KR100479484B1 - 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄된 실내공간에서 효율적으로 온도를 측정하고 조절하는 냉난방시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부의 전원공급을 ON/OFF시키는 전원스위치부, 비접촉식 온도감지센서, 저주파필터, 증폭기(50), 신호조절부, A/D변환기, 데이터처리부, 메모리부, 출력장치인 출력부, 입력부, 냉방 또는 난방을 차단하기 위한 차단기, 외부와의 정보송신을 위한 인터페이스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 정교하고 세밀한 장비를 구축하여 폐쇄된 실내공간에서 온도를 정확히 측정하고 적절히 조절함으로써 효율적으로 냉난방 시스템을 가동하여 불필요한 에너지낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공간에 위치한 사람들에게 최적의 쾌적함을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템.{Temperature measurement system to supply air conditioning from contarned indoor}

본 발명은 폐쇄된 실내공간에서 효율적으로 온도를 측정하고 조절하는 냉난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 전원을 공급하는 전원공급부(100)와; 상기 전원공급부(100)의 전원공급을 ON/OFF 시키는 전원스위치부(200)와; 수용되는 인원주변에 적절한 위치를 선택하여 설치되고, 비접촉 온도측정이 가능한 온도감지센서(300)와; 상기 온도감지센서(300)에서 출력된 신호를 여과하기 위한, 저주파필터(400)와; 상기 저주파필터(400)에 의해 여과된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(500)와; 상기 증폭기(500)로부터 입력받은 신호를 조절하기 위한 신호조절부(600)와; 상기 신호조절부(600)로부터 입력받은 신호를 아날로그신호에서 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기(700)와; 상기 A/D 변환기(700)로부터 상기 디지털신호를 입력받고, 응용프로그램을 구동하여 이를 해독가능한 온도데이터로 변화시키는 데이터처리부(800)와; 상기 데이터처리부(800)에서 구동되는 응용프로그램과 시스템초기화를 위한 운영체계가 저장되는 메모리부(900)와; 상기 데이터처리부(800)에서 변환된 온도데이터를 디스플레이하기 위한 출력부(1000)와; 상기 출력부(1000)에 표시된 온도를 확인하고 적절한 온도를 유지하기 위하여 데이터를 입력하기 위한 입력부(1100)와; 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 높은 경우 난방을 중지하고, 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 낮은 경우 냉방을 중지하도록 작동하는 차단기(1200)와; 상기 데이터처리부(800)의 데이터와 상기 입력부(1100)의 데이터를 외부로 전송하기 위한 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성되어, 폐쇄된 실내공간의 온도를 측정하고 분석하여 실내에 수용된 사람들이 최적의 쾌적함을 느낄 수 있도록 온도를 조절함으로써 효율적인 냉방 또는 난방을 제공할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 온도, 습도, 압력, 공기성분 등 많은 공기조화환경 중 무엇보다도 온도는 인간이 느끼는 쾌적함 내지 불쾌함에 매우 지대한 영향을 미치는 요소로서, 온도가 너무 높으면 불쾌감이 느껴지고 온도가 너무 낮으면 움츠려진다는 것은 우리가 경험상 느끼는 너무나 당연한 이치이다.

따라서, 교실, 극장, 돔구장 등 폐쇄된 공간에 수용된 사람들은 해당 공간내에서 온도에 매우 민감하게 반응하고, 잘못된 냉방 또는 난방이 공급되면 사람들은움츠러들거나 매우 불쾌함을 느끼게 된다.

물론, 폐쇄된 공간에서 사람들이 체감하는 온도는 냉난방 시스템에 의해 공급되는 공기의 온도, 건물의 내장재 또는 외장재, 수용된 사람들의 인원수, 수용된 사람들의 움직임에 의해서 다양하게 변동되지만, 무엇보다도 냉난방 시스템에 공급되는 공기의 온도의 비중이 크다고 할 수 있다.

한편, 여름철에 자주 등장하는 용어로서 불쾌지수(discomfort index)가 있는데, 불쾌지수 D 는 건습구 습도계에서 건구 온도(통상적인 온도) d ℉와 습구 온도 w ℉를 이용하여 화씨 온도를 이용하여 D = 15 + 0.4(d + w) 식으로 구해진다.

