KR100738227B1

KR100738227B1 - 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치

Info

Publication number: KR100738227B1
Application number: KR1020060006200A
Authority: KR
Inventors: 심상조; 김원겸; 김두용; 바흐라챠리아 이즈워
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-07-12

Abstract

개시된 내용은 실내 이산화탄소 농도와 실내 온도를 측정하여 기준치 이상이면 자동으로 창문을 개방하는 한편 환풍기를 작동시켜 신선한 외기를 유입시키고 오염된 실내공기를 배출시키는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 건물 실내에 설치되어 실내 공기에 포함된 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소센서; 건물 실내에 설치되어 실내의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 이산화탄소센서 및 온도센서로부터 검출된 이산화탄소 농도값과 실내 온도값을 입력받아 내부에 저장된 실내의 농도기준치 및 온도기준치와 각각 비교하여 그들 중 어느 하나라도 기준치 이상이면 창문 개방신호와 환풍기 구동신호를 출력하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 창문 개폐신호에 따라 창문을 개폐구동하는 창문구동수단; 및 상기 컨트롤러의 환풍기 구동신호에 따라 동작하여 실내의 오염된 공기를 배출하는 환풍기를 포함하여 이루어진다.

건물실내 환기, 자동 환기, 이산화탄소농도, 실내온도, 창문개방

Description

이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치 {AUTOMATIC INDOOR VENTILATION APPARATUS BASED ON CO2 AND TEMPERATURE IN ROOM}

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치의 일실시예를 나타낸 블록 구성도이고,

도 2는 도 1의 구성이 건물의 실내에 설치된 상태를 예시적으로 보여주는 사시도이고,

도 3은 도 2에서 창문구동수단을 구체적으로 보여주는 부분발췌 사시도이고,

도 4는 도 1 및 도 2에 개시된 본 장치의 작동방법을 나타낸 흐름도이고,

도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치의 다른 실시예를 나타낸 블록 구성도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 이산화탄소센서 20 : 온도센서

30 : 컨트롤러 32 : 농도비교부

34 : 온도비교부 36 : 창문구동부

38 : 환풍기구동부 40 : 창문구동수단

42 : 직선기어 44 : 원형기어

46 : 구동모터 50 : 창문

60 : 환풍기 70 : 표시패널

80 : 실외이산화탄소센서 90 : 실외온도센서

본 발명은 건물의 실내가 항상 쾌적한 상태를 유지하도록 실내공기를 자동환기시켜 주는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 이산화탄소 농도와 실내 온도를 측정하여 기준치 이상이면 자동으로 창문을 개방하는 한편 환풍기를 작동시켜 신선한 외기를 유입시키고 오염된 실내공기를 배출시키는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치에 관한 것이다.

일반적으로, 밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소의 함량이 증가하게 되어 생명체의 호흡에 지장을 주게 된다. 따라서, 주택, 사무실 등의 건물 실내의 협소한 공간에 많은 사람이 머무르게 되는 경우, 환기를 통해 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 수시로 교환해 주어야 한다. 예를 들어, 큰 빌딩 등에는 비교적 환기시스템이 갖추어져 있어서 어느정도 환기가 자동으로 이루어지고 있지만, 소규모의 학교나 학원 등은 협소한 공간에 많은 인원이 상존함에도 불구하고 고가의 환기시스템을 갖추기 어려워 통상 창문을 열어 환기하는 것이 일반적이다.

이와 같이, 기존의 소규모 건물들은 대부분 거주자가 실내공기가 탁하다고 생각이 들면 창문을 열어 실내 공기를 순환시키고 있다. 따라서, 거주자가 탁하다고 생각들 정도에 이를 경우 실내 공기는 오염정도가 심각하여 실내의 쾌적성이 매우 저하된다. 나아가, 탁한 정도에 둔감한 사람들은 거의 창문을 열어 환기하는 것을 잊어버린 채 지내는 경우도 있다. 이와 같이, 실내공기의 환기가 잘 이루어지지 않을 경우 실내에서 생활하는 사람들의 건강을 해치는 요인으로 작용하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 실내 이산화탄소 농도와 실내 온도를 측정하여 기준치 이상이면 자동으로 창문을 개방하는 한편 환풍기를 작동시켜 신선한 외기를 유입시키고 오염된 실내공기를 배출시키는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이산화탄소농도와 실내온도에 근 거한 실내자동환기장치는 건물 실내에 설치되어 실내 공기에 포함된 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소센서; 건물 실내에 설치되어 실내의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 이산화탄소센서 및 상기 온도센서로부터 검출된 이산화탄소 농도값과 실내 온도값을 입력받아 내부에 저장된 실내의 농도기준치 및 온도기준치와 각각 비교하여 그들 중 어느 하나라도 기준치 이상이면 창문 개방신호와 환풍기 구동신호를 출력하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 창문 개폐신호에 따라 창문을 개폐구동하는 창문구동수단; 및 상기 컨트롤러의 환풍기 구동신호에 따라 동작하여 실내의 오염된 공기를 배출하는 환풍기를 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치의 일실시예를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 도 1의 구성이 건물의 실내에 설치된 상태를 예시적으로 보여주는 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2에서 창문구동수단을 구체적으로 보여주는 부분발췌 사시도이다.

