KR20170059130A

KR20170059130A - 실내 쾌적 제어 시스템

Info

Publication number: KR20170059130A
Application number: KR1020150163025A
Authority: KR
Inventors: 김형철; 강병복; 김형주
Original assignee: 주식회사 루젠
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-05-30

Abstract

본 발명은 실내 쾌적 제어 시스템에 관한 것으로서, 등록된 제어대상 건물들에 대한 건물 데이터 및 실외온도를 포함한 환경정보로부터 냉난방에 대한 건물 전체 부하량을 산출할 수 있도록 된 클라우드서버와, 통신망을 통해 클라우드 서버에 접속하여 목표수요전력을 설정할 수 있도록 된 사용자 단말기와, 제어대상 건물의 전력사용량을 전송하는 사용전력 송신부와, 사용전력 송신부로부터 수신된 제어대상 건물의 평균 전력사용량이 클라우드서버로부터 수신된 목표 수요전력보다 크면 제어대상 건물의 실별 조정전력량을 산출하는 메인 제어기와, 메인 제어기로부터 수신된 상기 실별 조정전력량에 따라 제어대상 공기조화기를 제어하는 실제어기를 구비하고, 메인 제어기는 목표 수요전력보다 평균 전력사용량이 크면 건물 전체 부하량과 목표 수요전력과의 차이에 해당하는 전체 조정전력량을 산출하고, 산출된 전체 조정전력량이 각 실의 이전 온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력의 합의 크기보다 작거나 같으면 실별 필요전력을 실별 조정전력량으로 결정하여 대응되는 실제어기로 전송한다. 이러한 실내 쾌적 제어 시스템에 의하면, 건물 전체의 수요전력을 각 실의 온열 쾌적감의 편차가 최소화되면서 설정된 목표수요전력 이내가 되게 각 실의 전력수요량을 조정함으로서 재실자의 쾌적에 대한 만족도를 높일 수 있다.

Description

실내 쾌적 제어 시스템{indoor comfortable condition control system}

본 발명은 실내 쾌적 제어 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 목표 전력이내로 사용전력을 절감시에 온열쾌적도를 고려하여 사용 전력을 실별로 조정하는 실내 쾌적 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건물 내에 독립적으로 구획된 각 사무실 또는 방(이하 '실'이라 한다)의 실내 온도를 조절하기 위해 공기조화기가 이용된다.

공기 조화기는 냉방운전, 난방운전, 제습운전을 모두 지원하거나 일부만 지원하는 것 등 다양한 종류가 있다.

이러한 공기조화기가 건물의 각 실에 독립되게 마련되어 가동되는 경우 재실자는 설정하는 희망온도를 공기조화기의 입력부를 통해 설정하여 사용하면 된다.

최근 냉난방 운전을 수행하는 공기조화기의 전력부하가 급속도로 증가하고 있어 냉난방에 의한 전력부하의 조절 및 제어는 전력부하 관리 및 누진방식의 전기요금체계에서 매우 중요하다.

따라서, 건물의 사용전력을 설정된 목표 전력 이하로 강제적으로 조절하는 방안이 국내 등록특허 제10-1243053호 등 다양하게 제시되고 있다.

그런데, 건물의 각 실내에서 재실자가 설정한 온도가 유지되도록 공기조화기가 가동되는 상태에서 타실의 가동 또는 온도 조정등 다양한 요인에 의해 설정된 목표 수요전력을 초과하는 경우가 발생될 때 각 실의 공급전력을 일괄적으로 초과분에 대응되게 감소시키는 방식을 적용하는 경우 각 실의 온열 쾌적감(PMV: Predicted Mean Vote)의 편차가 커질 수 있고, 이 경우 재실자들의 온열 쾌적감의 만족도 차이가 커질 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 목표 수요전력을 초과하지 않도록 전력사용량을 조정하되 각 실의 온열 쾌적감의 편차를 최소화하도록 각 실의 사용전력을 조정하는 실내 쾌적 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템은 통신망을 통해 접속되어 데이터 베이스에 등록된 제어대상 건물들에 대한 건물 데이터 및 실외온도를 포함한 환경정보로부터 냉난방에 대한 건물 전체 부하량을 산출할 수 있도록 된 클라우드서버와; 상기 통신망을 통해 상기 클라우드 서버에 접속하여 등록된 제어대상 건물에 대한 목표수요전력을 설정할 수 있도록 된 사용자 단말기와; 제어대상 건물의 전력사용량을 설정된 단위 시간 동안 검출하여 평균 전력사용량을 전송하는 사용전력 송신부와; 상기 사용전력 송신부로부터 수신된 제어대상 건물의 평균 전력사용량이 상기 통신망을 통해 상기 클라우드서버로부터 수신된 상기 목표 수요전력보다 크면 제어대상 건물의 실별 조정전력량을 산출하는 메인 제어기와; 상기 제어대상 건물의 각 실별로 마련되어 상기 메인 제어기로부터 수신된 상기 실별 조정전력량에 따라 제어대상 공기조화기를 제어하는 실제어기;를 구비하고, 상기 메인 제어기는 상기 목표 수요전력보다 상기 평균 전력사용량이 크면 상기 클라우드서버로부터 상기 건물 전체 부하량을 수신받아 상기 목표 수요전력과의 차이에 해당하는 전체 조정전력량을 산출하고, 산출된 전체 조정전력량이 제어대상 건물의 각 실의 이전 온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력의 합의 크기보다 작거나 같으면 실별 필요전력을 실별 조정전력량으로 결정하여 대응되는 상기 실제어기로 전송한다.

