KR101143480B1 - 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치 - Google Patents

무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

복수의 실내 온열인자 및 복수의 실내 공기질인자를 감지하는 센서부; 상기 복수의 실내 온열인자의 값과 착의량 값에 기초하여 PMV(Predict Mean Vote) 값을 산출하고 상기 PMV 값에 기초하여 제1 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 기초하여 제2 제어신호를 생성하는 진단 제어부; 및 상기 제1 제어신호를 상기 냉?난방장치에 송신하고 상기 냉?난방장치의 운전신호를 수신하며, 상기 제2 제어신호를 상기 환기장치에 송신하고 상기 환기장치의 운전신호를 수신하는 송수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치가 개시된다.
온열인자, 공기질인자, 센서, PMV, 냉?난방 장치, 환기장치

Description

무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치{DEVICE FOR ANALYSING AND CONTROLLING INDOOR ENVIRONMENT BASED ON SENSORS USING WIRELESS COMMUNICATIONS}
본 발명은 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 센서가 다양한 실내 온열인자 및 실내 공기질인자의 값을 실시간으로 감지하고, 감지된 값을 바탕으로 냉?난방장치 및 환기장치의 가동 및 단계적 운행을 제어하며, 실내환경 정보를 디스플레이하고, 실내환경 정보의 송출 및 냉?난방장치와 환기장치의 제어신호의 송출이 무선 통신에 의해 이루어지는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치에 관한 것이다.
최근 국민소득의 증가는 삶의 질 향상에 대한 국민들의 욕구로 이어져 건강한 육체와 정신을 추구하는 라이프 스타일로 해석되는 웰빙(Well-being)이 새로운 문화코드로 대두되고 있다. 이와 관련하여, 인간의 주거공간에 대한 기대감은 매우 높아지고 있으나 그에 비해 실내 공기질환경과 쾌적 제어에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 현재까지의 건물의 설비에 대한 조절은 주로 온도 및 습도 등의 온열환경에 초점이 맞춰져 있었다. 그러나 실내환경은 재실자의 신진대사나 활동량, 각종기기나 건축자재, 마감자재, 가구 등으로부터 방출되는 열이나 이산화탄소, 먼지, 각종 휘발성유기화학물질(VOCs)에 의해 공기오염이 심화되고 있으며 이러한 물질이 실내 공기중에 정체되거나 지속적으로 발생된다면 재실자에게 질병이나 건물증후군(Sick-Building Syndrom) 등을 유발하여 인체의 건강에 직접적인 영향을 미치게 된다. 또한 가스를 연료로 사용하는 주방이나 보일러실에서 오염물질이 증가하는 것에 대한 위해성 정보도 확보하지 못하는 실정이다.
또한, 실내의 오염물질(화학물질)의 농도는 최초 입주시기에는 환경부에서 규정하는 농도 이하를 유지하다가 입주자들이 이주해 오면서 새로운 오염물질의 발생원이 유입되면서 입주 후 2-3개월 경과 후에 오염농도가 상승하여 기준치를 초과하는 것으로 보고되고 있다(국립환경과학원 2007년 연구보고서). 이는 이주 시 신축 아파트에 새 가구나 소파, 가전제품이 설치되면서 오염물질이 증가하는 것으로 이해할 수 있다. 또한 생활하는 중에도 실내활동상황에 따라 여러 가지 종류의 오염물질이 방출된다.
