KR100813679B1 - 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템 - Google Patents

학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개별 교실의 내부에 설치되며, 실내 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실내 유닛들; 건물의 외부에 설치되며, 실외 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실외 유닛; 및 상기 실내 유닛들 및 실외 유닛으로부터 데이터를 전송받아 저장하고, 각각의 실내 유닛의 공기의 질을 판단하는 중앙 제어장치를 포함하며, 상기 중앙 제어장치는 개별 교실의 공기질과 건물 외부의 공기질을 비교하여 환기 여부를 판단하고, 전체 교실의 공기질 데이터의 평균값과 개별 교실의 공기질 데이터를 비교하여 환기 여부 및 공조 장치 작동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 제공한다.
학교시설, 공기질, 제어

Description

학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템{Air qaulity sensing and control system for school}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 유닛의 구조를 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실외 유닛의 구조를 나타낸 블럭도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부가 구비된 실내 유닛의 구조를 나타낸 블럭도임.
* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *
100,100-1,100-2,100-3,100-4,100-5,100-6,100-7,100-8,100-9 : 실내 유닛
120 : 측정부 121 : 미세먼지 측정센서
122 : 유기화합물 측정센서 123 : 포름알데히드 측정센서
124 : 이산화탄소 측정센서 125 : 총부유세균 측정센서
126 : 온도센서 127 : 습도센서
140 : 신호처리부 160 : 통신부
180 : 제어부 200 : 실외 유닛
220 : 측정부 221 : 이산화황 측정센서
222 : 일산화탄소 측정센서 223 : 미세먼지 측정센서
224 : 다이옥신 측정센서 225 : 온도센서
226 : 습도센서 240 : 신호처리부
260 : 통신부 300 : 중앙 제어장치
410 : 공기조화장치 420 : 환기장치
430 : 환기표시램프 440 : 환기금지표시램프
본 발명은 학교시설의 공기질을 측정하여 이를 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로, 실외공기와 각각의 교실의 공기질을 측정하여 이들을 비교하여 강제 환기, 자연화기 여부를 결정하고, 공기조화 시스템 작동을 제어하며 측정값을 기록하고 통계값을 출력할 수 있는 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템에 관한 것이다.
다중이용시설 등의 실내 공기질 관리법이 최근 들어 시행에 들어감에 따라 법령에 맞는 실내공기 진단 장비의 개발과 보급의 필요성이 대두되고 있다.
현재 각급 학교에는 온도계, 습도계 정도만이 보급되어 있는 실정이며 외부 공기가 황사등으로 인하여 좋지 않은 경우에도 창문을 열어 환기를 시키는 경우가 빈번하게 발생하고 있었다.
본 발명의 기술적 과제는 학교시설의 각 교실과 외부 공기의 질을 실시간을 측정하고 기록할 수 있는 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 학교시설의 각 교실과 외부 공기의 질을 실시간을 측정하여, 적절하게 환기장치와 공기장치를 제어함으로써 쾌적한 실내 공기를 유지할 수 있도록 하는 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 개별 교실의 내부에 설치되며, 실내 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실내 유닛들; 건물의 외부에 설치되며, 실외 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실외 유닛; 및 상기 실내 유닛들 및 실외 유닛으로부터 데이터를 전송받아 저장하고, 각각의 실내 유닛의 공기의 질을 판단하는 중앙 제어장치를 포함하며, 상기 중앙 제어장치는 개별 교실의 공기질과 건물 외부의 공기질을 비교하여 환기 여부를 판단하고, 전체 교실의 공기질 데이터의 평균값과 개별 교실의 공기질 데이터를 비교하여 환기 여부 및 공조 장치 작동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 제공한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 유닛의 구조를 나타낸 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실외 유닛의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 학교시설의 공기질 측정 및 제어 시스템은 각각의 교실에 설치되는 실내 유닛(100, 100-1, 100-2, …)과, 건물의 외부에 설치되는 실외 유닛(200)과, 상기 실내 유닛((100, 100-1, 100-2, …)과 실외 유닛(200)으로 부터 데이터를 전송 받아 공기질을 판단하는 중앙 제어장치(300)를 포함한다.
