KR100433449B1 - 에너지 절감을 위한 다기능 온도 조절시스템 및 그 조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파트, 콘도미니엄, 호텔객실, 기숙사, 연수원과 같이 다수의 구분된 공간으로 나누어진 공동건물의 별도의 사무소에서 중앙집중식 온도조절을 함에 있어, 에너지 절감을 위하여 개선된 실내온도 조절시스템에 관한 것이다. 본 발명의 다기능 실내온도 조절시스템은 기존의 방식과 달리, 실내온도 조절기를 유·무선통신 방식을 사용하여 중앙의 메인컴퓨터의 통신변환장치를 이용한 멀티 포트에 연결함으로써 별도의 정보수집반과 게이트웨이를 설치할 필요가 없다.

또한, 본 발명에 의한 다기능 온도조절시스템은 각 세대의 실내대류 온도, 난방수 온도 및 온돌구조체의 온도중 어느 하나라도 사용자가 미리 설정한 온도보다 낮으면 난방장치를 가동하여 실내온도를 올리도록 함으로써 한국인의 생활패턴에 알맞는 쾌적한 난방이 이루어지도록 한다. 그리고 사용자의 재실/공실 여부를 인식하는 장치를 출입문과 연관하여 설치하여 공실로 판정되었을 때에는 난방장치의 가동을 정지함으로써 불필요한 에너지 낭비를 막는다. 반면, 겨울철에는 메인컴퓨터와 다기능 온도조절기에서 각 실의 난방수 온도를 점검하여 동파우려가 있는 곳에 강제난방을 하도록 한다.

한편, 각 세대의 실내온도조절기를 그곳의 가전제품과 무선 RF 모듈에 의해 무선연결하여, 퇴실시에는 실내온도조절기의 전원차단신호에 의해 가전제품의 전원과 개스밸브가 차단되도록 함으로써 공실에 불필요하게 전력이 낭비되는 일을 방지하고 개스누설의 위험을 예방한다.

Description

에너지 절감을 위한 다기능 온도 조절시스템 및 그 조절방법{Multi-functional Temperature Control system for Saving Energy, and Method thereof}

본 발명은 아파트, 콘도미니엄, 호텔, 기숙사, 연수원 등과 같이 다수의 구분공간으로 이루어진 공동건물에서 에너지 절감과 쾌적한 온도제어를 위하여 개선된 다기능 실내온도 조절시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래의 방식에서 실내온도 조절기를 관리실의 메인컴퓨터와 연결함에 있어 별도의 정보수집반과 게이트웨이를 설치하여 배관 배선에 별도의 수고와 번거로움이 많았던 것을 개선하여 실내온도 조절기를 메인컴퓨터와 직접 연결하도록 하고, 실내온도 조절기와 실내의 가전제품을 무선 통신방식으로 연결하여 사용자의 퇴실시 자동적으로 가전제품의 전원을 차단하도록 하는 개선된 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템에 관한 것이다.

아파트, 콘도미니엄, 호텔과 같은 대규모의 주거공간에서는 대량의 난방에너지를 사용하며 사용자의 재실과 퇴실이 빈번히 이루어지므로 이를 체크하지 않은 상태로 일괄적으로 난방을 하게 되면 상당히 많은 에너지 손실을 피할 수 없게 된다.

종래 아파트등의 난방방식은 개별 세대내에서 동작하는 온도조절기와 밸브를 한 세트로 묶어 당해 세대 내에서만 콘트롤 되도록 하는 단일 루프 제어방식과, 다수의 세대를 하나로 묶어 중앙에서 집중관리하는 방식이 있다.

개별 세대내에서만 제어하는 단일루프 제어방식은 통상 사용자가 재실인 경우에는 온도센서에 의해서 감지된 실내온도와 사용자가 온도조절기에 미리 설정해 놓은 온도를 비교하여 전자가 후자보다 높으면 난방장치를 작동하지 않고, 그 반대의 경우에는 난방장치를 작동하도록 하는 방식이다.

한편, 종래의 중앙집중식 관리방식은 중앙의 메인컴퓨터, 게이트웨이(gateway), 정보수집반(Direct Digital Controller) 및 실내 온도 센서로 구성된다. 도1에는 아파트등의 공동건물에서 중앙의 메인컴퓨터(40)를 이용하여 난방제어하는 종래의 시스템 구성도를 나타내었다. 각 세대공간에 설치된 개별난방 제어설비에는 온도센서(11), 습도센서(12), 밸브 액츄에이터(actuator)(13), 댐퍼 액츄에이터(14) 및 동력반과 인버터반(15)이 포함되어 있다. 각 세대의온도센서(11)에 의해서 감지된 온도값과 습도센서(12)에 의해서 감지된 습도값은 아날로그 신호로서 A/D 변환된 후 건물의 각층에 설치된 정보수집반(DDC)(20)에 취합된다. 이어서 게이트웨이를 통해 RS485방식에서 RS232방식으로 변환된다. 관리실의 메인컴퓨터(40)는 게이트웨이를 통과한 각 세대의 데이터를 기준값과 비교연산한 후 각 세대에 대한 제어신호를 발송한다. 메인 컴퓨터로부터 전송된 제어신호는 거꾸로 게이트웨이(30)를 거쳐 정보수집반(20)에 입력되고, 각 세대로의 배선을 통해 실내온도 조절기에 전달된다. 제어신호에 의해서 각 세대의 밸브 액츄에이터(13), 댐퍼 액츄에이터(14) 및 동력반, 인버터반(15)의 작동이 제어된다.

이러한 종래의 중앙집중식 관리방식에서는 각 실에 설치된 온도조절기가 최종적으로 관리실의 메인컴퓨터와 연결됨에 있어, 정보수집반과 게이트웨이를 경유하여야 했기 때문에 이를 위한 개별조절기와 정보수집반간 개별 배관배선을 별도로 하여야 하는 단점이 있었다.