이러한 오염농도를 저감시키기 위하여 100 가구 이상의 공동주택에 환기장치의 설치를 의무화하였으며 시간당 0.7회의 환기량을 확보하도록 규정하고 있다. 환기설비는 24시간 동안 가동하는 것이 바람직하지만 입주자들은 환기에 의한 에너지 비용(팬 부하, 난방용, 냉방용)에 부담을 느껴 환기장치의 가동을 중지하는 경우가 많이 나타나고 있다. 따라서 실내의 오염농도에 따른 환기장치의 가동이 가능한 방안의 운전기법의 개발과 시스템의 확립이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
한편 우리나라 주거용 건물은 100% 온돌바닥난방(복사난방)을 이용하고 있으 며, 실내에서는 벽체에 부착된 온도 조절기와 유량 조절밸브(ON/OFF)와 정유량밸브에 의하여 실내 난방온도를 조절하고 있다. 복사난방 공간에서 벽부형 온도조절기의 온도는 인체의 쾌적치를 대표하지 못하고 있어 입주자들은 경험치에 의하여 실내 공급 열량을 조절하고 있어 겨울철 실내의 과열로 인한 에너지 낭비를 초래하고 있다.
온돌난방 구조에서는 인체의 온열 쾌적성에 기초한 온열환경지표인 PMV(Predicted Mean Vote)와 표준유효온도(SET: Standard Effective Temperature)를 기초로 실내환경을 제어하고 실내 복사난방공간의 과열을 방지할 수 있는 온돌난방 시스템 제어기법을 개발하여 쾌적한 열환경을 확보하고 과열에 의한 에너지 낭비를 방지할 수 있는 시스템을 접목하는 신기술의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 다양한 실내 온열인자와 실내 공기질인자에 관한 실시간 감지를 통하여 실내환경 정보를 제공하고, 감지된 정보를 바탕으로 냉?난방장치와 환기장치를 제어함으로써, 쾌적한 실내환경을 확보하면서도 불필요한 환기 억제, 과냉 및 과열 방지 등으로 인해 에너지 효율적인 실내환경 제어를 가능케 하는 무선통신을 활용한 실내환경 진단 및 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치는, 복수의 실내 온열인자 및 복수의 실내 공기질인자를 감지하는 센서부; 상기 복수의 실내 온열인자의 값과 착의량 값에 기초하여 PMV(Predict Mean Vote) 값을 산출하고 상기 PMV 값에 기초하여 제1 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 기초하여 제2 제어신호를 생성하는 진단 제어부; 및 상기 제1 제어신호를 상기 냉?난방장치에 송신하고 상기 냉?난방장치의 운전신호를 수신하며, 상기 제2 제어신호를 상기 환기장치에 송신하고 상기 환기장치의 운전신호를 수신하는 송수신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치는, 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황 중 적어도 하나를 디스플레이 하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치는, 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황에 관한 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 저장부에 저장된 데이터는 외부 장치로 송신되거나 외부 장치에 의해 다운로드될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 실내 온열인자는 실내 온도, 실내 습도, 실내 평균복사온도(MRT), 활동량 및 기류속도를 포함한다.
상기 복수의 실내 공기질인자는 실내 TVOC, 실내 HCHO, 실내 CO2, 실내 CO 및 실내 PM10을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 진단 제어부는 상기 PMV 값이 미리 설정된 냉?난방장치의 가동 범위에 속하면 냉?난방장치를 가동시키는 제1 제어신호를 생성하고, 상기 PMV 값이 미리 설정된 냉?난방장치의 정지 범위에 속하면 냉?난방장치를 정지시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 진단 제어부는 동절기에 + 0.5 < PMV 이면 난방장치를 정지시키고, PMV < - 0.5 이면 난방장치를 가동시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 진단 제어부는 하절기에 + 0.5 < PMV 이면 냉방장치를 가동시키고, PMV < - 0.5 이면 냉방장치를 정지시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한 다.