또한, 상기 실제어기는 상기 메인 제어기로부터 수신된 실별 조정전력량을 온도로 환산하여 실내 설정온도를 갱신하고, 갱신된 설정온도로 실내가 유지되게 상기 공기조화기를 제어하도록 구축되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실제어기는 온도에 대응되는 적정습도정보가 기록된 룩업테이블이 마련되어 있고, 갱신된 설정온도에 대응되게 상기 룩업테이블에 기록된 습도가 유지되게 상기 공기조화기를 제어한다.

상기 클라우드서버는 통신망을 통해 접속된 기상관제서버로부터 등록된 제어대상 건물이 속한 영역의 실외온도를 포함한 환경정보를 수신받도록 구축될 수 있다.

또한, 상기 메인 제어기는 상기 목표 수요전력보다 상기 평균 전력사용량이 크면 상기 클라우드서버로부터 상기 건물 전체 부하량을 수신받아 상기 목표 수요전력과의 차이에 해당하는 전체 조정전력량을 산출하고, 산출된 전체 조정전력량이 제어대상 건물의 각 실의 이전 온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력의 합의 크기보다 크면 상기 실별 필요전력의 합이 상기 전체 조정전력량에 일치되도록 설정된 감산 조정방식에 따라 조정하고, 조정된 실별 필요전력을 실별 조정전력량으로 결정하여 대응되는 상기 실제어기로 전송한다.

본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템에 의하면, 건물 전체의 수요전력을 각 실의 온열 쾌적감의 편차가 최소화되면서 설정된 목표수요전력 이내가 되게 각 실의 전력수요량을 조정함으로서 재실자의 쾌적에 대한 만족도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 실제어기의 상세 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템의 사용 전력 제어과정을 나타내 보인 플로우도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실내 쾌적 제어 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템을 나타내 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실내 쾌적 제어 시스템(100)은 클라우드서버(110), 사용자 단말기(120), 메인 제어기(130), 사용전력 송신부(140), 실제어기(150), 공기조화기(160)를 구비한다.

클라우드서버(110)는 통신망(50)을 통해 접속되어 데이터 베이스(DB)(115)에 등록된 제어대상 건물(10)들에 대한 건물 데이터 및 실외온도를 포함한 환경정보로부터 냉난방과 관련하여 소요되는 전력량인 건물 전체 부하량을 산출하여 등록된 제어대상 건물(10)에 설치된 메인 제어기(130)에 제공할 수 있도록 되어 있다.

클라우드서버(110)는 통신망(50)을 통해 접속된 사용자 단말기(120)를 통해 전력제어관리를 수행할 건물의 냉난방 부하량을 산출하기 위해 요구되는 건물 데이터 정보의 입력 및 해당 건물의 메인 제어기의 통신주소를 포함한 건물 정보를 입력 및 등록할 수 있도록 되어 있다.

건물의 냉난방 부하량은 미국 냉동공조학회에서 제시된 ASHRAE GRP-158을 이용하여 산출한다.

건물의 냉난방 부하량 산출을 위해 입력되는 정보는 사무실크기, 벽면 면적, 벽면재질, 천장면적, 천장재질, 문면적, 문재질, 창문면적, 창재질, 거주 인원수, 전력 사용기기 등을 포함한다.