본 장치는 실내의 이산화탄소(CO₂) 농도를 측정하여 실내오염도를 검출하는 이산화탄소센서(10)와, 실내온도를 검출하는 온도센서(20)를 구비하고 있다. 물론, 이산화탄소센서(10)와 온도센서(20)는 건물 실내의 적정 위치에 설치된다. 이 이산화탄소센서(10)와 온도센서(20)에서 각각 검출된 실내 이산화탄소 농도와 실내온도를 입력받아 내부에 기록된 기준치와 비교하여 창문 개폐신호와 환풍기 구동신호를 출력하는 컨트롤러(controller; 30)도 구비하고 있다.

컨트롤러(30)는 창문 개폐신호와 환풍기 구동신호에 기준이 되는 이산화탄소의 농도기준치와 이산화탄소센서(10)로부터 검출되어 입력된 이산화탄소 농도검출값을 비교하여 크기를 판단하는 농도비교부(32)와, 창문 개폐신호와 환풍기 구동신호에 기준이 되는 실내의 온도기준치와 온도센서(20)로부터 검출되어 입력된 온도검출값을 비교하여 크기를 판단하는 온도비교부(34)를 구비한다. 또한, 이 농도비교부(32)와 온도비교부(34)로부터 입력된 실내 이산화탄소의 농도비교값 및/또는 실내온도비교값에 따라 창문개폐신호를 출력하는 창문구동부(36)와 환풍기 구동신호를 출력하는 환풍기구동부(38)를 구비하고 있다. 좀더 부연하면, 농도비교부(32)에서 농도검출값이 농도기준치 이상이라고 판단된 신호(농도비교값)가 창문구동부(36)에 입력되면 창문구동부(36)는 창문구동수단(40)으로 창문(50) 개방신호를 내보내고, 위 신호가 동시에 환풍기구동부(38)에 입력되면 환풍기구동부(38)는 환풍기(60)에 구동신호를 내보낸다. 반면에, 농도검출값이 농도기준치보다 작다고 판단된 신호가 창문구동부(36)에 입력되면 창문구동부(36)는 창문구동수단(40)에 창문 폐쇄신호를 내보내고, 동시에 이 신호가 환풍기구동부(38)에 입력되면 환풍기구동부(38)는 환풍기(60)에 정지신호를 내보낸다. 또한, 온도비교부(34)에서 온도검출값이 온도기준치 이상이라고 판단된 신호가 창문구동부(36)에 들어오면 창문구동부(36)는 창문구동수단(40)에 창문 개방신호를 내보내고, 동시에 이 신호가 환풍 기구동부(38)에 들어오면 환풍기구동부(38)는 환풍기(60)에 구동신호를 내보낸다. 반면에, 그 반대의 경우에는 창문구동부(36)는 창문구동수단(40)에 창문 폐쇄신호를 내보내고, 환풍기구동부(38)는 환풍기(60)에 정지신호를 내보낸다. 이 동작관계에 대해서는 도 3을 참조하여 뒤에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

창문구동수단(40)은 창문(50)의 상면에 수평으로 형성된 직선기어(랙(rack); 42)와, 이 직선기어(42)에 치합되고 제자리 회전하면서 직선기어(42)를 수평이송시키는 원형기어(피니언(pinion); 44), 및 원형기어(44)와 연결되어 원형기어(44)에 회전력을 제공하는 구동모터(46)를 구비한다. 구동모터(46)로는 스텝모터가 바람직하다. 본 실시예의 창문(50)은 미닫이 창문으로서 창틀의 상하에 마련된 안내레일(52,54)을 따라 수평으로 이동하게 되는데, 구동모터(46)와 모터축에 직결된 원형기어(44)는 창틀(벽체)에 고정되고 직선기어(42)는 창문(50)의 상면에 수평으로 마련됨에 의해 구동모터(46)의 구동에 따른 원형기어(44)의 회전에 의해 직선기어(42)가 수평이송되면서 창틀에서 창문(50)이 수평으로 이송되어 개방 또는 폐쇄 동작하게 된다.

본 장치에는 컨트롤러(30)에 연결되어 이산화탄소센서(10)에 의해 검출된 실내의 이산화탄소 농도와 온도센서(20)에 의해 검출된 실내온도를 사용자가 쉽게 알 수 있도록 표시하는 표시패널(70)을 마련하고 있다. 이 표시패널(70)로는 발광다이오드(LED) 표시패널, 액정 표시패널 등이 사용될 수 있다.

