KR101300255B1 - 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법 - Google Patents

시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재실자의 활동도를 미리 예측하므로 해당 시, 공간에 일정한 양의 에너지를 투입하여 공기 조화를 하므로 에너지 낭비를 최소화하고, 실내공간의 공기질을 쾌적하게 유지할 수 있는 공기 조화 제어 방법에 관한 것으로 이를 위해 재실자의 활동도　입력 단계, 활동 프로파일 작성 단계, 시공간별 재실자 분배 단계, 온도 센싱 단계 및 공기 조화 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법을 개시한다.

Description

시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법{Control Method For Air Conditioning With Spatial-temporal Activity Presence-based data}
본 발명은 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화(調和)는 실내의 차가운 공기를 따뜻하게 하여 실내로 공급하는 난방, 실내의 뜨거운 공기를 차갑게 하여 실내로 공급하는 냉방의 기능을 행한다. 또한, 오염된 실내공기를 청정 시키는 청정기능과 실내의 습도를 일정습도로 유지시키는 가습 및 제습기능도 행하게 된다.
하지만, 이러한 공기 조화에 있어, 실내 공기질은 재실자의 유무뿐만 아니라 재실자의 수에 의해서도 결정되지만 종래의 공기 조화는 재실자의 활동도를 고려하지 않고 건물에 일률적으로 적용되는 종래의 냉난방 방식으로 불필요한 에너지를 소모할 수밖에 없는 문제점이 있다.
본 발명은 공기 조화에서 불필요한 에너지 낭비를 최소 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법은 재실자의 시간 및 공간별 활동도를 입력하는 재실자의 활동도　입력 단계;　상기 재실자의 활동도　입력단계를 통해 재실자의 활동 프로파일을 작성하는 활동 프로파일 작성 단계;　상기 활동 프로파일과 지리정보시스템(geographic information system, GIS)을 통해 상기 재실자를 시공간별로 분배하는 시공간별 재실자 분배 단계;　건물의 내부 및 외부의 온도를 측정하는 온도 센싱 단계 및　상기 시공간별 재실자 분배 단계 및 상기 온도 센싱 단계에서 출력되는 정보를 통해 공기 조화 장치를 제어하는 공기 조화 제어 단계를 포함한다．
상기 재실자의　활동도　입력 단계는 재실자의 성별, 나이 등 개인의 인적 사항과 하루를 기준으로 발생한 모든 활동에 대하여 활동의 종류, 활동이 일어난 장소, 활동 지속시간 등을 입력할　수　있다．　상기 활동 프로파일 작성 단계에서 활동의 종류는 가정활동, 업무활동, 쇼핑활동, 여가활동 및 기타활동으로 구분될　수　있다．　상기 시공간별 재실자 분배 단계는, 아래의 수학식 1을 통해 시공간별로 재실자를 분배할　수　있다．
<수학식 1>
Figure 112012037107667-pat00001
여기서, Zi ,j,g(t)는 시간(t)에 공간(i)에 존재하는 재실사(g)중 활동(j)을 하고 있는 사람의 수이고, Pjg(t)는 시간(t)에 활동(j)을 수행할 비율, Ng은 재실자(g)의 수,　RCij는 활동(j)에 대한 공간(i)에서의 공간 활동 용량이다.
상기 공기 조화 제어 단계는　아래의 수학식 2를 통해 건물 내부 공간의 C02 농도를 1,000ppm 이하로 제어할　수　있다．
<수학식 2>
QCO2 = K1 ×M
여기서, QCO2는 CO2 농도를 1,000 ppm 이하로 유지하기 위해 필요한 환기량이며, M은 재실인원수이고 K1은 1인당 환기 요구량이다．
본 발명의 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법에 따르면, 재실자의 활동도를 미리 추정하므로 해당 시, 공간에 일정한 양의 에너지를 투입하여 공기 조화를 하므로 에너지 낭비를 최소화하고, 실내공간의 공기질을 쾌적하게 유지할 수 있다.
또한, 건물의 냉난방 용량 및 공조시설 규모를 사전에 정확하게 예측하여 설계에 반영할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 재실자의 시간별 활동스케줄을 도시한 활동　프로파일이다.
도 ４는 본 발명에 따른 09:00~10:00의 재실자를　공간별로　분배한　정보들 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화 시스템(100)을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공기 조화 제어 방법에 따른 공기 조화 시스템(100)은 활동스케줄 입력부(110), 지리정보시스템(120), 온도센서(130), 제어부(140), 표시장치(150), 환기장치(160), 냉방장치(170) 및 난방장치(180)를 포함한다.
상기 활동스케줄 입력부(110)에는 관리자를 통해 재실자의 활동 스케줄이 입력된다.
상기 관리자는 건물을 이용하는 재실자들에게 일일활동에 관한 설문조사를 행하고, 상기 일일활동 설문조사를 통해 얻은 재실자의 활동 스케줄을 상기 활동스케줄 입력부(110)에 입력한다.
여기서, 상기 일일활동은 상기 재실자가 하루 동안 활동하는 시간과 공간을 표시한 자료이고, 상기 활동 스케줄은 상기 일일활동 설문조사를 통해 얻은 재실자의 하루 일과 중에 일어나는 모든 활동들의 시간적인 순서집합을 나타낸 스케줄이다.
여기서, 상기 활동은 가정활동, 업무활동, 쇼핑활동, 여가활동 및 기타활동으로 분류할 수 있고, 상기 활동의 종류에 따라 공기 조화 제어 방법은 각각 다르게 제어된다. 예를 들면, 여가활동이나 쇼핑활동과 같은 활동량이 많은 시간의 활동은 가정활동이나 업무활동에 비해 많은 공기 조화를 요한다.
상기 지리정보시스템(120)은 일반적으로 지리정보를 컴퓨터를 이용해 작성, 관리하고, 여기서 얻은 지리정보를 기초로 데이터를 수집, 분석 및 가공하여 지형과 관련되는 모든 분야에 적용하기 위해 설계된 종합 정보 시스템을 말한다.
본 발명에 따른 상기 공기 조화 시스템(100)의 지리정보시스템(120)은 상기 건물에서 조화를 행하는 공간에 대한 위치, 크기 및 용도 정보를 포함하며, 상기 재실자의 활동도를 공간적으로 분포시킨 정보를 제어부(140)에 전달한다. 즉, 제어부(140)에서는 공간의 위치, 크기 및 재실자의 활동도 정보에 따라 조화량을 적절하게 제어할 수 있다.
상기 활동스케줄 입력부(110)에 입력된 재실자의 일일활동자료는 활동 프로파일로 출력되어 상기 지리정보시스템(120)에 입력된다.
여기서 상기 활동 프로파일은 개인의 활동순서(activity sequence), 시간(hour), 활동 지속시간(duration)을 기반으로 각 재실자를 그룹별로 집합화(aggregate)하여 각 시간별 활동을 수행할 비율을 표시한다.
상기 온도센서(130)는 상기 건물의 내 외부에 각각 설치되어 건물의 외부온도 및 실내온도를 센싱하여 온도 정보를 상기 제어부(140)에 입력한다.
상기 제어부(140)는 일반적으로 마이컴(MICOM)으로 구성되며, 상기 마이컴은 마이크로컴퓨터(microcomputer)의 약칭으로 미니 컴퓨터, 공작기계, 공장의 공정 제어용 장치, 사무자동화 기기, 자동차나 가전제품 등 컴퓨터 프로그램에 의하여 각종 기기를 제어하는 분야에 널리 쓰인다.
상기 제어부(140)는 상기 지리정보시스템(120)의 시공간에 따른 재실자의 활동도 정보 및 상기 온도 센서(130)의 온도 정보에 따라 상기 표시장치(150), 환기장치(160), 냉방장치(170) 및 난방장치(180)를 제어한다.
상기 표시장치(150)는 음극선관(CRT), 액정 표시장치(LCD) 등으로 형성되며, 상기 제어부(140)에서 출력되는 온도 정보 및 건물별 조화 요구량을 표시한다.
상기 환기장치(160)는 통풍구로 강제통풍을 하는 장치로 환기에 쓰이는 기계로, 송풍기 또는 배풍기를 말하며, 일반적으로 팬으로 형성되고, 또한, 상기 냉방장치(170)는 냉동기에 의해 냉방을 행하는 장치이며, 상기 난방장치(180)는 열교환기에 의해 난방을 행하는 장치이다.
상기 환기장치(160), 냉방장치(170) 및 난방장치(180)는 상기 제어부(20)에 입력되는 온도 정보 및 재실자의 활동도에 따라 선택적으로 작동한다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화 제어 방법을 도시한 흐름도이고，　도　３은 본 발명에 따른 재실자의 시간별 활동스케줄을 도시한 활동　프로파일이며，　도 ４는 본 발명에 따른 09:00~10:00의 재실자를　공간별로　분배한　정보들 도시한 도면이다.
이하에서는 도 2　내지　도 ４를 참조하여 대학교 내에서 본 발명에 따른 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법에 대해 예를 들어 설명한다.
본 발명에 따른 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법은 재실자의 활동도　입력 단계(S1), 활동 프로파일 작성 단계(S2), 시공간별 재실자 분배 단계(S3), 온도 센싱 단계(S4) 및 공기 조화 제어 단계(S5)를 포함한다.
상기 재실자의 활동도　입력 단계(S1)에서 관리자는 일례로 대학교 내에서 거주하거나 활동하는 학생들을 대상으로, 대학교 내에서의 일일활동을 설문조사하여 활동 스케줄을 입력한다.
여기서, 상기 일일활동 설문조사는 학생들의 성별, 나이, 학년, 수강학점, 주거지 위치, 운전면허 여부, 차량소유 여부 등 개인의 인적 사항과 하루를 기준으로 발생한 모든 활동에 대하여 활동의 종류, 활동이 일어난 장소, 통행 출발, 도착시간, 통행수단 등에 대하여 구체적으로 조사한 후 상기 활동 스케줄 입력부(110)에 입력된다.
상기 활동 스케줄은 상기 일일활동 설문조사를 통해 얻은 재실자의 하루 일과 중에 일어나는 모든 활동들의 시간적인 순서집합을 나타낸 스케줄이다.
