KR101117496B1 - 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

지하철 객실 내 전체 승객수를 기준으로 냉방모드를 가변 작동시킴으로써 쾌적한 실내온도를 유지할 수 있고, 승객 혼잡도 중심의 냉방을 통해 냉방에너지를 효율적으로 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법이 제공된다. 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템은, 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 이산화탄소(CO2) 센서; 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산하는 승객수 환산부; 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하는 발열량 계산부; 및 기설정된 기준 발열량과 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동을 가변 제어하는 객실 냉방 제어부를 포함하되, 지하철 객실 내의 승객수는 승객의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소 농도에 선형적으로 비례하는 승객수 환산식에 의해 환산되며, 승객수 환산식은 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34로 주어질 수 있다.
객실 냉방, 지하철, 이산화탄소, 승객 수, 발열량

Description

이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법 {System for controlling air-conditioning of subway coach using carbon dioxide concentration, and method for the same}
본 발명은 객실 냉방 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 지하철 또는 철도차량 내의 이산화탄소 농도에 따라 객실의 냉방을 제어하는 이산화탄소 농도를 이용한 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 생활수준이 향상됨으로 인해 대부분의 주택 또는 건물뿐만 아니라 대부분의 차량에는 쾌적한 실내 분위기를 위해 냉방장치가 설치되어 있다. 이와 같은 각각의 냉방장치는 사용자의 제어에 의해 또는 제어장치에 의해 적정 온도의 냉기를 출력할 수 있도록 제어되어 작동되고 있다. 예를 들면, 지하철 객실의 냉방제어는 냉방 희망온도를 설정하여 에어컨 가동을 자동으로 조절함으로써 이루어지며, 통상적으로 객실 온도센서가 객실 벽면에 부착되어 객실의 온도를 감지한다.
최근 수송능력이 우수하고 편의성이 향상되고 있는 지하철 전동차 모두에는 냉방장치 및 난방장치가 설치되어 있어 승객의 쾌적성에 일조하고 있다. 이와 같 은 전동차용 냉방장치는 대부분 수동식 냉방 제어방식을 취하고 있으나, 최근에 자동제어의 개념이 도입되어 실시되고 있는 추세에 있다.
예를 들면, 자동 냉난방 제어장치는 실내/실외 온도를 감지하는 실내/외 온도 감지센서; 이 실내/외 온도 감지센서로부터 받은 실내/외 온도를 실내/외 온도 직렬통신 인터페이스를 사용하여 소정의 시간 간격으로 열차 제어장치로 전송하는 온도제어장치; 1/3 난방모드, 2/3 난방모드, 환기모드, 반냉방 모드, 전냉방 모드, 정지 모드, 자동 모드 중 어느 하나를 선택하는 냉난방 선택 스위치; 및 소정의 시간 간격으로 상기 직렬통신 인터페이스를 통해 전송받은 실내/실외 온도를 기초로 냉난방제어신호를 출력하는 열차 제어장치로 구성될 수 있다.
그러나 종래의 냉난방장치 또는 그 제어장치는 전동차의 각각의 차량전체를 미리 설정된 온도로만 제어할 수 있으므로, 전동차의 각각의 차량에서 실시간으로 변하는 온도에 능동적으로 대처하여 자동으로 온도를 제어할 수 없으며, 이에 따라 각각의 차량을 최적상태의 객실온도로 유지할 수 없는 문제점이 있었다.
한편, 관련기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2007-141373호(출원일: 2007년 12월 31일)에는 "전동차용 냉방장치 및 그 냉방방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 차량의 실내에 관련된 다양한 변수의 온도들, 즉 송출온도, 흡입온도, 외기온도 및 실내온도를 기본 변수로 하여 이들 각각의 온도를 실시간으로 측정 및 비교하여 최적으로 제어된 냉기를 실내로 공급하거나 제어함으로써 최상의 실내 냉방분위기를 유지하는 것에 관한 것이다.
한편, 관련기술로서, 대한민국 특허출원번호 제2004-44945호(출원일: 2004년 06월 17일)에는 "철도 차량의 실내 환기 제어 장치"하는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 차량 실내 공기의 혼탁도에 따라 적정 시간 동안에만 외기의 도입이 이루어지도록 함으로써, 에어컨의 냉방 효율이 저하되는 것을 방지하고, 외기 도입 시의 소음을 저감하게 되어, 차량 객실내의 쾌적한 환경을 유지하는 것에 관한 것으로, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 실내 환기 제어 장치가 구현된 지하철 차량을 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 실내 환기 제어 장치는, 리턴 덕트(21)를 통해 흡입된 차량(10) 실내 공기를 증발기 코일로 통과시켜 냉각된 공기를 다시 차량 실내로 토출하여 냉방을 행하고 에어 댐퍼를 통해 외기를 차량 실내로 도입하여 환기를 행하는 공기조화장치에 대해 적용된다.