상기 실내 유닛(100, 100-1, 100-2, …)은 개별 교실에 설치되어, 교실 내부의 공기중에 포함되는 각종 물질의 농도를 측정하여 전송하는 역할을 수행한다. 예를 들어 교실중의 미세먼지의 농도, 유기화합물의 농도, 포름알데히드의 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 등을 측정하여 전송한다.
상기 실외 유닛(200)은 건물의 외부에 설치되어 외부 공기의 질을 측정한다. 보다 상세하게 상기 실외 유닛(200)은 공기중의 이산화황 농도, 일산화탄소 농도, 미세먼지 농도, 온도, 습도, 다이옥신 농도, 오존 농도 등을 측정한다.
상기 중앙 제어장치(300)는 각각의 교실에 설치된 실내 유닛들(100, 100-1, 100-2, …)에서 측정된 데이터와 실외 유닛(200)에서 측정된 데이터를 전송받아 기록하고 이를 기준으로 공기질을 평가하게 된다. 공기질의 평가 방식에 관해서는 후술한다.
도 2를 참조하면, 실내 유닛(100)은 다수의 센서들을 포함하는 측정부(120)와, 상기 측정부(120)의 신호를 검출하고 디지털로 변환하는 신호처리부(140)와, 상기 신호처리부(140)에서 변환된 디지털 신호값을 중앙 제어장치(300)로 전달하는 통신부를 포함한다.
상기 측정부(120)는 실내 공기의 각종 성분의 농도를 측정할 수 있는 복수개의 센서를 포함하고 있다. 도시된 바와 같이 실내 유닛(100)의 측정부(120)에는 미세먼지 측정센서(121), 유기화합물 측정센서(122), 포름알데히드 측정센서(123), 이산화탄소 측정센서(124), 총부유세균 측정센서(125), 온도센서(126), 습도센서(127) 등이 포함되어 있다. 그리고 상기 측정부(120)는 펌웨어(firm-ware) 업그레이드를 통하여 기타 다른 센서를 추가로 설치할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 학교의 지역적인 특성에 의하여 다른 센서가 필요할 수도 있기 때문이다.
상기 측정부(120)에 구비되는 각종 센서들은 전압, 전류등의 아날로그 신호를 발생시키므로, 상기 신호처리부(140)에서는 센서신호들을 검출하여 증폭하고 필터링 한 후 디지털 데이터로 변환하여 통신부(160)로 전달하게 된다.
상기 통신부(160)에서는 변환된 디지털 데이터와, 통신부(160)의 위치에 따른 고유 주소와, 측정시간을 중앙 제어장치(300)로 전송한다. 이러한 통신부(160)는 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, USN)을 기반으로 하는 것이 바람직하다. 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용하면 별도의 배선없이 실시간으로 데이터의 송수신이 가능하므로 설치가 간단한 효과를 가져온다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 교실의 실내 유닛(100-1)은 제 1 교실 실내의 공기질을 측정한 데이터를, 제 1 교실 실내 유닛의 고유 주소와 함께 제 2 교실의 실내 유닛(100-2)으로 전달하게 되고, 제 2 교실의 실내 유닛(100-2)은 제 1 교실의 실내 유닛(100-1)에서 전달된 데이터를 제 3 교실의 실내 유닛(100-3)으로 전달하면서, 제 2 교실의 실내 유닛(100-2)에서 측정된 데이터와 제 2 교실 실내 유닛(100-2)의 고유 주소를 제 3 교실의 실내 유닛(100-3)으로 전달한다. 이러한 방식으로 각 교실에서 측정된 공기질 데이터는 각 교실의 고유 주소와 함께 중앙 제어장치(300)로 전달되는 것이다.
중앙 제어장치(300)로 전달된 데이터는 중앙 제어장치(300)에 실시간으로 저장되어, 열람할 수 있고, 통계를 내거나 출력할 수 있으며, 인터넷을 통하여 외부 기관으로 전송될 수도 있다. 상기 중앙 제어장치(300)로는 산업용 컴퓨터나 개인용 컴퓨터 등이 사용될 수 있다.
