KR100315780B1 - 공기조화기제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 공기조화기가 냉방부하의 변동에 대응하는 온도와 기류 제어방법이 없으므로 과잉냉방에 따른 냉방병 발생원인이 되고 충분히 쾌적한 공조를 못하여 불쾌감을 초래하게 되는 문제점이 있기 때문에,

컴프레서의 온/오프시 흡입구를 통해 유입되는 공기의 온도 변화를 감지하여 냉방부하를 판별하기 위해 컴프레서의 온/오프시에 시간 변화에 따른 온도 변화량을 나타내는 온도기울기를 연산하는 상승/하강기울기 연산스텝과, 연산된 상승기울기를 이용하여 냉방부하를 판별하는 상승기울기 판별스텝 및 연산된 하강기울기를 이용하여 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별이 정확한지 확인하는 하강기울기 판별스텝으로 이루어지는 냉방부하 판별단계와, 컴프레서의 온/오프시 시간 변화에 따른 온도의 변화량이 도시되는 온도기울기의 크기에 따라 냉방부하량이 상, 중, 하로 분류된 판별값을 비교하여 냉방부하가 정확한지 확인하고 냉방부하 판별값을 결정하는 판별값 비교단계와, 판별된 냉방부하에 따라 공기조화기의 작동상태를 제어하는 냉방부하 대응단계와, 냉방시간을 체크하여 냉방부하 판별시점을 결정하는 냉방시간 체크단계가 순차적으로 이루어지고 반복되어짐으로써

냉방부하의 변동에 따라서 즉각적으로 대응할 수 있도록 설정온도와 풍향 및 풍량을 제어함으로써 쾌적감을 유지하면서도 에너지를 절약하고 과잉냉방을 방지하여 냉방병을 예방할 수 있는 공기조화기 제어방법에 관한 것이다.

Description

공기조화기 제어방법

본 발명은 냉매의 흡열작용을 이용하여 공기를 냉각시킨 후 실내로 토출하여 실내를 냉방하는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 실내외의 냉방부하를 판별하여 공기조화기의 설정온도와 풍향 및 풍량을 결정함으로써 쾌적냉방 운전은 물론 냉방병의 원인이 되는 과잉냉방을 억제할 수 있는 공기조화기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉동사이클을 구비하고 있는 바, 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같이 냉매를 압축하여 고온고압이 되도록 하는 컴프레서(11)와, 상기 컴프레서(11)로부터 공급된 고온고압의 기체냉매를 액화시키는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)로부터 공급된 액체냉매의 압력을 강하시켜 일부가 기화되도록 하는 모세관(13)과, 상기 모세관(13)으로부터 공급된 냉매가 기화되도록 하여 주위 공기를 냉각시키는 증발기(14)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 냉동사이클의 동작은 다음과 같다. 컴프레서(11)에서 압축되어진 냉매가 응축기(12)로 이동되어 응축되는데, 응축기(12)에서는 기체상태의 냉매가 액체상태로 변화되면서 열을 실외로 방출하게 된다. 응축기(12)에서 나온냉매는 모세관(13)을 통과하면서 압력이 강하되는데, 압력강하에 따라 액체 냉매의 일부가 기화되어 모세관(13)을 흐르는 냉매의 상태는 액체와 기체가 혼합된 2상 상태가 된다. 압력이 떨어진 냉매는 증발기(14)에서 기화되면서 열을 흡수하게 된다.

즉, 냉매가 액체상태에서 기체상태로 변화되면서 많은 증발잠열을 필요로 하므로, 증발기(14)의 표면은 냉각되고 냉각된 증발기(14) 표면을 지나는 공기도 냉각된다. 따라서, 실내팬(15)에 의해 실내의 더운 공기가 증발기(14)와 열교환을 하여 냉각된 후 토출되므로, 실내의 온도가 하강된다. 또, 응축기(12)의 일측에 설치된 실외팬(16)은 공기를 응축기(12)쪽으로 송풍하여 냉매의 액화에 따라 가열된 공기를 기기 밖으로 배출하고 새로운 공기를 공급하여 응축이 빠르게 일어나도록 한다.

상기한 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉방시키는 장치가 공기조화기이다. 공기조화기는 상기한 냉동사이클이 하나의 장치에 모두 들어 있는 일체형 공기조화기와, 열부하를 발생시키는 컴프레서와 응축기는 실외측에 설치하고 증발기만을 실내측에 설치한 분리형 공기조화기로 구분된다. 분리형 공기조화기는 보통 대용량의 것으로서, 컴프레서와 응축기가 설치된 부분을 실외기라 하고 증발기가 실치된 부분은 실내기라 한다.