이상 설명한 이산화탄소센서(10), 온도센서(20), 컨트롤러(30) 및 표시패널 (70)은 도 2에 예시한 바와 같이 하나의 몸체내에 일체로 제조하여 건물실내에 설치하고, 이 몸체에서 전선을 통해 창문구동수단(40)의 구동모터(46)와 환풍기(60)를 연결하여 컨트롤러(30)의 제어에 따라 작동하도록 시공되는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 이산화탄소센서(10)와 온도센서(20)를 컨트롤러(30)와 표시패널(70)과는 별개로 제조하여 실내의 적정위치에 이산화탄소센서(10)와 온도센서(20)를 설치하고 전선으로 컨트롤러(30)와 연결하여 동작시킬 수도 있다. 나아가, 본 장치에는 장치의 자동작동을 온/오프(on/off)할 수 있는 동작스위치는 물론이고, 창문(50)을 수동으로 열 수 있도록 하는 창문수동개폐스위치, 및 환풍기(60)를 사용자의 조작에 따라 구동시킬 수 있는 환풍기작동스위치를 컨트롤러(30)에 마련하는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 농도기준치와 온도기준치는 제품제작시 컨트롤러(30)에 기록되어 조정이 불가능하게 설계되어 출시되거나, 바람직하게는 컨트롤러(30)에 농도기준치와 온도기준치를 사용자가 변경하여 설정할 수 있도록 설정스위치들을 추가로 구비하는 것이 좋다.

도 4는 도 1 및 도 2에 개시된 본 장치의 작동방법을 나타낸 흐름도이다. 이제, 이 도면과 전술한 도 1 및 도 2를 참조하면서 본 장치의 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.

실내에서 많은 사람이 생활하면 사람의 호흡 등에 의해서도 이산화탄소가 증가하여 실내공기가 오염되게 된다. 이러한 상황에서, 실내에 설치된 이산화탄소센서(10)는 계속적으로 실내의 이산화탄소 농도를 측정하게 되고, 동시에 온도센서 (20)는 실내온도를 측정하게 된다.(S1) 이렇게 측정된 실내 이산화탄소 농도와 실내온도는 실시간으로 컨트롤러(30)로 입력되어, 각각 농도비교부(32) 및 온도비교부(34)에서 해당 기준치와 비교된다.(S3) 이때, 이산화탄소농도와 실내온도 중 어느 하나라도 기준치 이상이면 창문구동부(36)와 환풍기구동부(38)는 창문구동수단(40)을 구동시켜 창문(50)을 개방하여 실외의 신선한 공기를 유입시키는 한편 환풍기(60)를 작동시켜 오염된 실내공기를 배기하게 된다.(S5,S7)

한편, 기준치와 비교된 이산화탄소농도와 실내온도 모두가 기준치보다 작으면 창문구동부(36)는 창문구동수단(40)을 창문(50)을 폐쇄하는 방향으로 구동시키고, 그와 동시에 환풍기구동부(38)는 환풍기(60)의 동작을 정지시키게 된다.(S9)

물론, 실내에 주거하는 사람은 표시패널(70)을 통해 시시각각으로 변하는 이산화탄소 농도와 실내온도를 확인할 수 있고, 이를 통하여 자동으로 창문(50) 및 환풍기(60)가 작동하면서 이산화탄소 농도와 실내온도가 적정수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.

앞서 설명한 도 1 내지 도 3의 장치에 추가로 실외이산화탄소센서(80)와 실외온도센서(90)를 건물 외부에 설치하여, 실내 이산화탄소 농도와 함께 실외 이산화탄소 농도를 고려하고 실내온도와 함께 실외온도도 고려하여 창문을 개폐하고 환풍기를 구동시킬 수 있다. 즉, 실내이산화탄소 농도를 먼저 농도기준치와 비교하 고 나서 실외이산화탄소 농도와도 비교하여 2단계를 모두 통과해야만 창문(50)을 개방하고 환풍기(60)를 작동시킬 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에서 농도비교부(32)는 이산화탄소센서(10)에 의해 검출된 실내이산화탄소 농도를 농도기준치와 비교하는 제1농도비교부(32a)와, 실내이산화탄소 농도와 실외이산화탄소 농도를 비교하는 제2농도비교부(32b)를 구비한다.

또한, 실내온도센서(20)로 검출된 실내온도가 온도기준치는 물론이고 실외온도센서(90)로 검출된 실외온도를 만족해야만 창문(50) 및 환풍기(60)가 작동하게 한다. 즉, 실내온도를 먼저 온도기준치와 비교하고 나서 실외온도와도 비교하여 실내온도가 온도기준치 이상이어도 실외온도가 실내온도보다 더 높으면 창문(50)을 개방하거나 환풍기(60)를 구동하는 동작을 수행하지 않도록 한다. 이를 위해, 온도비교부(34)는 실내온도를 온도기준치와 비교하는 제1온도비교부(34a)와, 실내온도를 실외온도와 비교하는 제2온도비교부(34b)를 구비한다.