이러한 차량(10) 실내의 공기를 증발기 코일측으로 흡입하는 리턴 덕트(21)측에 차량 실내 공기중의 이산화탄소 농도를 감지하는 이산화탄소 농도 감지부(22)가 설치되고, 외기를 차량 실내로 도입하는 에어 댐퍼(23)에는 에어 댐퍼(23)를 개폐하는 액츄에이터가 설치된다. 그리고 이산화탄소 농도 감지부(22)에 의해 감지된 차량실내 공기중의 이산화탄소 농도에 따라 에어 댐퍼(23)가 수시로 개폐되도록 액츄에이터를 제어하는 제어부(24)가 구비된다.
이에 따라, 에어컨의 작동 중에, 리턴 덕트(21)를 통하여 흡입되는 공기중의 이산화탄소 농도가 소정의 기준값 이상이 되는 경우, 이를 이산화탄소 농도 감지부(22)에서 감지함으로써 차량 실내의 공기가 혼탁한 상태임을 인지하게 되고, 제 어부(24)에서는 에어 댐퍼(23)에 설치된 액츄에이터를 작동시켜 에어 댐퍼(23)를 개방시킴으로써 일정 시간 동안 차량 실내로 신선한 외기가 유입되도록 한다. 이렇게 신선한 외기가 차량 실내로 유입됨으로써 차량 실내의 이산화탄소 농도가 다시 소정의 기준값 이하로 떨어지면, 이산화탄소 농도 감지부(22)의 감지와 제어부(24)의 제어에 의해 액츄에이터가 에어 댐퍼(23)를 폐쇄시킴으로써 외기의 유입을 차단하게 된다. 따라서 차량 실내 공기중의 이산화탄소 농도에 따라 차량 실내로의 외기 도입을 선택적으로 수행할 수 있게 되므로, 적정 시간 동안에만 환기가 이루어져 에어컨의 냉방 효율에 악영향을 끼치지 않게 될 뿐만 아니라, 외기 도입으로 인한 소음 발생 시간도 그만큼 줄어들게 된다.
그러나 전술한 바와 같이, 종래 기술에 따르면, 객실내 혼잡도를 고려하지 않기 때문에, 단순히 벽면 근처에서의 실내/실외 온도를 기준으로 냉방함으로써 승객의 열적 불쾌감을 유발한다는 문제점이 있다.
예를 들면, 객실 내의 벽면 근처에서의 온도측정 결과는 객실내에 탑승하고 있는 승객 체감온도와 상이한 경우가 많으며, 특히 혼잡시간대에 밀집된 승객사이의 인체 발열로 인해 더위와 답답함을 느끼는 경우가 많다는 문제점이 있다. 또한, 비혼잡시간대 승객수가 급격히 줄어드는 경우, 과다한 냉방으로 추위를 느끼는 경우도 많다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 승객 혼잡도를 반영하여 승객수를 기준으로 냉방모드를 가변 작동시킴으로써 쾌적한 실내온도를 유지할 수 있는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 승객 혼잡도 중심의 냉방을 통해 냉방에너지를 효율적으로 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템은, 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 이산화탄소(CO2) 센서; 상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산하는 승객수 환산부; 상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하는 발열량 계산부; 및 기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동을 가변 제어하는 객실 냉방 제어부를 포함하되, 상기 지하철 객실 내의 승객수는 승객의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소 농도에 선형적으로 비례하는 승객수 환산식에 의해 환산되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 승객수(N) 환산식은, 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34로 주어지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발열량 계산부에서 계산된 승객에 의한 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)으로 주어지되, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 객실 냉방 제어부는 상기 전체 발열량(QT)과 객실 에어컨 냉방용량을 비교하여 상기 객실 에어컨을 가변 구동하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법은, a) 이산화탄소 센서를 사용하여 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 단계; b) 상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산하는 단계; c) 상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하는 단계; d) 기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동하기 위한 구동 제어신호를 선택적으로 생성하는 단계; 및 e) 상기 선택된 구동 제어신호에 따라 객실 에어컨을 가변 구동하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 b) 단계에서, 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34라는 승객수 환산식에 의해 구해지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계의 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)로 주어지되, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계는 상기 전체 발열량(QT)과 에어컨 냉방용량(45,000kcal/h)을 비교하여, QT ≤ 10,000kcal/h이면 냉방 작동 중지(Cooling Off), 10,000kcal/h < QT < 22,500kcal/h이면 반냉방(Half Cooling), 또는 22,500kcal/h ≤ QT ≤ 45,000kcal/h이면 전냉방(Full Cooling)시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 승객 혼잡도를 반영하여 승객수를 기준으로 냉방모드를 작동함으로써 쾌적한 실내온도를 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 승객 혼잡도 중심의 냉방을 통해 냉방에너지를 효율적으로 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 일반적인 지하철 냉방장치에 대해 개략적으로 설명하며, 여기서 지하철은, 통상적인 수도권 지하철, 전동차, 철도 차량 등을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
일반적인 지하철 냉방장치는 각 객차의 지붕에 독립적으로 작동되는 천정 집중형 분산식 전동차 냉방기 유닛으로 차량당 2대가 설치된다. 이때, 객차 통로측 측부에 설치된 배전반과 2개의 실내온도 검출기 및 2개의 CO2 검출기가 객실 내부에 설치될 수 있다.