이때, 화씨 온도 F 와 섭씨 온도 C 사이의 관계는 F = C + 32이고, 불쾌 지수가 70 이하일 때, 즉 상기 식에서 구한 화씨 온도가 70 ℉ 이하일 때, 대부분의 사람들은 매우 쾌적하게 느끼고, 70 이상이면 약 10%, 75 이상이면 약 50%, 80 이상이면 대부분의 사람이 불쾌감을 느낀다는 것이 일반적이다.

한편, 미국에서는 불쾌지수를 발표함으로써 불쾌감을 더욱 조장한다고 해서, 이를 온습 지수(temperature-humidity index, THI)라는 용어로 바꾸었는데, 사람들이 일상적으로 사용하는 섭씨 온도를 기준으로 보면 건구 온도가 a ℃이고 습구 온도가 b ℃일 때, 불쾌 지수 D는 D= 40.6 + 0.72(a + b)로 나타낸다.

상술한 바와 같이, 폐쇄된 공간에 수용된 사람들이 쾌적함을 느낄 수 있기 위해서는 폐쇄된 공간 내의 실제 온도를 정확하게 측정하여야 하고, 상기 측정된 온도를 비교, 분석하여 온도를 조절할 수 있는 냉난방시스템이 가동되어야 한다.

그러므로, 일반적인 냉난방 시스템을 가동하는 것과 같이, 폐쇄된 공간의 실제 온도를 측정하지 않고 외부에 기온을 기준으로 대략적으로 일정한 온도로 셋팅하여 냉방 또는 난방하는 것은 비효율적이고 수용된 사람들에게 최적의 쾌적함을 제공하지 못할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 에너지의 지나친 낭비를 초래한다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 폐쇄된 실내공간에서 효율적으로 온도를 측정하고 조절하는 냉난방시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원공급부(100)와; 상기 전원공급부(100)의 전원공급을 ON/OFF 시키는 전원스위치부(200)와; 수용되는 인원주변에 적절한 위치를 선택하여 설치되고, 비접촉 온도측정이 가능한 온도감지센서(300)와; 상기 온도감지센서(300)에서 출력된 신호를 여과하기 위한, 저주파필터(400)와; 상기 저주파필터(400)에 의해 여과된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(500)와; 상기 증폭기(500)로부터 입력받은 신호를 조절하기 위한 신호조절부(600)와; 상기 신호조절부(600)로부터 입력받은 신호를 아날로그신호에서 디지털신호로 변환하는 A/D 변환기(700)와; 상기 A/D 변환기(700)로부터 상기 디지털신호를 입력받고, 응용프로그램을 구동하여 이를 해독가능한 온도데이터로 변화시키는 데이터처리부(800)와; 상기 데이터처리부(800)에서 구동되는 응용프로그램과 시스템초기화를 위한 운영체계가 저장되는 메모리부(900)와; 상기 데이터처리부에서 변환된 온도데이터를 디스플레이하기 위한 출력부(1000)와; 상기 출력부(1000)에 표시된 온도를 확인하고 적절한 온도를 유지하기 위하여 데이터를 입력하기 위한 입력부(1100)와; 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 높은 경우 난방을 중지하고, 상기 입력부에 입력된 온도보다 실제 온도가 낮은 경우 냉방을 중지하도록 작동하는 차단기(1200)와; 상기 데이터처리부(800)의 데이터와 상기 입력부의 데이터를 외부로 전송하기 위한 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성되어, 폐쇄된 실내공간의 온도를 측정하고 분석하여 실내에 수용된 사람들이 최적의 쾌적함을 느낄 수 있도록 온도를 조절함으로써 효율적인 냉방 또는 난방을 제공할 수 있는 온도측정시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템에서 온도를 측정하고 조절하는 냉난방시스템의 온도감지센서의 취부도이다.

전체적으로, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 전원을 공급하는 전원공급부(100), 상기 전원공급부(100)의 전원공급을 ON/OFF시키는 전원스위치부(200), 비접촉식 온도감지센서(300), 저주파필터(400), 증폭기(50), 신호조절부(600), A/D변환기(700), 데이터처리부(800), 메모리부(900), 출력장치인 출력부(1000), 입력부(1100), 냉방 또는 난방을 차단하기 위한 차단기(1200), 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성되고, 상기 각 구성 중 그 구조와 작용이 공지 또는 공용인 것은 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 온도감지센서(300)에 대하여 설명한다.

상기 온도센서(300)는 소위 '열전대' 또는 'Thermocouple'로 불리는 R Type의 비접촉식 온도센서를 채택하고 그 온도측정범위는 -50 ~ 80℃로 하는데, 이는 87%의 백금과 13%의 로듐을 섞은 백금과 로듐 합금의 양단을 순백금의 음단과 결합한 열전대로서 고도로 정밀하고, 열저항과 안정성이 뛰어나며, 일반적으로 산화 환경에 사용되고 환원성 환경 또는 금속성 증기가 있는 곳에서는 사용할 수 없다.

한편, 상기 온도감지센서(300)는 온도를 측정하고 하는 지점에 각각 설치하나, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 수직높이는 폐쇄된 실내공간에 수요된 사람들의 몸으로부터 발산되는 체온을 고려하여 실내온도를 측정하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥면으로부터 약 0.5 ~ 1.0 m 높이에, 예를 들면, 사람들이 좌정한 좌석의 등받이 등에 설치하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 복합식 극장, 실내 공연홀 또는 대형 돔구장 등에서 냉난방이 시스템이 구간별로, 층별로 공급되는 경우에는 각각의 특정영역을 적절히 분할하여 온도감지센서(300)를 설치하여야 할 것이다.

다음으로 저주파필터(400)에 대하여 설명한다.

상기 온도감지센서(300)에서 출력되는 신호 중 원하는 전압주파수만을 추출하여 통과시키고 나머지는 감쇄 또는 걸러내기 위하여 모든 필터의 기본형이라 할 수 있는 저주파필터(400)를 사용한다.

상기 저주파필터(400)는 보통 저역통과여과기(Low Pass Filter)라고도 하는데, 주로 고주파 잡신호를 걸러내어 저주파의 필요한 신호만을 골라낼 때 많이 사용되는 필터로서, 일반적으로 전원단에서 저주파 리플을 제거, 고주파 spurious 제거, 고조파 억제와 각종 검파 등에 사용되는데, 여기서는 4 ~ 5 Hz의 신호만을 통과시키고 나머지를 걸러내도록 한다.

여기서, 상기 저주파필터(400)를 사용하는 이유는 저대역 주파수의 전송시 노이즈와 채터링의 발생으로 깨끗한 정보를 얻을 수가 없기 때문에 고주파신호를 같이 실어서 신호를 바꾸는 주파수변조를 행한 후, 수신측에서는 로 고주파는 감쇄시키거나 걸러서 저대역 주파수를 전송받을 수가 있기 때문이다.

한편, 상기 증폭기(500)는 상기 온도감지센서(300)의 미약한 신호를 증폭하기 위하여 사용하는데, 보통 앰프라고도 하고 입력측에 들어가는 적은 신호를 스피커와 같이 출력측에 큰 신호로 변환시키는 장치를 말한다. 즉 입력측에 가해진 신호의 전압, 또는 전력 등을 확대하여 출력측에 큰 에너지의 변화로 출력하는 장치이다.

일반적으로, 증폭기의 종류에는 라디오나 텔레비전에 사용되는 진공관 ·트랜지스터 ·IC 등을 사용한 전자적인 증폭기부터 자동제어에 사용되는 유압(油壓) 서보모터 등 여러 종류가 있는데 일반적으로 증폭기라고 하면 전자적인 것을 말하고, 본 발명에서 사용되는 상기 증폭기(500)는 입력신호전압을 확대하여 출력에 큰 전압을 얻으려는 전압증폭기이다.

다음으로, 상기 신호조절부(600)는 보통 시그널콘디셔너라고도 하는데, 일반적으로 압력 변화에 따른 센서 제로, 제로 드리프트, 스펜(span), 스펜 드리프트, 선형 오차에 대한 디지털 보정 기능을 탑재하고 있는데, 본 발명에서는 상기 온도감지센서(300)의 비선형신호를 선형화하는 보정을 하는 역할을 하는데, 범용 OP엠프와 다이오드로 구성한 이상화 다이오드에 의해 4점 절선 근사방식으로 하이브리드 IC로 회로를 구성한다.

여기서, 상기 저주파필터(400), 증폭기(500) 및 신호조절부(600)가 일체로 형성된 신호변환 어셈블리로 구성할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 신호조절부(600)를 통과한 신호는 필터링, 증폭, 선형화보정을 거쳤음에도 불구하고 여전히 아날로그 신호이기 때문에, 이러한 아날로그 신호를 후술하는 데이터처리부(800)에서 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명에서는 A/D 변환기(700)를 사용하여 온도감지센서(300)로부터 출력되는 전압주파수, 즉 아날로그신호를 디지털 신호로 변환한다.

한편, 연속적인 아날로그 신호를 불연속적인 디지털 신호로 변환하는 경우에 양자화 기술과 2진수인가 BCD(2진화 10진수)인가, 또는 몇 비트(bit)로 변환하는가, 변환할 때 정밀도를 어느 정도로 하는가, 변환시간과 변환방식에 따라 적용되는 기술이 다르므로 출력신호의 사용 목적에 따라 적절한 기술을 선택하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 위와 같은 조건들을 만족시키기 위하여 분해능 16비트(bit), 32채널(channel), 샘플링 비율 (Sampling rate)은 333Ks/S의 특성을 갖는 A/D 변환기(700)를 채택한다.

상기 A/D 변환기(700)에 의하면, 5V의 전압을 입력한 경우, 5V의 신호는 아날로그 신호이기 때문에 상기 신호를 16bit의 분해능을 갖는 A/D 변환기(700)로 읽었을 때, 5V 전압을 2의 16승값인 65,536개로 나누어 1초에 10만번 데이터를 판독해낼 수 있는 능력을 가지게 된다.

여기서, 상기 65,536개로 나누어진 디지털 신호는 상기 메모리부(900)에 저장된 응용프로그램을 구동하는 데이터처리부(800)에 의하여 다시 전압으로 다시 변환되어 출력장치인 상기 출력부(1000)를 통하여 인식할 수 있는 온도값으로 표시된다.

한편, 연속적인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 샘플링 처리를 하는데, 이 때 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸기 위해서는 파형의 진폭값을 주기적으로 추출하여 그 크기를 2진 부호로 바꾸고, 신호파형의 주파수보다 최소한 2배이상, 2배이상으로 원하는 샘플링 효과를 얻을 수 없다면 5 ~ 10배의 높은 주파수로 샘플링을 하는 것이 바람직하다.

상기 샘플링작업은 측정하는 온도데이터의 정밀함을 담보하기 위한 것으로, 짧은 시간에 많은 데이타를 얻어야 하므로 본 발명에서는 초당 50,000번으로 샘플을 추출하여 그 샘플링 비율이 높여 많은 데이터양을 확보할 수 있다.

이와 같이, 상기 A/D변환기(700)에 의해서 아날로그 신호에 디지털 신호로 변환된 온도데이터는 상술한 바와 같이 상기 메모리부(900)에 저장된 응용프로그램을 구동하여 상기 데이터처리부(800)에서 해독가능한 온도데이터로 변환된 후, 출력장치인 상기 출력부(1000)에 디스플레이된다.

여기서, 상기 메모리부(900)는 상기 응용프로그램 뿐만 아니라, 시스템초기화를 위한 운영체계가 저장되어 있고, 상기 출력부(1000)는 발광다이오드, 즉 LED를 채택하여 구성하도록 한다.

마지막으로, 본 발명은 입력부(1100), 차단기(1200) 및 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성되는데, 상기 입력부(1100)는 시스템관리자가 상기 온도감지센서(300)로 측정된 온도값을 확인한 후, 폐쇄된 공간에 수용된 사람들이 쾌적함을 느낄 수 있는 온도, 예를 들면 20℃ ~ 25℃ 내에서 일정한 온도를 선택하여 입력하는 구성이고, 상기 차단기(1200)는 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 높은 경우 난방을 중지하고, 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 낮은 경우 냉방을 중지하도록 작동되는 구성이다.