도 2에는 일반적인 공기조화기의 실내기가 도시되어 있는 바, 케이스(20)의 하부에 형성되고 실내공기가 유입되는 흡입그릴(21)과, 상기 케이스(20)의 상부에 설치되고 냉각된 공기가 토출되는 토출그릴(22)과, 상기 케이스(20)의 내부에 설치되어 유입된 실내공기를 냉각시키는 증발기(23)와, 상기 증발기(23)의 전면에 설치되어 유입되는 실내공기의 온도를 감지하는 온도센서(24)와, 상기 케이스(20)의 내부에 설치되어 실내공기를 유입시키고 냉각된 공기를 토출시키는 실내팬(25)으로 구성되어 있다. 또, 상기 토출그릴(22)에는 토출되는 공기의 토출방향을 조절하기 위한 상하풍향베인(26)과 좌우풍향베인(27)이 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 실내기는 실내팬이 구동됨에 따라 실내공기가 유입되어 냉각된 후 토출그릴을 통해 토출됨으로써 실내를 냉방하게 된다.

실내팬(25)이 구동되면 실내공기가 흡입그릴(21)을 통해 케이스(20)의 내부로 유입되고, 유입된 공기는 증발기(23)를 통과하면서 냉각된다. 냉각된 공기는 토출그릴(22)을 통해 실내로 토출되는데, 좌우풍향베인(26)과 상하풍향베인(27)을 이용하여 냉기의 토출방향을 원하는 대로 조절할 수 있다. 또, 상기 온도센서(24)는 케이스(20) 내부로 유입되는 실내 공기의 온도를 감지하여 상기 실내팬(25)의 구동을 제어하게 된다.

일반적으로 공기조화기를 작동시킬 경우에는 냉각된 공기가 토출그릴로부터 수평으로 취출되는 수평취출이 이용되는 바, 수평취출시에는 냉방기류가 거주역(공기조화기 전방 1.5∼3 M)에 있는 착석자세의 사용자의 머리부분이나 가슴부분으로 취출된다. 따라서, 냉방기류가 닿는 부분은 장시간 동안 과냉방되고 냉방기류가 닿지 않는 부분은 더워지는 등 부분적인 기류감 또는 온도감에 의해 불쾌감을 느끼게 된다.

또, 여름철에 공기조화기를 이용한 냉방의 빈도가 높아져 냉방병 환자가 내과환자의 20% 정도 발생되고, 공기조화기를 사용하는 고객중 약 60% 정도가 냉방병의 발생을 우려하고 있다. 냉방병의 발생원인은 대체적으로 과도한 실내외의 온도차, 인체에 차가운 기류가 직접 닿게 되는 직접풍, 또한 냉방상태에서 장기간 머무르는 경우 등이다.

예를 들어, 실외온도가 35℃까지 상승될 때 실내에서 냉방을 시행하는 경우에는 보통 25℃를 설정온도로 하여 냉방하게 된다. 따라서, 실내외의 온도차가 약 10℃에 이르게 되고, 이러한 과도한 온도차는 냉방병을 초래하는 원인이 된다.

일본의 일부 회사에서는 공기조화기의 실외기에 온도센서를 장착하여 실외온도를 감지하고 있으나, 이는 원가 상승의 원인이 될 뿐만 아니라 실외기 주변의 온도가 실외온도를 대표할 수 없고 실외온도를 잘못 감지하는 경우도 발생된다. 즉, 실외기는 건물의 벽이나 옥상 등에 설치되므로 그 주변의 온도가 실외온도를 대표할 수 없고, 주택밖에 실외를 설치하는 경우 이웃의 실외기에서 나오는 더운 바람으로 인해 실외온도를 잘못 감지할 수도 있다.

또, 일반적인 쾌적제어 알고리즘에서는 실내온도가 무조건 26℃가 되도록 공기조화기를 제어하고 있으나, 이는 인간의 온도환경에 대한 순응정도를 고려하지 않은 것으로써 냉방병 발생의 한 원인이 되고 있다. 즉, 인간은 동일한 26℃의 공간에서 계속 거주하고 있더라도 시간이 경과함에 따라 쾌적의 정도가 달라지는데 반하여, 기존의 쾌적제어 알고리즘은 이를 고려하지 않고 일률적으로 단순히 온도만을 제어하고 있다.

실제적으로 공기조화기을 사용하는 경우 다음과 같은 이유로 인해 불만이 발생된다. 즉, 냉방부하와 냉방능력의 불일치가 발생되어 사용자의 불만을 초래하고있다.

첫째, 공기조화기의 냉방능력과 실제 설치장소의 냉방부하가 발생되지 않을 때 발생된다. 즉, 9평 냉방능력의 공기조화기을 5평 정도의 공간에 설치하는 경우에는 과잉냉방의 원인이 되고, 13평 정도의 공간에 설치하는 경우에는 실내의 온도 강하 속도가 느려 불쾌감을 유발하게 된다.