클라우드서버(110)는 기상관제서버(190)로부터 통신망(50)을 통해 지역별 실외온도, 습도, 일사량 정보를 포함한 환경정보를 제공받을 수 있도록 구축되어 있다.

즉, 클라우드서버(110)는 기상관제서버(190)로부터 등록된 제어대상 건물(10)이 속한 영역의 실외온도를 포함한 환경정보를 수신받는다.

사용자 단말기(120)는 통신망(50)을 통해 클라우드 서버(110)에 접속하여 등록된 제어대상 건물에 대한 목표수요전력을 설정할 수 있도록 되어 있다.

사용자 단말기(120)에는 클라우드 서버(110)의 접속을 지원하며, 클라우드 서버(110)에서 지원되는 정보의 열람 및 등록된 제어대상 건물에 대한 목표 수요전력설정을 지원하는 웹모듈이 설치되어 있다.

사용자 단말기(120)는 스마트폰이 적용될 수 있다.

여기서, 목표수요전력은 제어대상 건물(10)에서 사용하는 수요전력의 상한값을 사용자가 제한할 수 있도록 설정하는 값이다.

사용전력 송신부(140)는 제어대상 건물의 전력사용량을 검출하는 계량기(20)로부터 설정된 단위 시간 동안 예를 들면 15분 동안 검출하여 평균 전력사용량을 메인 제어기(130)로 전송한다.

메인 제어기(130)는 클라우드 서버(110) 및 실제어기(150)와 통신을 수행할 수 있도록 구축되어 있다.

메인 제어기(130)는 사용전력 송신부(140)로부터 수신된 제어대상 건물의 평균 전력사용량이 통신망(50)을 통해 클라우드서버(110)로부터 수신된 목표 수요전력보다 크면 제어대상 건물의 실별 전력조정량을 산출하고, 산출된 실별 전력조정량을 대응되는 실제어기(150)에 전송한다.

또한, 메인 제어기(130)는 제어대상 건물(10)의 실 각각에 대한 온열 쾌적감(PMV: Predicted Mean Vote)을 설정된 주기 단위로 산출하고, 산출된 최근 값을 갱신되게 기록한다.

여기서, 온열 쾌적감(PMV)은 기온, 기류, 습도, 평균 복사온도, 활동량, 개인 착의량에 의한 영향을 고려하여 열쾌적을 평가하는 지표로서, 클라우드 서버(110)로부터 수신받은 환경정보와 실제어기(150)로부터 수신된 실내 온도, 실내 습도, 송풍속도 정보로부터 산출한다.

온열 쾌적감을 산출시 활동량, 개인 착의량 정보를 미리 설정된 값을 적용하면 되고, 산출방식은 국내 공개특허 제10-2010-0131819호 등 다양하게 게시되어 있어 상세한 설명은 생략한다.

메인 제어기(130)이 실별 전력조정 과정은 후술한다.

실제어기(150)는 제어대상 건물(10)의 각 실별로 마련되어 메인 제어기(130)로부터 수신된 실별 전력조정량에 따라 제어대상 공기조화기(160)를 제어한다.

여기서 공기 조화기(160)는 실내 온도 및 습도를 검출하는 센서부(162)와, 냉방, 난방, 제습 운전을 지원하는 냉난방기(164)를 갖는 것이 적용되었다.

이 경우, 실제어기(150)는 공기 조화기(160)와 통신을 수행하면서 공기 조화기(160)의 센서부(162)에서 측정된 실내온도 및 습도와 운전시 적용되는 송풍속도를 수신받을 수 있도록 구축될 수 있다.

이와는 다르게 실제어기(150) 자체적으로 온도 및 습도를 측정하는 센서가 마련될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 실제어기(150)는 메인 제어기(130)와 무선 통신을 수행하는 실통신부(151), 공기 조화기(160)의 구동을 제어하는 적외선 송수신부(155), 실내온도를 측정하는 실내온도센서(171), 실내 습도를 측정하는 실내습도센서(172) 및 실통신부(151)를 통해 수신된 제어정보에 따라 공기 조화기(160)의 구동을 제어하고, 검출된 실내온도 및 실내 습도를 메인제어기(130)에 제공하는 실제어부(153)를 갖는 구조로 구축될 수 있다.

이러한 실제어기(150)는 메인 제어기(130)로부터 수신된 실별 전력조정량을 온도로 환산하여 실내 설정온도를 갱신하고, 갱신된 설정온도로 실내가 유지되게 공기조화기(160)를 제어한다.

