으로 상기 식의 보정상수를 수정하여 최소화할 수 있으며, 실행 횟수가 증가함에 따라 보정 값은 더욱 정확한 상수로 수렴될 수 있다.
미세먼지 설정값과 측정값 차를, 위에서 계산된 단위 시간(1초) 당 미세먼지의 평균 농도 저감량으로 나누면 미리 설정해 놓은 미세먼지의 평균 농도에 도달하기까지 걸리는 시간(예비가동시간)을 계산할 수 있다.
또한, 제어 유닛에는 사용개시 시점을 입력할 수 있다. 사용개시 시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛이 동작시켜 실내 공간의 사용예상시점에 실내 공기질이 설정값에 도달되도록 할 수 있다.
본 측면은 저장 유닛을 더 포함할 수 있다. 저장 유닛은 제어 유닛에 연결되어 공기질측정 유닛에서 실시간으로 측정되어 제공된 공기질 관련 정보와, 제어 유닛에서 수행되는 일련의 연산 과정 및 결과와, 제어 유닛에서 공기청정 유닛 및/또는 환기 유닛을 제어하는 제어 정보를 저장할 수 있다. 제어 유닛에서 이루어지는 모든 정보를 저장 유닛에 저장함으로써 이러한 자료를 이용하여 기술 개발이나 서비스 향상 등에 활용할 수 있다.
본 측면은 사용자 인터페이스 유닛을 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 유닛은 제어 유닛에 연결되어 제어에 필요한 정보를 제어 유닛에 입력할 수 있다. 사용자 인터페이스 유닛에는 현재의 시스템 상황이 일목요연하게 표시되어 전체 시스템 상황을 한눈에 파악할 수 있다. 위에서 설명한 것처럼, 제어에 필요한 정보는 공기청정 유닛의 공기정화 능력, 실내 공간의 체적 및 실내 공간의 사용시점에 도달되어야 할 실내 공기질의 설정값을 포함할 수 있다.
본 측면은 제어 유닛에 통신망을 통하여 연결된 원격제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 원격제어 유닛을 통하여 공기청정 유닛 및 환기 유닛을 제어할 수 있으며, 또한 원격제어 유닛을 통하여 실내 공기질 설정값을 포함하는 정보 등을 입력할 수 있다. 즉 제어 유닛에 입력할 수 있는 정보를 원격제어 유닛을 통하여도 입력할 수 있고, 공기청정 유닛 및 환기 유닛을 제어할 수 있다. 이러한 원격제어 유닛은 외부 서버, 개인용 컴퓨터 및 스마트 폰 중 1 이상을 포함할 수 있다. 외부 서버, 개인용 컴퓨터, 스마트 폰 등을 통하여 원격제어가 가능하다. 특히 스마트 폰을 사용하는 경우에는 간편하게 이동하면서 공기청정시스템을 제어 및 관리할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 측면은, 앞 측면의 공기청정시스템을 운용하는 방법으로서 (a) 실내 및 실외에서 공기질을 측정하는 단계, (b) 실내 공기질의 측정값과 실내 공기질의 설정값에 기초하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정하는 단계 및 (c) 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 가동하는 단계를 포함하는 사용상황 적응형 공기청정시스템의 운용방법일 수 있다.
먼저, 실내 및 실외에서 공기질을 실시간으로 측정할 수 있다(a).
실내 공기질은 실내 공기질 측정 유닛에 의하여 측정할 수 있고, 실외 공기질은 실외 공기질 측정 유닛에 의하여 측정할 수 있다. 실시간으로 측정된 데이터는 제어 유닛으로 전송될 수 있다. 이러한 공기질을 감지 및 측정할 수 있는 공기질 측정 유닛에는 공기의 온도를 측정하는 온도 센서, 공기의 습도를 측정하는 습도 센서 및 미세먼지, 초미세먼지, 이산화탄소 및 라돈으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 농도를 측정을 할 수 있는 농도 센서가 포함될 수 있다.
하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 공기질 측정 유닛은 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 오존, 포름알데히드, 톨루엔, 벤젠, 아세톤 등의 휘발성 유기화합물(VOC), 석면에서 발생되는 이산화질소 등의 오염물질이나, 분진, 담배연기, 냄새와 대장균 등의 미생물 물질과, 기타 악취, 방사선 등의 오염물질을 감지하고 그 농도를 측정할 수 있는 센서를 구비할 수 있다.
