KR101088721B1 - 공동주택용 이중외피 시스템 - Google Patents

공동주택용 이중외피 시스템 Download PDF

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KR101088721B1
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김봉철
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Abstract

본 발명은 내부창호(11)와 외부창호(12) 사이의 중공층에 블라인드(15)를 구비하는 공동주택용 이중외피 시스템에 있어서: 상기 내부창호(11)와 외부창호(12)에 설치되는 환기유니트(20); 상기 중공층의 온도, 실내의 온도, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하도록 설치되는 감지수단(30); 및 상기 감지수단(30)의 신호를 입력하여 설정된 조건으로 블라인드(15)와 환기유니트(20)를 선택적으로 작동하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 자동제어 알고리즘에 의하여 최적의 제어가 가능하고 사용자인지를 통해 저전력으로 이중외피의 중공층내 가열공기를 활용하여 냉,난방 부하가 저감되며, 창호 개폐에 따른 환기부하를 저감하여 에너지 손실을 최소화하는 효과가 있다.

Description

공동주택용 이중외피 시스템{Double-skin facade system for apartment}
본 발명은 공동주택용 이중외피에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동제어 알고리즘에 의한 최적 제어가 가능하고 사용자 인지를 통해 저전력으로 이중외피의 중공층내 가열공기를 활용하여 냉,난방 부하 및 환기부하를 저감하고, 창호 개폐에 따른 에너지 손실을 최소화하는 공동주택용 이중외피 시스템에 관한 것이다.
종래의 국내 공동주택의 경우 난방부하의 비율이 조명이나 냉방부하에 비하여 상대적으로 컸기 때문에 창호의 외피부분에서는 단열성능과 기밀성능만 요구되었으나, 지구온난화로 인한 전반적 기온상승과 더불어 발코니 확장에 의한 버퍼존 상실로 일사 투과에 따른 실내온도 상승이 불가피하여 냉방부하가 크게 증가되는 현상을 보이고 있다. 이에 따라 이중창호의 중공층 가열공기에 의한 창호의 단열성능 및 일사 차폐성능 향상 기술의 확보가 절실한 실정이다. 이와 관련되는 선행특허로서, 한국 등록특허공보 제0722007호의 "건물의 이중외피 시스템 및 그 제어방법", 한국 등록특허공보 제1010203호의 "건물의 이중외피 시스템 및 그 적응제어 방법" 등이 알려져 있다.
한국 등록특허공보 제0722007호는 건물의 외피를 형성하며, 제1 외피와, 상기 제1 외피와 이격되어 상기 제1 외피의 실외측에 설치되는 제2 외피와, 상기 제1 외피의 상부 또는 하부에 설치되는 제1 환기부와, 상기 제2 외피의 상부 또는 하부에 설치되는 제2 환기부와, 상기 제2외피의 실외측 또는 상기 제1 외피와 상기 제2 외피 사이에 설치되는 차광부와, 상기 제1 환기부, 상기 제2 환기부 및 상기 차광부의 작동을 제어하며 소정의 운전모드로 설정되는 제어부를 포함하는 구성을 제안한다.
한국 등록특허공보 제1010203호는 제1 외피와 제2 외피로 이루어지는 건물의 이중외피를 이용하여, 미리 설정된 하나 이상의 운전모드에 따라 건물의 실내 환경을 제어하는 시스템으로서, 환기부 및 차광부 중 하나 이상을 작동시키는 구동부, 환기부의 개폐여부, 환기부의 개구율, 차광부의 개폐여부 및 차광부의 개구율로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상에 대한 제어비용을 연산하고, 연산된 제어비용 중 최저 제어비용에서의 제어변수를 최적제어변수로 결정하는 제어변수 결정부, 및 최적제어변수에 따라 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 제안한다.
그러나, 상기한 선행특허에 의하면 이중외피 중공층의 에너지 활용이 미흡할뿐더러 자동제어의 의존성이 높고, 제어변수가 많아 공동주택의 환경에서는 적합하지 않으며 사용자가 시스템의 작동 상태를 인지하기 곤란하여 원하는 실내환경을 유지하기 불편하다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 자동제어 알고리즘에 의해 최적 제어가 가능하고 저전력으로 이중외피의 중공층내 가열공기 활용이 가능하여 냉,난방 및 환기 부하를 저감하고, 창호 개폐에 따른 에너지 손실을 최소화하는 공동주택용 이중외피 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부창호와 외부창호 사이의 중공층에 블라인드를 구비하는 공동주택용 이중외피 시스템에 있어서: 상기 내부창호와 외부창호에 설치되는 환기유니트; 상기 중공층의 온도, 실내의 온도, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하도록 설치되는 감지수단; 및 상기 감지수단의 신호를 입력하여 설정된 조건으로 블라인드와 환기유니트를 선택적으로 작동하는 제어기;를 포함하여 이루어지고,
상기 환기유니트는 내부창호의 상단 및 외부창호의 상단과 하단에 각각 개폐모터에 의한 유로개폐가 가능하도록 설치되며,