또한, 실제어기(150)는 설정온도에 대응되는 적정습도정보가 기록된 룩업테이블이 마련되어 있고, 메인제어기(130)로부터 수신된 제어정보에 따라 갱신된 설정온도에 대응되게 룩업테이블에 기록된 습도가 유지되게 공기조화기(160)를 제어하도록 구축되는 것이 바람직하다.

한편, 각 실의 난방을 담당하는 공기조화기(160)는 재실자가 설정된 운전조건을 따라 작동하되 적외선 송수신부(155)를 통해 실제어기(150)로부터 제어신호가 수신되면 수신된 제어신호에 따라 작동이 제어된다.

이하에서는 이러한 실내 쾌적 제어 시스템(100)에서 제어대상 건물의 사용전력 제어과정을 도 3을 함께 참조하여 설명한다.

먼저, 메인 제어기(130)는 클라우드서버(110)로부터 사용자가 설정한 목표수요전력을 수신받으면, 수신된 목표 수요전력보다 계량기(20)에서 검출되어 사용전력 송신부(140)를 통해 수신된 실사용전력에 대해 설정된 단위 시간 동안의 평균 전력사용량을 상호 비교한다(단계 210). 여기서, 목표수요전력과 평균전력사용량은 동일한 단위시간에 대한 사용전력으로 일치되게 환산된 값을 적용한다.

단계210에서 평균전력 사용량이 목표수요전력 보다 크다고 판단되면, 전체 전력조정량을 산출한다(단계 212).

여기서, 전체 전력조정량은 메인제어기(130)에서 클라우드서버(110)로부터 건물 전체 부하량을 수신받고, 수신된 건물 전체 부하량에서 목표 수요전력을 차감한 값을 전체 전력조정량으로 결정한다.

결정된 전체 전력조정량은 현재의 전력사용상태에서 전체적으로 감산 즉 줄여야하는 전력량이다.

다음은 실제어기(150)에 의해 제어되는 실 각각에 대해 이전까지 산출된 온열 쾌적감(PMV)을 실전체개수로 나누어 실온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감(평균PMV)을 산출한다(단계 214).

이후, 산출된 평균 PMV로 각 실이 조정되게 할 때 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력을 산출한다(단계 216).

여기서, 각 실에 대한 PMV값에 대응한 실내온도 및 실내습도, 또는 PMV값에 대응한 운전전력은 미리 건물데이터로부터 산출되어 기록되어 있다.

따라서, 메인 제어기(130)는 기록된 PMV에 대응한 실내온도 또는 운전전력 정보로부터 현재 PMVV로부터 평균 PMV로 조정될때 추가로 감산 또는 가산되어야 할 필요전력을 산출하면된다.

다음은 단계 216에서 산출된 실별 필요전력의 전체 합의 크기와 단계 212에서 산출된 전체 조정전력량을 상호 비교한다(단계 220).

여기서, 실별 필요전력의 전체 합은 감산되어야 할 전력량의 합으로서, 단계 220에서는 크기 즉 절대값을 비교하면 된다.

단계 220에서 전체 조정전력량이 실별 필요전력의 합의 크기보다 작거나 같으면 실별 필요전력을 최종 실별 조정전력량으로 결정한다(단계 222).

이와는 다르게, 단계 220에서 전체 조정전력량이 실별필요전력의 합의 크기보다 크면, 추가적으로 전력감산이 더 이루어져함을 의미하고, 이를 위해 실별 필요전력의 합의 크기가 전체 전력조정량에 일치되도록 설정된 감산 조정방식에 따라 단계 216에서 산출되었던 실별 필요전력을 다시 조정한다(단계 232).

일 예로서, 단계 232에서 적용되는 감산방식으로서 전체조정전력량과 단계 216에서 산출된 실별 필요전력의 합의 크기의 차이에 해당하는 차이값을 실전체 개수로 나누어서 얻은 분할 분담값을 단계 216에서 산출된 실별 필요전력에 반영하는 방식이 적용될 수 있다.

단계 232를 거쳐 조정된 실별 필요전력은 최종 실별조정전력으로 결정한다(단계 234).

한편, 단계 222 또는 단계 234를 통해 결정된 최종 실별조정전력은 대응되는 실제어기(150)로 전송한다(단계 240).

이후, 각 실제어기(150)는 단계 240을 통해 수신된 최종 실별조정전력에 대응하여 설정온도를 갱신한다(단계 250).