그리고, 기존의 온도조절 방식은 실내의 대류온도를 검출하는 방식과 보일러의 난방수 귀환부에서의 온도를 검출하는 방식 및 온돌바닥의 구조체의 온도를 검출하여 제어하는 방식중 하나를 사용하고 있었다. 그러나, 이러한 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 실내 대류온도를 검출하여 제어하는 방식은 실내에 재실자가 많거나 음식준비로 인하여 주방 열기구를 많이 사용하는 경우에는 간접열에 의해 실내온도가 상승하여 보일러가 가동되지 않는 일이 생긴다.

두 번째의 난방수의 온도를 검출하여 설정온도와 비교함으로써 보일러의 기동을 결정하는 방식은 사람이 평소 느끼는 대류온도의 습관적 감각과 달라 재실자가 난방수 기준온도에 대한 많은 경험이 없는 경우에는 적정한 제어가 어렵다.

세 번째로 온돌바닥의 구조체 온도를 검출하여 제어하는 방식은 실내의 축열규모에 따라 제어방식이 다르게 설계되어야 하며, 대류온도를 무시하기 때문에 건축물의 단열정도에 따라 제어오차가 크게 날 수 있다.

그리고 종래의 난방제어방식은 평일과 주말, 휴일, 동절기, 하절기, 환절기등의 다양한 변수를 전혀 고려하지 않는 문제점이 있었다.

본 발명에 의한 중앙집중식 온도조절시스템은 사용자의 재실여부를 인식하여 재실시에는 현재온도와 설정온도를 비교하여 난방이 이루어지도록 하고 공실시에는 난방을 중지하여 불필요한 에너지 소모를 줄이고자 한다. 그리고 공실시라도 겨울철과 같이 동파위험이 있는 경우에는 임의 또는 사전에 프로그램화하여 강제로 난방이 이루어지도록 한다.

또한 실내 대류온도, 난방수 온도 및 온돌구조체의 온도중에서 어느 하나라도 설정온도 보다 낮은 경우에는 난방장치를 가동하도록 한다.

그리고 각 세대에 설치된 온도조절기와 중앙통제실의 메인컴퓨터를 연결함에 있어 기존의 방식과 달리 정보수집반과 게이트웨이를 경유함이 없이 직접 연결되도록 함으로써 배선을 간략화한다.

그리고 실내온도 조절기와 실내의 가전제품 전원장치 및 가스밸브 액츄에이터를 무선연결하여 사용자의 공실시에는 실내온도 조절기의 전원차단신호 및 가스차단신호에 의하여 가전제품을 턴오프 시키고 가스밸브를 잠금으로써 에너지의 낭비를 막음과 동시에 가스누설의 위험을 예방한다.

도1은 아파트, 콘도미니엄 등에서 사용되는 종래의 중앙집중식 온도조절 시스템의 구성도이다.

도2는 종래의 온도조절시스템에서 각 세대의 현재 측정온도와 사용자의 설정 온도가 정보수집반(DDC)에 전달되는 경로를 나타낸다.

도3은 종래의 실내온도 조절기의 중앙처리장치(CPU)의 개략적 입출력 관계도이다.

도4는 본 발명에 의한 중앙집중식 다기능 온도조절 시스템의 전체구성도이다.

도5는 본 발명에서 실내온도 조절기의 CPU의 입출력관계를 나타내는 블록도이다.

도6은 본 발명에 의한 실내온도 조절기의 CPU의 실제회로도이다.

도7은 본 발명에서 실내온도조절기와 메인컴퓨터간의 RS485 통신방식의 회로도이다.

도8은 본 발명의 실내온도조절기의 CPU의 출력에 의해서 실내온도, 설정온도 등을 표시하는 디스플레이 회로도이다.

도9는 본 발명에서 실내온도 온도조절기의 CPU에 어드레스 세팅하는 딥 스위치 입력회로를 나타낸다.

도10은 본 발명에 따른 실내온도조절기의 CPU의 난방제어신호 출력을 보일러 또는 밸브 액츄에이터에 인가하는 회로를 나타낸다.

도11은 실내대류온도를 검출하여 실내온도 조절기의 CPU에 입력하는 회로도이다.

도12는 난방수 온도를 검출하여 실내온도 조절기의 CPU에 입력하는 회로도이다.

도13은 출입문에 설치된 재실/공실 인식장치와 실내온도조절기의 관계 및 실내온도조절기의 전원차단신호가 RF 모듈에 의하여 가전제품의 전원장치에 전송되는 것을 나타낸다.

도14는 본 발명의 실내온도 조절기와 보일러, 가스누설센서의 관계도이다.

도15는 본 발명에 따른 실내온도조절 방법의 흐름도이다.

도16는 콘도미니엄 등의 각 객실을 그룹설정함으로써 온도제어하는 방식의 일 예를 나타낸다.

*도면의 부호의 설명

10: 개별난방 제어설비 11: 온도센서

12: 습도 센서 13: 밸브 액츄에이터

14: 댐퍼 액츄에이터 15: 동력반,인버터반

16: 사용자 설정입력 18: 중앙처리장치(CPU)

20: 정보수집반 30: 게이트웨이

40: 메인컴퓨터

100: 실내온도조절기 111: 실내대류온도센서

112: 난방수 온도센서 113: 온돌구조체 온도센서

130: 사용자 설정입력 140: 딥 스위치

141: 가스누설 센서 150: 재실/공실 인식부

160: 보일러 161: 밸브 액츄에이터

162: 냉방기

170: 가전제품 180: 중앙처리장치(CPU)

181: 외부 메모리 190: 디스플레이

400: 메인컴퓨터 410: 서브컴퓨터

첫째, 본 발명은 공동건물중의 각 세대에 설치된 실내온도 조절기와 중앙통제실의 메인컴퓨터를 연결하여 실내온도를 조절하는 다기능 실내온도 조절시스템에 있어서,

