KR101521161B1 - 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법 - Google Patents

외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 외기 도입으로 인한 엔탈피 에너지와 절전 운전으로 인한 절전 에너지를 비교하여, 상기 절전 에너지가 크면 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 상기 엔탈피 에너지가 크면 상기 엔탈피 제어 모드를 수행함으로써, 에너지 절약 효과를 극대화할 수 있다.

Description

외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법{Integrated control method using CO2 concentration and duty operation of a building HVAC system}
본 발명은 건물의 공조 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외기 도입으로 인한 엔탈피 에너지와 절전 운전으로 인한 절전 에너지를 비교하여 제어함으로써, 에너지 절약을 극대화시킬 수 있는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공조 설비는 사무용 빌딩, 공장, 호텔, 식당, 병원, 백화점 등을 포함하는 다양한 건물에 설치되어 적용되고 있다. 상기 공조 설비의 운전이 관리자의 판단에 의해 이루어질 경우, 불필요하게 장시간 또는 하루 종일 운전이 이루어지게 되어 에너지의 낭비가 발생할 수 있다.
최근에는 상기 공조 설비의 운전 제어방법에 대해 지속적으로 연구되고 있다. 재실자에 맞추어 공조를 하는 경우, 재실 시작 시간 이전에 공조가 시작되나, 일반적으로 여름철인 경우 가장 더운 날씨, 겨울철인 경우 가장 추운 날씨를 기준으로 공조 시작 시간이 정해지기 때문에, 외기 조건에 따라 불필요하게 공조가 일찍 시작되어 에너지 낭비가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 건물에서는 환기를 위해 반드시 외기를 도입해야 하지만, 상기 공조 설비의 작동 중에는 외기 도입으로 인해 에너지 낭비가 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 실내 조건에 따라 외기 도입량을 적절하게 조절하는 것이 어려운 문제점이 있다.
대한민국공개특허 10-2011-0100895
본 발명의 목적은, 외기 도입과 절전 운전을 적절하게 제어하여 에너지 절약을 극대화시킬 수 있는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법은, 실내 온도, 실내 습도, 실외 온도 및 실외 습도를 측정하는 단계와, 외기 댐퍼를 개방하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어 모드와, 일정 시간을 주기로 공조기를 온/오프하는 절전 운전 모드 중 어느 하나가 설정되었는지 확인하는 단계와, 상기 엔탈피 제어 모드가 설정되거나, 상기 절전 운전 모드가 설정되고 현재 시간이 미리 설정된 절전 운전 적용 시간대이면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 계산하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 상기 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어 모드를 시작하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법은, 실내 온도, 실내 습도, 실외 온도 및 실외 습도를 측정하는 단계와, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피, 실외 공기 엔탈피 및 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 계산하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 공조기를 일정시간을 주기로 온/오프하는 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교하고, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 설정 엔탈피보다 크면, 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도범위와 비교하고, 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대습도 범위와 비교하고, 상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이고, 상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대습도 범위이내이면, 외기 댐퍼의 개방도를 제어하는 단계와, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작하고, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 상기 실내 온도가 미리 설정된 설정 온도 범위를 벗어나면, 상기 절전 운전 모드의 수행 시간을 최소 절전 운전 시간과 비교하고, 상기 절전 운전 모드의 수행 시간이 상기 최소 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 외기 도입으로 인한 엔탈피 에너지와 절전 운전으로 인한 절전 에너지를 비교하여, 상기 절전 에너지가 크면 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 상기 엔탈피 에너지가 크면 상기 엔탈피 제어 모드를 수행함으로써, 에너지 절약 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 절전 운전 모드의 최소 절전 운전 시간을 고려하여 제어하는 경우, 상기 최소 절전 운전 시간이 경과한 후 상기 절전 운전 모드를 중지시키기 때문에, 갑작스런 중지 또는 가동으로 인해 상기 공조기의 전동기에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실내의 온도에 따라 절전 운전 모드를 제어하는 경우, 상기 공조기의 운전 시간 단축으로 인해 실내의 온도가 과도하게 상승 또는 하강하는 것을 방지하여, 실내의 온도를 적절하게 유지할 수 있으므로 재실자들에게 쾌적하면서도 적절한 냉,난방 환경을 제공할 수 있다.
또한, 외기를 적절하게 도입할 수 있으므로, 재실자들에게 쾌적한 환경을 제공하면서도 에너지 절감을 할 수 있다.
도 1a, 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 2a, 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 3a, 3b, 3c는 본 발명의 제3실시예에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1a, 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 먼저, 건물의 공조기(HVAC, Heating Ventilation Air-Conditioning)의 작동이 시작되면, 건물 내부 및 외부에 설치된 센서들에 의해 실내 온도, 실외 온도, 실내 습도, 실외 습도가 일정 시간을 주기로 실시간으로 측정된다.(S1) 여기서, 상기 실내 온도는 실내 공기의 온도이고, 상기 실외 온도는 실외 공기의 온도이다. 상기 실내 습도는 실내 공기의 상대습도이고, 상기 실외 습도는 실외 공기의 상대습도이다. 또한, 상기 공조기의 작동 시간이나 현재 시간 등도 물론 측정된다.
상기 공조기가 엔탈피 제어 모드로 설정되었는지를 판단한다.(S3) 상기 엔탈피 제어 모드는 외기 댐퍼의 개방을 제어하여 외기를 실내로 도입하도록 하는 모드이다. 상기 엔탈피 제어 모드는 여름철 냉방 운전시 등과 같이 외기의 온도가 실내 온도보다 낮은 시기에 외기를 이용해 냉방을 하기 위해 주로 사용된다. 상기 엔탈피 제어 모드를 하게 되면, 외기를 실내에 공급하여 실내를 냉방할 수 있으므로 냉방 부하를 줄이고 에너지를 절감할 수 있다.
상기 엔탈피 제어 모드가 설정되면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 계산한다.(S3)
상기 엔탈피(h)는 수학식 1에 의해 계산된다.
(수학식 1)
Figure 112013099076166-pat00001
여기서, T= 온도, x는 절대습도, ca : 건조공기의 정압비열(1,005J/kg·K, 0.240kcal/kg·℃), cv : 수증기의 정압비열(1,846J/kg·K, 0.441kcal/kg·℃), r0 : 0℃물의 증발잠열(2,501ㅧ103J/kg, 597.5kcal/kg)이다.
상기 절대 습도(x)는 수학식 2에 의해 계산된다.
(수학식 2)
Figure 112013099076166-pat00002
여기서, P는 대기압이고, Pw는 수증기 분압이다.
상기 대기압(P)은 수학식 3에 의해 계산되고, 상기 수증기 분압(Pw)은 수학식 4에 의해 계산된다.
(수학식 3)
Figure 112013099076166-pat00003
여기서,P0는 표준대기의 해수면에서 대기압(=101.325kPa(760mmHg)), Z는 해발고도(m)이고, T0ab는 288.15K(=15+273.15)
여기서, T0ab는 표준 대기의 해수면에서의 대기압이다.
(수학식 4)
Figure 112013099076166-pat00004
여기서, RH 는 상대습도(%), Pws 는 포화수증기압(kPa)이다.
노점온도(Tdp)는 수학식 5에 의해 계산된다. 상기 노점온도는 외기를 실내로 유입하기 위한 최소 기준 온도가 될 수 있다. 상기 노점 온도 이하일 때는 상기 실외 공기 엔탈피가 낮더라도 외기를 도입하지 않는다.
(수학식 5)
0.6112≤P w ≤12.350(0∼50℃일 때)
Figure 112013099076166-pat00005
0.0039≤Pw<0.6112(-50∼0℃일때)
Figure 112013099076166-pat00006
여기서, Y=loge(1,000Pw)
상기 포화수증기압(Pws)은, 수학식 6에 의해 계산된다.
(수학식 6)
Figure 112013099076166-pat00007
여기서, Tab[k]=T[℃]+273.15
상기 수학식 1에 의해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 구하면, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 계산한다. 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 엔탈피 에너지라 할 수 있다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교한다.(S4) 상기 절전 운전 모드(Duty cycle mode)는 일정 시간을 주기로 상기 공조기를 가동 또는 정지시키는 것을 반복하는 모드이다. 상기 절전 운전 모드를 수행하게 되면, 온열 환경을 최대한 유지하면서 상기 공조기의 운전 시간을 단축할 수 있기 때문에, 에너지를 절감할 수 있다. 상기 절전 에너지는 상기 절전 운전 모드를 수행할 때 절감될 수 있는 에너지이다. 여기서, 상기 절전 에너지는 상기 전동기의 출력으로부터 계산할 수 있으며, 상기 전동기의 출력은 상기 공조기의 송풍팬의 공기동력이나 상기 송풍팬을 구동하는 전동기의 동력으로부터 계산할 수 있다. 상기 송풍팬의 공기동력은 수학식 7을 통해 계산할 수 있으며, 상기 전동기의 동력은 사용자에 의해 직접 입력하는 것도 가능하다.
(수학식 7)
Figure 112013099076166-pat00008
여기서, Q는 송풍량(m3/min)이고, PT는 송풍기의 전압(mmAq)이다.
전동기의 출력은 수학식 8을 통해 계산할 수 있다.
(수학식 8)
Figure 112013099076166-pat00009
여기서, ηF는 송풍기 효율이고, ηT는 전도장치 효율이며, α는 여유율이다. 상기 송풍기 효율은, 전곡익형은 약 45∼60%, 후곡익형은 약 70∼85%, 리버스형(reverse type)은 약 55∼65%, 축류형은 약 50∼85%이다. 상기 전도장치 효율은, 평벨트는 약 90∼93%, V벨트는 약95%이다. 상기 여유율은 약 0.10 내지 0.20이다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 시작한다.(S10) 즉, 상기 엔탈피 에너지가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 수행하는 것이 상기 절전 에너지 모드를 수행하는 것보다 에너지 절약에 유리하다고 판단한다. 따라서, 엔탈피 제어모드를 시작한다.
상기 엔탈피 제어 모드에서는, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교한다.(S11) 본 실시예에서는, 상기 설정 엔탈피는 0인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상인지 비교한다.
상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상이면, 상기 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도 범위와 비교한다.(S12) 상기 설정 온도 범위는 미리 설정된 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2) 사이로 설정된다. 상기 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2)는, 실내의 목표 온도 등에 따라 미리 설정된다. 상기 실외 온도가 높으면, 외기 도입시 외기 냉방 효과를 얻을 수 없으므로, 상기 실외 온도를 고려하여 외기 도입 여부를 판단한다.
상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이면, 상기 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대 습도 범위와 비교한다. 상기 설정 절대 습도 범위는, 미리 설정된 허용 최고 실외 절대 습도(OH1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 절대 습도(OH2) 사이로 설정된다. 상기 실외의 절대 습도가 높으면, 외기 도입시 실내의 습도가 상승하므로, 상기 실외의 절대 습도를 고려하여 외기 도입여부를 판단한다.
상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대 습도 범위 이내이면, 상기 외기 댐퍼를 개방시킨다. 이 때, 상기 외기 댐퍼는 상기 실내 온도(RT)와 미리 설정된 상기 공조기의 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 개방도가 다르게 제어된다. 따라서, 상기 실내 온도(RT)를 상기 목표 온도(SAT)와 비교한다.(S14) 여기서, 상기 실내 온도(RT)는 실시간으로 측정된 실내 공기의 온도이고, 상기 목표 온도(SAT)는 사용자에 의해 입력된 상기 공조기의 냉방 목표 온도이다.
상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 상기 외기 댐퍼의 개방도를 다르게 제어한다. 예를 들어, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -2도 이상이면, 상기 외기 댐퍼를 100% 개방한다.(S15)(S16) 또한, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -2도 미만이고 -4도 이상이면, 상기 외기 댐퍼의 개방도가 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 비례하도록 제어한다.(S17)(S18) 또한, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -4도 미만이면, 상기 외기 댐퍼를 미리 설정된 최소 개방도로 개방한다. (S19)(S20)
한편, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작한다.(S30)(S31)
상기 절전 운전 모드가 시작되면, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 수행된다. 상기 절전 운전 시간은 상기 절전 운전 모드가 수행되는 전체 시간이다. 상기 절전 운전 시간동안 상기 공조기는 가동 또는 정지를 반복하게 된다. 예를 들어, 사무용 건물의 경우 출근 시간대를 기준으로 상기 절전 운전 시간이 정해질 수 있으며, 상기 절전 운전 시간은 오전 8시부터 오후 5시까지로 약 8시간으로 설정될 수 있다. 상기 공조기의 1회 정지 시간은 약 10분 내지 15분으로 설정될 수 있다.
상기 절전 운전 모드의 수행 시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S32)(S33)
한편, 상기 엔탈피 제어 모드가 설정되었는지 확인하는 단계(S2)에서, 상기 엔탈피 제어 모드가 설정되지 않으면, 상기 절전 운전 모드가 설정되었는지를 판단한다.(S5)
상기 절전 운전 모드가 설정되면, 미리 설정된 절전 운전 모드 적용 시간대인지 판단한다.(S6) 상기 절전 운전 모드 적용 시간대는 사용자나 관리자에 의해 미리 설정될 수 있다.
상기 절전 운전 모드 적용 시간대이면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기와 실외 공기 엔탈피를 각각 계산한다.(S3)
한편, 상기 절전 운전 모드가 설정되지 않으면, 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 에너지를 비교하지 않고, 바로 상기 엔탈피 제어 모드(S10)를 시작한다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 공조기의 제어방법은, 외기 도입으로 인한 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 운전으로 인한 상기 절전 에너지를 비교하여, 상기 절전 에너지가 크면 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 상기 엔탈피 에너지가 크면 상기 엔탈피 제어 모드를 수행함으로써, 에너지 절약 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 외기를 적절하게 도입할 수 있으므로, 재실자들에게 쾌적한 환경을 제공하면서도 에너지 절감을 할 수 있다.
또한, 복수의 공조기들이 설치되는 건물의 경우, 상기 복수의 공조기들 중에서 적어도 일부는 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 나머지는 상기 엔탈피 제어 모드를 수행하도록 하며, 건물의 최대 수요 전력을 낮출 수 있다.
도 2a, 2b는 본 발명의 제2실시예에 따른 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 건물의 공조 제어 방법은, 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 에너지를 비교하고, 그에 따라 엔탈피 제어 모드와 절전 운전 모드 중 하나를 시작하는 방법인 바, 상기 절전 운전 모드의 제어시 실내의 온도를 고려하여 제어하는 것이 상기 제1실시예와 상이하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고, 유사 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.
먼저, 건물 내부 및 외부에 설치된 센서들에 의해 실내 온도, 실외 온도, 실내 습도, 실외 습도가 일정 시간을 주기로 실시간으로 측정된다.(S1) 여기서, 상기 실내 온도는 실내 공기의 온도이고, 상기 실외 온도는 실외 공기의 온도이다. 상기 실내 습도는 실내 공기의 상대습도이고, 상기 실외 습도는 실외 공기의 상대습도이다. 또한, 상기 공조기의 작동 시간이나 현재 시간 등도 물론 측정된다.
상기 공조기가 엔탈피 제어 모드로 설정되었는지를 판단한다.(S3)
상기 엔탈피 제어 모드가 설정되면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 계산한다.(S3) 상기 엔탈피의 계산방법은 상기 제1실시예와 같다.
상기 수학식 1에 의해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 구하면, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 계산한다. 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 엔탈피 에너지라 할 수 있다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교한다.(S4) 상기 절전 에너지는 상기 절전 운전 모드를 수행할 때 절감될 수 있는 에너지다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 시작한다.(S10) 즉, 상기 엔탈피 에너지가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 수행하는 것이 상기 절전 에너지 모드를 수행하는 것보다 에너지 절약에 유리하다고 판단한다. 따라서, 엔탈피 제어모드를 시작한다.
상기 엔탈피 제어 모드에서는, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교한다.(S11) 본 실시예에서는, 상기 설정 엔탈피는 0인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상인지 비교한다.
상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상이면, 상기 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도 범위와 비교한다.(S12) 상기 설정 온도 범위는 미리 설정된 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2) 사이로 설정된다. 상기 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2)는, 실내의 목표 온도 등에 따라 미리 설정된다. 상기 실외 공기의 온도가 높으면, 외기 도입시 외기 냉방 효과를 얻을 수 없으므로, 상기 실외 공기의 온도를 고려하여 외기 도입 여부를 판단한다.
상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이면, 상기 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대 습도 범위와 비교한다. 상기 설정 절대 습도 범위는, 미리 설정된 허용 최고 실외 절대 습도(OH1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 절대 습도(OH2) 사이로 설정된다. 상기 실외 공기의 습도가 높으면, 외기 도입시 실내의 습도가 상승하므로, 상기 실외의 절대 습도를 고려하여 외기 도입여부를 판단한다.
상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대 습도 범위 이내이면, 상기 외기 댐퍼를 개방시킨다. 이 때, 상기 외기 댐퍼는 상기 실내 온도(RT)와 미리 설정된 상기 공조기의 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 개방도가 다르게 제어된다. 따라서, 상기 실내 온도(RT)를 상기 목표 온도(SAT)와 비교한다.(S14) 여기서, 상기 실내 온도(RT)는 실시간으로 측정된 실내 공기의 온도이고, 상기 목표 온도(SAT)는 사용자에 의해 입력된 상기 공조기의 냉방 목표 온도이다.
상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 상기 외기 댐퍼의 개방도를 다르게 제어한다. 예를 들어, 상기 목표 온도(SAT)와 상기 실내 온도(RT)의 차이가 2도 미만이면, 상기 외기 댐퍼를 100% 개방한다.(S15)(S16) 또한, 상기 목표 온도(SAT)와 상기 실내 온도(RT)의 차이가 2도 이상이고 4도 미만이면, 상기 외기 댐퍼의 개방도가 상기 목표 온도(SAT)와 상기 실내 온도(RT)의 차이에 따라 비례하도록 제어한다.(S17)(S18) 또한, 상기 목표 온도(SAT)와 상기 실내 온도(RT)의 차이가 4도 이상이면, 상기 외기 댐퍼를 미리 설정된 최소 개방도로 개방한다. (S19)(S20) 여기서는, 상기 목표 온도(SAT)와 상기 실내 온도(RT)의 차이가 2도 내지 4도를 기준으로 상기 외기 댐퍼의 개방도를 제어하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 사용자에 의해 설정 가능하다.
한편, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작한다.(S40)(S41)
상기 절전 운전 모드가 시작되면, 미리 설정된 절전 운전 시간동안 상기 절전 운전 모드가 수행된다. 즉, 상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하였는지 판단한다.(S42)
상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S44)
한편, 상기 절전 운전 시간 이내이면, 상기에서 측정된 상기 실내 온도(RT)를 미리 설정된 허용 최대 온도와 비교한다.
상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S44) 즉, 상기 절전 운전 시간 이내여도 상기 실내 온도에 따라 상기 절전 운전 모드를 중지할 수 있다. 상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 실내의 온도가 너무 높아졌다고 판단하여 상기 절전 운전 모드를 중지한다. 상기 절전 운전 모드가 중지되면, 상기 공조기는 상기 절전 운전 모드가 아닌 일반 모드로 가동될 수 있다. 상기 일반 모드는 사용자나 관리자가 설정한 설정 온도에 맞춰 상기 공조기가 작동되는 모드이다. 따라서, 상기 절전 운전 모드를 중지하고 설정 온도에 도달하도록 냉방 운전을 함으로써, 실내의 온도를 다시 낮출 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 절전 운전 모드가 중지되면 상기 엔탈피 제어 모드로 작동되는 것도 물론 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 공조기의 제어방법은, 외기 도입으로 인한 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 운전으로 인한 상기 절전 에너지를 비교하여, 상기 절전 에너지가 크면 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 상기 엔탈피 에너지가 크면 상기 엔탈피 제어 모드를 수행함으로써, 에너지 절약 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 외기를 적절하게 도입할 수 있으므로, 재실자들에게 쾌적한 환경을 제공하면서도 에너지 절감을 할 수 있다.
또한, 절전 운전 모드를 통해 공조기의 운전 시간이 단축되어 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 절전 운전 시간 동안 실내 온도가 미리 설정된 허용 최대 온도를 초과하면 절전 운전 모드를 바로 중지하도록 제어하기 때문에, 상기 공조기의 운전 시간 단축으로 인해 실내의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 실내의 온도를 적절하게 유지할 수 있으므로 재실자들에게 쾌적하면서도 적절한 실내 환경을 제공할 수 있다.
또한, 복수의 공조기들이 설치되는 건물의 경우, 상기 복수의 공조기들 중에서 적어도 일부는 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 나머지는 상기 엔탈피 제어 모드를 수행하도록 하며, 건물의 최대 수요 전력을 낮출 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3실시예에 따른 건물의 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 건물의 공조 제어 방법은, 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 에너지를 비교하고, 그에 따라 엔탈피 제어 모드와 절전 운전 모드 중 하나를 시작하는 방법인 바, 상기 절전 운전 모드의 제어시 실내 온도와 최소 절전 운전 시간을 고려하여 제어하는 것이 상기 제2실시예와 상이하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고, 유사 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.
먼저, 건물 내부 및 외부에 설치된 센서들에 의해 실내 온도, 실외 온도, 실내 습도, 실외 습도가 일정 시간을 주기로 실시간으로 측정된다.(S1) 여기서, 상기 실내 온도는 실내 공기의 온도이고, 상기 실외 온도는 실외 공기의 온도이다. 상기 실내 습도는 실내 공기의 상대습도이고, 상기 실외 습도는 실외 공기의 상대습도이다. 또한, 상기 공조기의 작동 시간이나 현재 시간 등도 물론 측정된다.
상기 공조기가 엔탈피 제어 모드로 설정되었는지를 판단한다.(S3)
상기 엔탈피 제어 모드가 설정되면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 계산한다.(S3) 상기 엔탈피의 계산방법은 상기 제1실시예와 같다.
상기 수학식 1에 의해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 각각 구하면, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 계산한다. 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 엔탈피 에너지라 할 수 있다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교한다.(S4) 상기 절전 에너지는 상기 절전 운전 모드를 수행할 때 절감될 수 있는 에너지다.
상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 시작한다.(S10) 즉, 상기 엔탈피 에너지가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어모드를 수행하는 것이 상기 절전 에너지 모드를 수행하는 것보다 에너지 절약에 유리하다고 판단한다. 따라서, 엔탈피 제어모드를 시작한다.
상기 엔탈피 제어 모드에서는, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교한다.(S11) 본 실시예에서는, 상기 설정 엔탈피는 0인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상인지 비교한다.
상기 실내 공기 엔탈피가 상기 실외 공기 엔탈피 이상이면, 상기 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도 범위와 비교한다.(S12) 상기 설정 온도 범위는 미리 설정된 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2) 사이로 설정된다. 상기 허용 최고 실외 온도(OT1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 온도(OT2)는, 실내의 목표 온도 등에 따라 미리 설정된다. 상기 실외 공기의 온도가 높으면, 외기 도입시 외기 냉방 효과를 얻을 수 없으므로, 상기 실외 공기의 온도를 고려하여 외기 도입 여부를 판단한다.
상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이면, 상기 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대 습도 범위와 비교한다. 상기 설정 절대 습도 범위는, 미리 설정된 허용 최고 실외 절대 습도(OH1)와 미리 설정된 허용 최저 실외 절대 습도(OH2) 사이로 설정된다. 상기 실외 공기의 습도가 높으면, 외기 도입시 실내의 습도가 상승하므로, 상기 실외의 절대 습도를 고려하여 외기 도입여부를 판단한다.
상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대 습도 범위 이내이면, 상기 외기 댐퍼를 개방시킨다. 이 때, 상기 외기 댐퍼는 상기 실내 온도(RT)와 미리 설정된 상기 공조기의 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 개방도가 다르게 제어된다. 따라서, 상기 실내 온도(RT)를 상기 목표 온도(SAT)와 비교한다.(S14) 여기서, 상기 실내 온도(RT)는 실시간으로 측정된 실내 공기의 온도이고, 상기 목표 온도(SAT)는 사용자에 의해 입력된 상기 공조기의 냉방 목표 온도이다.
상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 상기 외기 댐퍼의 개방도를 다르게 제어한다. 예를 들어, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -2도 이상이면, 상기 외기 댐퍼를 100% 개방한다.(S15)(S16) 또한, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -2도 미만이고 -4도 이상이면, 상기 외기 댐퍼의 개방도가 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이에 따라 비례하도록 제어한다.(S17)(S18) 또한, 상기 실내 온도(RT)와 상기 목표 온도(SAT)의 차이가 -4도 미만이면, 상기 외기 댐퍼를 미리 설정된 최소 개방도로 개방한다. (S19)(S20)
한편, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작한다.(S50)(S51)
상기 절전 운전 모드가 시작되면, 최소 절전 운전 시간을 적용할 것인지를 판단한다.(S52) 상기 최소 절전 운전 시간은, 상기 절전 운전 모드를 유지해야 하는 최소의 시간이다. 상기 절전 운전 모드시, 상기 공조기를 오프하였다가 바로 온시키거나 상기 공조기를 온시켰다가 바로 오프시키게 되면, 상기 공조기의 전동기에 무리가 가게 되므로, 상기 공조기를 온 또는 오프한 이후에 유지해야하는 최소의 시간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 최소 절전 운전 시간은 3~5분으로 설정될 수 있다.
상기 최소 절전 운전 시간을 적용하는 것이 설정되면, 상기 절전 운전 모드를 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 수행한다. 상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하였는지를 판단한다.(S53)
상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S56)
한편, 상기 절전 운전 시간 이내이면, 상기 실내 온도(RT)를 미리 설정된 허용 최대 온도와 비교한다.(S54)
상기 실내 온도(RT)가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드의 수행시간을 상기 최소 절전 운전 시간과 비교한다.(S55)
상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 최소 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S56) 상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 실내 온도가 너무 높아졌다고 판단하나, 상기 절전 운전 모드를 바로 중지하지 않는다. 상기 절전 운전 모드의 수행 시간이 상기 최소 절전 운전 시간을 경과한 후 상기 절전 운전 모드를 중지함으로써, 갑작스런 중지로 인해 상기 공조기의 전동기에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 실내 온도(RT)가 상기 허용 최대 온도 이하이면, 상기 절전 운전 모드는 상기 절전 운전 시간동안 계속 유지된다.
한편, 상기 최소 절전 운전 시간을 적용할 것인지를 확인하는 단계(S52)에서 상기 최소 절전 운전 시간 적용이 설정되지 않으면, 상기 실내 온도를 미리 설정된 설정 온도 범위로 유지할 것인지 설정한다.(S57)
상기 실내 온도가 상기 설정 온도 범위로 유지하는 것이 설정되지 않으면, 상기 절전 운전 모드는 상기 절전 운전 시간에 따라서만 제어된다. 즉, 상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하였는지 여부를 판단한다.(S58)
상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 바로 중지한다.(S56)
한편, 상기 실내 온도를 상기 설정 온도 범위를 유지하는 것이 설정되면, 상기 절전 운전 시간동안 상기 실내 온도(RT)를 상기 허용 최대 온도와 비교한다.
즉, 상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 절전 운전 시간 이내인지 판단하고(S59), 상기 절전 운전 시간 이내이면 상기 실내 온도(RT)가 상기 허용 최대 온도를 초과하였는지 판단한다.(S60)
상기 실내 온도(RT)가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지한다.(S56) 즉, 상기 실내 온도가 너무 높아졌다고 판단하여, 상기 절전 운전 모드를 중지하고, 상기 공조기가 상기 절전 운전 모드가 아닌 일반 모드로 가동되도록 한다. 상기 일반 모드는 사용자나 관리자가 설정한 설정온도에 맞춰 상기 공조기가 작동되는 모드이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 절전 운전 모드가 중지되면 상기 엔탈피 제어 모드로 작동되는 것도 물론 가능하다.
한편, 상기 실내 온도(RT)가 상기 허용 최대 온도 이하이면, 상기 절전 운전 시간동안 상기 절전 운전 모드를 유지한다.
상기와 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 공조기의 제어방법은, 외기 도입으로 인한 상기 엔탈피 에너지와 상기 절전 운전으로 인한 상기 절전 에너지를 비교하여, 상기 절전 에너지가 크면 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 상기 엔탈피 에너지가 크면 상기 엔탈피 제어 모드를 수행함으로써, 에너지 절약 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 외기를 적절하게 도입할 수 있으므로, 재실자들에게 쾌적한 환경을 제공하면서도 에너지 절감을 할 수 있다.
상기 최소 절전 운전 시간을 고려하여 제어하는 경우, 상기 최소 절전 운전 시간이 경과한 후 상기 절전 운전 모드를 중지시키기 때문에, 갑작스런 중지 또는 가동으로 인해 상기 공조기의 전동기에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 절전 운전 시간 동안 실내 온도가 미리 설정된 허용 최대 온도를 초과하면 절전 운전 모드를 바로 중지하도록 제어하는 경우, 상기 공조기의 운전 시간 단축으로 인해 실내의 온도가 과도하게 상승 또는 하강하는 것을 방지하여, 실내의 온도를 적절하게 유지할 수 있으므로 재실자들에게 쾌적하면서도 적절한 냉,난방 환경을 제공할 수 있다.
또한, 복수의 공조기들이 설치되는 건물의 경우, 상기 복수의 공조기들 중에서 적어도 일부는 상기 절전 운전 모드를 수행하고, 나머지는 상기 엔탈피 제어 모드를 수행하도록 하며, 건물의 최대 수요 전력을 낮출 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 실내 온도, 실내 습도, 실외 온도 및 실외 습도를 측정하는 단계와;
    외기 댐퍼를 개방하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어 모드와, 일정 시간을 주기로 공조기를 온/오프하는 절전 운전 모드 중 어느 하나가 설정되었는지 확인하는 단계와;
    상기 엔탈피 제어 모드가 설정되거나, 상기 절전 운전 모드가 설정되고 현재 시간이 미리 설정된 절전 운전 적용 시간대이면, 상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피와 실외 공기 엔탈피를 계산하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 상기 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 엔탈피 제어 모드를 시작하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작하는 단계를 포함하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절전 운전 모드가 설정되고 상기 현재 시간이 상기 절전 운전 적용 시간대가 아니면, 상기 엔탈피 제어 모드를 시작하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔탈피 제어 모드는,
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교하는 과정과,
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 설정 엔탈피보다 크면, 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도범위와 비교하고, 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대습도 범위와 비교하는 과정과,
    상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이고, 상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대습도 범위이내이면, 상기 외기 댐퍼를 개방시키는 과정을 포함하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 외기 댐퍼의 개방도는,
    상기 실내 온도와 미리 설정된 공조기의 목표 온도의 차이에 따라 제어하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절전 운전 모드가 시작되면, 상기 절전 운전 모드의 수행 시간을 미리 설정된 절전 운전 시간과 비교하고,
    상기 절전 운전 모드의 수행 시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 절전 운전 모드가 시작되면, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 상기 실내 온도를 미리 설정된 허용 최대 온도와 비교하고,
    상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절전 운전 모드가 시작되면, 상기 절전 운전 모드가 최소로 유지되어야 하는 최소 절전 운전 시간을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최소 절전 운전 시간이 설정되면, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 상기 실내 온도와 미리 설정된 허용 최대 온도를 비교하고,
    상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드의 수행시간을 상기 최소 절전 운전 시간과 비교하고,
    상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 최소 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 단계를 더 포함하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 최소 절전 운전 시간 적용이 설정되지 않으면, 상기 실내 온도를 미리 설정된 설정 온도 범위 내로 유지할 것인지를 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 실내 온도가 상기 설정 온도 범위 내로 유지하는 것이 설정되면, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 상기 실내 온도를 미리 설정된 허용 최대 온도와 비교하고,
    상기 실내 온도가 상기 허용 최대 온도를 초과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 실내 온도가 상기 설정 온도 범위 내로 유지하는 것이 설정되지 않으면, 상기 절전 운전 모드의 수행시간을 상기 절전 운전 시간과 비교하고,
    상기 절전 운전 모드의 수행시간이 상기 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
  10. 실내 온도, 실내 습도, 실외 온도 및 실외 습도를 측정하는 단계와;
    상기에서 측정된 값들을 통해 실내 공기 엔탈피, 실외 공기 엔탈피 및 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 계산하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 공조기를 일정시간을 주기로 온/오프하는 절전 운전 모드시 절감되는 절전 에너지와 비교하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지보다 크면, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이를 미리 설정된 설정 엔탈피와 비교하고, 상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 설정 엔탈피보다 크면, 실외 온도를 미리 설정된 설정 온도범위와 비교하고, 실외 절대 습도를 미리 설정된 설정 절대습도 범위와 비교하고, 상기 실외 온도가 상기 설정 온도 범위이내이고, 상기 실외 절대 습도가 상기 설정 절대습도 범위이내이면, 외기 댐퍼의 개방도를 제어하는 단계와;
    상기 실내 공기 엔탈피와 상기 실외 공기 엔탈피의 차이가 상기 절전 에너지 이하이면, 상기 절전 운전 모드를 시작하고, 미리 설정된 절전 운전 시간 동안 상기 실내 온도가 미리 설정된 설정 온도 범위를 벗어나면, 상기 절전 운전 모드의 수행 시간을 최소 절전 운전 시간과 비교하고, 상기 절전 운전 모드의 수행 시간이 상기 최소 절전 운전 시간을 경과하면, 상기 절전 운전 모드를 중지하는 단계를 포함하는 외기 냉방 및 절전 운전을 이용한 건물의 공조 제어 방법.
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