둘째, 공간의 환기 여부에 따라 냉방부하가 변화된다. 즉, 5평형 공기조화기을 5평 공간에 설치하더라도 출입문이나 창문이 열려 있는 경우에는 냉방이 충분하게 이루어지지 않아 시원함을 느낄 수 없다.

셋째, 실외기온의 변화도 냉방부하 변동의 요인이 된다. 공기조화기를 주로 사용하는 여름철이라 하더라도 실외기온은 일정하지 않고 시간에 따라 변화되는데, 이러한 실외온도의 변화는 실내온도에도 영향을 미치게 된다. 여름철의 실외온도는 아침부터 상승되다가 14 내지 15시 경에 최고온도가 되고 다시 하강하게 된다. 이러한 실외온도의 변화는 주택의 외벽온도에 영향을 주게 되고, 이것이 열전달을 통해 실내 내벽에도 영향을 주게 된다. 실내 내벽온도는 인간의 전신온냉감이나 쾌적감에 영향을 줄뿐만 아니라 복사를 통해 실내온도에도 영향을 주어 냉방부하로 작용하게 된다.

상기 전신온냉감은 PMV(Predicted Mean Vote;예상평균투표치)라고도하며, 이는 팽거(Fanger)교수에 의해 제안된 것으로 공조환경에서의 물리적인 양인 온도, 기류, 습도, 내벽의 복사온도와 환경요인인 인간의 활동량 및 착의량의 6요소에 의해 결정된다. 즉, PMV는 상기한 6요소를 변화시켜 가면서 약 1300명의 인원을 통한실험을 하고 그에 다른 투표치를 정형화한 것이다. PMV=-3인 경우 '매우 춥다'의 의미이며, PMV=-2인 경우 '춥다', PMV=-l은 '약간 서늘하다', PMV=0은 춥지도 덥지도 않은 중립상태를 의미한다. 또, PMV=1은 '약간 덥다', PMV=2는 '덥다', PMV=3은 '매우 덥다'를 의미한 것으로, 모두 7단계로 구성된다.

넷째, 공기조화기가 설치된 주택의 방위에 따라 냉방부하가 달라진다. 즉, 서향집의 경우 북향집에 비해 약3배의 냉방부하가 발생되며, 주택의 벽 두께, 아프트의 층별에 따라 각각 냉방부하가 달라진다.

다섯째, 재실자의 수도 냉방부하와 관련된다. 즉, 인체는 보통 1인당 약 120 kcal/h의 열량을 발생하게 되는데, 5평형 공기조화기의 냉방능력이 1800 kcal/h인 점을 고려하면 재실자의 수가 냉방부하에 큰 영향을 주는 것임을 알 수 있다.

여섯째, 공기조화기을 가동하는 도중에 열기구 또는 컴퓨터를 사용하는 경우 냉방부하가 상승하게 된다. 열기구나 컴퓨터를 사용하는 경우 다량의 열이 발생되어 냉방부하를 증가시키게 된다.

그러나, 종래의 공기조화기는 냉방부하의 변동에 대응하는 온도와 기류 제어방법이 없으므로 과잉냉방에 따른 냉방병 발생원인이 되고 충분히 쾌적한 공조를 못하여 불쾌감을 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방부하의 변동에 따라서 즉각적으로 대응하며, 이를 지속적으로 유지할 수 있도록 설정온도, 풍향 및 풍량을 제어함으로써, 쾌적성을 향상시키고 과잉냉방 현상을방지하여 냉방병을 예방하며 공기조화기의 가동에너지를 절감할 수 있는 공기조화기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉동사이클이 도시된 개요도,

도 2는 일반적인 공기조화기의 실내기가 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 의한 공기조화기 제어방법이 도시된 순서도,

도 4는 본 발명에 의한 공기조화기 제어방법의 실시 예가 도시된 도면,

도 5는 본 발명의 공기조화기 제어방법을 적용할 경우 각 단계에서 컴프레서의 온/오프시 흡입온도 및 소요시간이 도시된 도면으로서,

도 5a는 제1 냉방부하 판별단계가 도시된 도면,

도 5b는 제2 냉방부하 판별단계가 도시된 도면,

도 5c는 냉방부하 판별단계 재수행시의 도면,

도 5d는 상승/하강 기울기 연산스텝이 도시된 도면,

도 6은 상승기울기 판별스텝의 특성도,

도 7은 하강기울기 판별스텝의 특성도,

도 8은 상하풍향 대응방법이 도시된 도면,

도 9는 본 발명에 이용되는 공기조화기의 블록 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 마이콤 51 : 실내온도 센서부

52 : 컴프레서 53 : 컴프레서 작동시간 감지부

54 : 냉방시간 체크부 55 : 실내팬 구동부

56 : 실내팬 57 : 상하풍향 구동부

58 : 좌우풍향 구동부 59 : 컴프레서 구동부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 컴프레서의 온/오프시 흡입구를 통해 유입되는 공기의 온도 변화를 감지하여 냉방부하를 판별하기 위해 컴프레서의 온/오프 시에 시간 변화에 따른 온도 변화량을 나타내는 온도기울기를 연산하는 상승/하강기울기 연산스텝과, 연산된 상승기울기를 이용하여 냉방부하를 판별하는 상승기울기 판별스텝 및 연산된 하강기울기를 이용하여 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별이 정확한지 확인하는 하강기울기 판별스텝으로 이루어지는 냉방부하판별단계와, 컴프레서의 온/오프시 시간 변화에 따른 온도의 변화량이 도시되는 온도기울기의 크기에 따라 냉방부하량이 상, 중, 하로 분류된 판별값을 비교하여 냉방부하가 정확한지 확인하고 냉방부하 판별값을 결정하는 판별값 비교단계와, 판별된 냉방부하에 따라 공기조화기의 작동상태를 제어하는 냉방부하 대응단계와, 냉방시간을 체크하여 냉방부하 판별시점을 결정하는 냉방시간 체크단계가 순차적으로 이루어지고 반복되어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 공기조화기제어 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 컴프레서의 온/오프시 흡입구를 통해 유입되는 공기의 온도 변화를 감지하여 냉방부하를 판별하는 냉방부하 판별단계와, 컴프레서의 온/오프시 각각 판별된 판별값을 비교하여 냉방부하가 정확한지 확인하고 냉방부하 판별값을 결정하는 판별값 비교단계와, 판별된 냉방부하에 따라 공기조화기의 작동상태를 제어하는 냉방부하 대응단계와, 냉방시간을 체크하여 냉방부하 판별시점을 결정하는 냉방시간 체크단계로 구성된다.

상기 냉방부하 판별단계는 일정한 설정온도와 풍량 및 풍향으로 일정기간 냉방운전 한 후 컴프레서가 가동되지 않았을 때의 온도기울기와 컴프레서가 가동되었을 때의 온도기울기를 연산하는 상승/하강기울기 연산스텝과, 연산된 상승기울기를 이용하여 냉방부하를 판별하는 상승기울기 판별스텝과, 연산된 하강기울기를 이용하여 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별이 정확한지 확인하는 하강기울기판별스텝으로 이루어진다.

상기 판별값 비교단계는 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별값과 하강 기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별값이 동일한 지를 비교하는 제1과정과, 비교결과가 동일할 경우 그 값을 냉방부하로 결정하고 동일하지 않을 경우 상기 냉방부하 판별단계를 일정 회수동안 재수행하도록 하는 제2과정과, 재수행 결과도 비교결과가 동일하지 않을 경우 하강기울기의 판별값을 냉방부하로 결정하는 제3과정으로 이루어진다.

상기 냉방부하 대응단계는 상기 판별값 비교단계에서 결정된 냉방부하에 따라 실내온도를 제어하는 실내온도 대응스텝과, 상기 실내온도 대응스텝에 따라 제어되는 설정온도에 연동하여 상하풍향을 제어하는 상하풍향 대응스텝과, 상기 상하풍향 대응스텝에 의해 제어되는 상하풍향에 연동하여 풍량을 제어하는 풍량 대응스텝으로 구성된다. 이때, 상기 실내온도 대응스텝은 대응되는 상기 설정온도에 상한치와 하한치의 규제폭을 설치한다.

냉방시간 체크단계에서는 냉방부하를 판별하기 시작하면서부터 시간을 체크하여 일정시간이 경과되면 도 4에 도시된 바와 같이 냉방부하 대응단계를 종료하고 냉방부하 판별단계를 다시 시작한다. 즉, 일정시간이 경과되면 제1 냉방부하 대응단계를 종료하고 제2 냉방부하 판별단계를 실시한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공기조화기 제어방법은 상황에 따라 변화되는 냉방부하를 감지하여 공기조화기의 작동 상태를 제어함으로써 과잉냉방을 방지하고 쾌적냉방이 이루어지도록 한다.

부하대응 운전을 시행토록 하면 설정온도 26℃, 중량은 약풍, 상하풍향은 도 8에 도시된 바와 같이 상측을 향하게 하고 일정시간 동안 냉방운전을 수행한다. 즉, 상하풍향은 수평방향(α°)보다 일정각도(β°)만큼 상승된 각도(α°+ β°)의 풍향을 갖도록 한 상태에서, 상승기울기와 하강기울기를 구하기 위해 상승/하강 기울기 연산스텝을 수행한다. 실내온도가 설정온도에 도달되면 컴프레서가 첫 번째로 오프되며 그 때의 흡입온도는 T1이다. 흡입온도는 실내열교환기와 흡입구 사이에 설치된 온도센서에서 측정된 값으로서, 실내온도를 의미한다.

상승/하강 기울기 연산스텝은 상기한 냉방운전의 결과로 얻어진 데이터를 측정하여 연산하는 과정이다. 도 5에는 컴프레서의 온/오프에 따라 온도가 변화되는 상태가 도시되어 있는 바, 컴프레서의 첫 번째 오프시 흡입온도는 T1이고, 타이머의 시간(t)은 초기화시킨다. 컴프레서가 오프됨에 따라 흡입온도는 상승되므로 소정의 시간이 경과되면 컴프레서가 다시 온 상태가 된다. 이때의 흡입온도는 T2가되고, 타이머의 시간은 t1이 된다. 여기서, t1은 컴프레서가 오프되어 있는 동안의 소요시간을 의미한다.

컴프레서가 온됨에 따라 흡입온도는 하강되므로 소정의 시간이 경과되면 컴프레서가 다시 오프 상태가 된다. 이때의 흡입온도는 T3이 되고, 타이머의 시간은 t2가 된다. 여기서, t2는 컴프레서가 온되어 있는 동안의 소요시간을 의미한다. 컴프레서가 두 번째 온될 때의 흡입온도는 T4가 되고, 타이머의 시간은 t3이 되며, 컴프레서가 세 번째 오프될 때의 흡입온도는 T5이며, 타이머의 시간은 t4가 된다. 여기서, t3은 컴프레서가 온되어 있는 동안의 소요시간을 의미하고, t4는 컴프레서가 오프되어 있는 동안의 소요시간을 의미한다.

여기서 얻어진 데이터(T1,T2,T3,T4,T5,t1,t2,t3,t4)를 이용하여 마이콤은 상승기울기와 하강기울기를 연산하는 데, 그 식은 하기의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

따라서, 상기한 수학식 1에 따라 도 5a에 도시된 온도 그래프의 상승기울기AL과 하강기울기 DL를 구하면 다음과 같다.

상기에서 구해진 상승기울기와 하강기울기 값을 정확성을 보강하기 위해 평균을 하여 최종적인 상승기울기와 하강기울기의 값으로 채택한다. 따라서, 채택된 상승기울기 AL과 하강기울기 DL을 구하여 식으로 나타내면 다음과 같다.

상승기울기 판별스텝에서는 상승/하강기울기 연산스텝에서 구해진 상승기울기 AL을 마이콤에 기억된 하기의 표 1에 대입하여 냉방부하를 판별한다. 즉, 상승 기울기의 값에 따라 냉방부하를 "소", "중", "대"로 판별하게 된다. 따라서, 상승 기울기의 값이 표 1의 L26B와 L26BB 사이에 위치되면 냉방부하를 "중"으로 판별한다.

[표 1]

상승기울기 판별스텝을 설명하기 위한 특성도는 도 6에 도시되어 있는 바, 같은 설정온도로 운전할 때 냉방부하가 커질수록 상승기울기가 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 상승기울기는 컴프레서가 오프된 상태에서의 실내온도를 나타낸 것이므로 컴프레서가 오프된 상태에서 냉방부하가 크면 실내온도가 빨리 상승되어 상승기울기가 커지게 된다.

하강기울기 판별스텝에서는 상승/하강기울기 연산스텝에서 구해진 상승기울기 DL을 마이콤에 기억된 하기의 표 2에 대입하여 냉방부하의 판별을 확인한다. 즉, 하강기울기의 값에 따라 냉방부하를 역시 "소", "중", "대"로 판별하게 된다. 따라서, 하강기울기의 값이 표 2의 L26K와 L26KK 사이에 위치되면 냉방부하를 "중"으로 판별한다.

[표 2]

하강기울기 판별스텝을 설명하기 위한 특성도는 도 7에 도시되어 있는 바, 같은 설정온도로 운전하였다면 냉방부하가 커질수록 하강기울기가 작아지는 것을 알 수 있다. 즉, 하강기울기는 컴프레서가 온된 상태에서의 실내온도를 나타낸 것이므로 컴프레서가 온된 상태에서 냉방부하가 크면 실내온도가 늦게 하강되어 하강 기울기가 작아지게 된다.

상승/하강기울기 연산단계에서 상승기울기 AL과 하강기울기 DL이 결정되면, 판별값 비교단계를 수행한다. 즉, 컴프레서의 온/오프에 따른 냉방부하 판별값이 동일한지 비교하게 된다.

상승기울기 판별스텝에서 판별한 판별값과 하강기울기 판별스텝에서 확인한 판별값이 동일하면 그 값을 냉방부하 판별값으로 결정하고, 두 판별값이 다를 경우에는 도 5c에 도시된 바와 같이 컴프레서의 오프/온 운전을 2회 재수행하면서 상승/하강기울기 연산스텝과 상승기울기 판별스텝 및 하강기울기 판별스텝을 재실행하게 된다. 재실행에도 불구하고 두 판별값이 다르게 판별되면 하강기울기에서 판별된 냉방부하 판별값을 기준으로 냉방부하 대응단계를 수행한다.

도 5c에 도시된 도면을 참조할 경우 상승기울기 AL과 하강기울기 DL은 다음과 같다. 물론, 최종적인 상승기울기 및 하강기울기는 그 평균값을 취하게 된다.

냉방부하 판별단계를 거친 후 냉방부하가 "중"으로 판별되었으므로, 도 4 및 하기의 표3과 같이 제1냉방부하 대응운전을 한다. 실내온도 대응스텝에서는 설정온도 27℃로 제어하고, 상하풍향 대응스텝에서는 상하풍향을 수평방향으로 제어하며, 풍량 대응스텝에서는 중풍으로 대응운전을 한다.

이는 변동되는 냉방부하에 대응하여 쾌적성을 유지하면서도 공기조화기의 소비전력을 줄이기 위한 것이다.

[표 3]

다음은 판별된 냉방부하에 따른 냉방부하 판별단계를 설명한 것으로, "소", "중", "대"로 판별된 냉방부하에 따라 각각의 대응단계를 설명하고 있다.

첫째, 냉방부하가 "소"인 경우에는 설정온도를 26℃로 제어하고, 상하풍향은 (α°+ β°)로 제어하며, 풍량은 약풍으로 제어하면, 공기조화기 전방의 거주영역에서는 기류가 약 0.2 m/s 정도가 된다. 이것을 PMV 값으로 계산하면 약 "-0.06"으로 춥지도 덥지도 않은 쾌적한 상태가 된다. 즉, 냉방부하가 작으므로 실내 설정온도를 26℃로 운전하고, 상하풍향과 풍량을 제어하면 쾌적한 상태를 유지할 수 있다.

이때, PMV의 다른 요소인 상대습도는 55%RH이고, 복사온도는 실내온도와 동일한 26℃이며, 재실자의 활동량은 독서상태인 1.0M이고, 재실자의 착의량은 여름철 평상복 차림인 0.6 clo로 계산하였을 경우이다.

둘째, 냉방부하가 "중"인 경우에는 설정온도를 27℃로 제어하고, 상하풍향은 수평(α°)으로 제어하며, 풍량은 중풍으로 제어하면, 공기조화기 전방의 거주영역에서는 기류가 약 0.6 m/s 정도가 된다. 이것을 PMV 값으로 계산하면 약 "0.05"로 춥지도 덥지도 않은 쾌적한 상태가 된다. 즉, 냉방부하에 맞게 실내 설정온도를 27℃로 운전하고, 상하풍향과 풍량을 제어하면 쾌적한 상태를 유지할 뿐만 아니라 불필요하게 실내온도를 강하시키지 않아 에너지를 절약할 수 있다.

셋째, 냉방부하가 "대"인 경우에는 설정온도를 28℃로 제어하고, 상하풍향은(α°- β°)로 제어하며, 풍량은 강풍으로 제어하면, 공기조화기 전방의 거주영역에서는 기류가 약 1.1 m/s 정도가 된다. 이것을 PMV 값으로 계산하면 약 "0.36"으로 춥지도 덥지도 않은 쾌적한 상태가 된다. 즉, 냉방부하가 크므로 실내 설정온도를 28℃로 운전하고, 상하풍향과 풍량을 제어하면 쾌적한 상태를 유지할 뿐만 아니라 불필요하게 실내온도를 강하시키지 않아 에너지를 절약할 수 있다.

냉방부하 대응단계에서 냉방부하에 맞게 설정온도, 상하풍향, 풍량을 제어하여 대응냉방운전을 하는 동안, 냉방부하 판별단계의 첫부분인 컴프레서가 처음으로 오프되는 지점에서부터 일정시간(ta)이 되는 시간까지 냉방운전 시간을 체크한다. 일정시간(ta)이 경과되면 제1 냉방부하 대응운전을 완료하고 제2 냉방부하 판별단계를 시작한다. 즉, 냉방부하 판별단계부터 순차적으로 다시 반복하면서 공조운전을 계속한다.

제1 냉방부하 판별단계와 제1 냉방부하 대응단계 동안 냉방운전을 실시하는 동안 일정시간(ta)이 경과되면, 냉방부하 판별단계를 다시 시작한다. 이때, 제1냉방부하 대응운전 기간동안 냉방부하가 변화된 경우 새로운 냉방대응운전이 필요하며, 변화된 냉방부하를 판별하는 단계가 제2 냉방부하 판별단계이다. 제2 냉방부하판별단계는 도 4에 도시된 바와 같이 일정시간(ta)이 경과된 후 컴프레서가 처음으로 오프되는 시점에서 제1 냉방부하 판별단계와 동일한 방법으로 수행한다.

