KR101236170B1 - 실별 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 실내 환기를 최소화하고 바닥복사와 공조를 동시에 사용하여 실내의 냉난방을 효율적으로 수행할 수 있는 바닥복사 및 공조 통합 실별 제어시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥복사 및 공조 통합 실별 제어시스템은, 공기를 통하여 실내를 냉방 또는 난방하는 공조 냉난방 시스템; 바닥의 온돌을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템; 상기 공조 냉난방 시스템과 상기 복사 냉난방 시스템을 통합 실별 제어하는 통합 냉난방 제어기; 및 상기 실내에 설치되어 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이화산탄소 센서를 포함하며, 상기 이산화탄소 센서에서 측정된 실내의 이산화탄소 농도 값이 기 설정된 이산화탄소 농도 값 이상인 경우에만 실내의 공기를 환기시킨다.

Description

실별 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템{INTEGRATED CONTROL SYSTEM OF RADIANT FLOOR AND AIR CONDITION}
본 발명은 실별 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 복수개의 공간(室)으로 구획되어 있는 실내를 냉난방함에 있어서, 구획되어 있는 각각의 실별로 바닥복사와 공조를 적절히 조합하여 수행함과 동시에, 실별로 이러한 냉난방을 제어함으로써, 열원으로부터 적은 열량을 필요한 공간에 공급하여 효율적으로 사용하여, 실내 환기를 최소화하면서도 실내의 냉난방 효율을 증가시켜 실내의 냉난방을 위해 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에 관한 것이다.
인간의 생활에 쾌적한 환경 또는 작업 환경에 적합한 온도를 실내에 유지시키기 위해, 바닥복사 또는 공조의 방식으로 냉난방을 수행하여 실내 온도를 조절한다.
바닥복사는 보일러를 가동하여 실내의 바닥이나 벽면에 설치된 복사 배관으로 온수를 공급하여 실내의 온도를 조절하는 방식으로서, 열량이 많이 소모되며 반응속도가 느리다는 단점을 가지나, 일단 난방이 이루어지면 비교적 오랜 시간 지속될 수 있다는 장점이 있다. 한편, 공조는 실내의 공기를 순환시켜서 공기에 냉기 또는 온기를 부가하여 실내의 온도를 조절하는 방식으로서, 바닥복사에 비해 열량이 적게 소모되며 반응속도가 빨라서 사용자가 빠른 시간 내에 냉기 또는 온기를 느낄 수 있는 장점이 있는 반면, 환기 등에 의한 열 손실이 크게 발생하므로, 냉방 또는 난방의 효과를 오래 지속시킬 수 없는 단점이 있다.
한편, 거주자 입장에서는 실내 온도를 원하는 설정온도로 신속하게 이르게 할 필요가 있다. 그러나 앞서 살펴본 것처럼, 종래의 바닥복사와 공조는 각각 장점도 있지만 단점도 가지고 있으므로, 각각의 방식만으로는 이러한 요구사항 즉, 실내 온도를 원하는 설정온도로 신속하게 이르게 하는데 한계가 있다.
특히, 이와 같이 실내 온도를 원하는 설정온도로 신속하게 이르도록 함에 있어서, 에너지의 소모를 최소화할 수 있는 즉, 에너지 효율을 높일 수 있는 방안이 필요하지만, 지금까지의 바닥복사 및 공조를 개별적으로 사용하는 기술로는 이러한 요구를 충족시킬 수 없었다.
여러 개의 실(室)을 가지는 아파트처럼 실내가 복수개의 공간으로 구획된 경우, 현재의 기술에서는 가구에 존재하는 모든 실이 동시에 열원을 사용하는 것으로 가정하여 열원을 산정하고 실제로 냉난방을 수행하게 된다. 그런데 실생활에서는 가구에 존재하는 복수개의 실 모두에 대해 동시에 냉난방을 수행하는 경우는 많지 않다. 그럼에도 불구하고, 모든 실이 동시에 열원을 사용하는 것으로 가정하여 열원을 산정하였고, 그로 인하여 용량이 큰 냉난방 장비를 구비하여야 했다. 그러나 용량이 큰 냉난방 장비는, 작동에 소모되는 에너지가 매우 크다. 비록 냉난방 장비를 낮은 작동상태로 운영하더라도 불필요하게 많은 에너지가 소모되므로, 큰 냉난방 장비는 에너지 효율이 매우 낮다는 문제점이 있다.
최근에는 에너지 절약 등을 위하여 주택내의 각 실별로 기밀화가 점차 심해지고 있는데, 특히, 야간에는 다수의 인원이 닫혀진 공간에서 취침하는 동안 이산화탄소의 농도가 높아지며 공기환경이 취약해지므로, 이때에 세대 환기의 기능이 즉, 주택 내의 전체 실내를 환기하지 않고 이산화탄소의 농도가 높아 환기가 필요한 실내만을 부분적으로 환기할 필요가 커지게 된다.
한편, 환기시에는 겨울철 냉기에 의한 불쾌감이 발생하게 되고, 여름철에는 온풍에 의한 불쾌감이 발생하게 되므로, 겨울철 및 여름철에는 환기동력의 에너지를 절약하면서도 해당 실내별로 쾌적한 실온을 이루도록 실별로 적절한 난방 및 냉방을 이룰 필요가 있다.