또한, 마이컴 냉난방 선택스위치 또는 TCMS 제어에 의해 냉난방 장치는, 시험 모드(Test mode), 전냉방 모드(full cooling mode), 반냉방 모드(half cooling mode), 증발기 팬 모드(evaporator fan mode), 라인플로우 팬 모드(line flow fan mode), 정지 모드(off mode), 1/3 난방 모드(heating mode), 2/3 난방 모드, 전 난방 모드, 또는 자동 모드(auto mode)의 운전을 수행할 수 있다.
예를 들면, 지하철 냉방장치는 실외조건 35±1.5℃, 실내조건 건구온도 28± 1.0℃, 습구온도 23±1.0℃, 송풍량 3,300~3450m3/h일 때, 22,500kcal/h 냉방 능력을 갖고 있고, 객실 차량 1대당 냉방 성능은 총 45,000kcal/h일 수 있다.
한편, 도 2는 일반적인 지하철 객실내에 설치된 객실 온도 센서를 예시하는 도면이고, 도 3은 일반적인 객실 냉방 제어부가 제어반 형태로 구성된 것을 예시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 지하철 객실(10) 내에 설치되는 객실 온도센서(25)는 출입문과 선반 사이 위치의 벽면에 고정되어 있으며, 객실(10) 대각선 방향 반대편 출입문에도 동일한 위치에 설치되어 있다. 이러한 두 온도센서(25) 측정값의 평균값을 객실 온도값으로 한다.
또한, 도 3은 객실간 통로 근처에 위치한 냉방 제어부가 제어반(30) 형태로 구현되는 것을 예시하며, 디스플레이부(31)에는 실외온도, 실내온도, 설정온도가 각각 디스플레이되고 있다.
따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 벽면에 위치한 온도센서(25)를 통해 객실내 냉방온도를 제어하는 경우, 승객의 쾌적감을 적절히 반영하기 힘들며, 이에 따라 본 발명의 실시예로서 승객의 혼잡도와 인체발열량에 근거한 냉방장치 제어 방법이 제공되며, 이때, 승객수는 호흡으로 발생되는 이산화탄소(CO2) 농도를 이용하여 환산된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉 방 제어 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템(100)은, 이산화탄소(CO2) 센서(110), 객실 온도센서(120), 승객수 환산부(130), 발열량 계산부(140) 및 객실 냉방 제어부(150)를 포함한다.
이산화탄소 센서(110)는 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출한다.
객실 온도센서(120)는 출입문과 선반 사이 위치의 벽면에 고정되어 있으며, 객실 대각선 방향 반대편 출입문에도 동일한 위치에 설치되어 있다. 이러한 두 온도센서(120) 측정값의 평균값을 객실 온도값으로 할 수 있다.
승객수 환산부(130)는 상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산한다. 예를 들면, 수도권 지하철 객실의 여러 계절, 노선에 따른 객실 이산화탄소 농도와 승객수 사이의 상관관계 분석결과를 이용함으로써, 이산화탄소 농도 모니터링을 기반으로 하여 승객수를 환산하게 된다.
구체적으로, 상기 지하철 객실 내의 승객수는 승객의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소 농도에 선형적으로 비례하는 승객수 환산식에 의해 환산되는데, 여기서, 상기 승객수 환산부에서 환산된 승객수(N) 환산식은, 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34로 주어지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가한다.
발열량 계산부(140)는 상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하게 된다. 이때, 승객에 의한 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)으로 주어질 수 있고, 예를 들면, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h일 수 있다.