실시간으로 측정된 데이터를 이용함으로써 제어 유닛에서는 실시간 연산을 수행할 수 있어 현재에 가장 근접한 상태에서의 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 이를 환기 유닛과 공기청정 유닛을 제어하는데 활용할 수 있다.
측정 대상이 되는 공기질은 공기의 온도 및 습도, 미세먼지 및 초미세먼지의 농도 및 유해가스의 농도로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 여기서 유해가스는 이산화탄소 및/또는 라돈을 포함할 수 있다.
상기 오염물질 이외에, 공기질 측정 유닛은 실내외 공기의 온도와 습도도 측정하고 이를 제어함으로써 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있다. 실내의 온도와 습도 조절은 습도 조절기(가습기 등), 온도 조절기(냉방기 등) 등을 통하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 실내 공기질의 측정값과 실내 공기질의 설정값에 기초하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정할 수 있다(b).
제어 유닛은 공기질 측정 유닛에서 측정된 실내외 공기질에 관한 측정값을 기초로 하여 실내외 공기질의 차이를 산정할 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어 실내 공기와 실외 공기의 온도 차이, 습도 차이, 미세먼지 농도의 차이, 초미세먼지 농도의 차이, 라돈 농도의 차이, 이산화탄소 농도의 차이 등의 산정할 수 있다. 이러한 정보를 기초로 하여 실내 공기질과 실외 공기질 중 어느 쪽이 좋은지 판단할 수 있다. 만약 실외 공기질이 더 좋은 경우에는 추후 환기를 통하여 실외 공기를 실내로 흡입하여 실내 공기질을 개선하는데 활용할 수도 있다.
제어 유닛에는 실내 공기질 설정값을 입력할 수 있다. 근무 개시 시점에 필요한 공기질에 대한 정보를 설정값으로 입력할 수 있다. 즉 근무 개시 시점에 도달되어 있어야 하는 실내 공기의 상태에 관한 정보를 설정값으로 입력할 수 있다. 즉 근무자가 최적의 상태에서 근무를 개시할 수 있는 실내의 공기 상태를 말할 수 있다.
또한, 제어 유닛에는 공기청정 유닛의 청정 능력을 입력할 수 있다. 공기청정 유닛이 다수의 공기청정기로 이루어진 경우에는 각 공기청정기 당 단위시간 당 청정 능력과 공기청정기의 개수를 입력함으로써 공기청정 유닛의 전체 청정 능력을 입력할 수 있다.
또한, 제어 유닛에는 실내 공간의 체적도 입력할 수 있다. 실내 공간은 공기청정의 대상이 되는 실내 공간일 수 있다. 따라서 공기청정의 대상이 되지 않는 특정 구조물이 실내에 존재하는 경우에는 이 구조물이 차지하는 공간을 제외한 공간의 체적을 입력할 수 있다.
또한, 제어 유닛에는 환기 유닛의 환기 용량을 입력할 수 있다. 환기구와 배기구의 크기나 배기 팬이나 환기 팬의 성능을 고려하여 단위시간 당 배기 용량과 흡기 용량을 정할 수 있다. 예를 들어, 배기 구조와 흡기 구조가 동일하고 단순히 방향만 서로 반대로 구성하는 경우 배기 용량과 흡기 용량은 동일할 수 있으며, 이 경우에는 배기 용량 또는 흡기 용량을 환기 용량으로 입력할 수 있다. 만약, 배기 구조와 흡기 구조를 다르게 구성하고 배기 팬과 흡기 팬의 성능도 상이하여 배기 용량과 흡기 용량이 다른 경우에는 이중 작은 것을 환기 용량으로 정할 수 있다.
이렇게 입력된 자료를 바탕으로 하여, 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기를 원하는 수준(설정값)에 도달하는데 걸리는 시간을 계산할 수 있다. 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 시간을 예비가동시간이라 할 수 있다. 실내 공간의 사용개시 시점 이전에 미리 예비적으로 환기 유닛이나 공기청정 유닛을 동작시켜야 하기 때문이다.