본 발명은 목적은, 구획에 의해 복수개의 실내를 가지는 공간에 대해, 바닥복사와 공조를 통합적으로 제어하되, 각각의 실별로 이러한 제어가 이루어지도록 함으로써, 적은 용량의 열원을 이용해서도 냉난방이 필요한 장소만을 효율적으로 냉난방할 수 있고, 그에 따라 냉난방을 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템을 제공하는 것이다.
구체적으로 본 발명은, 가구에 존재하는 모든 공간 전체를 냉ㅇ난방하지 않고, 사용자의 요구에 맞추어서 각 실별로 필요로 하는 공간만을 바닥복사와 공조를 각각 개별적으로 또는 2가지를 동시에 적용하여, 적은 용량의 에너지원을 이용하여 효율적으로 쾌적한 냉ㅇ난방을 통합제어를 수행할 수 있는 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명은, 이산화탄소 센서를 이용하여 필요할 때만 환기를 수행함으로써, 환기를 최소화하고 냉난방 효율을 극대화시켜 냉난방에 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템은, 공기를 통하여 실내를 냉방 또는 난방하는 공조 냉난방 시스템; 바닥의 온돌을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템; 상기 공조 냉난방 시스템과 상기 복사 냉난방 시스템을 통합 제어하는 통합 냉난방 제어기; 및 상기 실내에 설치되어 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이화산탄소 센서를 포함하며, 상기 이산화탄소 센서에서 측정된 실내의 이산화탄소 농도 값이 기 설정된 이산화탄소 농도 값 이상인 경우에만 실내의 공기를 환기시킨다.
상기 공조 냉난방 시스템은, 상기 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 급기 관로; 상기 실내의 공기를 배출하는 배기 관로; 및 열교환기를 구비하여 실외로부터 실내로 공급되는 공기와 실내로부터 실외로 배출되는 공기 간에 열교환 시키는 환기 유니트를 포함할 수 있다.
상기 공조 냉난방 시스템은, 상기 급기 관로에서 분지하여 상기 실내로 연통하는 복수의 디퓨져; 상기 디퓨져의 말단에 구비되어, 상기 실내의 공기 유동을 유도하는 환기팬; 및 상기 급기 관로와 상기 디퓨져 사이에 설치되어 상기 급기 관로의 개방 상태를 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 공조 냉난방 시스템은, 상기 이산화탄소 센서에서 측정된 상기 실내의 이산화탄소 농도 값과 기 설정된 이산화탄소 농도 값을 비교하여, 상기 환기 유니트의 작동을 제어하는 환기 유니트 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 복사 냉난방 시스템은, 냉수 또는 온수가 순환하는 복사 배관; 및 상기 복사 배관으로 냉수 또는 온수를 공급하는 냉온수 분배기를 포함할 수 있다.
상기 복사 냉난방 시스템은, 상기 냉온수 분배기에서 공급된 냉수 또는 온수를 상기 급기 관로의 입구로 유동시키는 냉온수 흐름관을 더 포함할 수 있다.
상기 통합 냉난방 제어기는, 상기 실내로부터 배출되는 공기를 상기 환기 유니트를 거치지 않고 다시 실내로 공급하는 상태인 순환모드와, 상기 실내로부터 배출되는 공기가 상기 환기 유니트를 거쳐 외부로 배출되고, 외부의 공기가 상기 환기 유니트를 거쳐 실내로 공급되는 상태인 환기모드 간의 전환을 제어할 수 있다.
상기 통합 냉난방 제어기는, 다단계의 온도 조절 모드를 설정하여, 각각의 온도 조절 모드에 따라 상기 냉온수 분배기를 통한 복사난방 또는 상기 급기 관로를 통한 공조의 냉난방 세기가 조절될 수 있다.
상기 통합 냉난방 제어기는 상기 공조 냉난방 시스템과 상기 복사 냉난방 시스템의 작동 순서를 설정하여, 순차적으로 각 시스템을 작동시킬 수 있다.
본 발명의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템은 바닥복사와 공조를 동시에 작동시키므로, 반응속도를 증가시키면서 효율적으로 냉난방을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 가구에 존재하는 모든 공간 전체를 냉ㅇ난방하는 것이 아니라 사용자의 요구에 맞추어서 각 실별로 필요로 하는 공간만을 바닥복사와 공조를 각각 개별적으로 또는 2가지를 동시에 통합적으로 제어하여 즉, 실별 제어함으로써, 적은 열량으로도 각 실별로 필요로 하는 공간만을 바닥복사와 공조를 각각 또는 동시에 열량을 집중할 수 있게 되어 열원을 효율적으로 사용할 수 있으며, 그에 따라 사용자의 요구에 맞게 쾌적하게 냉난방을 하면서도 적은 에너지 소비로 효율적인 냉ㅇ난방을 수행할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
본 발명의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템은 공조를 통한 냉난방 수행 시, 이산화탄소 센서를 이용하여 환기를 최소화할 수 있으므로, 환기로 인한 열 손실을 방지하여 냉난방 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템은 바닥복사와 공조의 전체 시스템에서 온풍 또는 냉풍의 풍량 조절을 하여 목표로 하는 실내 온도 및 그 달성 시간을 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템이 적용된 실내 공간을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 통합 냉난방 제어기의 작동을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템의 작동 과정을 도시한 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 각각 본 발명의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에 의해 실별 냉난방 제어가 이루어질 때 공조 냉난방 시스템에서의 급기 제어밸브와 복사 냉난방 시스템에서의 냉온수 분배기에 설치된 냉온수 조절밸브의 개폐 상태를 정리한 표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 도 1의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템이 적용된 실내 공간을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템은, 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)을 통합 제어하는 통합 냉난방 제어기(10)와, 공기를 통하여 실내를 냉방 또는 난방하는 공조 냉난방 시스템(20)과, 바닥의 온돌을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템(30)을 포함하여 구성되어 있다.
구체적으로 공조 냉난방 시스템(20)은, 건물 내에 냉기 또는 온기를 공급하는 중앙 급기관로(210), 상기 중앙 급기관로(210)로부터 분지되어 건물의 구획된 개별적인 공간인 실내에 개별적으로 냉기 또는 온기를 공급하는 디퓨져(212), 실내 공기를 배출하는 배기관로(220), 및 열교환기를 구비하여 실외로부터 실내로 공급되는 공기와 실내로부터 실외로 배출되는 공기 간에 열교환시키는 환기 유니트(230)를 포함하여 구성된다. 상기 환기 유니트(230) 자체는 이미 공지된 구성이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
공조 냉난방 시스템(20)에서, 복수의 디퓨져(212)는 중앙 급기관로(210)에서 분지하여 각각의 실내로 연통하며, 환기팬(216)은 각각의 디퓨져(212) 말단에 구비되어 상기 실내의 공기 유동을 유도한다. 상기 중앙 급기관로(210)와 상기 디퓨져(212) 사이에는 급기 제어밸브(214)가 각각 설치되어 각각의 디퓨져(212)에 대해 개방 상태를 조절하게 된다. 상기 급기 제어밸브(214)는 디퓨져(212)와 별도의 부재로 이루어질 수도 있지만, 디퓨져(212)와 일체화된 댐퍼의 형태로 만들어질 수도 있다.
한편, 배기관로(220)에서도 복수의 배기연결관(222)이 분지하여 각각의 실내로 연통할 수 있으며, 배기연결관(222)에 구비된 배기팬(226)은 실내의 공기를 흡입하여 배기관로(220)로 유동되도록 작동한다.
또한, 본 발명에서 상기 공조 냉난방 시스템(20)에는, 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서(250)와, 상기 이산화탄소 센서(250)로부터 측정된 이산화탄소 농도에 따라 상기 환기 유니트(230)의 작동을 제어하는 환기 유니트 제어기(240)가 구비되어 있다. 그러나 상기 환기 유니트 제어기(240)의 설치는 필수적인 것이 아니며, 환기 유니트 제어기(240)에서 환기 유니트(230)를 제어하는 것이 아니라, 통합 냉난방 제어기(10)에서 직접 환기 유니트(230)를 제어하도록 구성할 수도 있다. 환기 유니트 제어기(240)가 구비되지 않는 경우, 이산화탄소 센서(250)에서 감지된 이산화탄소의 농도 값은 통합 냉난방 제어기(10)로 입력되며, 이에 따라 통합 냉난방 제어기(10)가 환기 유니트(230)를 직접 제어한다.
본 발명에서 복사 냉난방 시스템(30)은, 실내의 바닥이나 벽면 등에 배치되어 냉수 또는 온수가 순환하는 복사배관(320)과, 상기 복사배관(320)으로 냉수 또는 온수를 공급하는 냉온수 분배기(310)를 포함하여 구성된다. 상기 복사배관(320)은 건물의 구획된 실내 각각에 대해 개별적으로 구비되며, 각각의 실내에 대한 복사배관(320)으로의 냉수 또는 온수 공급을 조절하기 위한 냉온수 조절밸브가 상기 냉온수 분배기(310)에 구비되어 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에는, 상기와 같은 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)을 통합적으로 제어하는 통합 냉난방 제어기(10)가 포함되어 있다. 상기 통합 냉난방 제어기(10)는 건물 하나에 한 개만 구비될 수도 있지만, 복수개의 구획된 실내를 가지는 건물의 경우, 각각의 실내에 개별적으로 통합 냉난방 제어기가 구비될 수도 있다. 편의상, 각각의 실내에 개별적으로 구비된 통합 냉난방 제어기에 대해서는 부재번호 10a, 10b, 10c 및 10d를 부여하여 표기하였다. 따라서 본 명세서에서 일반적으로 통합 냉난방 제어기를 때에는 "통합 냉난방 제어기(10)"라고 기재하였으나, 특별히 각각의 실내에 개별적으로 구비된 통합 냉난방 제어기를 구분하여 지칭할 때에는 부재번호 10a, 10b, 10c 및 10d를 표기하였다.
본 발명에 의하면, 사용자는 상기 통합 냉난방 제어기(10)를 통하여 원하는 실내에 대해 원하는 방식으로 그리고 원하는 온도로 냉난방 할 수 있게 된다.
구체적으로, 사용자는 통합 냉난방 제어기(10)를 조작하여, 냉난방을 원하는 실내를 선택하게 된다. 또한 사용자는 선택된 실내에 대해 희망하는 냉난방 방식을 선택하게 되고 희망하는 냉난방 온도를 설정하게 된다.
도 3은 본 발명의 통합 냉난방 제어기의 작동을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3에 도시된 것처럼, 사용자는 냉난방을 원하는 실내를 선택할 수 있으며, 더 나아가 선택된 실내에 대해 희망하는 냉난방 방식을 선택할 수 있다. 사용자가 희망하는 냉난방 방식을 선택함에 있어서는, 예를 들어 도 3에 도시된 것처럼, "쾌속작동", "일반작동", "절약작동"의 3가지 모드(mode)로 선택사항을 상위 메뉴로 미리 설정해 둘 수 있다. 이 경우, "절약작동"에 대해서는 그 하위 메뉴로서 "공조방식"과 "복사방식"을 추가적인 하위 메뉴로 두어 선택하도록 할 수도 있다. 물론 "쾌속작동"과 "일반작동" 사이를 더 세분하여 예를 들어 "강(强) 쾌속작동", "약(弱) 쾌속작동", "강 일반작동", "약 일반작동"과 같이 구분할 수도 있다.
상기 "쾌속작동" 모드는 급히 냉난방을 하는 상태인데, 통합 냉난방 제어기(10)는 사용자에 의해 선택된 실내에 대해 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)을 동시에 작동시켜서, 선택된 실내의 온도가 설정온도 즉, 사용자가 희망하는 온도에 빠르게 도달되도록 하는 모드이다. 일반적으로, 공조 냉난방 시스템(20)이 복사 냉난방 시스템(30)보다 반응속도가 빠르다. 따라서 쾌속작동 모드에서는 공조 냉난방 시스템(20)이 주로 활용되며, 그에 따라 디퓨져(212)에서의 환기팬(216)에 의한 풍량은 최대가 되며, 중앙 급기관로(210)와 해당 실내에 대한 디퓨져(212) 사이의 급기 제어밸브(214)도 최대로 개방된다. 쾌속작동 모드에서는 복사 냉난방 시스템(30)도 함께 작동하게 되므로 냉온수 분배기(310)에서 해당 실내에 대한 냉온수 조절밸브도 개방되어 해당 실내에 대한 복사 배관(320)으로 냉수 또는 온수가 공급된다. 이에 따라, 선택된 실내 즉, 도 2에 예시된 것에서는 안방, 거실, 침실-1 및 침실-2 중에서 선택된 실내에 대해 냉방 또는 난방이 이루어진다.
상기 "일반작동" 모드는 사용자가 선택한 실내에 대해 통상적인 냉난방이 이루어지는 상태인데, 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)이 동시에 작동하되, 디퓨져(212)에서의 환기팬(216)에 의한 풍량은 중간 정도가 되며, 중앙 급기관로(210)와 디퓨져(212) 사이의 급기 제어밸브(214)의 개방정도는 설정온도에 따라 조절된다. 이 때, 냉온수 분배기(310)에서의 해당 실내에 대한 냉온수 조절밸브는 개방된 상태에 있게 된다.
상기 "절약작동" 모드는 사용자가 선택한 실내에 대해 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30) 중 어느 하나의 시스템만이 작동하는 상태이다. 따라서 사용자는 원하는 실내를 선택하고 후속하여 절약작동 모드를 선택한 후에는 그 하위 메뉴인 "공조방식"과 "복사방식" 중에서 어느 하나를 선택하게 된다. 공조방식이 선택되는 경우 공조 냉난방 시스템(20)만을 작동하여 설정온도에 이르게 되며, 복사방식이 선택되는 경우에는 복사 냉난방 시스템(30)만을 작동하여 설정온도에 이르게 된다.
상기 설명한 "쾌속작동", "일반작동", "절약작동"의 3가지 모드는 통합 냉난방 제어기(10)의 예시적인 구성으로, 냉난방이 요구되는 건물의 용량 등을 고려하여 통합 냉난방 제어기(10)의 작동 모드는 다양하게 구성될 수 있다.
위에서 설명한 것처럼, 본 발명에서는 사용자가 통합 냉난방 제어기(10)를 이용하여 냉난방을 원하는 실내를 선택한 후에, 선택된 실내에 대한 희망 냉난방 방식(예시한 것처럼, 쾌속작동, 일반작동 또는 절약작동)을 선택하게 되고, 그에 따라 선택된 실내에만 공조방식과 복사방식의 냉난방을 집중할 수 있게 되어 원하는 냉난방 상태를 신속하게 만들 수 있게 되는 장점이 있다.
한편, 주방이나 화장실을 선택하여 배기하는 경우, 디퓨져(212)에 구비된 환기팬은 배기되는 공기량에 비례하여 더 빠른 회전수를 가지게 되어 배기되는 풍량만큼 급기가 더 이루어진다. 즉, 주방 또는 화장실에서 배기가 이루어지게 되면, 상기 통합 냉난방 제어기(10)는, 실내에 부압 형성으로 인한 배기 능력 저감을 방지하기 위해서, 디퓨져(212)에 구비된 환기팬의 회전수를, 배기되는 공기량에 비례하여 증가시켜서, 배기되는 풍량만큼 급기가 더 이루어지게 만든다.
도 4는 본 발명에 따른 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템의 작동 과정을 도시한 순서도이다. 다음에서는 도 4를 참조하여, 실내 난방의 경우에 대해 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템의 작동을 설명하겠지만, 냉방의 경우에도 유사한 방식으로 동작이 이루어진다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 제어방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 사용자가 통합 냉난방 제어기(10)를 조작하여, 작동 모드 상에서 난방을 원하는 실내를 선택하고(S100), 선택된 실내에 대해 희망하는 난방 방식(작동모드)을 선택한다. 또한, 사용자가 온도 조절 모드를 통해 희망하는 난방 온도를 설정하게 되면(S110), 통합 냉난방 제어기(10)는 이산화탄소 센서(250)를 통해서 해당 실내의 이산화탄소 농도를 측정한다(S120).
만약 측정된 이산화탄소 농도가, 이미 설정된 이산화탄소 농도보다 낮은 경우에는 "순환모드"가 진행된다(S140). 여기서 "순환모드"는 실내로부터 배출되는 공기를 환기 유니트(230)를 거치지 않고 순환시켜 다시 실내로 공급하는 상태를 의미한다. 환기 유니트(230)에는 실내 공기를 외부로 배출하는 것을 제어하도록 개폐되는 배기 댐퍼와, 외기가 유입되는 것을 제어하도록 개폐되는 외기 댐퍼가 구비되어 있는데, 이러한 순환모드에서는 도면에 도시된 것처럼 배기 댐퍼와 외기 댐퍼가 모두 닫히게 되어 외부로부터 공기가 환기 유니트(230)의 열교환기로 유입되지 않으며 실내로부터 배출되는 공기도 열교환기로 유입되지 않는다. 반면에 이러한 순환모드에서는 환기 유니트(230)의 바이패스 밸브가 개방되고 급기를 위한 급기 팬이 가동되어, 배기관로(220)를 통해서 실내로부터 배출된 공기는 다시 중앙 급기관로(210)로 흐르게 된다. 이 때, 배기를 위한 배기팬은 작동이 정지하게 된다. 필요에 따라서는 중앙 급기관로(210)의 입구에 냉온수 흐름관(330)이 설치되어 있어, 중앙 급기관로(210)로 들어가는 공기를 가열시키도록 구성할 수도 있다.
한편, 해당 실내에 대해 측정된 이산화탄소 농도가, 이미 설정된 이산화탄소 농도보다 높은 경우에는 "환기모드"가 진행된다(S130). 여기서 "환기모드"는 실내로부터 배출되는 공기가 환기 유니트(230)를 거쳐 외부로 배출되고, 외부의 공기가 환기 유니트(230)를 거쳐 실내로 공급되는 상태이다. 따라서 외부의 신선한 공기가 환기 유니트(230)를 거쳐, 배출되는 실내 공기와 열교환을 한 후에 중앙 급기관로(210)를 통해서 실내로 공급된다.
통합 냉난방 제어기(10)에 의해 앞서 설명한 순환모드가 작동하면, "실별 제어 냉온수 분배기 밸브 모드"가 수행된다(S150). 이러한 실별 제어 냉온수 분배기 밸브 모드에서는, 실별로 복사 난방을 제어하는 냉온수 분배기(310)에서 난방하고자 하는 방에 대한 냉온수 조절밸브를 개방하여 해당 실내에 대한 복사 배관(320)을 통해 온수를 공급하고, 난방 대상으로 선택되지 아니한 나머지 실내에 대해서는 냉온수 조절밸브를 폐쇄하게 되는 것이다. 또한, "실별제어 디퓨져 모드"(S160)가 진행되는데, 실별제어 디퓨져 모드에서는, 실별로 공조를 제어하는 중앙 급기관로(210)에서, 난방하려는 실내에 대한 급기 제어밸브(214)를 개방하여 디퓨져(212)를 통해 난방대상 실내로 온기를 공급한다(S160). 여기서, 실별제어 온수 분배기 밸브 모드(S150)의 작동과 실별제어 디퓨져 모드(S160)의 작동은 사용자가 통합 냉난방 제어기(10)를 조작함으로써 이루어진다.
구체적으로 작동 모드 설정 시에(S100), 사용자가 희망하는 난방 방식으로서 "쾌속작동" 모드를 선택하게 되면, 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)이 동시에 강하게 작동하게 되며, 그에 따라 실내 온도가 설정온도 즉, 사용자가 희망하는 온도에 빠르게 도달된다.
즉, 열원 제어 모드의 세기는 강(强)으로 작동되는 상태에 있게 되며(S170), 통합 냉난방 제어기(10)는 복사 냉난방 시스템(30)에 구비된 냉온수 분배기(310)를 제어하여 해당 실내로 냉온수를 공급하는 냉온수 조절밸브를 개방시키고, 선택되지 아니한 실내로의 냉온수 조절밸브는 폐쇄시킨다. 따라서 복사 냉난방 시스템(30)을 통하여 해당 실내에 대한 열공급을 최대로 만들게 된다. 여기서, 냉온수 분배기(310)는 냉온수 흐름관(330)에 대한 밸브를 개방하여, 냉온수 흐름관(330)에 온수를 공급함으로써, 중앙 급기관로(210) 내에서 유동하는 공기를 예열할 수도 있다.