상승/하강 기울기 연산스텝은 소정시간 동안의 냉방운전 결과로 얻어진 데이터를 측정하여 연산하는 과정이다. 도 5b에는 컴프레서의 온/오프에 따라 흡입온도가 변화되는 상태가 도시되어 있는 바, 컴프레서의 온/오프시의 온도와 컴프레서 온/오프 시간 데이터(T11,T12,T13,T14,T15,t11,t12,t13,t14)를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 데이터를 이용하여 마이콤은 상승기울기와 하강기울기를 연산하는 데, 그 식은 상기한 수학식 1과 같다.

따라서, 수학식 1에 따라 도 5b에 도시된 온도 그래프의 상승기울기 AL과 하강기울기 DL를 구하면 다음과 같다.

상기에서 구해진 상승기울기와 하강기울기 값을 정확성을 보강하기 위해 평균을 하여 최종적인 상승기울기와 하강기울기의 값으로 채택한다. 따라서, 상승기울기 AL=(AL1+AL2)/2, 하강기울기 DL= (DL1+DL2)/2가 된다.

상승기울기 판별스텝에서는 상승/하강기울기 연산스텝에서 구해진 상승기울기 AL을 마이콤에 기억된 상기의 표 1에 대입하여 냉방부하를 판별한다. 즉, 상승 기울기의 값이 L27F L27FF 사이에 위치되면 냉방부하를 "대"로 판별한다.

하강기울기 판별스텝에서는 상승/하강기울기 연산스텝에서 구해진 상승기울기 DL을 마이콤에 기억된 상기의 표 2에 대입하여 냉방부하의 판별을 확인한다. 즉, 하강기울기의 값이 L270와 L2700 사이에 위치되면 냉방부하를 "대"로 판별되는 것을 확인한다.

도 4에 도시된 실시 예의 경우는 제1 냉방부하 대응단계에서 냉방부하가 "중"일 때에 맞게 설정온도가 27℃, 상하풍향은 수평(α°)이며, 풍량은 중풍으로 대응운전 하는 것을 알 수 있다. 따라서, 일정시간(ta)이 경과된 이후의 제2 냉방 부하 대응운전에서는 설정온도 27℃로 운전하면서 제2 냉방부하 판별을 한다.

제2 냉방부하 판별단계에서도 상승기울기 판별스텝과 하강기울기 판별스텝의 판별값이 다를 경우에는 냉방부하 판별단계를 다시 수행하고, 그 값이 다시 다르게 나타나면 하강기울기에서 판별된 냉방부하 판별값을 기준으로 냉방부하 대응단계를 수행한다.

제2 냉방부하 판별단계에서 냉방부하가 "대"로 판별되었으므로, 도 4와 도 8 및 표3과 같이 제2 냉방부하 대응운전을 수행한다. 즉, 실내온도 대응스텝에서는 설정온도 28℃로 제어되고, 상하풍향 대응스텝에서는 상향풍향이 (α°- β°)로 제어되며, 풍량대응 스텝에서는 풍량이 강풍으로 대응운전을 한다. 이는 변동되는 냉방부하에 대응하여 쾌적성을 유지하면서 공기조화기의 소비전력을 줄일 수 있도록 한다.

도 9는 본 발명에서 이용되는 공기조화기의 블록도로서, 실내온도 센서부(51)가 온도센서를 이용하여 흡입되는 실내공기의 온도를 측정한 후 마이콤(50)에 전달하고, 컴프레서 작동시간 감지부(53)가 컴프레서(52)가 가동되는 온 시간 및 컴프레서(52)가 가동되지 않는 오프 시간을 감지하며, 냉방시간 체크부(54)는 냉방시간을 체크하여 마이콤(50)으로 전달한다. 실내팬 구동부(55)는 마이콤(50)의 제어에 따라 실내팬(56)의 출력을 제어하여 풍량을 조절하고, 상하풍향 구동부(57)는 상하풍향베인(57')을 제어하여 상하풍향을 조절하며, 좌우풍향 구동부(58)는 좌우풍향베인(58')을 제어하여 상하풍향을 조절한다. 또, 컴프레서 구동부(59)는 마이콤(50)에서 지시한 설정온도가 되도록 컴프레서(52)의 동작을 제어한다.

또, 인버터 컴프레서를 사용하는 경우에는 냉방부하 판별단계 중, 하강기울기 연산시스템에서 데이터 값을 측정학 위해 약간 다른 방법을 사용한다.

인버터 컴프레서의 경우 오프되면 비효율적이므로 도 5d에 도시한 바와 같이 하강기울기(A)를 측정하기 위하여 컴프레서를 높은 주파수인 약68HZ로 가동하고, 하강기울기(B)를 측정하기 위하여 컴프레서를 낮은 주파수인 약 35HZ로 가동한다.

인버터 컴프레서가 높은 주파수로 가동 시에는 냉방능력이 높아지므로 흡입온도가 급격히 하강하면, 낮은 주파수로 가동 시에는 냉방능력이 다소 저하되므로 높은 주파수로 가동 시에 비해 흡입온도의 하강기울기가 완만해진다.

하강기울기(A)와 하강기울기(B)를 비교 체크하여, 냥방부하를 판별한다.

이와 같이, 본 발명의 공기조화기 제어방법은 냉방부하의 변동에 따라서 즉각적으로 대응할 수 있도록 설정온도와 풍향 및 풍량을 제어하고, 이를 지속적으로 유지함으로써, 쾌적감을 유지하면서도 에너지를 절약하고 과잉냉방을 방지하여 냉방병을 예방할 수 있는 이점이 있다.

즉, 부하가 높아지면 PMV를 춥지도 덥지도 않은 상태인 -0.5∼+0.5 사이에서 쾌적제어 되도록 풍량과 풍향을 조절함과 동시에 설정온도를 상승시켜 무리하게 낮은 온도로 운전하는 것을 방지하여 소비전력을 절약하게 된다. 반면에, 부하가 낮아지더라도 PMV가 -0.5∼+0.5 사이에서 쾌적제어 되도록 풍량과 풍향을 조절함과 동시에 설정온도는 낮은 부하에 적합하게 설정하여 제어함으로써 쾌적성을 향상시키고 과잉냉방을 방지하여 과잉냉방에 의한 냉방병을 예방할 수 있다.

Claims (4)

1. 컴프레서의 온/오프시 흡입구를 통해 유입되는 공기의 온도 변화를 감지하여 냉방부하를 판별하기 위해 컴프레서의 온/오프 시에 시간 변화에 따른 온도 변화량을 나타내는 온도기울기를 연산하는 상승/하강기울기 연산스텝과, 연산된 상승기울기를 이용하여 냉방부하를 판별하는 상승기울기 판별스텝 및 연산된 하강기울기를 이용하여 상승기울기 판별스텝에서 냉방부하 판별이 정확한지 확인하는 하강기울기 판별스텝으로 이루어지는 냉방부하 판별단계와;

   컴프레서의 온/오프시 시간 변화에 따른 온도의 변화량이 도시되는 온도기울기의 크기에 따라 냉방부하량이 상, 중, 하로 분류된 판별값을 비교하여 냉방부하가 정확한지 확인하고 냉방부하 판별값을 결정하는 판별값 비교단계와;

   판별된 냉방부하에 따라 공기조화기의 작동상태를 제어하는 냉방부하 대응단계와;

   냉방시간을 체크하여 냉방부하 판별시점을 결정하는 냉방시간 체크단계가 순차적으로 이루어지고 반복되어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어방법.
2. 컴프레서의 온/오프시 흡입구를 통해 유입되는 공기의 온도 변화를 감지하여 냉방부하를 판별하기 위해 컴프레서의 온/오프 시에 시간 변화에 따른 온도 변화량을 나타내는 온도기울기를 연산하는 상승/하강기울기 연산스텝과, 연산된 상승기울기를 이용하여 냉방부하를 판별하는 상승기울기 판별스텝 및 연산된 하강기울기를이용하여 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별이 정확한지 확인하는 하강기울기 판별스텝으로 이루어지는 냉방부하 판별단계와;

   상기 상승기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별값과 하강기울기 판별스텝에서의 냉방부하 판별값이 동일한 지를 비교하는 제1과정과, 비교결과가 동일할 경우 그 값을 냉방부하로 결정하고 동일하지 않을 경우 상기 냉방부하 판별단계를 일정 회수동안 재수행하도록 하는 제2과정과, 재수행 결과도 비교결과가 동일하지 않을 경우 하강기울기의 판별값을 냉방부하로 결정하는 제3과정으로 이루어지는 판별값 비교단계와;

   상기 판별값 비교단계에서 결정된 냉방부하에 따라 실내온도를 제어하는 실내온도 대응스텝과, 상기 실내온도 대응스텝에 따라 제어되는 설정온도에 연동하여 상하풍향을 제어하는 상하풍향 대응스텝과, 상기 상하풍향 대응스텝에 의해 제어되는 상하풍향에 연동하여 풍량을 제어하는 풍량 대응스텝으로 구성된 상기 냉방부하 대응단계와;

   냉방시간을 체크하여 냉방부하 판별시점을 결정하고, 냉방부하 판별시부터 시간을 체크하여 일정 시간마다 냉방부하 판별단계를 다시 시작하도록 하는 냉방시간 체크단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 공기조화기 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 실내온도 대응스텝은 대응되는 상기 설정온도에 상한치와 하한치의 규제폭을 설치한 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉방부하 판별단계는 일정한 설정온도와 풍량 및 풍향으로 일정기간 냉방운전 한 후, 컴프레서가 높은 주파수로 가동되었을 때의 하강기울기와 컴프레서가 낮은 주파수로 가동되었을 때의 하강기울기를 비교하여 냉방부하를 판별하는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어방법.