KR20110116690A - 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물 내 설비별 운전정보와 건물 내외의 각종 실시간 환경정보를 계측하여 수집, 정리하고, 건물내 각 실에 대한 재실자의 환경 요구 수준을 예측하여 재실자의 요구 수준에 맞는 공조설비의 최적 운전을 수행할 수 있는, 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 건물의 각 재실자가 거주하는 구분공간, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내 덕트들을 가진 급기덕트; 상기 구분공간 안에서 상기 급기덕트와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들을 가진 환기덕트; 상기 급기덕트의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 공기를 상기 급기덕트의 실내측으로 보내는 송풍기를 갖는 공기조화부; 상기 급기덕트의 급기안내덕트상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼, 상기 댐퍼를 구동하는 댐퍼액츄에이터, 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기를 구비하는 구역별 변풍량제어부; 상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도 및 습도를 측정하여 상기 변풍량조절기로 전송하는 모니터링 유닛; 상기 급기덕트 및 환기덕트상에 설치된 모니터링 유닛으로부터 온도 및 습도 데이터를 전송받고 상기 급기덕트 및 환기덕트의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기; 및 쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기 및 상기 변풍량조절기와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙제어부; 각 구분공간 안에 설치되는 재실자 사용 PC; 상기 재실자 사용 PC와 네트워크를 이루는 공조 만족도 조사 서버; 중앙제어부와 연결되되 공조 만족도 조사 서버의 프로토콜을 빌딩제어 시스템의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환 모듈과; 온도 및 습도장보, 공조만족도 정보를 저장할 수 있도록 하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

Description

사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법{The intelligent style building control system for the most management and an energy curtailment of business building equipment and control method}
본 발명은 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 건물내 각 실에 대한 재실자의 환경 요구 수준을 반영하고 학습을 통하여 재실자의 요구 수준에 맞는 공조설비의 최적 운전을 수행할 수 있는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
공기조화(Air Conditioning)란 공기의 온도, 습도, 기류 및 청정(淸淨)등을 조절하여 실내의 사용목적에 적합한 상태로 유지시키는 것을 말한다. 현대사회에서는 도심지의 각종 업무용 빌딩, 공공기관의 건물 및 아파트, 콘도미니엄 같은 집합건물의 한정된 공간 안에 다중(多衆)이 밀집하여 생활하는 것이 일반화되어 있으며, 이들 장소에서의 재실자의 건강유지 및 업무효율 증진을 위하여는 실내공기의 온습도 및 청정을 항상 적절한 상태로 유지할 것이 요구된다.
건물의 공기조화 방식은 기계실내에 공조기를 설치하고 이 공조기에 의해 조화된 공기를 덕트를 통해 각 실로 공급하는 것을 기본으로 하는데, 공기의 분배방식을 기준으로 중앙방식과 개별방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 중앙방식은 중앙기계실에 설치된 열원설비로부터 열매체를 생산하여 2차측에 설치한 공기조화기에 공급하고 이에 의해 조화된 공기를 각 실이나 존에 공급한다. 중앙 공조방식은 그 사용되는 열매체의 종류에 따라 전공기 방식(all air system), 수-공기 방식(air-water system) 및 전 수방식(all water system)으로 구분할 수 있다.
종래 사용된 건물의 중앙 공조방식은 각 실에 공급되는 공기의 온도 또는 풍량 중 어느 것을 변화시켜 실내의 부하변동에 맞출 것인가에 따라 정풍량 방식과 가변풍량 방식으로 나눌 수 있다. 이 중 정풍량 방식은 풍량을 일정하게 유지하면서 송풍온도를 변화시켜 실내의 부하변동에 대처하는 방식이며, 가변풍량 방식(VAV: Variable Air Volume System)은 송풍온도를 일정하게 유지하고 부하변동에 따라서 송풍량을 변화시킴으로써 실내온도를 제어하는 방식이다. 실내의 부하변동의폭이 적은 곳에서는 급기온도를 일정하게 유지하는 가변풍량 방식이 주로 채용되며, 부하변동의 폭이 큰 곳에서는 급기온도를 가변하는 정풍량 방식이 주로 채용된다.
상기한 종래의 빌딩 자동제어시스템은 실내의 온도 습도 풍속 등 물리적인 상태를 기준으로 제어를 행하게 됨으로써 재실자의 요구를 넘는 제어를 하게되어 에너지를 낭비하게 된다. 예를 들면 똑같은 실내의 온도 습도 풍속 등 물리적인 상태에 대하여 인간은 그날의 착의 상태, 사무실의 타 재실자와의 공간의 공유상태, 심지어는 공휴일을 포함하는 요일에 따라 그 쾌적감이 다르게 되나 종래의 공조시스템은 이러한 요인에 불구하고 동일한 공조를 행하게 됨으로써 에너지를 낭비하게 된다.