객실 냉방 제어부(150)는 기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨(220)의 구동을 가변 제어한다. 즉, 상기 객실 냉방 제어부(150)는 상기 전체 발열량(QT)과 객실 에어컨(220)의 냉방용량을 비교하여 상기 객실 에어컨(220)을 가변 구동하게 된다.
전술한 승객수 환산부(130) 및 발열량 계산부(140)는 프로그램 형태로 구현되는 것이 바람직하지만, 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 전술한 승객수 환산부(130) 및 발열량 계산부(140)는 상기 객실 냉방 제어부(150) 내에 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 지하철 객실내에 설치된 이산화탄소 센서(110)로부터 검출되는 이산화탄소 농도에 대응하여 승객수를 환산함으로써 승객 혼잡도를 고려하고, 승객수를 기준으로 냉방모드를 작동함으로써 쾌적한 실내온도를 유지할 수 있고, 승객 혼잡도 중심의 냉방을 통해 냉방 에너지를 효율적으로 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도와 승객수와의 상관관계를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도와 승객수가 선형으로 비례하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 승객수와 객실 CO2 농도 상관관계를 파악하기 위해서, CO2 농도 모니터링을 통한 승객수 환산식은 다음의 수학식 1과 같이 실험적으로 구해질 수 있다.
승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34
이때, 최저 CO2 농도는 798ppm이다.
또한, 1인당 인체발열량(Q)은 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h일 수 있고, 승객에 의한 객실 전체 발열량을 다음의 수학식 2와 같다.
승객에 의한 객실 전체 발열량(QT) = N×Q
이후, 객실 내 승객들의 전체 발열량과 에어컨 냉방용량(45,000kcal/h)의 비교를 통해 객실 에어컨을 전냉방, 반냉방 또는 냉방중지를 선택하게 된다.
예를 들면, 에어컨 냉방용량이 45,000kcal/h인 경우, QT ≤ 10,000kcal/h이면 냉방 작동 중지(Cooling Off), 10,000kcal/h < QT < 22,500kcal/h이면 반냉방(Half Cooling), 또는 22,500kcal/h ≤ QT ≤ 45,000kcal/h이면 전냉방(Full Cooling)을 선택할 수 있다. 물론, 상기 냉방 작동 중지, 반냉방 및 전냉방으로 구분하지 않고, 발열량에 따라 보다 세분하여 객실 에어컨을 구동할 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
구체적으로, 객실내 탑승한 승객수와 실내 CO2 농도의 측정은 총 1259회 실시되었으며, 측정대상노선은 수도권 지하철 1~8호선, 분당선, 경부선, 경인선 구간에서 실시되었다. 도 5는 지하철 3호선인 경우를 예시하며, 이때, 데이터는 정차역을 기준으로 두 정차역 사이의 평균 CO2 농도와 승객수를 기준으로 분석되었다. 예를 들면, 도 6에 제시된 데이터의 측정 기간은 다음과 같다: 2007.03.20~2007.03.23, 2007.06.26~ 2007.06.29, 2008.10.15~2008.11.27 2009.01.13~2009.02.05, 2009.04.20~ 2009.04.30.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 승객수와 객실 CO2 농도 사이에는 유의미한 선형관계가 존재하며, 상관관계식은 CO2 농도 = 798 + 8.37×N으로 표현될 수 있다. 즉, 정차역 기준으로 승객 1인당 약 8.37ppm의 CO2 증가 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.
예를 들면, CO2 모니터링 결과가 3000ppm 이라면, 승객수는 263명으로 상기 승객수 환산식에 의해 환산되고, 전체 발열량(QT)은 30,245kcal/h가 되며, 이에 따라 객실 에어컨에 전냉방 제어신호를 송신하고, 객실 에어컨은 전냉방 모드(Full cooling mode)로 작동된다.
한편, 객실내가 혼잡한 경우, 객실 라인 플로우팬(line flow fan)(도시되지 않음)을 함께 가동하는 것이 효과적이며, 예를 들면, QT>10,000kcal/h 이상일 때 객실 에어컨 구동신호 및 라인 플로우팬 구동신호를 동시에 전송할 수 있다.
또한, 이산화탄소 센서는 객실 내 CO2 농도 모니터링을 위해 통상적으로 객실 천정부에 설치되고, 이때, 측정된 값은 지하철 역간 평균 운행시간인 약 2.5분 동안의 평균값을 취하여 객실 에어컨을 가동시킬 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법의 동작흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법은, 먼저 이산화탄소 센서를 사용하여 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출한다(S110).
다음으로, 상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 전술한 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산한다(S120). 전술한 바와 같이, 상기 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34라는 환산식에 의해 구해지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산한다. 여기서, 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)로 주어지되, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
다음으로, 기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동하기 위한 냉방 구동 제어신호를 선택적으로 생성한다(S140).