상기 진단 제어부는 춘?추절기에 - 0.5 ≤ PMV ≤ + 0.5 이면 냉?난방장치를 정지시키고, PMV < - 0.5 이면 난방장치를 가동시키고, + 0.5 < PMV 이면 냉방장치를 가동시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
기준값 - 0.5와 상기 PMV 값의 차이는 △PMV 이고, 상기 난방장치는 난방밸브이며, 상기 진단 제어부는 상기 △PMV에 비례하여 상기 난방밸브의 개방을 조절하는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 진단 제어부는 0 < △PMV < 0.3이면 난방밸브를 10% 개방시키고, 0.3 ≤ △PMV < 0.5이면 난방밸브를 30% 개방시키며, 0.5 ≤ △PMV < 1이면 난방밸브를 50% 개방시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 진단 제어부는 상기 복수의 실내 공기질인자 중 적어도 하나의 공기질인자의 값이 미리 설정된 환기장치의 가동 범위에 속하면 환기장치를 가동시키는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자 모두의 값이 미리 설정된 환기장치의 정지 범위에 속하면 환기장치를 정지시키는 제2 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 진단 제어부는 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 비례하여 환기장치의 풍량을 조절하는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 환기장치의 풍량 조절은 실시간으로 감지되는 상기 복수의 실내 공기질인자 값 중 가장 높은 능동값을 가진 인자를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치는, 센서가 다양한 실내 온열인자 및 실내 공기질인자를 실시간으로 감지하고, 감지된 온열인자 값을 바탕으로 PMV값을 산출하여 실내 냉?난방장치의 가동을 제어하며, 감지된 공기질인자 값을 바탕으로 실내 환기장치의 가동을 제어함으로써, 쾌적한 실내환경을 유지하면서도 불필요한 환기 억제, 과냉 및 과열 방지 등으로 인해 에너지 효율적인 실내환경 제어를 가능케 하는 효과를 도모한다.
또한, 실내 온열인자의 값, 실내 공기질인자의 값, PMV값, 냉?난방장치와 환기 장치의 운전상황 등이 무선 통신에 의해 송출되어 디스플레이됨으로써 사용자에게 실시간으로 실내환경 정보를 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 실내환경 정보에 대한 데이터는 본 장치 내에 저장되고 저장된 데이터는 외부 장치로 무선 송신되거나 외부 장치에 의해 언제든지 다운로드될 수 있어 쾌적한 실내환경을 조성하고 재실자의 건강을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
또한, 냉?난방장치나 환기장치에 대한 제어신호, 냉?난방장치나 환기장치의 운전 신호, 실내환경 정보에 대한 데이터가 무선 통신에 의해 송수신됨으로써 실내환경 제어와 실내환경 상태의 확인이 용이한 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치(10)는 센서부(11), 진단 제어부(12), 송수신부(13), 디스플레이부(14) 및 저장부(15)를 포함한다.
상기 센서부(11)는 복수의 실내 온열인자 및 복수의 실내 공기질인자를 감지한다. 상기 복수의 실내 온열인자로는 실내 온도, 실내 습도, 실내 평균복사온도(MRT), 활동량 및 기류속도 등이 있고, 상기 복수의 실내 공기질인자로는 실내 TVOC, 실내 HCHO, 실내 CO2, 실내 CO 및 실내 PM10 등이 있다. 센서부(11)는 실시간으로 상기 실내 온열인자 및 상기 실내 공기질인자의 값을 감지한다. 이렇게 감지된 값들은 진단 제어부(12)에서 제어 신호를 생성하는 데 사용된다.
먼저 실내 온열인자 값과 관련하여, 진단 제어부(12)는 복수의 실내 온열인자의 값과 착의량 값에 기초하여 PMV(Predict Mean Vote) 값을 산출하고 상기 PMV 값에 기초하여 제어신호를 생성하다. 상기 PMV는 국제 표준규격에서 제안하는 열적쾌적감을 나타내는 지표로서 일반적 열환경에 노출된 인체의 온열감과 불쾌적 정도 (혹은 열적 불만족도)를 예측할 수 있는 방법을 제시하고, 쾌적 열환경 조건 등을 규정하고 있다. 상기 PMV는 온도, 평균복사온도, 수증기압(습도), 기류, 호흡발열량 및 작업량(대사량), 착의량을 변수로서 열평형을 가져오는 환경인자의 조합으로 구해진다. PMV=0을 중심으로 한 중립치에 약간 따뜻하다(+1) 따뜻하다(+2) 덥다(+3)와, 약간 시원하다(-1) 시원하다(-2) 춥다(-3)의 각 3단계로 평가되고 있고, 실제 장치에서 계산하는 입력조건 및 범위와 PMV를 구하는 식은 다음과 같다.