한편, 상기 인터페이스부(1300)는 상기 데이터처리부(800)의 온도데이터와 상기 입력부(1100)의 입력온도를 외부시스템으로 전송할 수 있는 구성으로서, 본 발명에는 상기 인터페이스부(1300)로서 시리얼통신규격 중 RS-485방식을 채택하는데, RS-485는 다수의 송신부를 가질 수도 있지만, 내부적으로 선을 끊었다 붙였다 할 수 있는 단자가 있으므로 상기 단자를 프로그램으로 제어해서 사용하면 송신부가 수십대가 물려있어도 안쓸 땐 끊어버리면 되니 실제적으론 한대만 연결 되어 있는 것처럼 쓸 수 있어 유용하다.

따라서, 상기 인터페이스부(1300)에 의하면, 비교적 대규모 공간을 분할하여 냉난방시스템을 공급하는 경우, 특정영역에서의 온도측정데이터 및 입력온도데이터를 서로 교환하거나 중앙에서 집중하여 관리할 수 있는 이점이 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 폐쇄된 실내공간에서 온도를 정확히 측정하고 적절히 조절함으로써 효율적으로 냉난방 시스템으로 가동하여 에너지 효율면과 공간에 수용된 사람들의 쾌적함에 기여하는 구성으로 이루어져 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 정교하고 세밀한 장비를 구축하여 폐쇄된 실내공간에서 온도를 정확히 측정하고 적절히 조절함으로써 효율적으로 냉난방 시스템을 가동하여 불필요한 에너지낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공간에 위치한 사람들에게 최적의 쾌적함을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템의 온도감지센서의 취부도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 전원공급부 200 : 전원스위치부

300 : 온도감지센서 400 : 저주파필터

500 : 증폭기 600 : 신호조절부

700 : A/D 변환기 800 : 데이터처리부

900 : 메모리부 1000 : 출력부

1100 : 입력부 1200 : 차단기

1300 : 인터페이스부

Claims (1)

1. 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템에 있어서,

   전원을 공급하는 전원공급부(100)와;

   상기 전원공급부(100)의 전원공급을 ON/OFF 시키는 전원스위치부(200)와;

   온도측정범위가 -50 ~ 80℃이고, 바닥면으로부터 0.5 ~ 1 m의 높이에 설치되며, 비접촉 온도측정이 가능한 온도감지센서(300)와;

   상기 온도감지센서(300)에서 출력된 신호를 여과하되, 4 ~ 5 Hz의 주파수만 통과시키는 저주파필터(400)와;

   상기 저주파필터(400)에 의해 여과된 신호를 증폭하기 시키되, 입력신호전압을 확대하여 출력이 큰 전압을 얻을 수 있는 전압형 증폭기(500)와;

   상기 증폭기(500)로부터 입력받은 신호를 조절하기 하되, 4점 절선 근사방식의 하이브리드 IC로 구성된 신호조절부(600)와;

   상기 신호조절부(600)로부터 입력받은 신호를 아날로그신호에서 디지털신호로 변환시키되, 분해능 16비트, 32채널, 샘플링 비율이 333 Ks/S인 A/D 변환기(700)와;

   상기 A/D 변환기(700)로부터 상기 디지털신호를 입력받고, 응용프로그램을 구동하여 이를 해독가능한 온도데이터로 변화시키는 데이터처리부(800)와;

   상기 데이터처리부(800)에서 구동되는 응용프로그램과 시스템초기화를 위한 운영체계가 저장되는 메모리부(900)와;

   상기 데이터처리부(800)에서 변환된 온도데이터를 디스플레이하기 위하여 LED로 구성된 출력부(1000)와;

   상기 출력부(1000)에 표시된 온도를 확인하고 적절한 온도를 유지하기 위하여 데이터를 입력하기 위한 입력부(1100)와;

   상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 높은 경우 난방을 중지하고, 상기 입력부(1100)에 입력된 온도보다 실제 온도가 낮은 경우 냉방을 중지하도록 작동하는 차단기(1200)와;

   상기 데이터처리부(800)의 데이터와 상기 입력부(1100)의 데이터를 외부로 전송하기 위하여 RS-485방식의 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐쇄된 실내공간에서 냉난방을 공급하기 위한 온도측정시스템.