다음으로, 상기 선택된 냉방 구동 제어신호에 따라 객실 에어컨을 가변 구동하게 된다(S150).
도 8은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법의 동작흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법에서, S210 내지 S240 단계는 도 7에 도시된 S110 내지 S140 단계와 동일하며, 도 7에 도시된 상기 선택된 구동 제어신호에 따라 객실 에어컨을 가변 구동하는 단계(S150) 대신에 기설정된 냉방 스위치를 선택하여 구동할 수 있다(S250). 즉, 상기 전체 발열량(QT)과 에어컨 냉방용량(45,000kcal/h)을 비교하여, 상기 전체 발열량(QT)과 에어컨 냉방용량(45,000kcal/h)을 비교하여, QT ≤ 10,000kcal/h이면 냉방 작동 중지(Cooling Off) 단계(S260)를 수행하고, 10,000kcal/h < QT < 22,500kcal/h이면 반냉방(Half Cooling) 단계(S270)를 수행하며, 또는 22,500kcal/h ≤ QT ≤ 45,000kcal/h이면 전냉방(Full Cooling) 단계(S280)를 수행할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소 들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 실내 환기 제어 장치가 구현된 지하철 차량을 예시하는 도면이다.
도 2는 일반적인 지하철 객실내에 설치된 객실 온도 센서를 예시하는 도면이다.
도 3은 일반적인 객실 냉방 제어부가 제어반 형태로 구성된 것을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도와 승객수와의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도와 승객수가 선형으로 비례하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법의 동작흐름도이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법의 동작흐름도이다.
< 도면부호의 간단한 설명 >
100: 객실 냉방 제어 시스템 110: 이산화탄소 센서
120: 객실 온도 센서 130: 승객수 환산부
140: 발열량 계산부 150: 객실 냉방 제어부
210: 객실 냉방 구동부 220: 객실 에어컨

Claims (8)

  1. 지하철 객실의 냉방을 제어하는 시스템에 있어서,
    지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 이산화탄소(CO2) 센서;
    상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산하는 승객수 환산부;
    상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하는 발열량 계산부; 및
    기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동을 가변 제어하는 객실 냉방 제어부를 포함하되,
    상기 지하철 객실 내의 승객수는 승객의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소 농도에 선형적으로 비례하는 승객수 환산식에 의해 환산되는 것으로서,
    상기 승객수(N) 환산식은, 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34
    로 주어지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가하는 것이고,
    상기 발열량 계산부에서 계산된 승객에 의한 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)으로 주어지되, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 객실 냉방 제어부는 상기 전체 발열량(QT)과 객실 에어컨 냉방용량을 비교하여 상기 객실 에어컨을 가변 구동하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 시스템.
  5. 지하철 객실의 냉방을 제어하는 방법에 있어서,
    a) 이산화탄소 센서를 사용하여 지하철 객실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 단계;
    b) 상기 이산화탄소 센서에서 검출된 이산화탄소 농도에 대응하는 승객수 환산식에 의해 지하철 객실 내의 승객수를 환산하는 단계;
    c) 상기 승객수 환산식에 의해 환산된 승객수에 따라 전체 발열량을 계산하는 단계;
    d) 기설정된 기준 발열량과 상기 계산된 발열량을 비교하여 객실 에어컨의 구동하기 위한 구동 제어신호를 선택적으로 생성하는 단계; 및
    e) 상기 선택된 구동 제어신호에 따라 객실 에어컨을 가변 구동하는 단계
    를 포함하며,
    상기 b) 단계에서, 승객수(N) = CO2 농도(ppm)/8.37 - 95.34라는 승객수 환산식에 의해 구해지고, 최저 CO2 농도가 798ppm이라는 조건 하에 승객 1인당 8.37ppm의 CO2 농도가 증가하는 것이고,
    상기 c) 단계의 객실 내 전체 발열량(QT)은 승객수(N)×1인당 인체발열량(Q)로 주어지되, 상기 1인당 인체발열량(Q) = 현열 45kcal/h + 잠열 70kcal/h = 115kcal/h인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 e) 단계는 상기 전체 발열량(QT)과 에어컨 냉방용량(45,000kcal/h)을 비교하여, QT ≤ 10,000kcal/h이면 냉방 작동 중지(Cooling Off), 10,000kcal/h < QT < 22,500kcal/h이면 반냉방(Half Cooling), 또는 22,500kcal/h ≤ QT ≤ 45,000kcal/h이면 전냉방(Full Cooling)시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 농도를 이용한 지하철 객실 냉방 제어 방법.
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