상기 제어기는 작동 알고리즘을 저장하고 수행하는 마이콤, 작동모드를 선택하는 입력부, 블라인드와 환기유니트의 모터에 인가되는 전원을 단속하는 구동부, 작동상태를 출력하는 표시부, 작동상태를 음성으로 출력하는 음성출력부, 경보상태를 음향이나 음성으로 출력하는 스피커를 구비하고,
상기 제어기는 냉방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드를 하강하면서 외부 상하부 환기유니트를 개방하여 중공층 가열공기를 외부로 배출하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드를 하강하면서 내외부 환기유니트를 모두 개방하며, 난방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드를 상승하면서 내부 환기유니트만 개방하여 중공층의 가열공기를 실내로 유입하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드를 상승하면서 내외부 환기유니트를 모두 폐쇄하여 중공 단열층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
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또, 본 발명에 따르면 상기 제어기는 감지수단의 CO2센서의 신호를 입력하여 기준치의 값에 따라 표시부와 스피커를 통하여 시청각적으로 사용자에게 인지시킨다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 자동제어 알고리즘에 의하면 최적의 제어가 가능하고 사용자인지를 통해 저전력으로 이중외피의 중공층내 가열공기를 활용하여 냉,난방부하 저감이 가능하며 창호 개폐에 따른 환기부하를 저감하여 에너지 손실을 최소화하는 효과가 있다.
즉, 동절기 중공층 가열공기를 실내 환기장치로 유입하여 난방부하를 저감하고, 하절기 외기유입 후 중공층 가열공기를 실외 환기장치로 배출하여 냉방부하를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 개략적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 환기유니트 설치상태를 나타내는 구성도
도 3은 도 1의 A-A 부분으로 종단하여 나타내는 구성도
도 4는 도 1의 B-B 부분으로 횡단하여 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 주요 회로를 나타내는 블럭도
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 냉방모드 작동을 예시하는 순서도
도 7은 본 발명에 따른 시스템의 난방모드 작동을 예시하는 순서도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 내부창호(11)와 외부창호(12) 사이의 중공층에 블라인드(15)를 구비하는 공동주택용 이중외피 시스템에 관련된다. 도 1은 실내측의 내부창호(11)와 실외측의 외부창호(12)가 각각 3부분으로 분리되는 구조를 도시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 도 1(a)는 실내에서 바라본 내부창호(11)를 나타내지만 도 1(b)는 내부창호(11)와 외부창호(12)를 분리하여 나타낸다. 블라인드(15)는 내부창호(11)와 외부창호(12)가 이루는 중공층에 승하강이 가능하게 설치된다. 블라인드(15)의 승하강 운동을 위하여 승강모터(25)가 구비된다.
본 발명에 따르면 상기 내부창호(11)와 외부창호(12)에 각각 환기유니트(20)가 설치된다. 환기유니트(20)는 내부의 날개편에 의하여 공기의 유동경로를 단속하는 구조를 택한다. 도 1(b)처럼 환기유니트(20)의 설치 위치는 내부창호(11)의 좌측 상부 및 외부창호(12)의 좌측 상부와 우측 하부로 택하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 변형예로서, 도 2(a)처럼 내부창호(11)의 우측 상부 및 외부창호(12)의 좌측 하부와 우측 상부로 택할 수도 있고, 도 2(c)처럼 내부창호(11)의 중앙 상부 및 외부창호(12)의 좌우측 하부로 택할 수도 있다.
이때, 상기 환기유니트(20)는 내부창호(11)의 상단 및 외부창호(12)의 상단과 하단에 각각 개폐모터(22)에 의한 유로개폐가 가능하도록 설치된다. 환기유니트(20)의 내부의 날개편이 개폐모터(22)에 의하여 정역으로 회전하면서 유로를 개폐하는 구조이다. 환기 유니트(20)의 개폐는 개폐모터 없이 사용자에 의해 제어되는 수동형태로도 설치될 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 상기 중공층의 온도, 실내의 온도, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하도록 감지수단(30)이 설치된다. 감지수단(30)은 내부창호(11)의 실내측에 설치되는 제1온도센서(31)와, 내부창호(11)와 외부창호(12)의 중공층에 설치되는 제2온도센서(32)와, 내부창호(11)의 실내측 하단에 설치되는 CO2센서(34)를 구비한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 감지수단(30)의 신호를 입력하여 설정된 조건으로 블라인드(15)와 환기유니트(20)를 선택적으로 작동하는 제어기(40)를 포함한다. 제어기(40)는 내부창호(11)의 실내측 또는 내부창호(11)의 상측의 벽체에 설치되고, 제1온도센서(31), 제2온도센서(32), CO2센서(34), 개폐모터(22), 승강모터(25) 등과 입출력단을 통하여 연결된다.