또한, 통합 냉난방 제어기(10)는 디퓨져(212)에 구비된 환기팬(216)을 제어하여 팬 풍량을 최대로 강하게 만들고(S180), 디퓨져(212)에서의 급기 제어밸브(214)를 제어하여 중앙 급기관로(210)를 통해서 선택된 실내로 공급되는 풍량을 최대로 만들게 된다(S180). 이 때, 선택되지 아니한 실내로의 난방 공급은 정지시킨다. 이러한 방식을 통해 중앙 급기관로(210)를 통해서 흐르는 더운 공기를, 난방이 선택된 실내로 집중시킴으로써, 선택된 실내에 대한 공조 냉난방 시스템(20)으로부터의 열공급을 최대로 만들게 되는 것이다.
본 발명에서는 위와 같은 난방 수행 과정 중에도, 이산화탄소 센서(250)가 지속적으로 실내의 이산화탄소 농도를 감지하여(S190), 실내의 현재 이산화탄소 농도가 기 설정된 이산화탄소 농도보다 높으면 환기모드를 진행하여, 신선한 공기를 충분히 유입한 후, 이산화탄소의 농도가 기설정된 기준 이하가 되었을 때 순환모드로 전환하여 난방을 수행한다(S130). 이러한 이산화탄소 센서(250)에 의한 이산화탄소 농도의 측정, 측정된 이산화탄소 농도와 이미 설정된 이산화탄소 농도와의 비교에 의하여 순환모드 또는 환기모드가 이루어지는 동작은 사용자가 통합 냉난방제어기(10)를 조작하여 난방 작동이 이루어지기 시작하게 되면 자동적으로 그리고 지속적으로 이루어지게 된다. 이 때, 이산화탄소 농도의 비교, 순환모드-환기모드로의 전환 및 작동은 통합 냉난방 제어기(10)에 의하여 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 별도의 환기 유니트 제어기(240)를 두어, 통합 냉난방 제어기(10)는 단지 환기 유니트 제어기(240)의 작동신호만을 발하고, 이산화탄소 농도의 비교, 순환모드-환기모드로의 전환 및 작동은 환기 유니트 제어기(240)에 의하여 이루어지도록 구성할 수도 있다.
계속하여, 통합 냉난방 제어기(10)는 실내의 현재온도가 설정한 온도보다 높은지 여부를 판단하여(S200), 현재온도가 설정온도에 미달하였으면, 계속하여 난방을 수행한다. 한편, 실내의 현재온도가, 쾌속작동 모드(강 모드)에서 설정된 온도 이상이 되면, 일반작동 모드(중 모드)로 변환할 수 있다.
상기 설정온도는 예를 들어, 다음과 같이 설정할 수 있다. 실내의 현재온도가 19도라고 할 때, 사용자는 실내의 최종 목표 온도를 30도로 설정하고, 실내의 냉기를 빠르게 제거하기 위해, 실내의 온도가 24도가 될 때까지는 쾌속작동 모드(강 모드)로 설정한다. 24도에 도달한 이후에는 냉기가 다소 제거된 상태이므로, 사용자는 천천히 지속적으로 난방하기 위해, 실내의 온도가 27도가 될 때까지는 일반작동 모드(중 모드)로 작동하도록 설정할 수 있다. 또한, 27도에 도달한 이후에는 실내의 온도가 30도가 될 때까지 절약작동 모드(약 모드)로 작동하도록 설정할 수 있다.
한편, 절약작동 모드(약 모드)에서는 공조 난방 또는 복사 난방만 수행하거나, 양 난방을 동시에 수행하되, 약하게 난방이 이루어지도록 작동이 이루어질 수 있다. 도 4에서, S210 내지 S270 단계와 S310 내지 S370 단계는 앞서 설명한 S130, S150 내지 S200의 단계와 유사하게 이루어지므로 상세한 중복 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 통합 냉난방 제어기(10)는 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)의 작동 순서를 설정하여, 순차적으로 각 시스템을 작동시키도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 통합 냉난방 제어기(10)를 통해 복사 냉난방 시스템(30)을 작동시키지 않은 상태에서 공조 냉난방 시스템(20)만을 작동시켜서, 빠른 시간 내에 실내의 냉기 또는 열기를 제거한 후, 복사 냉난방 시스템(30)만을 작동시킴으로써, 장기간 실내 온도를 유지시키도록 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30), 그리고 환기를 통합적으로 제어할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에서는 통합 냉난방 제어기(10)를 통해서 복사 냉난방 시스템(30)의 냉온수 분배기(310)와 디퓨져(212)를 연동시켜 제어함으로써 선택된 실내에 대해 복사에 의한 냉난방과 공조에 의한 냉난방이 동시에 진행된다. 따라서 반응속도가 빨라져서, 원하는 공간을 원하는 온도에 신속하게 이르게 할 수 있으며, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 되어 에너지 손실을 최소화할 수 있게 되는 장점이 있다.