Figure 112009080267118-pat00001
PMV = ( 0.303 e-0.036M + 0.028 ) { ( M - W ) - 3.05 * 10-3
* [ 5733 - 6.99 ( M - W ) - pa ] - 0.42
* [ ( M - W ) - 58.15 ] - 1.7 * 10-5 M ( 5867- pa )
- 0.0014 M ( 34 - ta ) - 3.96 * 10-8 fcl
* [ ( tcl + 273 )4 - ( tr + 273 )4 ] - fcl hc (tcl - ta ) }
여기에서,
tcl = 35.7 - 0.028 ( M - W ) - Icl { 3.96 * 10-8 fcl
* [ ( tcl + 273 )4 - ( tr + 273 )4 ] + fcl hc (tcl - ta ) }
hc = 2.38 ( tcl - ta )0.25 for 2.38 ( tcl - ta )0.25 > 12.1 root (Var)
hc = 12.1 root (Var) for 2.38 ( tcl - ta )0.25 < 12.1 root (Var)
fcl = 1.00 + 1.290 Icl for Icl < 0.078 m2/W (0.5 clo)
fcl = 1.05 + 0.645 Icl for Icl > 0.078 m2/W (0.5 clo)
여기에서,
M : 활동량 (metabolic rate), 단위 : 인체 표면에서의 W/m2, 1 metabolic unit = 1 met = 58 W/m2
W : 외부 일 (external work), 단위 : W/m2, 대부분의 활동에서 0
Icl : 의복의 단열값 (thermal resistance of clothing), 단위 : m2/W, 1 unit of thermal resistance of clothing = 1 clo = 0.155 m2/W
fcl : 나체일 경우 인체 표면적에 대한 착의시 인체 표면적 비율
ta : 공기 온도 (air temperature)
tr : 평균 복사온도 (mean radiant temperature)
Var : 상대 기류속도 (relative air velocity), 단위 : m/s
Pa : 수증기 분압 (partial water vapour pressure), 단위 : pascals
hc : 대류 열전달 계수 (convective heat transfer coefficient), 단위 : W/m2
tcl : 의복의 표면온도 (surface temperature of clothing)
상기 식을 통해 서로 다른 활동량, 착의량, 온도, 평균 복사온도, 기류 속 도, 습도의 조합에 대한 PMV를 계산할 수 있다. PMV 지표는 정상상태 조건 하에서 유도되었지만, 하나 이상의 변수가 미세하게 변화하는 동안이라도, 해당 변수의 직전 1시간 동안의 시간 가중 평균을 이용한다면 잘 적용될 수 있다. PMV 지표는 -2 내지 +2 사이의 PMV 값의 경우에만 사용을 권하며, 6개의 주요 인자가 다음의 범위 안에 있을 경우에만 사용을 권한다.
M = 46 ~ 232 W/m2 ( 0.8 ~ 4 met )
Icl = 0 ~ 0.310 m2/W ( 0 ~ 2 clo )
ta = 10 ~ 30
tr = 10 ~ 40
var = 0 ~ 1 m/s
Pa = 0 ~ 2700 Pa
쾌적 열환경 조건은 사람이 거주하는 공간을 대상으로 할 것을 권하며, 이는 PMV가 -0.5 < PMV < +0.5 범위에 있음을 의미한다.
상기 진단 제어부(12)는 상기 PMV 값이 미리 설정된 냉?난방장치의 가동 범위에 속한다고 판단하면 냉?난방장치를 가동시키는 제어신호를 생성하고, 상기 PMV 값이 미리 설정된 냉?난방장치의 정지 범위에 속한다고 판단하면 냉?난방장치를 정지시키는 제어신호를 생성한다. 생성된 제어 신호는 무선통신 모듈인 송수신부(13)에 의해 냉?난방장치로 송신된다. 예를 들면, 상기 송수신부(13)는 ZigBee, IEEE 802.15.4 WPAN 등 일 수 있다. 그러나, 대안의 다른 실시예에서는 상기 송수신부는 유선통신 모듈도 가능하다.