본 발명의 상기 제어기(40)는 작동 알고리즘을 저장하고 수행하는 마이콤(41), 작동모드를 선택하는 입력부(42), 블라인드(15)와 환기유니트(20)의 모터에 인가되는 전원을 단속하는 구동부(43), 작동상태를 출력하는 표시부(45), 작동상태를 음성으로 출력하는 음성출력부(46), 경보상태를 음향이나 음성으로 출력하는 스피커(47)를 구비한다. 마이콤(41)은 마이크로프로세서와 메모리를 구비하여 작동 알고리즘을 저장하고 실행한다. 입력부(42)는 냉방모드, 난방모드, 수동모드 등의 작동모드 선택을 입력한다. 구동부(43)는 개폐모터(22)와 승강모터(25)의 구동을 위한 전원을 제공한다. 표시부(45)는 내부창호(11)의 유리창 또는 내부창호(11)의 상측의 벽체에 설치되며, 유리창에 설치되는 경우 투명 디스플레이를 사용하는 것이 좋다. 음성출력부(46)는 음향이나 사람의 음성을 생성하여 스피커(47)를 통하여 청각적으로 경보한다.
도 6에서, 제어기(40)가 냉방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드(15)를 하강하면서 외부 상하부 환기유니트(20)를 개방하여 중공층 가열공기를 외부로 배출하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드(15)를 하강하면서 내외부 환기유니트(20)를 모두 개방한다. 제어기(40)의 알고리즘에 대한 좀 더 구체적인 실시예로서, 모드 설정을 확인하고(S10), 온도센서(31)(32)를 통하여 중공층의 온도(B)와 실내측의 온도(I)를 검출하고(S20), 온도 B와 온도 I를 비교하고(S30), B가 I보다 높으면 블라인드(15)를 하강하고 외부 환기유니트(20)를 모두 개방하며(S40), B가 I보다 낮으면 블라인드(15)를 하강하고 내외부 전체 환기유니트(20)를 모두 개방하며(S50), CO2센서(34)로 이산화탄소 농도를 측정하고(S60), 이산화탄소 농도를 기준치와 비교하여(S70), 농도가 기준치를 초과하는 경우 설정된 경보를 출력한다(S80).
도 7에서, 제어기(40)가 난방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드(15)를 상승하면서 내부 환기유니트(20)만 개방하여 중공층의 가열공기를 실내로 유입하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드(15)를 상승하면서 내외부 환기유니트(20)를 모두 폐쇄하여 중공 단열층을 형성한다. 제어기(40)의 알고리즘에 대한 좀 더 구체적인 실시예로서, 모드 설정을 확인하고(S10), 온도센서(31)(32)를 통하여 중공층의 온도(B)와 실내측의 온도(I)를 검출하고(S20), 온도 B와 온도 I를 비교하고(S30), B가 I보다 높으면 블라인드(15)를 상승하고 내부 환기유니트(20)만 개방하며(S40), B가 I보다 낮으면 블라인드(15)를 상승하고 내외부 전체 환기유니트(20)를 모두 폐쇄하며(S50), CO2센서(34)로 이산화탄소 농도를 측정하고(S60), 이산화탄소 농도를 기준치와 비교하여(S70), 농도가 기준치를 초과하는 경우 설정된 경보를 출력한다(S80).
공동주택용 블라인드 내장형 이중창시스템 성능평가에 실험에 의하면 블라인드(15)를 하강한 상태에서 중공층의 온도가 55~60℃에 달하여 가열공기의 하절기 실외배출과 동절기 실내유입에 의한 에너지 절감이 가능할 것으로 나타났으며, 블라인드를 하강한 상태가 상승한 상태에서의 중공층의 온도보다 약 2.6℃~11.4℃ 높고 실내측의 온도는 약 약 3.8℃~11.4℃ 낮은 것으로 나타났다. 본 발명에 의하면 이와 같은 중공층의 열에너지를 효과적으로 이용하여 냉,난방부하를 저감하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 따르면 상기 제어기(40)는 감지수단(30)의 CO2센서(34)의 신호를 입력하여 기준치의 값에 따라 표시부(45)와 스피커(47)를 통하여 시청각적으로 사용자에게 인지시킨다. 표시부(45)는 평상시 온도센서(31)(32)에 의한 온도, CO2센서(34)에 의한 이산화탄소 농도, 현재시각 등을 표시한다. 그러나 제어기(40)에서 경보 상태로 인식되면 표시부(45)를 이산화탄소 농도를 기준치에 따라 적색, 황색, 청색 등으로 점등 또는 점멸하는 동시에 스피커(47)를 통하여 경보음 또는 음성안내를 출력한다. 경보를 확인한 사용자는 내부창호(11), 외부창호(12), 블라인드(15)를 수동으로 작동할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
11: 내부창호 12: 외부창호
15: 블라인드 20: 환기유니트
22, 25: 모터 30: 감지수단
31, 32: 온도센서 34: CO2센서
40: 제어기 41: 마이콤
42: 입력부 43: 구동부
45: 표시부 46: 음성출력부
47: 스피커