중앙 제어장치(300)에 저장되는 데이터는 각각의 교실별로 별도로 관리되는 것으로, 통계를 살펴보아 특정 교실의 공기질이 다른 교실의 공기질 보다 상대적으로 나쁘다는 점 등을 확인할 수 있고, 이러한 데이터를 기준으로 그 교실에 대한 청소상태나 건물 상태 등을 점검하여 보다 쾌적한 실내 환경이 유지되도록 관리할 수 있도록 해준다.
도 3을 참조하면, 실외 유닛(200)은 실내 유닛(100)과 유사하게 측정부(220)와, 신호처리부(240)와 통신부(260)를 구비한다. 상기 실외 유닛(200)의 측정 부(220)는 이산화황 측정센서(221), 일산화탄소 측정센서(222), 미세먼지 측정센서(223), 다이옥신 측정센서(224), 온도센서(225), 습도센서(226) 등을 포함한다.
실외 유닛(200)의 신호처리부(240)와 통신부(260)는 실내 유닛(100)의 신호처리부 및 통신부와 동일한 작용을 하는 것으로 이 부분에 관한 설명은 생략한다.
실외 유닛(200)은 실내 유닛(100)과는 다른 센서를 포함하고 있다. 실내 유닛(100)의 경우 인간에게 쾌적한 공기인지의 여부를 판단하는 데 필요한 요소들을 측정하는 센서를 구비하는 것이고, 실외 유닛(200)의 경우에는 해로운 물질들이 대기중에 얼마나 포함되어 있는 가를 판단하기 위한 센서들을 구비하는 것이다.
예를 들어, 이산화황 측정센서(221)는 황사 농도를 측정하기 위한 것으로 실외 유닛(200)에만 구비된다.
이하에서는 중앙 제어장치의 공기질 평가방법을 살펴본다.
중앙 제어장치(300)로는 각각의 실내 유닛(100, 100-1, 100-2,…)에서 측정된 데이터와, 실외 유닛(200)에서 측정된 데이터가 모두 전송되어 저장된다. 이러한 데이터는 상술한 바와 같이 USN 통신방법에 의하여 실시간으로 전송된다.
중앙 제어장치(300)는 이러한 측정 데이터를 기준으로 개별 교실의 공기질을 평가하여 환기여부, 공조장치 작동여부, 가습 여부 등을 판단하게 된다.
먼저, 가장 기본적인 방법으로 각각의 실내 유닛(100, 100-1, 100-2,…)에서 측정된 데이터와 실외 유닛(200)에서 측정된 데이터를 단순 비교하여, 실외 공기의 질이 더 쾌적하다고 판단되면 자연환기를 유도하거나 환기장치를 작동시키도록 판 단한다. 이러한 경우 실내 유닛에 환풍기나 공기조화장치를 제어할 수 있는 제어부가 구비되어 있는 상태라면, 환풍기나 공기조화장치의 제어신호가 중앙 제어장치(300)에서 발생되어 각각의 실내 유닛으로 전달되도록 할 수도 있다. 이 부분에 관한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
공기의 질을 평가하는 다른 방법으로는 전체 교실의 공기질 데이터의 평균값을 산출하여, 산출된 평균값과 개별 교실의 데이터를 비교하여 환기 여부 및 공조 장치의 작동여부를 판단할 수도 있다.
그리고, 중앙 제어장치(300)는 인터넷을 통하여 학교 보건 관련부서와 연결되어, 데이터를 학교 보건 관련부서로 전송하는 기능을 수행할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부가 구비된 실내 유닛의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 실내 유닛(100)은 다수의 측정센서를 포함하는 측정부(120)와, 신호처리부(140)와, 통신부(160)를 구비하며, 추가로 제어부(160)를 구비하고 있다.
상기 제어부(180)는 중앙 제어장치(300)의 제어신호를 통신부(160)로 부터 전달받아 공기조화장치(410), 환기장치(420), 환기표시램프(430), 환기금지표시램프(440)의 동작을 제어한다.
상기 통신부(160)는 상술한 바와 같이, 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 할 수 있으며, 측정부(120)에서 검출된 공기질 데이터를 중앙 제어장치(300)로 전달하는 역할과, 상기 중앙제어장치(300)에서 전송되는 제어신호를 제어부(180)로 전달하는 역할을 수행한다.
이하에서, 경우에 따른 공기조화장치 등의 동작에 대하여 설명한다.
예를 들어, 실외 유닛(200)의 데이터 중 이산화황의 농도가 높게 측정된 경우에는, 중앙 제어장치(300)는 환기금지 표시램프(440)를 점등하도록 제어신호를 발생하게 되고, 이 제어신호는 통신부(160)를 거쳐 제어부(180)로 전달되어 환기금지 표시램프(440)가 점등된다.
다른 경우로, 중앙 제어장치(300)로 전달된 실내 유닛(100)의 데이터 중 이산화탄소의 농도가 높게 측정되고, 실외 유닛(200)의 측정 데이터는 별다른 이상이 없을 경우에는 환기장치(420)를 작동하거나, 환기표시램프(430)를 점등하도록 제어신호를 발생하게 된다.
공기조화장치(410)는 에어컨, 온풍기 등 공기의 온습도를 조절하는 장치를 의미하는 것으로, 중앙 제어장치(300)에서 실내 온도가 적정 온도 보다 높거나 낮다고 판단되면 작동되어 실내 온도가 적정 온도를 유지할 수 있도록 제어된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에 서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템은 실시간으로 각 교실의 공기질을 판단할 수 있는 데이터를 전송 저장할 수 있는 효과를 가져온다.
그리고, 본 발명에 따른 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템은 외부 공기와 실내 공기를 비교하여 환기 여부를 판단할 수 있도록 하며, 각 교실의 통계값을 비교하여 시설 개선이 필요한 교실을 확인할 수 있도록 해주는 효과도 있다.
아울러, 본 발명에 따른 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템은 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 하여 복잡한 배선작업 없이 간단하게 설치 및 운영할 수 있는 효과도 가져온다.

Claims (8)

  1. 개별 교실의 내부에 설치되며, 실내 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실내 유닛들;
    건물의 외부에 설치되며, 실외 공기 중의 각종 성분의 농도를 감지하는 측정부와, 상기 측정부에서 검출된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 변환된 디지털 데이터를 전송하는 통신부를 포함하는 실외 유닛; 및
    상기 실내 유닛들 및 실외 유닛으로부터 데이터를 전송받아 저장하고, 각각의 실내 유닛의 공기의 질을 판단하는 중앙 제어장치를 포함하며,
    상기 중앙 제어장치는 개별 교실의 공기질과 건물 외부의 공기질을 비교하여 환기 여부를 판단하고, 전체 교실의 공기질 데이터의 평균값과 개별 교실의 공기질 데이터를 비교하여 환기 여부 및 공조 장치 작동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 유닛은 환기장치 및 공기조화 장치를 제어할 수 있는 제어부를 추 가로 구비하고,
    상기 실내 유닛의 통신부는 상기 중앙 제어장치로부터 제어신호를 전송받아 상기 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 유닛의 측정부는 미세먼지 측정센서, 유기화합물 측정센서, 포름알데히드 측정센서, 이산화탄소 측정센서, 총부유세균 측정센서, 온도센서, 습도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외 유닛의 측정부는 이산화황 측정센서, 일산화탄소 측정센서, 미세먼지 측정센서, 온도센서, 습도센서, 다이옥신 측정센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 제어장치는 실내 유닛과 실외 유닛에서 측정된 데이터를 외부에 인터넷을 통하여 실시간으로 전송하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 유닛의 통신부 및 상기 실외 유닛의 통신부는 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, USN)를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 특정 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 유닛은 환기표시램프 및 환기금지표시램프를 추가로 구비하고,
    상기 실내 유닛의 통신부는 상기 중앙 제어장치로부터 제어신호를 전송받아 상기 환기표시램프 및 환기금지표시램프의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 측정 및 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 유닛의 측정부는 펌웨어 업그레이드를 통하여 센서를 추가할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 학교 시설의 공기질 특정 제어 시스템.
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