여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 실내자동환기장치는 실내 공기 의 오염도를 측정하여 실내 공기의 오염도가 기준치를 초과하는 경우 신선한 실외 공기가 유입되도록 창문 개방 정도를 제어하여 실내의 쾌적성을 향상시키는 효과가 있다. 이에 더하여, 환풍기가 작동되어 실내의 오염된 공기를 외부로 배출시킴으로써 실내에 외부의 신선한 공기가 빠르게 유입되고 순환되어 신속하게 실내의 쾌적함을 유지할 수 있게 한다. 특히, 본 발명에 의하면 실내 오염도에 직접적인 영향을 끼치는 이산화탄소 농도를 검출하여 환기여부를 판단함으로써 보다 정확하게 환기를 자동으로 수행할 수 있다.

나아가, 본 발명은 실내 공기의 오염도가 기준치를 초과하는 경우 실외 공기의 오염도도 측정하여 실내 공기보다 오염도가 적은 실외 공기가 유입되도록 하므로 쾌적성을 배가시킨다.

또한, 본 장치는 실내의 이산화탄소 농도는 물론이고 실내 온도를 검출하여 자동으로 환기가 실시되기 때문에 보다 쾌적한 실내환경을 조성할 수 있는 효과가 있다. 이에 더하여, 실외온도도 고려하여 창문 및 환풍기를 구동하므로 보다 효과적인 환기가 이루어진다.

Claims

건물 실내에 설치되어 실내 공기에 포함된 이산화탄소 농도를 측정하는 실내 이산화탄소센서;

건물 실내에 설치되어 실내의 온도를 측정하는 실내 온도센서;

건물 실외에 설치되어 실외의 이산화탄소 농도를 측정하는 실외 이산화탄소센서;

건물 실외에 설치되어 실외의 온도를 측정하는 실외 온도센서;

상기 실내 이산화탄소센서가 검출한 실내의 이산화탄소 농도검출값이 미리 설정된 농도기준치와 상기 실외 이산화탄소센서가 검출한 실외 이산화탄소 농도검출값 이상이거나 또는 상기 실내 온도센서가 검출한 실내 온도검출값이 미리 설정된 온도기준치와 상기 실외 온도센서가 검출한 실외 온도검출값 이상인 경우에는 창문 개방신호와 환풍기 구동신호 중 적어도 어느 한 가지를 출력하고, 그 밖의 경우에는 창문 폐쇄신호와 환풍기 정지신호를 출력하는 컨트롤러;

상기 컨트롤러의 창문 개폐신호에 따라 창문을 개폐구동하는 창문구동수단; 및

상기 컨트롤러의 환풍기 구동신호에 따라 동작하여 실내의 오염된 공기를 배출하는 환풍기를 포함하는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치.
제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러는

상기 실내의 이산화탄소 농도검출값이 상기 농도기준치 이상인지 아닌지를 비교하여 그 결과를 출력하는 제1 농도비교부;

상기 실내의 이산화탄소 농도검출값이 상기 실외 이산화탄소 농도검출값 이상인지 아닌지를 비교하여 그 결과를 출력하는 제2 농도비교부;

상기 실내의 온도검출값이 상기 온도기준치 이상인지 아닌지를 비교하여 그 결과를 출력하는 제1 온도비교부;

상기 실내의 온도검출값이 상기 실외 온도검출값 이상인지 아닌지를 비교하여 그 결과를 출력하는 제2 온도비교부;

상기 제1 및 제2 농도비교부와 상기 제1 및 제2 온도비교부의 출력에 의거하여 상기 창문구동수단에 창문의 개폐를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 창문구동부; 및

상기 제1 및 제2 농도비교부와 상기 제1 및 제2 온도비교부의 출력에 의거하여 상기 환풍기의 운전을 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 환풍기구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치.
제 2항에 있어서, 상기 창문구동수단은

창틀의 상하부에 마련된 안내레일들을 따라 수평이동하면서 개폐되는 미닫이 창문의 상면에 형성된 직선기어;

상기 직선기어와 치합되고 제자리 회전하면서 상기 직선기어를 수평이송시키는 원형기어; 및

상기 원형기어와 연결되어 상기 원형기어를 회전구동하는 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치.
삭제
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삭제
제 2항에 있어서, 실내에는 상기 컨트롤러와 연결되어 실내 공기의 오염도 및 실내 온도를 표시하는 표시패널이 설치되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치.
제 7항에 있어서, 상기 표시패널은 발광다이오드(LED) 표시패널인 것을 특징으로 하는 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치.