Claims (5)

  1. 내부창호(11)와 외부창호(12) 사이의 중공층에 블라인드(15)를 구비하는 공동주택용 이중외피 시스템에 있어서:
    상기 내부창호(11)와 외부창호(12)에 설치되는 환기유니트(20);
    상기 중공층의 온도, 실내의 온도, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하도록 설치되는 감지수단(30); 및
    상기 감지수단(30)의 신호를 입력하여 설정된 조건으로 블라인드(15)와 환기유니트(20)를 선택적으로 작동하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 환기유니트(20)는 내부창호(11)의 상단 및 외부창호(12)의 상단과 하단에 각각 개폐모터(22)에 의한 유로개폐가 가능하도록 설치되며,
    상기 제어기(40)는 작동 알고리즘을 저장하고 수행하는 마이콤(41), 작동모드를 선택하는 입력부(42), 블라인드(15)와 환기유니트(20)의 모터에 인가되는 전원을 단속하는 구동부(43), 작동상태를 출력하는 표시부(45), 작동상태를 음성으로 출력하는 음성출력부(46), 경보상태를 음향이나 음성으로 출력하는 스피커(47)를 구비하고,
    상기 제어기(40)는 냉방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드(15)를 하강하면서 외부 상하부 환기유니트(20)를 개방하여 중공층 가열공기를 외부로 배출하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드(15)를 하강하면서 내외부 환기유니트(20)를 모두 개방하며, 난방모드인 경우 중공층의 온도가 실내온도보다 높아지면 블라인드(15)를 상승하면서 내부 환기유니트(20)만 개방하여 중공층의 가열공기를 실내로 유입하고, 중공층의 온도가 실내온도보다 낮아지면 블라인드(15)를 상승하면서 내외부 환기유니트(20)를 모두 폐쇄하여 중공 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 공동주택용 이중외피 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기(40)는 감지수단(30)의 CO2센서(34)의 신호를 입력하여 기준치의 값에 따라 표시부(45)와 스피커(47)를 통하여 시청각적으로 사용자에게 인지시키는 것을 특징으로 하는 공동주택용 이중외피 시스템.
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CN110133042A (zh) * 2019-05-21 2019-08-16 河北道尔门窗科技有限公司 门窗保温性能检测设备

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KR100738227B1 (ko) * 2006-01-20 2007-07-12 광주과학기술원 이산화탄소농도와 실내온도에 근거한 실내자동환기장치

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