상기 실내온도 조절기는, 키택, 지문인식기, 리드스위치, 출입문의 잠금장치등의 작동상태를 감지함으로써 사용자의 재실 또는 공실여부를 판정하는 재실/공실 인식부(150); 실내의 온도를 감지하여 그 측정치를 아날로그 온도신호로 출력하는 온도 감지부; 사용자가 원하는 실내온도를 입력 설정할 수 있는 키입력부(130); 상기 온도감지부의 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환부; 상기 재실/공실 인식부, A/D 변환부 및 키입력부로부터의 신호를 받아들여 메인컴퓨터에 전달하고 메인컴퓨터의 제어신호에 의해서 난방제어신호를 출력하는 제어부(180); 상기 제어부와 연결되어 현재 실내온도, 사용자 설정온도 및 난방설비 작동상태를 표시하는 디스플레이(190); 및 상기 제어부와 연결되어 제어동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 제어부의 프로그램 수행을 위해 필요한 메모리 영역을 제공하는 외부메모리(181);를 구비하며,

상기 난방제어신호에 의해서 각 세대의 난방설비가 가동 또는 정지하며,

상기 메인컴퓨터는 상기 실내온도 조절기와 유선으로 직접 연결된 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템을 제공한다.

둘째, 본 발명은 공동건물중의 각 세대에 설치된 실내온도조절기와 중앙통제실의 메인컴퓨터를 연결하여 실내온도를 조절하는 방법에 있어서,

a) 실내에 설치된 온도센서에 의해서 실내 대류온도, 난방수온도 및 온돌구조체의 온도를 측정하여 각각의 아날로그 신호를 발생하는 단계;

b) 상기 a)단계에서 발생한 아날로그 신호를 A/D 변환기에 의하여 디지털 신호로 변환하는 단계;

c)출입문의 잠금장치에 장착된 센서에 의해서 사용자의 재실 또는 공실여부를 판단하는 단계;

d) 상기 c)단계에서 재실로 판정된 경우 상기 b)단계에서 변환된 온도값중 최소값과 사용자가 입력한 설정온도값을 비교하여 전자가 후자보다 작은 경우에는 난방운전신호를 발생하고, 그 반대의 경우에는 난방정지신호를 발생하며, 상기 c)단계에서 공실로 판정된 경우에는 상기 난방수 온도가 미리 프로그램된 최저기준온도 이하이면 난방운전신호를 발생하고, 상기 난방수 온도가 상기 최저기준온도를 초과하면 난방정지신호를 발생하는 단계;

e) 상기 측정온도값과 설정온도값 및 난방장치의 작동상태를 표시하는 단계; 및

f) 일정한 시간간격이 경과한 후에 상기 a)단계로 복귀하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 실내온도 조절방법을 제공한다.

마지막으로, 본 발명은 공동건물의 각 세대에 설치되어 실내온도와 사용자가입력한 설정온도를 비교연산하여 실내온도를 조절하는 장치에 있어서,

출입문의 키택, 지문인식기, 리드스위치 또는 잠금장치의 작동상태를 감지함으로써 사용자의 재실 또는 공실여부를 판정하는 재실/공실 인식부(150);

실내의 온도를 감지하여 그 측정치를 아날로그 온도신호로 출력하는 온도 감지부;

사용자가 원하는 실내온도를 입력 설정할 수 있는 키입력부(130);

상기 온도감지부의 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환부;

상기 재실/공실 인식부, A/D 변환부 및 키입력부로부터의 신호를 받아들여 재실인 경우에는 상기 A/D 변환부로부터 전달받은 온도값과 상기 키입력부에 의해서 설정된 온도를 비교하여 전자가 후자에 미달하는 경우에는 난방운전신호를 출력하고 반대의 경우에는 난방정지신호를 출력하며, 공실인 경우에는 난방정지신호를 출력하는 제어부(180);

상기 제어부와 연결되어 난방운전신호 또는 난방제어신호에 따라서 난방설비를 가동 또는 정지하는 난방설비 운전부(160);

상기 제어부와 연결되어 현재 실내온도, 사용자 설정온도 및 난방설비 작동상태를 표시하는 디스플레이(190); 및

상기 제어부와 연결되어 제어동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 제어부의 프로그램 수행을 위해 필요한 메모리 영역을 제공하는 외부메모리(181); 로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 실내온도 조절장치를 제공한다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 중앙집중식 다기능 온도조절 시스템의 전체 구성도이다. 각 세대에 설치된 실내온도 조절기(100)는 보일러(160), 키택인식기(150), 난방수 밸브(161), 냉장·냉방기기의 전원(170)과 연결된다. 본래 실내온도 조절기는 현재의 온도를 표시하고 사용자의 설정온도와 비교하여 전자가 후자보다 낮으면 보일러(160)의 가동을 명하는 제어신호를 발생하거나 (개별난방의 경우), 또는 각 세대로 유입되는 난방수 배관의 밸브를 개방하는 제어신호를 밸브 액츄에이터(161)에 인가하는 것 (중앙난방의 경우) 만을 목적으로 하였다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 단순한 온도조절외에 출입문의 잠금장치에 재실/공실 인식장치를 설치하여 잠금장치의 회동을 감지함으로써 재실/공실을 판정하고, 재실의 경우와 공실의 경우에 각각 다른 방식으로 난방장치를 운용하도록 한다.

또한, 본 발명은 실내온도 조절기를 에어콘등의 냉방기구와 연결시켜 냉방조절도 가능하도록 한다.

그리고 에어콘, 냉장고, 텔레비전, 조명 등의 가전제품의 전원장치와 온도 조절기에 각각 무선 송수신 장치를 설치하여 공실의 경우 온도조절기의 전원차단신호에 의해 가전제품의 전원이 턴오프되도록 한다.

각 실의 실내온도 조절기(100)는 온도 및 습도, 사용자의 설정온도를 감지하여 RS485통신선로를 통해서 직접 중앙통제실의 메인컴퓨터(400)으로 보낸다. 메인컴퓨터(400)는 서브컴퓨터(410)와 통신하면서 데이터를 저장하거나 서브컴퓨터의 특별한 기능을 실행한다.