상기 활동 프로파일 작성 단계(S2)는 상기 활동 스케줄을 토대로 학생들의 활동 프로파일을 작성한다. 학생들의 활동은 종류가 상당히 다양함으로 특성에 따라 그룹화한다. 이러한 구분은 분석의 목적이나 활용방안에 따라 다양하게 구분될 수 있으며， 본 발명에서는 활동을 가정활동(Home/Maintenance), 업무활동(Work/School), 쇼핑활동(Shopping), 여가활동(Recreation) 및 기타활동(Other)으로 구분할 수 있다. 자세한 활동의 구분은 표 1을 참조하면, 가정활동은 집에서 일어날 수 있는 여러 가지 활동을 포함하는데 식사, 청소, TV시청 등이 해당하며, 업무 및 학교활동은 업무 및 업무관련 회의활동을 포함한다. 쇼핑은 물건을 구매하는 모든 활동을 의미하여 여가활동은 운동, 영화관람, 취미생활 등으로 정의한다. 이런 범주에 포함되지 않은 다른 활동들은 기타활동에 포함된다.
구분 활동
(1) 가정활동 청소/수리 및 관리, 식사, 샤워/드레스
(2) 업무활동 업무, 학교활동(학생), 자원봉사업무
(3) 쇼핑활동 백화점, 식품점/약국, 잡화점, 비디오대여, 기타서비스
(4) 여가활동 체력단련, 영화감상, 체육활동, 비디오감상, 산책, 외식, 휴식, 조깅/자전거타기 등
(5) 기타활동 병원, 학생수송, 은행업무, 심부름/배달, 방문, 종교행사
본　발명에서는　활동스케줄의 복잡성을 단순화하는 활동 프로파일을 작성한다． 상기 활동 프로파일은 도 ３을 참조하면, 개인의 활동순서, 시간, 활동지속시간을 기반으로 각 학생을 그룹별로 집합화하여 각 시간별 활동을 수행할 비율을 표시한다.
상기 시공간별 재실자 분배 단계(S3)에서 상기 지리정보시스템(120)은 학생의 활동도를 공간적으로 분포시키기 위해 지리정보시스템(120)의 공간 정보(토지이용 별 건물용도 또는 사업자등록, 고용자 수 등)를 이용하여 각각의 활동에 대한 공간 활동 용량을 정의한다. 건물의 용도 및 면적에 따라 상기 공간 활동 용량은 달라지며, 활동 용량이 큰 공간은 많은 학생이 활동을 수행할 수 있다.
학생들의 모든 활동　프로파일과 학교건물정보를 연계하여 활동이 일어난 공간을 지리정보시스템(120)에서 건물에 매칭하여 확보한다. 여기서, 모든 건물을 대상으로 구축하기 어려우므로 건물의 기능별로 크게 강의실, 도서관, 학생 복지시설, 기숙사, 연구동, 사무동(교무과), 체육시설, 기타시설 8개로 분류한다.
또한, 상기 활동 프로파일에 의해 각 시간대별 활동에 참여할 비율이 결정되면 전체 학생 중에 각 시간대별 활동 별 학생 수가 결정이 된다. 또한, 공간 활동용량이 결정되면 다음 수학식 1과 같이 시간 및 공간별로 학생의 분배가 가능하다. 즉, 도 ４를 참고하면, 시·공간별 학생의 활동도를 배정하고 이 정보는 제어부(140)에 입력된다.
<수학식 1>
Figure 112012037107667-pat00002
여기서, Zi ,j,g(t)는 시간(t)에 공간(i)에 존재하는 재실사(g)중 활동(j)을 하고 있는 학생의 수, Pjg(t)는 시간(t)에 활동(j)을 수행할 비율, Ng은 재실자(g)의 수, RCij는 활동(j)에 대한 공간(i)에서의 공간 활동 용량이다.
상기 온도 센싱 단계(S4)에서는 건물의 외부 및 내부에 각각 설치된 온도 센서(130)를 통해 얻은 건물의 외부온도 및 실내온도를 센싱하여, 상기 제어부(140)에 입력한다.
상기 공기 조화 제어 단계(S5)에서 상기 제어부(140)는 상기 시공간별 재실자 분배 단계(S3)에서 출력되는 시·공간별 학생의 활동도 정보 및 상기 온도 센싱 단계(S4)에 측정된 온도 정보를 통해 대학교 전체의 환기장치(160), 냉방장치(170) 및 난방장치(180)를 제어한다.
즉, 상기 제어부(140)는 상기 시공간별 재실자 분배 단계(S3)에서 출력되는 시·공간별 학생의 활동도 정보에 따라 시간별로 활동이 자주 발생하는 공간에 더 많은 공기 조화를 행한다. 여기서 상기 활동의 종류에 따라 공기 조화 제어 방법은 각각 다르게 제어된다. 즉, 운동량이 큰 활동이 발생하는 공간에 더 많은 공기 조화를 행한다.
또한, 활동 프로파일이나 공간용량에 따라 CO2의 농도를 실내환경기준치인 1,000 ppm 이하로 제어하기 위해 다음의 수학식 2에 따라 환기량을 제어한다.
<수학식 2>
QCO2 = K1 ×M
여기서, QCO2는 CO2 농도를 1,000 ppm 이하로 유지하기 위해 필요한 환기량이며, M은 재실인원수이고 K1은 1인당 환기 요구량으로 25 CMH/person을 사용한다. 따라서 4인의 경우 환기 요구량은 100 CMH, 6인의 경우 150 CMH가 된다.
또한, 상기 제어부(140)는 기존의 입력된 설정온도와 비교하여, 계절별, 요일별 및 시간대별 이미 설정된 온도에 따라 냉난방을 제어한다. 여기서, 상기 설정온도는 실내 적정온도로 여름철에는 26~28℃, 겨울철에는 18~20℃가 적절하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
S1: 재실자의 활동도 입력 단계
S２: 활동 프로파일 작성 단계
S３: 시공간별 재실자 분배 단계
S４: 온도 센싱 단계
S５: 공기 조화 제어 단계

Claims (5)

  1. 재실자의 시간 및 공간별 활동도를 입력하는 재실자의 활동도　입력 단계;
    상기 재실자의 활동도　입력 단계를 통해 재실자의 활동 프로파일을 작성하는 활동 프로파일 작성 단계;
    상기 활동 프로파일과 지리정보시스템(geographic information system, GIS)을 통해 상기 재실자를 시공간별로 분배하는 시공간별 재실자 분배 단계;
    건물의 내부 및 외부의 온도를 측정하는 온도 센싱 단계 및
    상기 시공간별 재실자 분배 단계 및 상기 온도 센싱 단계에서 출력되는 정보를 통해 공기 조화 장치를 제어하는 공기 조화 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재실자의　활동도　입력 단계는 재실자의 성별, 나이 등 개인의 인적 사항과 하루를 기준으로 발생한 모든 활동에 대하여 활동의 종류, 활동이 일어난 장소, 활동 지속시간을 입력하는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 활동 프로파일 작성 단계에서 활동의 종류는 가정활동, 업무활동, 쇼핑활동, 여가활동 및 기타활동으로 구분되는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 시공간별 재실자 분배 단계는, 아래의 수학식 1을 통해 시공간별로 재실자를 분배하는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법.
    <수학식 1>
    Figure 112012037107667-pat00003

    여기서, Zi ,j,g(t)는 시간(t)에 공간(i)에 존재하는 재실사(g)중 활동(j)을 하고 있는 사람의 수이고, Pjg(t)는 시간(t)에 활동(j)을 수행할 비율, Ng은 재실자(g)의 수,　RCij는 활동(j)에 대한 공간(i)에서의 공간 활동 용량이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 조화 제어 단계는
    아래의 수학식 2를 통해 건물 내부 공간의 C02 농도를 1,000ppm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법.
    <수학식 2>
    QCO2 = K1 ×M
    여기서, QCO2는 CO2 농도를 1,000 ppm 이하로 유지하기 위해 필요한 환기량이며, M은 재실인원수이고 K1은 1인당 환기 요구량이다.
KR1020120049223A 2012-05-09 2012-05-09 시공간 재실자의 활동도 정보를 이용한 공기 조화 제어 방법 KR101300255B1 (ko)

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