예를 들어, 실내 공기질의 측정값과 설정값 사이의 차이를 산정한 후, 상기 입력된 공기청정 유닛의 공기정화 성능, 환기 유닛의 환기 용량, 환기 또는 정화의 대상이 되는 실내의 체적 등의 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 실내 공기질 측정값과 설정값 사이의 차이를 없애는데 걸리는 시간(예비가동시간)을 산정할 수 있다.
또한, 제어 유닛에는 사용개시 시점을 입력할 수 있다. 사용개시 시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛이 동작시켜 실내 공간의 사용예상시점에 실내 공기질이 설정값에 도달되도록 할 수 있다.
다음으로, 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 가동할 수 있다(c).
공기청정 유닛은 실내의 공기를 정화시키는 기능을 수행할 수 있다. 공기청정 유닛은 일반적으로 공지된 공기청정기를 사용할 수 있다. 공기청정 유닛은, 예를 들어 실내 공기를 순환시키면서 활성탄 등의 필터를 이용하여 미세먼지나 유해물질 등을 흡착함으로써 공기를 정화시킬 수 있다.
환기 유닛은 실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 기능을 수행할 수 있다. 환기 유닛은 실내의 공기를 실외로 이동시키는 배기 유닛 및 실외의 공기를 실내로 이동시키는 흡기 유닛을 포함할 수 있다. 흡기 유닛은 실외 공기를 실내로 강제적으로 이동시키는 흡기 팬을 가질 수 있고, 배기 유닛은 실내의 공기를 실외로 강제적으로 이동시킬 수 있는 배기 팬을 구비할 수 있다. 흡기구와 배기구의 크기나, 흡기 팬과 배기 팬의 성능에 따라 환기 용량이 결정될 수 있다. 환기 용량은 단위시간 동안 공기 유량 등으로 표기될 수 있다. 이외에도 흡기구와 배기구를 막아 실내 공기와 실외 공기의 접촉을 차단할 수도 있다.
환기 유닛의 배기 유닛과 흡기 유닛을 동시에 동작시킴으로써 실내 공기를 실외로 내보내는 동시에 실외 공기를 실내로 들여보낼 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 배기 유닛만을 동작시켜 실내 공기를 실외로 내보내기만 할 수 있으며, 흡기 유닛만을 동작시켜 실외 공기를 실내로 들여보내기만 할 수도 있다. 흡기 유닛만을 동작시키는 경우, 실내의 압력을 높여 오염물질의 농도를 낮출 수 있고 실내의 압력이 높기 때문에 틈새로 들어올 수도 있는 오염물질의 실내 유입을 막을 수도 있다.
특히 실내 공기 중에 존재하는 라돈 또는 이산화탄소 등은 필터 등의 통상적인 수단으로 포집하거나 없애기 어려운데 이러한 유해가스의 경우에는 이를 실외로 내보내고 실외 공기를 받아들임으로써 실내 공기의 상태를 개선할 수도 있다.
실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우에는 환기 유닛을 작동시켜 환기를 먼저 수행하고 난 후에 공기청정 유닛을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행하고, 실외 공기질이 실내 공기질보다 나쁜 경우에는 환기를 하지 않고 공기청정 유닛만을 작동시켜 실내 공기의 공기청정을 수행할 수 있다.
또한, 실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우 환기를 통하여 실내 공기질이 개선되는 비율과 공기청정을 통하여 실내 공기질이 향상되는 비율을 고려하여 환기 유닛과 공기청정 유닛을 동시에 작동시켜 실내 공기의 환기와 공기청정을 동시에 수행할 수 있다.