특히, 본 발명에서는 원하는 실내를 선택한 후, 선택된 실내에 대해서만 냉난방이 작동하게 된다. 즉, 실별로 냉난방이 이루어지는 것이다. 이와 같이, 실별로 냉난방의 제어가 이루어지므로, 선택되지 않은 실내로는 열에너지나 풍량이 공급되지 않고, 선택된 실내에만 열에너지나 풍량이 집중되며, 따라서 적은 열원으로도 효율적으로 원하는 실내를 신속하게 그리고 쾌적하게 냉난방할 수 있게 된다. 특히, 선택된 실내가 적을수록 열량 공급을 집중할 수 있으므로 더욱 쾌속으로 쾌적한 냉난방을 이룰 수 있다. 그러므로 본 발명에 의하면, 종래의 기술보다 더 적은 용량의 냉난방 장비를 이용할 수 있으며, 따라서 대형 냉난방 장비를 사용함에 따른 저에너지 효율 상태를 극복하여, 높은 에너지 효율로서 실내를 냉난방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
도 5 내지 도 7에는 각각 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템에 의해 실별 냉난방 제어가 이루어질 때 공조 냉난방 시스템(20)에서의 급기 제어밸브(214)와 복사 냉난방 시스템(30)에서의 냉온수 분배기에 설치된 냉온수 조절밸브의 개폐 상태를 표로 정리한 것이 개시되어 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 표에서는 한 가구 내에 5개의 실내, 즉, 방1, 방2, 방3, 방4 및 방5의 5개 방이 존재하고, 난방을 하는 경우를 상정하여 기재하였다.
우선 도 5에 도시된 것처럼, 5개의 방을 동시에 난방하는 경우에는, 공조 냉난방 시스템(20)에서 각 방에 대한 급기 제어밸브를 개방하여 중앙 급기관로(210)로부터 각방의 디퓨져(212)를 통해 풍량이 공급되며, 아울러 냉온수 분배기(310)에서 5개의 실내에 대한 냉온수 조절밸브도 모두 개방하여 각 방에 구비된 복사배관(320)으로 온수가 공급된다. 이와 같이 5개의 실내 모두를 난방하는 경우, 전체 실내에 공급되는 풍량을 100%라고 하면 각 방에는 각각 20%의 풍량이 공급된다. 온수 역시 각 방에는 전체에 대해 20% 씩 공급된다. 즉, 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)을 통해서 전체 실내에 공급될 수 있는 열원을 100%라고 하였을 때, 5개의 실내를 모두 난방하게 되면, 각 방에는 20%씩의 열원이 공급되는 것이다.
도 6은 5개의 방 중에서 1개의 방(예를 들면, 방 1)에 대해서만 난방을 하는 경우에 대한 표인데, 도 6에 기재된 것처럼, 난방이 선택되지 아니한 방2부터 방5까지의 4개 방에 대해서는 급기 제어밸브가 폐쇄되어 디퓨져(212)를 통한 풍량 공급이 이루어지지 아니하며, 냉온수 분배기(310)에서도 냉온수 조절밸브가 폐쇄되어 복사배관(320)으로 온수가 공급되지 아니한다. 반면에 난방이 선택된 방(예를 들면, 방 1)에 대해서는 급기 제어밸브를 개방하여 중앙 급기관로(210)로부터 디퓨져(212)를 통해 풍량이 공급되고, 냉온수 분배기(310)에서 냉온수 조절밸브도 개방하여 복사배관(320)으로 온수가 공급된다. 이 때, 난방이 선택된 방에는 전체 실내에 공급되는 풍량 100%가 집중될 수 있으며, 열원도 100% 집중될 수 있다. 즉, 선택된 방에 대해 복사 난방과 공조 난방이 집중될 수 있는 것이다.
도 7은 5개의 방 중에서 2개의 방(예를 들면, 방1과 방2)에 대해서만 난방을 하는 경우에 대한 표인데, 도 7에 기재된 것처럼, 난방이 선택되지 아니한 방3부터 방5까지의 3개 방에 대해서는 급기 제어밸브가 폐쇄되어 디퓨져(212)를 통한 풍량 공급이 이루어지지 아니하며, 냉온수 분배기(310)에서도 냉온수 조절밸브가 폐쇄되어 복사배관(320)으로 온수가 공급되지 아니한다. 반면에 난방이 선택된 방(예를 들면, 방1 및 방2)에 대해서는 급기 제어밸브를 개방하여 중앙 급기관로(210)로부터 디퓨져(212)를 통해 풍량이 공급되고, 냉온수 분배기(310)에서 냉온수 조절밸브도 개방하여 복사배관(320)으로 온수가 공급된다. 이 때, 난방이 선택된 방에는 전체 실내에 공급되는 풍량에 대해 최대 50%가 집중될 수 있으며, 열원도 최대 50%로 집중될 수 있다. 즉, 선택된 방에 대해 복사 난방과 공조 난방이 집중될 수 있는 것이다.