본 발명의 실내온도 조절장치(100)는 메인컴퓨터(400)에 의해서 원격제어되는 것도 가능하고, 또는 메인컴퓨터의 통제와 관련없이 자체적으로 제어신호를 발생하는 것도 가능하다.

이하의 설명에서는 실내온도 조절장치가 메인컴퓨터와 연결되어 원격제어되는 것을 중심으로 설명한다. 메인컴퓨터는 사용자의 재실시에는 사용자가 설정한 온도를 기준으로 냉난방제어하고 공실시에는 메인컴퓨터에 저장된 프로그램에 의해 제어한다.

도4의 메인 컴퓨터(400)로는 통상적으로 개인용 컴퓨터가 사용된다. 개인용 컴퓨터는 윈도우즈를 운영체제로 하여 설정과 변경등의 조작이 쉽다. 그래픽 화면 처리에 의해서 각 세대의 온도감시, 설정온도 변경을 할 수 있으며, 몇 개의 방을 하나의 그룹으로 묶어 관리할 수도 있다. 그 외 보일러의 가동시간을 일별, 월별로 집계하여 출력하거나 주기적으로 리포트를 작성함으로써 월별 가스 사용량을 산출하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에서 메인 컴퓨터 화면상에 나타나게 하는 구성항목은 다음과 같다.

(1)실내온도 표시	2℃-40℃ (세자리수 표시가능)
(2)실내설정온도 표시	15℃-35℃
(3)환수온도 표시	0 ∼ 100℃
(4)환수 설정온도 표시	0 ∼ 100℃
(5)보일러 가동/정지 표시	온/오프, 비례제어
(6)보일러 경보상태 표시	경보사용(온/오프), 경보금지설정
(7)가스누설경보 표시	경보사용(온/오프), 경보금지설정
(8)재실, 공실 여부 표시	도어센서, 키택, 지문인식기와 연결
(9)그룹별 기본 난방; 온도설정·변경

도5는 본 발명에 의한 실내온도 조절기(100)의 CPU(180)의 입출력 관계를 나타낸 블록도이다. 사용자의 재실/공실 여부를 판정하는 장치(150)로는 도어센서, 키택, 지문인식기등을 활용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 사용자의 재실/퇴실 인식방법은 전적으로 다음과 같은 방법에 의한다. 사용자가 퇴실하면서 출입문 밖에서 열쇠 또는 키택장치로 잠금장치를 돌려 잠그는 경우를 퇴실(공실)로 인식하고, 실내에 사람이 있음에도 불구하고 밖에서 문을 잠그고 나가는 경우는 배제하였다. 마찬가지로 사용자가 입실하면서 출입문 밖에서 열쇠등으로 잠금장치를 돌려 여는 경우만을 재실로 인식하고, 실내에 사람이 있음에도 불구하고 밖에서 잠금장치를 열고 들어오는 경우는 배제하였다.

사용자는 온도 조절기에 설정온도를 입력할 수 있다 (130). 그리고 각 온도 조절기의 전체 시스템상의 어드레스를 딥 스위치(140)를 이용하여 입력한다. 실내온도와 난방수 온도는 아날로그 값으로 얻어지므로 A/D 변환한 후 CPU에 입력된다.

실내온도 조절기의 CPU의 출력쪽을 살펴보면, 가전제품의 전원장치(170)와 무선연결되어 공실의 경우에 전원차단신호가 전달된다. 제어신호는 개별난방의 경우에는 보일러에 인가되며, 중앙난방의 경우에는 밸브 액츄에이터에 인가된다. 또한 냉방제어신호가 냉방기(162)에 인가되어 냉방기가 작동 또는 정지된다.

디스플레이(191)는 엘이디 (Light Emitting Diode)로 구성되어, 검출온도와 설정온도 및 난방장치의 작동상태를 표시한다. CPU(180)는 RS485통신방식에 의해서 메인컴퓨터(400)와 접속되어 있다. CPU의 연산기능에 필요한 프로그램 및 데이터는 EEPROM과 같은 외부 백업 메모리장치(181)에 저장된다. 정전이 된 경우라도 최종설정온도값은 외부 메모리(181)에 백업되어 있으므로, 이를 복원하면 된다.

각 세대마다 설치되는 온도조절기는 직사광선이나 창문근처, 출입문쪽을 피하고 지면에서 1.2m - 1.5m 높이에 설치한다.

본 발명에서 사용한 실내온도조절기의 사양을 소개하면 다음과 같다.

(1)온도설정: 15℃∼35℃

(2)실내온도 감시 및 표시 : 1)센서: 반도체형 온도센서(LM35DZ)

2)범위: 2℃∼40℃; 0∼100℃

3)표시: 세자리, 7세그먼트, LCD

(3)보일러 환수용 배관표면 온도센서: 1)센서: 측온 저항체 pt100[Ω]

2)측정범위: 0℃∼100℃

(4)계측치 보정기능 있음

(5)난방제어기기에 제어신호 출력

(6)키택의 신호 입력

(7)어드레스 설정: 딥 스위치의 설정에 의해서 0∼31번까지 설정

(8)보드 레이트 (Baud Rate)설정 : 19200/38400 bps

(9)EEPROM에 의한 설정값 백업으로 정전시 최종 설정값을 기억하여 복전시 정상동작함.

(10) 상태표시 엘이디 있음: 가동상태 엘이디는 조절기 외부에서 확인할 수 있도록 함. 전원, 통신 엘이디는 조절기 내부에 설치함.

(11) 비례제어 기능: ±2℃ 의 범위내에서 비례대를 가짐.

도6은 본 발명의 다기능 실내온도 조절기의 CPU의 회로도이다. 실내온도는 2번단자로 입력되며, 난방수 온도는 3번 단자로 입력된다. 보일러 및 냉방기기의 냉·난방온도의 설정값은 5번 단자로 입력된다. 재실/공실 신호는 8번 단자로 입력된다. 가스누설 경보신호는 9번단자로 입력되며, 보일러 경보신호는 10번단자로 입력된다. 딥 스위치 조작에 의한 어드레스 입력은 33번∼40번의 단자를 통해 이루어진다. CPU에서 연산한 결과는 TX와 RX단자를 통하여, 즉 25단자와 26번 단자를 통하여 RS485방식에 의해 정보수집반(DDC)으로 전송된다.

도6에서 Y1은 수정발진소자(x-tal)로서 기준 클럭을 발생한다. CPU 리셋을 할 때에는 R1이 풀업 저항으로 연결된 상태에서 SW1을 누르면 로우 액션(low action)으로 CPU가 리셋된다. 본 발명의 실내온도조절장치에 사용되는 CPU는 pic16C74로서 A/D 변환기 내장형 8Bit CMOS 마이크로 콘트롤러이다. 본 CPU는 4Kbyte의 EPROM과 192byte의 데이터 메모리, 33개의 입출력 포트를 가지고 있다.

도7은 본 발명에 의한 온도 조절기의 CPU(180)로부터 메인 컴퓨터(400)로 정보를 전송하는 통신선로를 나타낸다. RS485 통신방식을 사용하며, 반 이중방식(half duplex)으로 통신한다. 최장 1.2km의 거리까지 전송할 수 있다. 온도 조절장치의 설치 대수에 따라 통신속도 감소를 막고 에러를 줄이기 위해 리피터(repeater)가 필요하다. 리피터가 없으면 32대까지 연결이 가능하다.

이러한 통신 인터페이스를 통해서 각 실의 실내온도조절기와 메인 컴퓨터가 직접 통신한다. 통신인터페이스로는 일반적으로 SCSI(Small Computer System Interface)버스가 사용되는데, 통신선로의 마지막에 위치하는 온도조절기에는 점퍼핀(jumper pin)과 종단저항을 사용하여 당해 온도조절기가 종단임을 알 수 있도록 한다.

도8은 다기능 온도조절기로부터 출력되는 디스플레이 신호에 따라 실내온도, 설정온도, 난방수 온도를 세자리 7세그멘트 또는 엘시디(LCD) 표시장치에 의해서 표시하는 회로도이다. 디스플레이 드라이버로 사용된 칩은 U3 74HC573 (Octal 3 State transparent latch)이다. 또한 RP1 과 RP2는 전류제한용 저항이다.

도9는 실내온도 조절장치의 어드레스 설정부와 연결되는 딥 스위치 입력회로이다. 풀업 저항 RP3을 통해 U4 74HC245 칩과 연결된 딥 스위치를 조작하면, 변경된 어드레스 및 그룹설정과 보드레이트(baud rate)가 다기능 온도조절기의 CPU로 입력된다. 본 발명에서 딥 스위치에 의한 어드레스 설정은 0∼31번 까지 할 수 있으며, 세팅시 다른 곳의 온도 조절장치와 어드레스 및 기능설정이 중복되지 않도록 한다.

도10은 온도 조절기로부터 난방장치에 제어신호를 출력하는 회로도이다. 포토 트라이액 커플러 (photo triac coupler)의 출력을 사용하여 AC220V 전원을 직접 온/오프한다. 내부의 로직회로와 출력부분의 회로는 전기적으로 절연되어 있어서 외란에 의해 영향받지 않는다. 입력단자에 전류가 흐르면 포토 트라이액(photo triac)이 온 상태가 되어 입력전류가 저항 R20과 트라이액 Q3를 통해 다이액(diac) Z1이 입력신호가 가해지는 임의의 위상에 동기하여 턴온한다. 이러한 작용에 의해서 실내온도 조절기의 난방제어신호 입력에 의해서 AC220 가 공급되는 보일러를 온/오프 할 수 있다.

도11에는 반도체형 실내온도 검출회로가 도시되어 있다. 온도센서로는 1℃당 10mV의 전압출력을 갖는 반도체형 온도검출기를 사용한다. 온도센서의 출력은 OP 앰프 IC (U8)에 의해 입력되어 5배 증폭되어 1℃당 50mV의 출력으로 바뀐다.

도11에서 VR1은 옵셋 조정용이며, VR2는 기준전압 조정용이다.

도12에는 난방수 온도제어회로가 도시되어 있다. 보일러의 난방 파이프에 측온 저항체인 pt100Ω의 온도센서를 설치한다. 본 발명에서 동파방지를 위한 보일러의 강제운전의 최저기준온도는 사용자가 임의로 개별 설정하거나 메인컴퓨터에서 일괄 설정하는 것으로 하였다. 동파를 방지하는 실내난방 최저기준온도는 대략 5℃ ∼ 19℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

도13은 출입문에 설치된 재실/퇴실 인식 장치에 의해서 공실로 판정될 경우, 실내온도 조절기에 설치된 무선 RF 모듈에 의하여 전원차단신호 및 가스차단신호가 가전제품의 RF 모듈과 가스밸브 액츄에이터에 인가되는 것을 나타낸다. 종래에도 실내온도조절기와 실내의 텔레비젼, 온풍기, 에어콘등을 케이블로 연결하여 사용자가 퇴실한 것으로 인식되면 텔레비젼등의 전원을 차단하도록 하는 시스템은 알려져 있었다. 그러나 이경우 케이블을 벽에 매설하거나 모서리부분을 따라 배선하였으므로, 미관상 보기 좋지 않았고 일일이 설치하는 수고가 뒤따랐다.

그러나 본 발명에서는 근거리 무선 통신 기술을 이용하여 실내온도 조절기에 무선 RF 모듈을 장착하여 전원차단신호 및 가스차단신호를 발신하도록 하고, 텔레비젼, 에어콘, 조명등의 가전제품과 가스밸브 액츄에이터에도 무선 RF 모듈을 장착하여 전원차단신호 및 가스차단신호를 수신하도록 함으로써, 복잡한 케이블을 없애고 무선장치에 의해서 사용자가 퇴실하면 필요없는 가전제품의 전원과 가스밸브가자동적으로 차단되도록 하였다.

무선 RF 모듈의 구체적인 방안으로는 최근 컴퓨터와 그 주변장치간의 무선 인터페이스 기술로서 각광받고 있는 블루투스(Bluetooth) 장치를 이용하도록 한다. 송수신 주파수 대역은 2.4GHz ∼ 2.483 GHz 대역을 이용한다.

한편, 재실/공실 인식은 출입문의 잠금장치에 도어 센서(150)나 지문인식기, 키택을 설치하여 인식하거나 사용자가 잠금장치에 열쇠를 삽입하여 문이 잠기는 방향으로 회전시키면 공실로 인식하고, 문이 열리는 방향으로 회전시키면 재실로 인식하는 방법을 사용한다.

본 발명에 의한 중앙집중식 온도조절시스템에 의한 제어방식은 재실과 공실, 성수기 및 비수기, 계절의 변화에 따라서 설정온도를 중앙감시컴퓨터에서 일괄 변경하여 일시에 보일러를 기동하거나 정지할 수 있는 시스템이다. 아파트의 경우에 세대 전원이 휴가나 출근등으로 일시 또는 장기간 공실이 발생할 경우에 관리실에서 퇴실을 인지하여 실별로 별도 관리할 수 있다.

본 발명의 온도조절시스템의 부가기능으로 아파트 관리소나 호텔, 콘도미니엄의 프론트에서 재실/공실 인식 센서에 의해 개별 세대, 객실의 공실여부를 파악하여 해당세대, 객실의 침입자 감시등 방범기능에도 이용될 수 있다. 현재 사용하지 않는 공실의 경우에는 최저 기준온도 모드로 자동변경된다. 동절기의 경우 실내난방 최저기준온도는 5℃-19℃ 의 범위안에 설정하는 것이 바람직하다.

도14는 실내온도 조절기(100)에 개스누설센서(141)의 가스누설경보가 입력되고, 보일러(160)에 운전/정지 신호 및 경보신호가 출력되는 것을 나타낸다. 실내온도센서(111)는 온도조절기내에 내장되어 있고, 보일러 환수측의 센서(112)로부터 난방수 온도가 검출되어 실내온도 조절기의 CPU 로 입력되며, 온돌구조체 온도센서(113)의 검출 온도 역시 입력된다.

중앙통제실의 메인컴퓨터에는 동절기와 하절기, 평일, 휴일의 재실시·공실시 설정온도를 구별하여 미리 입력해 놓고, 각 상황에 맞게 운영한다.

다음의 표는 본 발명의 일실시예로서 각 상황에 맞게 메인컴퓨터에 프로그램한 설정온도의 예이다.

구 분	실내온도제어(입실자)	보일러 난방수 온도제어	퇴실 및 공실시 제어	중앙감시제어	계절별 적정실내온도
동절기(11-3월)	평 일	25	17	17	그룹설정제어	23 - 25
	주말, 휴일	25	21	19
하절기(6-8월)	평 일	25	15	15	그룹 설정제어	17- 19
	주말, 휴일	25	15	15
환절기(4-5월, 9-10월)	평 일	25	16	16	그룹 설정제어	21- 23
	주말, 휴일	25	17	17

위의 표에서 난방수의 온도제어는 외기온도에 따라서 변동될 수 있다. 외기온도가 극히 낮은 겨울철에는 동파방지를 위해서 강제적으로 운전시킬 필요가 있다. 특히 겨울철에는 보일러가 가동되는 최저기준온도를 높여서 동파를 방지한다. 퇴실 및 공실의 경우 평일에는 공실의 간격이 짧으므로 강제설정온도를 낮게 유지하여도 되지만, 주말,휴일에는 공실의 간격이 길은 것이 일반적이므로 강제설정온도를 다른 때보다 높게 유지하도록 한다.

메인 컴퓨터의 운용 프로그램은 다양하게 구성할 수 있다. 즉 아파트의 특정세대가 일정기간 설정온도의 변경이 없거나 실내온도가 다른 세대보다 특히 낮은 경우에는 공실로 간주할 수도 있다.

도15는 본 발명에 의한 중앙집중식 실내온도 조절시스템에 의하여 각 세대의 온도를 제어하는 방법을 플로우차트화 한 것이다.

먼저 각 세대에 설치된 온도센서에 의해서 검출된 실내대류온도, 난방수 온도, 온돌구조체의 온도와 사용자가 온도조절기에 임의로 설정한 온도를 인식한다. (Step 200). 그리고 현관문의 도어센서 또는 키택, 지문인식기, 번호키 등에 의해서 사용자의 재실/공실 여부를 판단한다 (Step 300). 재실로 판단된 경우에는 위의 실내대류온도, 난방수 온도, 온돌구조체의 온도중에서 가장 낮은 온도가 사용자의 설정온도 보다 낮은가를 판단하여 (Step 310), 낮은 경우에는 메인컴퓨터의 지시에 의하여 난방장치를 가동하도록 하고 (Step 320), 높은 경우에는 난방장치를 정지하도록 한다 (Step330).

한편, 재실/공실 판단단계에서 (Step 300) 에서 공실로 판단된 경우에는 현재온도가 메인 컴퓨터에 미리 프로그램된 최저기준온도보다 낮은가 여부를 판단한다 (Step 400). 최저기준온도보다 낮은 경우에는 동파위험이 있으므로 메인컴퓨터의 지시에 의하여 난방장치를 강제 가동한다 (Step 410). 반면, 현재온도가 최저기준온도보다 높은 경우에는 난방장치를 정지한다 (Step 420). 이어서 현재온도가 메인컴퓨터에서 판단하여 다른 세대의 온도보다 훨씬 높은 경우에는 (Step 430) 화재위험이 있는 것이므로 화재경보를 발령한다 (Step 440).

이러한 한 사이클을 마치고 나면 다시 시작단계 (Step 100)으로 돌아가서 지금까지의 과정을 반복한다.

부가적으로, 공실로 판단된 경우 각 세대의 가전제품의 전원장치를 오프시키고 가스밸브를 잠가서 에너지 낭비를 줄임과 동시에 가스누설을 예방하는 단계를 첨가할 수 있다.

도16에는 공동건물의 각 개별공간에 설치된 다기능 온도조절기를 복수개를 하나의 그룹으로 묶어서 제어하는 방식을 예로서 나타내었다. 건물의 외벽층과 중간층, 또는 상하층 구조에 따라서 여러개의 그룹을 구성하여 각각 설정온도를 다르게 함으로써 건축물의 안쪽과 바깥쪽의 열손실을 감안한 제어운영을 하도록 한다. 예를 들어, 도16에서 호텔이나 콘도미니엄의 경우에 외벽쪽에 위치한 방을 1그룹으로 묶고 안쪽의 방들은 2그룹으로 하고, 나머지 방들을 3그룹으로 묶은 경우에, 통상 1그룹의 방들만 객실로 제공하고, 나머지 방은 비워두는 경우가 있다. 그러면, 1그룹의 방만 온도조절을 하고, 나머지 방들은 동파되지 않을 정도로 최저온도로 유지해두면 되므로 에너지 절약의 효과가 생긴다.

실제로 본 발명에 의한 다기능 온도조절기와 온도조절시스템을 국내의 한 콘도미니엄의 객실 사용상태와 온도 데이타 및 연료소비 데이터에 적용시켜 시뮬레이션 해 본 결과, 1월-3월의 경우에 본 시스템에 의했을 경우에 그렇지 않은 경우보다 약 20%정도의 가스를 절감할 수 있었다. 중앙감시 시스템을 이용한 개별난방 제어방식을 취하는 412개 객실을 가진 리조트에서 1996년1월 - 2000년 12월 까지의 개스 계량기의 검침기록과 중앙감시 시스템의 객실 사용 리포트에 의하여 산출할 때, 종래의 방식에 의한 경우에는 월 163톤의 가스가 사용되었으나, 본 발명의 다기능 실내온도조절시스템에 의한 경우라면 월130톤의 가스가 소비되는 것으로 나타났다. 즉 19.8 %의 연료절감 효과가 나타났다. 이러한 실험은 난방횟수가 많은 동절기의 데이터를 기준으로 실험하였으나, 하절기, 환절기 등과 같이 난방횟수가 적은 경우에는 보일러의 가동시간을 온도조절 시스템에 의해 적절히 제어함으로써 개스 소비를 더욱 줄일 수 있을 것으로 예측된다. 결과적으로 본 발명의온도조절시스템은 난방개소가 많을수록, 그리고 재실/공실의 조건이 수시로 바뀌고 공실의 경우가 많을수록 에너지 절감량이 커지는 것을 알 수 있다.

아파트, 기숙사, 호텔, 콘도미니엄 등의 공동건물에서 본 발명에 의한 중앙집중식 다기능 온도 조절시스템을 이용하여 에너지 사용량을 종전의 난방제어 시스템에 비하여 20%이상 절감할 수 있다.

또한 본 발명에서는 각 실의 온도조절기와 메인컴퓨터가 직접 연결됨으로써 기존의 정보수집반과 게이트웨이를 경유하던 것에 비하여 설비가 단순화되는 장점이 있다.

그리고 실내온도조절기와 각 실의 에어콘, 텔레비젼등 가전제품의 전원장치및 가스밸브간에 무선송수신 모듈을 통하여 연결시킴으로써 사용자가 퇴실할 경우 실내온도조절기의 전원차단신호 및 가스차단신호에 의하여 가전제품의 전원이 차단됨으로써 공실에 투입되어 낭비되는 전력을 절약하고 가스누설을 예방할 수 있다.

Claims (12)

1. 공동건물중의 각 세대에 설치된 실내온도 조절기와 중앙통제실의 메인컴퓨터를 연결하여 실내온도를 조절하는 다기능 실내온도 조절시스템에 있어서,

   상기 실내온도 조절기는, 출입문에 내장되는 잠금장치의 회동상태를 감지하는 센서를 구비하여 잠금장치 내에 삽입된 열쇠에 의해서 잠금장치가 잠기는 방향으로 회전하면 공실로 판정하고 잠금장치가 열리는 방향으로 회전하면 재실로 판정하는 재실/공실 인식부(150); 실내의 대류온도를 측정하는 제1센서(111), 난방수의 온도를 측정하는 제2센서(112) 및 온돌구조체의 온도를 측정하는 제3센서(113)로 구성되어 상기 센서들(111,112,113)의 측정치를 아날로그 온도신호로 출력하는 온도 감지부; 사용자가 원하는 실내온도를 입력 설정할 수 있는 키입력부(130); 상기 온도감지부의 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환부; 상기 재실/공실 인식부, A/D 변환부 및 키입력부로부터의 신호를 받아들여 메인컴퓨터에 전달하고 메인컴퓨터의 제어신호에 의해서 난방제어신호를 출력하는 제어부(180); 상기 제어부와 연결되어 현재 실내온도, 사용자 설정온도 및 난방설비 작동상태를 표시하는 디스플레이(190); 및 상기 제어부와 연결되어 제어동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 제어부의 프로그램 수행을 위해 필요한 메모리 영역을 제공하는 외부메모리(181);를 구비하며,

   상기 난방제어신호에 의해서 각 세대의 난방설비가 가동 또는 정지하며,

   상기 메인컴퓨터와 상기 각각의 실내온도 조절기는 유선으로 직접 연결된 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 메인 컴퓨터와 각 실내온도 조절기는 RS485 통신방식으로 연결된 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 실내온도조절기와 실내의 가전제품의 전원장치는 각각 고주파 무선 송수신 모듈을 구비하여 무선연결됨으로써, 상기 재실/공실 인식부에서 공실로 판정되면 상기 실내온도 조절기의 고주파 무선 송신모듈로부터 상기 가전제품의 고주파 무선 수신 모듈로 전원차단신호를 전송하고, 이를 수신한 가전제품은 턴오프되는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 실내온도 조절기는 고주파 무선송수신 모듈을 구비한 가스밸브 액츄에이터와 무선연결되어, 상기 재실/공실 인식부에서 공실로 판정되면 상기 실내온도 조절기의 고주파 무선 송신모듈로부터 상기 가스밸브 액츄에이터의 고주파 무선 수신모듈로 가스차단 신호를 전송하고, 이를 수신한 가스밸브 액츄에이터는 밸브를 잠그는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 제어부(180)는 상기 재실/공실 인식부의 출력신호가 재실인 경우에 상기 제1센서(111), 제2센서(112) 및 제3센서(113)에서 측정되어 전달된 온도값중에서 최저온도값과 상기 키입력부(130)에 의해서 설정된 온도를 비교하여 전자가 후자에 미달하는 경우에는 난방운전신호를 출력하고 반대의 경우에는 난방정지신호를 출력하며, 공실의 경우에 상기 제2센서(112)에서 측정된 온도가 미리 프로그램된 실내난방 최저온도보다 낮은 경우에는 난방운전신호를 출력하고 반대의 경우에는 난방정지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 실내난방 최저온도값은 5℃∼19℃의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 다기능 실내온도 조절시스템.
9. 공동건물중의 각 세대에 설치된 실내온도조절기와 중앙통제실의 메인컴퓨터를 연결하여 실내온도를 조절하는 방법에 있어서,

   a) 실내에 설치된 대류온도센서(111), 난방수 온도센서(112) 및 온돌구조체 온도센서(113)에 의해서 각각 실내 대류온도, 난방수온도 및 온돌구조체의 온도를 측정하여 각각의 아날로그 신호를 발생하는 단계;

   b) 상기 a)단계에서 발생한 아날로그 신호를 A/D 변환기에 의하여 디지털 신호로 변환하는 단계;

   c)출입문의 잠금장치에 장착된 센서에 의해서 잠금장치의 회동상태를 감지하여, 잠금장치 내에 삽입된 열쇠에 의해 잠금장치가 잠기는 방향으로 회전하면 공실로 판정하고, 잠금장치가 열리는 방향으로 회전하면 재실로 판정하는 단계;

   d) 상기 c)단계에서 재실로 판정된 경우 상기 b)단계에서 변환된 온도값중 최소값과 사용자가 입력한 설정온도값을 비교하여 전자가 후자보다 작은 경우에는 난방운전신호를 발생하고, 그 반대의 경우에는 난방정지신호를 발생하며, 상기 c)단계에서 공실로 판정된 경우에는 상기 난방수 온도가 미리 프로그램된 최저기준온도 이하이면 난방운전신호를 발생하고, 상기 난방수 온도가 상기 최저기준온도를 초과하면 난방정지신호를 발생하는 단계;

   e) 상기 측정온도값과 설정온도값 및 난방장치의 작동상태를 표시하는 단계; 및

   f) 일정한 시간간격이 경과한 후에 상기 a)단계로 복귀하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 실내온도 조절방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 실내난방 최저기준온도는 5℃∼19℃ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 중앙집중식 실내온도 조절방법.
11. 공동건물의 각 세대에 설치되어 실내온도와 사용자가 입력한 설정온도를 비교연산하여 실내온도를 조절하는 장치에 있어서,

    출입문에 내장되는 잠금장치의 회동상태를 감지하는 센서를 구비하여, 잠금장치 내에 삽입된 열쇠에 의해서 잠금장치가 잠기는 방향으로 회전하면 공실로 판정하고, 잠금장치가 열리는 방향으로 회전하면 재실로 판정하는 재실/공실 인식부(150);

    실내의 대류온도를 측정하는 제1센서(111), 난방수의 온도를 측정하는 제2센서(112) 및 온돌구조체의 온도를 측정하는 제3센서(113)로 구성되어 상기 센서들(111,112,113)의 측정치를 아날로그 온도신호로 출력하는 온도 감지부;

    사용자가 원하는 실내온도를 입력 설정할 수 있는 키입력부(130);

    상기 온도감지부의 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환부;

    상기 재실/공실 인식부, A/D 변환부 및 키입력부로부터의 신호를 받아들여 재실인 경우에는 상기 A/D 변환부로부터 전달받은 온도값과 상기 키입력부에 의해서 설정된 온도를 비교하여 전자가 후자에 미달하는 경우에는 난방운전신호를 출력하고 반대의 경우에는 난방정지신호를 출력하며, 공실인 경우에는 난방정지신호를 출력하는 제어부(180);

    상기 제어부와 연결되어 난방운전신호 또는 난방제어신호에 따라서 난방설비를 가동 또는 정지하는 난방설비 운전부(160);

    상기 제어부와 연결되어 현재 실내온도, 사용자 설정온도 및 난방설비 작동상태를 표시하는 디스플레이(190); 및

    상기 제어부와 연결되어 제어동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하며, 제어부의 프로그램 수행을 위해 필요한 메모리 영역을 제공하는 외부메모리(181); 로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 실내온도 조절장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제어부에는 고주파 무선 송신모듈이 연결되고 실내의 가전제품의 전원장치에는 고주파 무선 수신 모듈이 설치됨으로써 상기 제어부와 가전제품은 무선연결되고, 상기 재실/공실 인식부에서 공실로 판정되면 상기 제어부의 전원차단신호가 고주파 무선 송신모듈로부터 상기 가전제품의 고주파 무선 수신 모듈로 전송되고, 이를 수신한 가전제품은 턴오프되는 것을 특징으로 하는 다기능 실내온도 조절장치.