도 2 내지 4는 산출된 PMV 값에 의해 냉?난방장치의 가동이 제어되는 플로우 챠트를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 상기 진단 제어부(12)는 동절기에 + 0.5 < PMV 이면 난방장치를 정지시키고, PMV < - 0.5 이면 난방장치를 가동시키는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 난방장치로 송신되어 난방장치의 가동 및 정지를 제어한다. 도 3을 참조하면, 하절기에 + 0.5 < PMV 이면 냉방장치를 가동시키고, PMV < - 0.5 이면 냉방장치를 정지시키는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 냉방장치로 송신되어 냉방장치의 가동 및 정지를 제어한다. 도 4를 참조하면, 춘?추절기에 - 0.5 ≤ PMV ≤ + 0.5 이면 냉?난방장치를 정지시키고, PMV < - 0.5 이면 난방장치를 가동시키고, + 0.5 < PMV 이면 냉방장치를 가동시키는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 냉?난방장치로 송신되어 냉?난방장치의 가동 및 정지를 제어한다.
대안의 다른 실시예에서는, 기준값 - 0.5와 상기 PMV 값의 차이를 △PMV 이라 하고, 난방장치가 난방밸브라고 했을 때, 상기 진단 제어부(12)는 상기 △PMV에 비례하여 상기 난방밸브의 개방을 조절하는 제어신호를 생성한다. 즉, △PMV 값이 커질수록 난방밸브의 개방을 확대하는 제어 신호를 생성하는 것이다. 예를 들면, 상기 진단 제어부(12)는 0 < △PMV < 0.3이면 난방밸브를 10% 개방시키고, 0.3 ≤ △PMV < 0.5이면 난방밸브를 30% 개방시키며, 0.5 ≤ △PMV < 1이면 난방밸브를 50% 개방시키는 제어신호를 생성할 수 있으며, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통 해 난방밸브로 송신되어 난방밸브의 비례적 개방을 제어한다.
한편, 실내 공기질인자 값과 관련하여, 진단 제어부(12)는 상기 센서부(11)에 의해 감지된 실내 공기질인자 값에 기초하여 환기장치의 가동여부 및 운전단계를 제어하는 제어신호를 생성한다. 환기장치의 가동여부 및 운전 단계를 결정하는 실내공기질인자 및 오염수준의 설정은 도 5에 도시된 바와 같이 실내 공기질과 관련된 국내의 관련 법령에 의해 해당되는 주요 오염인자들을 대상으로 선정하여 설정될 수 있다.
도 6은 복수의 실내 공기질인자 값에 따라 환기장치가 제어되는 플로우 챠트를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 환기장치가 최초 온 상태일 때 검출된 복수의 공기질인자 값 중 적어도 하나에 의해 환기장치의 운전 단계가 선택된다. 이 후, 만약 센서부(11)에 의해 감지된 복수의 실내 공기질인자 값 모두가 TVOC > 400, HCHO > 100, CO2 > 800, CO > 6, PM10 >80 에 해당되지 않으면 진단 제어부(12)는 환기장치를 정지시키는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 환기장치로 송신되어 환기장치를 정지시킨다. 그러나, 만약 복수의 실내 공기질인자 값 중 어느 하나라도 TVOC > 400, HCHO > 100, CO2 > 800, CO > 6, PM10 > 80 에 해당되면 진단 제어부(12)는 환기장치가 1 단계(약)로 운전되는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 환기장치로 송신되어 환기장치를 1 단계로 운전시킨다. 또, 만약 복수의 실내 공기질인자 값 중 어느 하나라도 TVOC > 1000, HCHO > 200, CO2 > 1200, CO > 10, PM10 > 150 에 해당되면 진단 제어부(12)는 환기장치가 2 단계(중)로 운전되는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 환기장치로 송신되어 환기장치를 2 단계로 운전시킨다. 또, 만약 복수의 실내 공기질인자 값 중 어느 하나라도 TVOC > 4000, HCHO > 400, CO2 > 2500, CO > 20, PM10 > 300 에 해당되면 진단 제어부(12)는 환기장치가 3 단계(강)로 운전되면서 경고음 및 경고문구가 발생되는 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호는 송수신부(13)를 통해 환기장치로 송신되어 환기장치를 3 단계로 운전시키면서 경고음 및 경고문구를 발생시킨다. 그리고 이와 같은 환기장치의 가동 여부 및 운전 단계 선택은 실시간으로 감지되는 복수의 실내 공기질인자 값에 의해 실시간으로 변동될 수 있다.
즉, 진단 제어부(12)는 센서부(11)에 의해 감지된 복수의 공기질인자 값 중 적어도 하나의 값이 미리 설정된 환기장치의 가동 범위에 속하면 환기장치를 가동시키는 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자 모두의 값이 미리 설정된 환기장치의 정지 범위에 속하면 환기장치를 정지시키는 제어신호를 생성하는 것이다. 또한, 상기 진단 제어부(12)는 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 비례하여 환기장치의 풍량을 조절하는 제어신호를 생성한다. 즉, 복수의 실내 공기질인자 값이 증가하면 환기장치가 더 강한 운전 단계로 가동되도록 하는 제어신호를 생성하는 것이다. 이러한 비례 제어는 복수의 실내 공기질인자 값 중 가장 높은 능동값을 갖는 인자를 기준으로 이루어진다. 예를 들면, TVOC가 4500이면, HCHO가 90, CO2가 700, CO가 4, PM10이 70이라도, 환기장치는 3단계로 운전되는 것이다.
본 실시예에서, 생성된 제어 신호를 환기장치로 송신하는 송수신부(13)는 무선통신 모듈, 예를 들면 ZigBee, IEEE 802.15.4 WPAN 등 일 수 있으나, 대안의 다른 실시예에서는 상기 송수신부(13)는 유선통신 모듈일 수 있다.
이렇듯, 본 발명에 따르면, 다양한 실내 온열인자 및 실내 공기질인자의 값이 실시간으로 감지되고, 감지된 온열인자 값을 바탕으로 PMV값을 산출하여 실내 냉?난방장치의 가동을 제어하며, 감지된 공기질인자 값을 바탕으로 실내 환기장치의 가동을 제어함으로써, 쾌적한 실내환경을 유지하면서도 불필요한 환기 억제, 과냉 및 과열이 방지되어 에너지 효율적인 실내환경 제어가 가능해진다.
한편, 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치(10)의 디스플레이부(14)는 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황 중 적어도 하나를 디스플레이하여 사용자에게 실내환경 정보를 제공한다. 도 7은 본 장치의 디스플레이부(14)의 메인 화면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 온도, 습도, 쾌적지표(PMV 값), TVOC, HCHO, CO2, CO, PM10의 값과 환기장치의 운전상황 등이 디스플레이되어 있다. 메인 화면에서 실내 공기질 모드로 화면을 변경하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 공기질인자에 대한 상세 그래프가 디스플레이된다. 또한, 메인 화면에서 실내 온열모드로 화면을 변경하면 도 9에 도시된 바와 같이 PMV 값에 대한 상세 그래프가 디스플레이된다. 디스플레이되는 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값은 센서부(11)가 무선 통신에 의해 디스플레이부(14)로 송신하고, 상기 PMV값은 진단 제어부(12)가 무선 통신에 의해 디스플레이부(14)로 송신하며, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황은 냉?난방장치의 운전신호 및 상기 환기장치의 운전신호를 송수신부(13)가 수신하여 디스플레이부(14)로 송신한다.
이렇듯, 본 발명에 따르면, 실내 온열인자의 값, 실내 공기질인자의 값, PMV값, 냉?난방장치와 환기장치의 운전상황 등이 무선 통신에 의해 송출되어 디스플레이됨으로써 사용자에게 실시간으로 실내환경 정보를 제공하는 효과를 도모한다.
또한, 냉?난방장치나 환기장치에 대한 제어신호, 냉?난방장치나 환기장치의 운전 신호, 실내환경 정보에 대한 데이터가 무선 통신에 의해 송수신됨으로써 실내환경 제어와 실내환경 상태의 확인이 용이한 효과가 있다.
한편, 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황에 관한 데이터는 본 장치의 저장부(15)에 저장되어 외부 장치로 송신되거나 외부 장치에 의해 다운로드될 수 있다. 따라서, 쾌적한 실내환경을 조성하고 재실자의 건강을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형 은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 내지 4는 PMV 값에 의해 냉?난방장치의 가동이 제어되는 플로우 챠트를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 환기장치의 가동여부 및 운전 단계를 결정하는 실내공기질인자 및 오염수준의 설정에 관한 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 복수의 실내 공기질인자 값에 따라 환기장치가 제어되는 플로우 챠트를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치의 디스플레이부의 메인 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치의 디스플레이부의 실내 공기질 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치의 디스플레이부의 실내 온열 화면을 개략적으로 도시한 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 실내 온열인자 및 복수의 실내 공기질인자를 감지하는 센서부;
    상기 복수의 실내 온열인자의 값과 착의량 값에 기초하여 PMV(Predict Mean Vote) 값을 산출하고 상기 PMV 값에 기초하여 제1 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 기초하여 제2 제어신호를 생성하는 진단 제어부; 및
    상기 제1 제어신호를 상기 냉?난방장치에 송신하고 상기 냉?난방장치의 운전신호를 수신하며, 상기 제2 제어신호를 상기 환기장치에 송신하고 상기 환기장치의 운전신호를 수신하는 송수신부;를 포함하고,
    기준값 - 0.5와 상기 PMV 값의 차이는 △PMV 이고, 상기 난방장치는 난방밸브이며,
    상기 진단 제어부는 상기 △PMV에 비례하여 상기 난방밸브의 개방을 조절하는 제1 제어신호를 생성하고,
    상기 진단 제어부는 0 < △PMV < 0.3이면 난방밸브를 10% 개방시키고, 0.3 ≤ △PMV < 0.5이면 난방밸브를 30% 개방시키며, 0.5 ≤ △PMV < 1이면 난방밸브를 50% 개방시키는 제1 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황 중 적어도 하나를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 실내 온열인자의 값, 상기 복수의 실내 공기질인자의 값, 상기 PMV 값, 상기 냉?난방장치의 운전상황 및 상기 환기장치의 운전상황에 관한 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 저장부에 저장된 데이터는 외부 장치로 송신되거나 외부 장치에 의해 다운로드될 수 있는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 실내 온열인자는 실내 온도, 실내 습도, 실내 평균복사온도(MRT), 활동량 및 기류속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 실내 공기질인자는 실내 TVOC, 실내 HCHO, 실내 CO2, 실내 CO 및 실내 PM10을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
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  12. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단 제어부는 상기 복수의 실내 공기질인자 중 적어도 하나의 공기질인자의 값이 미리 설정된 환기장치의 가동 범위에 속하면 환기장치를 가동시키는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 복수의 실내 공기질인자 모두의 값이 미리 설정된 환기장치의 정지 범위에 속하면 환기장치를 정지시키는 제2 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 진단 제어부는 상기 복수의 실내 공기질인자의 값에 비례하여 환기장치의 풍량을 조절하는 제2 제어신호를 생성하고,
    상기 환기장치의 풍량 조절은 실시간으로 감지되는 상기 복수의 실내 공기질인자 값 중 가장 높은 능동값을 가진 인자를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선통신을 활용한 센서기반 실내환경 진단 및 제어 장치.
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