위에서는 난방에 대해서만 예시하여 설명하였으나 냉방에 대해서도 위와 동일한 작동이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 구획된 각 실내 별로 복사 냉난방과 공조 냉난방의 제어를 이룰 수 있게 되며, 선택된 방에 대해서는 신속하게 원하는 온도를 만들 수 있게 된다. 따라서 적은 열원으로도 효율적으로 원하는 실내를 신속하게 그리고 쾌적하게 냉난방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
10: 통합 냉난방 제어기
20: 공조 냉난방 시스템
30: 복사 냉난방 시스템
210: 급기 관로
212: 디퓨져
214: 밸브
216: 환기팬
220: 배기 관로
222: 연결관
226: 배기팬
230: 환기 유니트
240: 환기 유니트 제어기
250: 이산화탄소 센서
310: 냉온수 분배기
320: 복사 배관
330: 냉온수 흐름관

Claims (3)

  1. 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 중앙 급기관로(210)와, 실내의 공기를 배출하는 배기관로(220)와, 열교환기를 구비하여 실외로부터 실내로 공급되는 공기와 실내로부터 실외로 배출되는 공기 간에 열교환시키는 환기 유니트(230)와, 상기 중앙 급기관로(210)에서 분지하여 실내로 연통하여 각각의 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 복수개의 디퓨져(212)와, 상기 각각의 디퓨져(212)에 구비되어 상기 실내의 공기 유동을 유도하며 풍량조절이 가능한 환기팬(216)과, 상기 중앙 급기관로(210)로부터 상기 디퓨져(212)로의 공기 공급량을 조절하는 급기 제어밸브(214)를 포함하여, 공기를 통하여 실내를 냉방 또는 난방하는 공조 냉난방 시스템(20);
    각각의 실내에 설치되어 냉수 또는 온수가 순환되도록 하는 복사배관(320)과, 상기 복사배관(320)으로 냉수 또는 온수를 공급하며 각 복사배관(320)으로의 냉수 또는 온수 공급량을 제어하는 냉온수 조절밸브를 구비한 냉온수 분배기(310)를 포함하여, 바닥의 온돌을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템(30);
    상기 실내로부터 배출되는 공기를 상기 환기 유니트(230)를 거치지 않고 다시 실내로 공급하는 상태인 순환모드와, 상기 실내로부터 배출되는 공기가 상기 환기 유니트(230)를 거쳐 외부로 배출되고, 외부의 공기가 상기 환기 유니트(230)를 거쳐 실내로 공급되는 상태인 환기모드 간의 전환을 제어하고, 여, 상기 공조 냉난방 시스템(20)과 상기 복사 냉난방 시스템(30)을 통합 제어하고 사용자가 선택한 실내에 대해서만 냉난방을 할 수 있는 통합 냉난방 제어기(10); 및
    상기 실내에 설치되어 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이화산탄소 센서(250)를 포함하며;
    상기 중앙 급기관로(210)의 입구에는 냉온수 흐름관(330)이 설치되어 있고, 상기 냉온수 분배기(310)는 상기 냉온수 흐름관(330)에 대한 밸브를 개방하여 유량을 조절한 상태로 상기 냉온수 흐름관(330)에 냉수 또는 온수가 흐르게 하여 공급량을 조절한 상태로 열을 공급함으로써, 상기 중앙 급기관로(210) 내에서 유동하는 공기를 예열 또는 예냉하는 구성을 가지며;
    상기 공조 냉난방 시스템(20)은, 상기 이산화탄소 센서에서 측정된 상기 실내의 이산화탄소 농도 값과 기설정된 이산화탄소 농도 값을 비교하여, 상기 환기 유니트(230)의 작동을 제어하는 환기 유니트 제어기(240)를 포함하고 있어서, 상기 이산화탄소 센서(250)에서 측정된 실내의 이산화탄소 농도 값이 기 설정된 이산화탄소 농도 값 이상인 경우에만 실내의 공기를 환기시키게 되고;
    상기 통합 냉난방 제어기(10)는, 다단계의 온도 조절 모드를 설정하도록 구성되어, 각각의 선택된 온도 조절 모드에 따라 상기 냉온수 분배기(310)를 통한 복사난방과 상기 디퓨져(212)를 통한 공조를 연동시켜 제어함으로써 냉난방 세기를 조절하게 되며;
    상기 통합 냉난방 제어기(10)는 상기 공조 냉난방 시스템(20)과 상기 복사 냉난방 시스템(30) 각각을 작동시키되, "쾌속작동모드"와, "일반작동모드"와, "절약작동모드"의 3가지 작동모드를 가지고 있는데;
    상기 쾌속작동모드에서는, 사용자가 선택한 실에 대해 냉난방이 집중되도록, 사용자가 선택한 실내에 대한 급기 제어밸브(214)와 냉온수 분배기(310)의 냉온수 조절밸브만이 동시에 개방되어 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)이 동시에 작동함으로써 사용자가 선택한 실내의 온도가 사용자가 설정한 온도에 이르게 되며;
    상기 일반작동모드에서는, 선택한 실내에 대해 상기 쾌속작동모드일 때보다 낮은 강도로 급기 제어밸브(214)와 냉온수 분배기(310)의 냉온수 조절밸브를 개방하여 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30)을 작동시킴으로써 냉난방이 이루어지게 되며;
    상기 절약작동모드에서는, 선택한 실내에 대해 공조 냉난방 시스템(20)과 복사 냉난방 시스템(30) 중 어느 하나의 시스템만이 작동되어 냉난방이 이루어지게 되며;
    주방 또는 화장실에서 배기가 이루어질 때에는, 실내에 부압 형성으로 인한 배기 능력 저감을 방지하기 위해서, 상기 통합 냉난방 제어기(10)는 디퓨져(212)에 구비된 환기팬의 회전수를, 배기되는 공기량에 비례하여 증가시켜 배기되는 풍량만큼 급기가 더 이루어지도록 작동하는 것을 특징으로 하는 바닥복사 및 공조 통합 제어 시스템.
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