한편 종래의 공조시스템은 온도, 습도, 압력, 풍속, 등을 계측하기 위한 각종 센서와 댐퍼조작기, 밸브조작기 등의 각종 조작기(Actuator) 및 댐퍼, 밸브 등으로 구성되고 이들을 제어하기 위하여 건물자동화에 관한 통신방식의 국제적인 표준이며 우리나라의 케이에스 표준규격(KSC6909)인 백넷(BACnet: Building Automation & Control Network)을 통신 프로토콜로 채택하여 자동제어시스템을 구성하는 모든 제어기 및 현장기기들과 네크워크를 구성하고 있고, 재실자의 PC는 TCP/IP통신 프로토콜을 이용하여 인터넷으로 연결되어 있어 재실자가 느끼는 쾌적감에 따른 제어가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 건물 내 설비별 운전정보와 건물 내외의 각종 실시간 환경정보를 계측하여 수집, 정리하고, 건물내 각 실에 대한 재실자는 인터넷과 연결된 서버를 통하여 온도 및 습도, 풍량의 제어를 재실자의 PC를 통하여 제어할 수 있도록 하고, 이러한 요구사항들은 학습하여 재실자의 쾌적함을 예측함으로써 재실자의 요구 수준에 맞는 공조설비의 최적 운전을 수행할 수 있는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 건물의 각 재실자가 거주하는 구분공간, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내 덕트들을 가진 급기덕트; 상기 구분공간 안에서 상기 급기덕트와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들을 가진 환기덕트; 상기 급기덕트의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 공기를 상기 급기덕트의 실내측으로 보내는 송풍기를 갖는 공기조화부; 상기 급기덕트의 급기안내덕트상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼, 상기 댐퍼를 구동하는 댐퍼액츄에이터, 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기를 구비하는 구역별 변풍량제어부; 상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도 및 습도를 측정하여 상기 변풍량조절기로 전송하는 모니터링 유닛; 상기 급기덕트 및 환기덕트상에 설치된 모니터링 유닛으로부터 온도 및 습도 데이터를 전송받고 상기 급기덕트 및 환기덕트의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기; 및 쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기 및 상기 변풍량조절기와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙제어부; 각 구분공간 안에 설치되는 재실자 사용 PC; 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절 프로그램; 상기 재실자 사용 PC와 네트워크를 이루어 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절 프로그램에서 선택된 조절 정보를 바탕으로 빌딩제어 시스템에 해당구역의 공조 제어명령을 산출하는 공조제어 명령 서버; 중앙제어부와 연결되되 공조 만족도 조사 서버의 프로토콜을 빌딩제어 시스템의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환 모듈과; 온도 및 습도정보, 공조 제어명령 정보를 저장할 수 있도록 하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 공조제어 명령 서버는 재실자 PC에 있는 온습도조절 프로그램으르 사용하여 재실자가 조절한 온도 및 습도, 풍량정보를 입력받은 후 그에 따라 해당 재실자가 속하는 실내의 공조상태를 설정하고 이를 학습하도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 모니터링 유닛이 건물 외부 및 내부의 온도, 습도를 일정시간 간격으로 측정하는 단계(S1); 상기 일정시간 간격으로 측정된 온도, 습도값의 평균값을 계산하는 단계(S2); 계산된 평균값을 데이터베이스로 전송하여 저장하는 단계(S3); 평균값을 구한 후 평균값을 구한 시점 이전의 데이터를 삭제하는 단계(S4); 공조제어 명령 서버가 인터넷 연결부와 연결된 재실자 사용 PC의 온습도 조절 프로그램으로부터 입력되는 온도 및 습도, 풍량조절 정보를 전송받는 단계(S5); 전송받은 사용자의 온도 및 습도, 풍량 값에 대한 총합을 연산하는 단계(S6); 평균값 및 선택값의 총합을 구한 시점 이후부터 S2단계부터 S6단계까지 반복하는 단계(S7); 상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자가 선택한 제어값에 대한 총합 데이터를 사용하여 각 상황에 맞는 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8); 상기 학습 데이터를 사용하여 공조 제어 장치가 공조 시스템을 제어하는 단계(S9); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자의 선택값에 대한 평균값 데이터를 사용하여 각 상황에 맞는 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8)는 사용자가 선택한 온도, 습도, 풍량 조절 값에 따라 온도 및 습도를 조절하는 단계(S81); 사용자의 선택값에 대한 외부 온도 및 습도, 빌딩 내부 온도 및 습도값을 기억하는 단계(S82); 데이터값이 같은 경우 S82단계와 다른 값이 나왔을 경우 그 데이터값을 기억하고, 그 이전에 기억한 데이터값을 삭제하도록 하는 단계(S83);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주변 환경의 조건과 관계 없이 일정한 설정값에 맞도록 실온을 제어하는 기존의 공조 시스템 제어와는 달리 주변의 환경 및 사용자가 직접 조절한 온도, 습도, 풍량정보에 따라 온도 및 습도, 풍량을 조절함으로써 단순히 온도 및 습도의 문제가 아닌 쾌적성의 관점에서 공조 시스템을 제어할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 사용자가 직접 조절한 조절정보와 그에 따른 온도 및 습도, 풍량 데이터를 학습하여 동작함으로써 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공조 시스템의 제어를 위하여 데이터를 측정하고 습득함에 있어서, 평균값을 사용하여 평균값이 구해진 후 평균값을 구하기 위해 사용되었던 데이터들을 삭제함으로써 데이터베이스의 용량을 줄일 수 있으며 처리속도를 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인터넷을 통하여 사용자의 PC와 연결되어 있으며, 웹을 사용하여 프로그램에 로그인할 수 있도록 함으로써 관리자가 인터넷이 연결되어 있는 곳이라면 공조 시스템의 제어 및 관리를 원격으로 할 수 있다는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩 제어 시스템의 공조시스템의 개략적 구성도,
도 2 은 본 발명인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템과 주변 외부장치들간의 연결상태도,
도 3 는 변풍량조절기의 내부구성 블록도,
도 4 은 본 발명의 일 실시예인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템의 제어방법 동작 순서를 나타낸 플로우챠트.
도 5 는 본 발명에서 재실자 PC에서 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있도록 프로그램 되어있는 온도조절 프로그램의 실시화면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩 제어 시스템의 공조시스템의 개략적 구성도, 도 2 은 본 발명인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템과 주변 외부장치들간의 연결상태도, 도 3 는 변풍량조절기의 내부구성 블록도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 장치는 건물의 각 재실자가 거주하는 구분공간, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내 덕트들(35)을 가진 급기덕트(30); 상기 구분공간 안에서 상기 급기덕트(30)와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들(45)을 가진 환기덕트(40); 상기 급기덕트(30)의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기(11) 및 상기 열교환기(11)를 통과한 공기를 상기 급기덕트(30)의 실내측으로 보내는 송풍기(18)를 갖는 공기조화부(10); 상기 급기덕트(30)의 급기안내덕트(35)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼(510)를 구동하는 댐퍼액츄에이터(530), 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터(530)의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기(500)를 구비하는 구역별 변풍량제어부; 상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도 및 습도를 측정하여 상기 변풍량조절기(500)로 전송하는 모니터링 유닛(520); 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)상에 설치된 온도감지기 및 압력감지기로부터 온도 및 압력 데이터를 전송받고 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기(61); 및 쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기(61) 및 상기 변풍량조절기(500)와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기(61)에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기(61)에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기(500)의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙제어부(60); 각 구분공간 안에 설치되는 재실자 사용 PC(70); 재실자 사용 PC(70)에 설치되어 운영되는 온습도조절기 버튼; 상기 재실자 사용 PC(70)와 네트워크를 이루어 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절기 버튼에서 선택된 정보를 바탕으로 빌딩제어 시스템에 해당구역의 공조 제어명령을 산출하는 공조제어 명령 서버(80); 중앙제어부(60)와 연결되되 공조제어 명령 서버(80)의 프로토콜을 빌딩제어 시스템의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환 모듈(90); 온도 및 습도장보, 공조만족도 정보를 저장할 수 있도록 하는 데이터베이스(100)를 포함한다.
한편, 건물의 각 실별 공급풍량을 조절하는 구역별 변풍량제어부는 급기덕트(30)의 급기안내덕트(35)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼를 구동하는 댐퍼 액츄에이터(530), 및 건물의 각 실안에 설치되고 상기 댐퍼 액츄에이터(530)의 구동을 제어함으로써 각 실로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기(V-ZCU: Variable Air Volume을 위한 Zone Control Unit; 500)로 구성되어 있다.
우선, 변풍량조절기(500)는 건물의 각 실의 벽에 재실자가 접근하여 조작하기 쉬운 높이(대략 지상으로부터 1m 20cm 정도)로 설치되며, 댐퍼액츄에이터(530)는 댐퍼(510)와 인접하여 설치되고, 풍량센서(540)는 상기 댐퍼(510)의 직전에 따로 설치된다.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 변풍량조절기(500)는 키입력부(502)를 통해 설정온도 및 설정풍량을 입력시킬 수 있으며, 이렇게 입력된 설정온도와 설정풍량은 메모리(509)에 저장된다. 변풍량조절기(500)는 각 실의 적당한 위치에 설치된 모니터링 유닛(520)과 연결되어 그들로부터 전송된 현재의 실내온도 및 풍량을 메모리(509)에 저장된 설정온도 및 설정풍량과 비교하고 필요한 연산과정을 수행함으로써 댐퍼 액츄에이터(530)에 제어신호를 출력한다.
도 1 에서 보면 변풍량조절기(500)가 직접 디지털 제어기(61)와 연결되는 것이 아니라 별도의 통신라인(700)에 의해 중앙제어부(60)와 직접적으로 연결된다.
발명의 변풍량조절기(500)는 종래의 변풍량유닛 안에 내장되어 있던 제어부(Contorller)의 기능을 포함하면서 거기에다 추가적으로 직접 디지털 제어기(61)와 같은 정도의 연산기능과 통신기능을 더 갖춘 것으로서 직접 디지털 제어기(61)의 간여없이 직접적으로 중앙제어부(60)와 통신하면서 설정온도, 설정풍량, 현재 온도, 현재 풍량, 댐퍼의 개도(開度)등과 같은 모든 정보를 공유한다.
한편, 재실자 사용 PC(70)는 재실자가 사무실 내 공간에서 사용하는 컴퓨터를 말하는 것으로, 인터넷을 통하여 연결되어 있으며 PC내부에 설치되어 있는 온도조절 프로그램을 통하여 온도, 습도, 풍량의 조절정보를 공조제어 명령 서버(80)로 전송함으로써 재실자가 만족하는 실내환경을 만들 수 있도록 하는 것이다.
공조제어 명령 서버(80)는 상기 재실자 사용 PC(70)와 네트워크를 이루며 인터넷을 통하여 재실자 사용 PC(70)의 온도조절 프로그램으로부터 온도, 습도, 풍량조절정보를 전송받는다. 상기 질문을 전송함으로써 사용자가 빌딩 내에서 느끼는 쾌적함의 정도에 따라 온도조절 프로그램을 통하여 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있도록 하고, 입력된 선택정보를 데이터베이스(100)로 전송할 수 있도록 한다. 온도조절 프로그램은 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있도록 모니터에 조절 바가 나타나고, 사용자는 자신이 원하는 대로 조절 바를 조절하여 온도, 습도, 풍량을 조절하고, 상기 조절정보는 데이터베이스(100)로 전송하도록 하는 것이다. 이는 일반적인 같은 온도와 습도의 환경에서도 사용자의 착의량이나 활동량, 외부의 온도 및 습도에 따라 사용자가 느끼는 쾌적함의 정도가 각기 다르기 때문에 개인적으로 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.
한편, 데이터베이스(100)로 전송된 데이터를 사용하여 공조제어 명령 서버(80)는 학습을 할 수 있으며, 추후 같은 상황이 생기는 경우 공조제어 명령 서버(80)에 사용자의 조절정보가 입력되지 않더라도 자동으로 제어할 수 있도록 함으로써 공조 시스템 제어시간을 절약할 수 있기 때문에 공조 시스템을 가동하는 에너지를 절약할 수 있다.
프로토콜 변환 모듈(90)은 공조제어 명령 서버(80)를 중앙제어부(60)와 연결하여 공조 만족도에 따라 공조 시스템을 제어할 수 있도록 하는 것으로, 공조제어 명령 서버(80)는 TCP/IP를 기반으로 하는 인터넷과 연결되어 있으며, 중앙제어부(60)와 공조 시스템은 표준규격(KSC6909)인 백넷(BACnet: Building Automation & Control Network)을 통신 프로토콜로 채택하여 자동제어시스템을 구성하는 모든 제어기 및 현장기기들과 네크워크를 구성하고 있기 때문에 그 제어 프로토콜이 다른 것을 서로 연결해주기 위함이다. 즉, 서로 연결 프로토콜이 다른 인터넷 기반의 재실자 사용 PC(70) 및 공조제어 명령 서버(80)를 통하여 중앙제어부(60)를 제어하여 공조 시스템을 제어할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 구성에 의해서 일률적인 온도 및 습도의 조절과는 달리 사용자가 자신의 PC를 사용하여 온도 및 습도를 변화시킬 수 있도록 함으로써 재실자의 만족도를 높일 수 있도록 하고, 재실자가 가장 많이 선택하는 정보를 저장하여 학습함으로써 추후 자동 제어에 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 절약도 할 수 있다.
도 3 을 참고하면, 본 발명의 변풍량조절기(500)는 교류 또는 직류전원을 입력받아 소정의 직류전원으로 변환하는 전원부(501), 온도설정 및 표시상태 변경 등의 명령을 입력할 수 있는 키입력부(502), 실내의 현재온도를 측정하여 전기신호로 출력하는 내장형 실내온도 감지부(504a), 상기 내장형 실내온도감지부(504a) 및 모니터링 유닛(520)이 병렬적으로 연결되고 이중 하나의 신호만을 선택적으로 입력받으며 상기 풍량센서(540)로부터 현재의 풍량값을 입력받는 온도 및 풍량 입력부(504), 상기 키입력부(502)로부터 전달받은 설정온도값과 상기 온도 및 풍량입력부(504)로부터 전달받은 현재의 실내온도 및 풍량을 비교연산하여 상기 댐퍼액츄에이터(530)에 댐퍼구동신호를 출력하는 중앙처리부(508), 상기 중앙처리부(508)에서 참조하는 설정온도값, 설정풍량값 및 기타 필요한 정보를 저장하는 메모리(509), 현재온도, 설정온도 및 작동상태를 표시하는 표시부(505), 휴대용 작업 터미널 및 랩탑 컴퓨터 등의 휴대용 외부 입력장치(Portable Operation Terminal; 506)와 접속되어 입출력을 처리할 수 있는 외부터미널 신호 입력부(506), 및 상기 변풍량조절기(500)의 고유번호 또는 주소(Address)를 설정하는 딥스위치(Dip Switch) 입력부(507)로 구성되어 있다. 이때, 상기 표시부(505)는 FND표시부(505a)와 LED표시부(505b)로 구성되는데, FND표시부(505a)는 온도, 풍량 등의 숫자와 간단한 메시지를 표시하며, LED표시부(505b)는 파워 온/오프, 이상경보 등을 표시한다.
한편, 상기 온도 및 풍량 입력부(504)에 병렬적으로 연결된 두 개의 실내온도 감지부 중 내장형 실내온도 감지부(504a)는 더미스터(Thermistor)로 구성되어 변풍량조절기(500)내에 설치되며, 모니터링 유닛(520)은 백금 측온 저항제(PT1000)를 이용하여 구성되고 실내 벽체의 적정한 위치에 설치된다. 상기 온도 및 풍량 입력부(504)는 모니터링 유닛(520)에서 보내온 온도 데이터를 우선적으로 입력받도록 기본설정되며, 만약 모니터링 유닛(520)을 설치할 곳이 마땅히 않아 생략한 경우에는 내장된 실내온도 감지부(504a)로부터 온도 데이터를 받아 비례제어과정을 수행한다.
그리고, 변풍량조절기(500)중의 중앙처리부(508)는, 키입력부(502) 및 온도 및 풍량 입력부(504)로부터 입력데이터를 수신하고 표시부(505)에 표시제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부(508a), 상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달받은 키입력이 설정온도값인 경우 상기 메모리(509)에 저장하고, 이를 상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달받은 현재 온도 및 현재 풍량과 비교 연산하여 비례제어신호를 출력하는 연산제어부(508b), 및 상기 연산제어부(508b)로부터 전달받은 제어신호를 댐퍼 액츄에이터 구동을 위한 제어신호로 변환하여 출력하는 제어신호출력부(508c)로 구성되어 있다.
본 발명에 의한 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템은 실내온도의 조절을 위하여 댐퍼(510)의 개도를 조정하는 것을 주목적으로 하지만, 이와 아울러 실내에 팬코일유닛(FCU: Fan Coil Unit; 550)이 설치된 경우에는 제어신호출력부(508c)에서 팬코일유닛의 구동을 위한 제어신호를 추가적으로 발생하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템의 변풍량조절기(500)는 토글스위치, 슬라이드 스위치와 같은 비상스위치(미도시)를 구비하여, 변풍량조절기(500)가 작동오류상태에 놓인 경우에도 재실자가 상기 비상스위치를 조작함으로써 임시적으로 댐퍼(510)의 개도를 수동 조정할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어 슬라이드 스위치를 온(ON)으로 했을 때의 출력이 10V이고 오프(OFF)로 하였을 때의 출력이 0V라면, 10V출력일 때 댐퍼가 전부 개방되도록 하고, 0 V 출력일 때 댐퍼가 전부 닫히도록 하며, 출력이 0-10V 사이에 놓인 경우에는 그에 비례하여 댐퍼를 개방하도록 할 수 있는 것이다.
도 2 에서 보면 급기안내턱트(35)의 풍량을 감지하는 센서부(541), 및 상기 센서부(541)에서 측정한 물리량을 전기신호로 변환하여 출력하는 변환부(542)로 구성되어 있다. 열선식 풍량센서(540)는 센서부(541)의 열선(541a)이 가열된 상태에서 기체의 흐름에 노출되면, 기체에 의한 열선(541a)의 냉각도 혹은 기체의 열 흡수량에 의하여 풍량을 측정하는 방식이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예인 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어 시스템의 제어방법 순서를 나타낸 플로우챠트이다.
상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명 방법은 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 모니터링 유닛이 건물 외부 및 내부의 온도, 습도를 일정시간 간격으로 측정하는 단계(S1); 상기 일정시간 간격으로 측정된 온도, 습도값의 평균값을 계산하는 단계(S2); 계산된 평균값을 데이터베이스로 전송하여 저장하는 단계(S3); 평균값을 구한 후 평균값을 구한 시점 이전의 데이터를 삭제하는 단계(S4); 공조제어 명령 서버가 인터넷 연결부와 연결된 사용자의 PC로부터 입력되는 온도, 습도, 풍량 조절정보를 전송받는 단계(S5); 전송받은 사용자의 선택값에 대한 총합을 연산하는 단계(S6); 평균값 및 선택값의 총합을 구한 시점 이후부터 S2단계부터 S6단계까지 반복하는 단계(S7); 상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자의 선택값에 대한 총합 데이터를 사용하여 각 상황에 맞는 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8); 상기 학습 데이터를 사용하여 공조 제어 장치가 공조 시스템을 제어하는 단계(S9); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
모니터링 유닛이 건물 외부 및 내부의 온도, 습도를 일정시간 간격으로 측정하는 단계(S1)는 공조 시스템의 온도와 습도를 조절하기 위한 온용을 하기 위하여 현재의 온도와 습도를 측정하는 단계이다. 건물 외부의 온도 및 습도를 측정하는 이유는 외부 온도 및 습도에 따라 건물의 내실자가 느끼는 쾌적감이 달라지게 되는데, 이를 반영하여 건물 내부의 온도 및 습도를 조절할 수 있도록 하기 위함이다.
일정시간 간격으로 측정된 온도, 습도값의 평균값을 계산하는 단계(S2)는 온도와 습도를 측정함에 있어서 일정한 시간 간격을 두고 온도와 습도를 측정하게 되고, 미리 설정된 시간이 흐르면 시간 간격을 두고 측정된 온도값과 습도값의 평균을 계산하는 단계이다. 온도와 습도의 측정은 시간 간격이 작으면 작을수록 정확하게 제어를 할 수 있다. 하지만, 측정 간격이 작으면 작을수록 그만큼 많은 데이터가 쌓이기 때문에 저장공간이 대형화 되며, 그 데이터를 처리하기 위하여 고성능의 프로세서가 필요해지게 된다. 따라서, 작은 측정간격으로 데이터를 측정하고, 측정된 데이터값의 평균값을 계산하도록 하여 데이터의 정확성을 높이도록 한다.
평균값을 구한 후 평균값을 구한 시점 이전의 데이터를 삭제하는 단계(S4)는 평균값을 구하기 위하여 사용되었던 온도 및 습도의 측정값을 삭제하는 단계이다. 측정값을 사용하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값만을 남기고 나머지 측정값을 삭제함으로써 데이터베이스의 용량에 부담을 주지 않을 수 있고, 공조 제어부가 처리하는데에도 부담을 주지 않게 된다.
공조제어 명령 서버가 인터넷 연결부와 연결된 사용자의 PC로부터 입력되는 온도, 습도, 풍량 조절 값을 전송받는 단계(S5)는 공조 시스템이 온도와 습도를 조절하고 있는 상황에서 사용자가 현재의 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있도록 한다. 즉, 도 5 에 나타난 현재 사용자의 PC에 있는 온습도 조절프로그램의 온도, 습도, 풍량을 조절할 수 있는 조절 바를 사용하여 현재의 온도, 습도, 풍량보다 높게, 낮게 조절할 수 있도록 한 후 사용자의 조절에 의한 정보가 데이터베이스로 저장되도록 하는 것이다.
전송받은 사용자의 선택값에 대한 총합을 연산하는 단계(S6)는 상기 S5단계에서 선택된 각각의 보기의 선택된 총합을 연산하는 단계이다. 총합을 계산함으로써 많이 선택된 보기에 따라서 온도 및 습도 제어에 반영할 수 있도록 함으로써 외부환경 및 사용자의 상태에 따라 최상의 쾌적성을 가질 수 있도록 하는 것이다.
상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자의 선택값에 대한 총합 데이터를 사용하여 각 상황에 맞는 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8)는 사용자가 선택한 온도, 습도, 풍량 조절 값에 따라 온도 및 습도를 조절하는 단계(S81); 사용자의 선택값에 대한 외부 온도 및 습도, 빌딩 내부온도 및 습도값을 기억하는 단계(S82); 사용자 선택 전의 값이 S82단계의 값과 다를 경우 그 데이터값을 기억하고, 그 이전에 기억한 데이터값을 삭제하도록 하는 단계(S83);로 이루어진다.
상기 학습 데이터를 사용하여 공조 제어 장치가 공조 시스템을 제어하는 단계(S9)는 사용자가 선택한 온도, 습도, 풍량 조절 값을 사용하여 총 합을 선택하여 온도 및 습도를 조절한다.
이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 된 본 발명의 작동 및 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선, 실외의 온도 및 습도, 실내의 온도 및 습도를 모니터링 유닛을 통하여 측정하고, 그 측정값을 데이터베이스에 저장한다. 측정되는 시간의 간격을 짧게 한다면 온도의 변화에 대한 대응을 빠르게 할 수 있도록 한다.
한편, 공조제어 명령 서버는 인터넷으로 연결되어 있는 재실자 사용 PC에 설치되어 있는 온습도조절프로그램의 온도, 습도, 풍량 조절 바를 사용하여 사용자가 직접 조절할 수 있도록 한다. 예를들면, 현재의 온도보다 춥다고 느끼는 경우 온도의 바를 (+)방향으로 이동시킴으로서 온도를 높일 수 있도록 하고, 습도 및 VAV의 풍량을 사용자가 직접 조절하여 조절 값을 공조제어 명령 서버로 전송하여 공조시스템에서 제어가 가능하도록 한다.
상기와 같은 온도, 습도, 풍량 조절 바를 통하여 사용자가 직접 조절을 할 수 있도록 하고, 그에 따른 데이터를 분석하여 공조기를 제어하기 위한 제어정보를 생성한다. 생성된 제어정보는 프로토콜 변환 모듈을 통하여 공기조화시스템의 네트워크에서 사용되는 프로토콜로 변환되어 중앙제어부로 전송이되고, 제어신호를 받은 중앙제어부는 디지털 제어기로 제어신호를 보내어 공기조화시스템 전체를 제어하여 목표하는 온도 및 습도를 만들 수 있도록 한다.
이는 같은 온도 및 습도 하에서도 외적인 요소에 의하여 사용자가 느끼는 쾌적감이 달라지는 것이고, 이에 따라 사용자가 직접 값을 조절할 수 있도록 하기 때문에 이를 반영함으로써 단순히 설정된 온도 및 습도의 유지를 통한 공조 시스템의 제어가 아닌 최상의 쾌적감을 느낄 수 있도록 제어를 하는 것이다.
공조 시스템이 최상의 쾌적감을 느낄 수 있는 제어를 하기 위해서는 지속적인 데이터의 누적과 외적 요소에 따른 온도와 습도를 기억하도록 함으로써 다음에 유사한 외적요소를 가진 환경을 만났을 때, 예전에 학습된 제어를 적용할 수 있도록 하는 것이다. 학습은 데이터가 많이 쌓이고 제어부가 경험하는 환경이 많아질 경우 적용할 수 있는 범위가 넓어지게 된다.
즉, 측정된 데이터의 평균을 구함으로써 학습을 위한 데이터를 수집함에 있어서 방대한 데이터의 양을 줄일 수 있으며, 학습을 통하여 외적요소에 의하여 달라지는 사용자의 쾌적감을 맞출 수 있도록 하기 때문에 사용자는 어떠한 환경에서도 최적의 환경에서 활동할 수 있는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
10: 공기조화부 11: 열교환기
18: 송풍기 30: 급기덕트
35: 덕트 40: 환기덕트
45: 환기안내덕트 60: 중앙제어부
61: 직접디지털제어기 70: 재실자 사용 PC
80: 공조제어 명령 서버 90: 프로토콜 변환 모듈
100: 데이터베이스 500: 변풍량 조절기
501: 전원부 502: 키입력부
504: 풍량 입력부 504a: 내장형 실내온도 감지부
505: 표시부 505a: FND 표시부
505b: LED 표시부 506: 외부터미널 신호입력부
507: 딥스위치 입력부 508: 중앙처리부
509: 메모리 510: 댐퍼
520: 모니터링 유닛 530: 댐퍼 액츄에이터
540: 열선식 풍량센서 541: 센서부
541a: 열선 700: 공조시스템 통신라인
800: 인터넷 통신라인

Claims (4)

  1. 건물의 각 재실자가 거주하는 구분공간, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내 덕트들을 가진 급기덕트; 상기 통풍공간 안에서 상기 급기덕트와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들을 가진 환기덕트; 상기 급기덕트의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 및/또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 공기를 상기 급기덕트의 실내측으로 보내는 송풍기를 갖는 공기조화부; 상기 급기덕트의 급기안내덕트상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼, 상기 댐퍼를 구동하는 댐퍼액츄에이터, 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기를 구비하는 구역별 변풍량제어부; 상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도 및 습도를 측정하여 상기 변풍량조절기로 전송하는 모니터링 유닛; 상기 급기덕트 및 환기덕트상에 설치된 모니터링 유닛으로부터 온도 및 습도 데이터를 전송받고 상기 급기덕트 및 환기덕트의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기; 및 쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기 및 상기 변풍량조절기와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙제어부; 각 구분공간 안에 설치되는 재실자 사용 PC; 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절기 버튼, 상기 재실자 사용 PC와 네트워크를 이루어 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절기 버튼에서 선택된 정보를 바탕으로 빌딩제어 시스템에 해당구역의 공조 제어명령을 산출하는 공조제어 명령 서버; 중앙제어부와 연결되되 공조제어 명령 서버의 프로토콜을 빌딩제어 시스템의 프로토콜로 변환하는 프로토콜 변환 모듈과; 온도 및 습도장보, 공조 제어명령 정보를 저장할 수 있도록 하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조제어 명령 서버는 단위 시간 단위로 즉 일 단위 또는 시간 단위로 재실자 사용 PC에 설치되어 운영되는 온습도조절기 버튼에서 선택된 정보와 각 재실자의 공조 만족도를 학습한 후 재실자 개인 컴퓨터의 로그온 상태를 기준으로 재실자의 재실 여부를 판단하여 각 단위 시간 단위로 해당 재실자가 속하는 실내의 공조상태의 설정값을 설정하는 것을 특징으로 하는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템.
  3. 모니터링 유닛이 건물 외부 및 내부의 온도, 습도를 일정시간 간격으로 측정하는 단계(S1); 상기 일정시간 간격으로 측정된 온도, 습도값의 평균값을 계산하는 단계(S2); 계산된 평균값을 데이터베이스로 전송하여 저장하는 단계(S3); 평균값을 구한 후 평균값을 구한 시점 이전의 데이터를 삭제하는 단계(S4); 공조제어 명령 서버가 인터넷 연결부와 연결된 사용자의 PC로부터 입력되는 온습도 조절 값을 전송받는 단계(S5); 전송받은 사용자의 온습도 조절 값에 대한 총합을 연산하는 단계(S6); 평균값 및 선택값의 총합을 구한 시점 이후부터 S2단계부터 S6단계까지 반복하는 단계(S7); 상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자의 선택값에 대한 총합 데이터를 사용하여 각 상황에서의 최적의 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8); 상기 학습 데이터를 사용하여 공조 제어 장치가 공조 시스템을 제어하는 단계(S9); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온도 및 습도의 평균값과, 사용자의 선택값에 대한 총합 데이터를 사용하여 각 상황에 맞는 온도 및 습도를 찾도록 학습하는 단계(S8)는 사용자가 선택한 온도, 습도, 풍량 조절 값에 따라 온도 및 습도를 조절하는 단계(S81); 사용자의 선택값에 대한 외부 온도 및 습도, 빌딩 내부온도 및 습도값을 기억하는 단계(S82); 사용자 선택 전의 값이 S82단계의 값과 다를 경우 그 데이터값을 기억하고, 그 이전에 기억한 데이터값을 삭제하도록 하는 단계(S83);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사무용 건물설비의 최적관리 및 에너지 절감을 위한 지능형 빌딩제어시스템 제어방법.

















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KR102305225B1 (ko) * 2020-12-01 2021-09-27 주식회사 금영이엔지 댐퍼 일체형 풍량 조절 시스템

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