여기서, 각 실제어기(150)에는 단위 온도 예를 들면 1℃온도를 올리는데 요구되는 전력이 기록되어 있고, 이러한 전력과 온도와의 환산관계를 이용하여 실별 조정전력에 대응하여 설정온도를 갱신하면 된다.

이후, 실제어기(150)는 갱신된 설정온도로 실내가 유지되도록 공기조화기(160)의 운전을 제어한다(단계 260).

한편, 실내의 습도에 대해서는 앞서 설명된 바와 같이 갱신된 설정온도에 대응되는 습도가 유지되게 공기조화기(160)를 제어한다.

이러한 실내 쾌적 제어 시스템에 의하면, 건물 전체의 수요전력을 각 실의 온열 쾌적감의 편차가 최소화되면서 설정된 목표수요전력 이내가 되게 각 실의 전력수요량을 조정함으로서 재실자의 쾌적에 대한 만족도를 높일 수 있다.

110: 클라우드서버 120: 사용자 단말기
130: 메인 제어기 140: 사용전력 송신부
150: 실제어기 160: 공기조화기

Claims

통신망을 통해 접속되어 데이터 베이스에 등록된 제어대상 건물들에 대한 건물 데이터 및 실외온도를 포함한 환경정보로부터 냉난방에 대한 건물 전체 부하량을 산출할 수 있도록 된 클라우드서버와;
상기 통신망을 통해 상기 클라우드 서버에 접속하여 등록된 제어대상 건물에 대한 목표수요전력을 설정할 수 있도록 된 사용자 단말기와;
제어대상 건물의 전력사용량을 설정된 단위 시간 동안 검출하여 평균 전력사용량을 전송하는 사용전력 송신부와;
상기 사용전력 송신부로부터 수신된 제어대상 건물의 평균 전력사용량이 상기 통신망을 통해 상기 클라우드서버로부터 수신된 상기 목표 수요전력보다 크면 제어대상 건물의 실별 조정전력량을 산출하는 메인 제어기와;
상기 제어대상 건물의 각 실별로 마련되어 상기 메인 제어기로부터 수신된 상기 실별 조정전력량에 따라 제어대상 공기조화기를 제어하는 실제어기;를 구비하고,
상기 메인 제어기는 상기 목표 수요전력보다 상기 평균 전력사용량이 크면 상기 클라우드서버로부터 상기 건물 전체 부하량을 수신받아 상기 목표 수요전력과의 차이에 해당하는 전체 조정전력량을 산출하고, 산출된 전체 조정전력량이 제어대상 건물의 각 실의 이전 온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력의 합의 크기보다 작거나 같으면 실별 필요전력을 실별 조정전력량으로 결정하여 대응되는 상기 실제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 실내 쾌적 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 실제어기는 상기 메인 제어기로부터 수신된 실별 조정전력량을 온도로 환산하여 실내 설정온도를 갱신하고, 갱신된 설정온도로 실내가 유지되게 상기 공기조화기를 제어하는 것을 특징으로 하는 실내 쾌적 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 실제어기는 온도에 대응되는 적정습도정보가 기록된 룩업테이블이 마련되어 있고, 갱신된 설정온도에 대응되게 상기 룩업테이블에 기록된 습도가 유지되게 상기 공기조화기를 제어하는 것을 특징으로 하는 실내 쾌적 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 클라우드서버는 통신망을 통해 접속된 기상관제서버로부터 등록된 제어대상 건물이 속한 영역의 실외온도를 포함한 환경정보를 수신받도록 구축된 것을 특징으로 하는 실내 쾌적 제어시스템.
제1항에 있어서, 상기 메인 제어기는
상기 목표 수요전력보다 상기 평균 전력사용량이 크면 상기 클라우드서버로부터 상기 건물 전체 부하량을 수신받아 상기 목표 수요전력과의 차이에 해당하는 전체 조정전력량을 산출하고, 산출된 전체 조정전력량이 제어대상 건물의 각 실의 이전 온열 쾌적감(PMV)의 평균인 평균 쾌적감을 만족하기 위해 요구되는 실별 필요전력의 합의 크기보다 크면 상기 실별 필요전력의 합이 상기 전체 조정전력량에 일치되도록 설정된 감산 조정방식에 따라 조정하고, 조정된 실별 필요전력을 실별 조정전력량으로 결정하여 대응되는 상기 실제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 실내 쾌적 제어 시스템.