실외 공기질 측정값이 실내 공기질 측정값 및 실내 공기질 설정값보다 좋은 경우에는 환기 유닛만을 작동시켜(흡기 유닛 및 배기 유닛을 동시에 동작) 사용개시시점에 실내 공기질을 설정값에 도달하도록 할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
Claims (17)
- 실내 또는 실외의 공기질을 실시간으로 측정하는 공기질 측정 유닛;
실내의 공기를 정화시키는 공기청정 유닛;
실내의 공기를 실외로 이동시키고 실외의 공기를 실내로 이동시켜 실내의 공기를 환기하는 환기 유닛; 및
상기 공기질 측정 유닛으로부터 획득한 정보를 기초로 하여 연산을 수행하여 환기 유닛 및/또는 공기청정 유닛을 동작을 제어하는 제어 유닛을 포함하되,
상기 제어 유닛은,
상기 공기질 측정 유닛에서 측정된 실내외 공기질에 관한 측정값을 기초로 하여 실내외 공기질의 차이를 산정하고, 환기 및/또는 공기정화를 통하여 실내 공기질이 설정값에 도달하는데 걸리는 예비가동시간을 산정하고, 실내 공간의 사용예상시점에 상기 실내 공기질이 상기 설정값에 도달하도록 실내 공간의 사용예상시점을 기준으로 상기 예비가동시간만큼 전의 시점에 미리 상기 환기 유닛 및/또는 상기 공기청정 유닛이 동작되도록 제어하고,
상기 공기질은 공기의 온도 및 미세먼지의 농도로 이루어진 그룹, 공기의 습도 및 미세먼지의 농도로 이루어진 그룹, 초미세먼지의 농도 및 미세먼지의 농도로 이루어진 그룹, 유해가스의 농도 및 미세먼지의 농도로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 그룹을 포함하고,
상기 유해가스는 이산화탄소 및/또는 라돈을 포함하고,
상기 공기질 측정 유닛은
공기의 온도를 측정하는 온도 센서; 공기의 습도를 측정하는 습도 센서; 및
미세먼지, 초미세먼지, 이산화탄소 및 라돈으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 농도를 측정을 할 수 있는 농도 센서를 포함하고,
상기 환기 유닛은
실내의 공기를 실외로 이동시키는 배기 유닛; 및 실외의 공기를 실내로 이동시키는 흡기 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛에 연결되어, 상기 공기질측정 유닛에서 실시간으로 측정되어 제공된 공기질 관련 정보와, 상기 제어 유닛에서 수행되는 일련의 연산 과정 및 결과와, 상기 제어 유닛에서 상기 공기청정 유닛 및/또는 상기 환기 유닛을 제어하는 제어 정보를 저장하는 저장 유닛을 더 포함하고,
상기 제어 유닛에 연결되어 현재의 시스템 상황을 표시하고, 제어에 필요한 정보를 상기 제어 유닛에 입력할 수 있는 사용자 인터페이스 유닛을 더 포함하고,
상기 제어에 필요한 정보는 공기청정 유닛의 공기정화 능력, 실내 공간의 체적 및 실내 공간의 사용시점에 도달되어야 할 실내 공기질의 설정값을 포함하고,
상기 제어 유닛에 통신망을 통하여 연결되어, 상기 공기청정 유닛 및 상기 환기 유닛을 제어하거나 실내 공기질 설정값을 포함하는 정보를 입력할 수 있는 원격제어 유닛을 더 포함하고,
실외 공기질이 실내 공기질보다 좋은 경우 환기를 통하여 실내 공기질이 개선되는 비율과 공기청정을 통하여 실내 공기질이 향상되는 비율을 고려하여 상기 환기 유닛과 상기 공기청정 유닛을 동시에 작동시켜 실내 공기의 환기와 공기청정을 동시에 수행할 수 있도록 하고,
상기 예비가동시간은
미세먼지 설정값과 측정값 차를, 아래에서 계산된 단위 시간(1초) 당 미세먼지의 평균 농도 저감량으로 나누어서 계산하는 것
"(미세먼지 평균 농도)(t+Δt) = (보정상수) × [(미세먼지 평균농도)(t) × (실내 전체 체적) - (해당 미세먼지에 대한 공기청정기 Δt 초 당 풍량) × (필터 효율 혹은 미세먼지 저감 효율) × (미세먼지 평균 농도)] / (실내 전체 체적)
여기서, (미세먼지 평균 농도)(t)는 t 시점에서의 미세먼지 평균 농도이고, (미세먼지 평균 농도)(t+Δt)는 t+Δt 시점에서의 미세먼지 평균 농도를 나타낸다"
을 특징으로 하는 사용상황 적응형 공기청정시스템.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |