KR101549411B1 - 활성 빌딩 스킨을 갖는 빌딩 관리 시스템, 이러한 시스템에서 사용을 위한 환경 리소스 컬렉터 및 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법 - Google Patents

Abstract

빌딩 관리 시스템(100)은 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요를 측정하기 위한 측정 시스템 및 빌딩 외부의 이용가능한 천연 리소스들을 획득하기 위한 수집 시스템을 포함한다. 빌딩 관리 시스템에는 잉여 리소스들을 저장하기 위한 저장 시스템 및 빌딩 외부의 리소스 가용성 및/또는 저장 시스템에 저장된 리소스들을 측정하기 위한 센서 시스템(112, 114, 116, 118, 120)이 추가로 제공된다. 또한, 측정 시스템, 센서 시스템 및 저장 시스템으로부터 데이터를 수신하도록 배열된 제어기(102)가 제공된다. 제어기는 수집 시스템에 의한 리소스들의 수집을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추기 위해 데이터에 기초하여 수집 시스템을 제어한다.

Description

활성 빌딩 스킨을 갖는 빌딩 관리 시스템, 이러한 시스템에서 사용을 위한 환경 리소스 컬렉터 및 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법{BUILDING MANAGEMENT SYSTEM WITH ACTIVE BUILDING SKIN, AN ENVIRONMENTAL RESOURCE COLLECTOR FOR USE IN SUCH A SYSTEM AND A METHOD OF MANAGING RESOURCES USED IN A BUILDING}

본 발명은 활성 빌딩 스킨(active building skin)을 포함하는 빌딩 관리 시스템 및 이러한 시스템에서 사용을 위한 환경 리소스 컬렉터(environmental resource collector)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공기/바람, 물 및 태양 에너지와 같은 이용가능한 환경 리소스들을 획득할 수 있는 활성 빌딩 스킨을 사용하여, 빌딩 내부의 필요한 리소스들을 빌딩 외부 및/또는 내부의 이용가능한 리소스들과 균형을 맞추도록 구성 및 배열되는 빌딩 관리 시스템에 관한 것이다.

지구 온난화(global warming), 에너지 및 이의 생산의 상승하는 가격들, 인구과잉과 같은 이슈들이 에너지를 보존하고/보존하거나 더 천연 이용가능한 에너지를 이용할 필요성을 강조한다.

예를 들면, 교토 의정서(Kyoto Accord)와 같은 세계적 공약들에 따른 온실 가스 배출(greenhouse gas emission)들을 중단하는 것으로 목표로 하는 최근의 법령은 전 세계에 빌딩들의 빌딩 인벨롭 성능(building envelop performance)의 정밀조사를 증가시킬 것이다(같다). 예를 들면, 유럽에서의 빌딩들이 유럽 연합 국가들에 의한 에너지 사용의 1/3을 차지한다고 여겨진다. 그 에너지 소비, 및 특히 이의 감소는 빌딩들이 자신들을 운용하는데 필요한 에너지를 감소시킬 큰 기회들을 제공하기 때문에, 지난 몇 년에 걸쳐 관심 및 연구 대상이 되었다.

빌딩 인벨롭이 에너지 소비의 대부분이 발생하는 빌딩의 내부와 이의 환경 사이의 주 경계(main boundary)이기 때문에, 빌딩 인벨롭은 또한 빌딩 내부에서 필요하고 사용된 리소스들과 공공 설비 그리드(public utility grid) 및 바람, 빛 및 물과 같은 천연 리소스들과 같은 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들 사이의 주 경계이다. 많은 연구들 및 개발들은 빌딩 인벨롭을 목표로 하였는데, 특히, 열 손실을 감소시키기 위해 단열(isolation)과 관련하여 빌딩 인벨롭의 열적 속성들을 개선시키는 것을 목표로 하였다. 대안적으로, 다른 개발들은 공공 설비 그리드에 대한 수요를 감소시키기 위한 시도에서, 예를 들면, 광전지(photovoltaic cell)들을 사용함으로써 에너지 생성 과정에서 인벨롭을 사용하는 것을 목표로 한다. 환경 리소스들의 사용의 또 다른 예는 예를 들면, 수세식 화장실(flushing toilet)들 또는 공기 처리 시스템(air treatment system)들에서의 증발에 의한 냉각을 위해 저장 및 사용될 수 있는 빗물과 같은 강수(precipitation)의 수집이다.

최근의 개발들은 빌딩들을 더 에너지 효율적이도록 함으로써 에너지를 보존하고 빌딩들 내부의 이러한 리소스들에 대한 필요성을 충족시키기 위하여 빌딩 외부의 이용가능한 (천연) 리소스들을 획득하기 위해 빌딩 인벨롭을 사용하는데 이용가능한 옵션들을 조합하는 것을 목표로 한다. 이러한 개발들에서, 빌딩 관리 시스템들이 역할을 한다.

에어-컨디셔닝(air-conditioning), 조명, 온도, 습도, 등과 같은 다양한 빌딩 디바이스들을 제어 및 모니터링(monitoring)하기 위한 빌딩 관리 시스템이 예를 들면, 미국 특허 출원 US2006/0159043으로부터 공지되어 있다. US2006/0159043에 개시된 바와 같은 빌딩 관리 또는 제어 및 정보 시스템은 제어된 장비를 통한 수요 중시의 설비 관리(demand side utility management)를 허용하는 미터링 디바이스들(metering devices)을 통하여 전기, 물, 가스, 등과 같은 빌딩 설비들을 제어하기 위하여 설비 모니터링 및/또는 제어 시스템을 포함하는 시스템을 포함한다. 공지된 빌딩 관리 시스템은 제어된 장비의 더 효율적인 사용에 의해 빌딩의 에너지 절약들을 성취하여, 빌딩의 사용자들에 대한 비용 절약들을 성취하도록 지향된다.

빌딩 관리 시스템들에 대한 또 다른 방식 및 빌딩들에서의 더 효율적인 에너지 사용이 소위 제로 에너지 빌딩(zero energy building)들 또는 오프-더-그리드 빌딩(off-the-grid building)들의 개념에서 발견될 수 있다. 이러한 빌딩들은 자신들이 공공 설비 그리드에 의존하지 않거나 매우 제한된 정도까지만 의존하는 방식으로 설계된다. 그 대신에, 이러한 빌딩들은 필요한 리소스들을 제공 및/또는 보존하기 위하여 더 양호한 단열(insulation), 열 펌프(heat pump)들, 태양 에너지와 같은 더 개선된 빌딩 기술들을 사용한다. 이러한 빌딩들은 예를 들면, 빌딩의 외부 쉘(outer shell) 또는 스킨이 빌딩 외부의 외부 요소들 또는 리소스들의 활성 매니퓰레이터(active manipulator)로서 사용될 수 있는 근원적인 철학을 가지고 건축될 수 있다. 이러한 활성 빌딩 스킨은 규제, 강화, 주의, 거절 또는 인트랩먼트(entrapment)(http://www.tech.plym.ac.uk/soa/arch/intel2.htm 참조)에 의해 빌딩 인벨롭을 통한 에너지 흐름들을 활성적으로 수정할 수 있다. 주로, 이러한 빌딩들은 빛을 전기 에너지로 활성적으로 변환하는 광전지들을 사용한다. 이러한 광전 시스템(photovoltaic system)의 예는 예를 들면, http://www.wbdg.org/design/bipv.php에 설명되어 있다.

광을 전기 에너지로 변환하기 위해 광전지들을 사용하는 것과 별도로, 바람을 환경 리소스으로서 획득하는 해결책들이 또한 종래 기술에 설명되어 있다. 이러한 시스템의 예는 풍력 패들 휠(wind-powered paddle wheel)로의 공기 주입구(air inlet)을 가지는 외벽 캐비티(outer wall cavity)를 포함하는 빌딩이 제시되어 있는 DE102005038490에 개시되어 있다. 패들 휠은 전기 에너지를 생성하기 위하여 발전기에 링크(link)된다.

또한, BG109049로부터, 물이 또한 빌딩의 외부로부터 수집될 수 있고 저장될 수 있다는 것이 공지되어 있다.

공지된 빌딩 관리 시스템들 및 연관된 디바이스들이 어느 정도까지 이용가능한 리소스들을 활용할 수 있고 공공 그리드에 대한 수요를 감소시키는 것을 원조할 수 있을지라도, 공지된 시스템들이 제공된 연관된 빌딩들은 여전히 적어도 어느 정도까지는 공공 그리드에 의존한다. 그러므로, 빌딩들이 실질적으로 오프-더-그리드이도록 하는 것, 즉, 빌딩들이 리소스들에 대한 자신들의 수요에 대해 이러한 빌딩들 외부의 이용가능한 천연 리소스들에만 주로 의지하도록 하는 것이 필요하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 빌딩이 실질적으로 오프-더-그리드이도록 하는 목적을 성취하는데 있어서 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 적어도 빌딩에서 리소스들의 소비의 감소를 주목표로 하는 기존 빌딩 관리 시스템들에 대한 대안을 제공하는 것이다.

이러한 목적들은 본 발명이 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요를 측정하도록 구성 및 배열된 측정 시스템, 및 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들을 획득하도록 구성 및 배열된 수집 시스템을 포함하는 빌딩 관리 시스템을 제공한다는 점에서 본 발명에 의해 성취된다. 빌딩 관리 시스템에는 빌딩 외부의 리소스 가용성(resource availability)을 측정하도록 구성 및 배열된 센서 시스템이 추가로 제공된다.

바람직하게는, 빌딩 관리 시스템에는 잉여 획득 리소스(surplus harvested resource)들을 저장하도록 구성된 저장 시스템이 제공되어, 센서 시스템이 또한 저장 시스템에 저장된 리소스들을 측정하고 이에 관한 데이터를 제어기에 공급하도록 구성된다.

또한, 측정 시스템, 센서 시스템 및 저장 시스템으로부터 데이터를 수신하도록 배열된 제어기가 제공되며, 제어기는 수집 시스템에 의한 리소스들의 수집을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추기 위해 데이터에 기초하여 수집 시스템을 제어하도록 추가로 배열된다.

그러므로, 본 발명에 따른 시스템에 의하면, 본 발명에 따른 시스템이 제공되는 빌딩이 실질적으로 오프-더-그리드이도록 추후 사용을 위해 획득된 리소스들을 저장할 수도 있으면서, 수요에 응답하여 천연 리소스들을 획득할 수 있는 완전히 통합된 시스템이 제공된다. 더욱이, 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템에 의하면, 적어도 리소스들에 대한 현재 수요를 빌딩 외부 및/또는 저장 시스템의 리소스들과 균형을 맞추도록 하기 위하여 측정된 데이터에 기초하여 수집 시스템을 제어하는 것이 이제 가능하다.

본 발명의 유용한 실시예에서, 빌딩 관리 시스템은 리소스들에 대한 수요를 충족시키기 위하여 제어기의 제어 하에서 획득된 리소스들에 포함된 에너지를 또 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성 및 배열된 에너지 변환 수단을 포함한다. 이것은 시스템이 리소스들에 대한 수요를 이용가능한 리소스들과 더 양호하게 균형을 맞출 수 있도록 할 것이다. 일례는 전기 에너지를 생성하는데 사용될 수 있거나 열을 제공할 수 있는 태양 에너지이다.

본 발명의 부가적인 유용한 실시예에서, 수집 시스템은 빌딩의 외부 상에 장착된 컬렉터들의 어셈블리(assembly)를 포함하고, 태양 에너지, 강수, 바람 에너지 및 빌딩과 빌딩의 주변들 사이의 온도차들로 이루어지는 리소스들의 그룹 중 하나 이상을 획득하도록 배열된다. 이 방식으로, 빌딩의 외부 주변(outer perimeter)이 이용가능한 리소스들을 활용(tap into)하는데 사용된다.

본 발명의 또 다른 유용한 실시예에서, 컬렉터들은 이동가능하게 구성되고 구동 수단과 연관되고, 구동 수단은 제어기의 제어 하에 있고, 구동 수단은 빌딩에 대하여 컬렉터들의 위치 및/또는 방향을 변화시키도록 구성된다. 이것은 컬렉터들이 항상 획득될 리소스에 대해 이상적으로 지향되는 것을 보증함으로써 컬렉터들을 최적으로 사용할 수 있도록 할 것이다.

추가적으로, 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템은 빌딩의 사용 패턴에 대한 정보를 저장할 수 있는 메모리를 포함할 수 있고, 상기 정보는 제어기에 이용가능하고, 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템은 기상 예보 시스템(weather forecasting system)에 또한 접속가능할 수 있다. 이러한 정보는 사용을 예상하고 수요의 순간과 상이한 순간에 리소스들을 획득함으로써 리소스들 및 시스템에 의한 시간에 걸친 사용을 매칭(matching)시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 수집 시스템의 컬렉터들은 빌딩의 외부로부터 확장되는 퍼넬(funnel)들로서 형상화되고, 퍼넬의 넓은 부분이 빌딩으로부터 떨어져 지향된다. 이러한 퍼넬 또는 트럼펫(trumpet)-형상의 컬렉터는 단순히 자신이 적절하게 지향되도록 하는 자신의 형상 때문에 다수의 리소스들을 획득하는데 특히 적합하고, 강수 및 바람과 같은 유동 리소스들을 획득하는데 특히 적합하다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 실질적으로 퍼넬-형상의 본체(main body)를 포함하는 환경 리소스 컬렉터가 제공된다. 본체는 자신의 넓은 부분 및 좁은 부분 둘 모두에서 개방되어, 자신의 넓은 부분으로부터 좁은 부분으로의 환경 리소스들에 대한 통로를 제공한다. 리소스 컬렉터의 특정 퍼넬 형상은 리소스 컬렉터가 퍼넬의 형상으로 인하여 바람 및 강수, 특히, 비를 획득하는데 특히 적합하도록 한다. 더 넓은 부분은 최대화된 영역이 리소스들을 수집하도록 하는 반면, 퍼넬 형상과 연관되는 직경의 점진적인 감소는 수집된 바람 및/또는 물을 수송하는 것을 돕는다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요를 측정하는 단계, 수집 시스템을 사용하여 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들을 획득하는 단계 및 획득된 리소스들의 잉여분(surplus)을 저장 시스템에 저장하는 단계를 포함하는, 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법이 제공된다. 또한, 방법은 빌딩 외부의 리소스 가용성 및/또는 저장 시스템에 저장된 리소스들을 측정하는 단계 및 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요에 관한 데이터 및 빌딩 외부와 저장 시스템의 리소스들의 가용성에 관한 데이터를 제어기에 공급하는 단계를 포함한다. 그러므로, 이 데이터에 의하여, 수집 시스템에 의한 리소스들의 획득을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추는 것이 행해지거나, 적어도 리소스들의 획득을 수요와 균형을 맞추는 것이 성취된다.
US 6,372,978 B1은 재생가능한 소스들로부터 에너지를 캡처(capture)하는 빌딩을 위한 난방 및 냉방 시스템을 개시한다. 캡처된 에너지는 빌딩에 직접적으로 사용될 수 있거나 추후 사용을 위해 저장될 수 있다. US 6,372,978 B1의 시스템은 제어기를 갖도록 도시된다. 이 제어기는 빌딩 관리 시스템의 저장 기능의 제어 요소들에 대해 개시된다. 그러나, 청구항 제 1 항에 따른 본 발명의 경우에서와 같이, 제어기가 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요를 측정하기 위해 구성 및 배열된 특정 시스템으로부터 입력들을 수신하도록 배열됨이 개시되지 않고, 제어기가 빌딩 외부의 리소스 가용성을 측정하도록 구성 및 배열된 센서 시스템으로부터 입력들을 수신하도록 배열됨이 개시되지 않고, 제어기가 수집 시스템에 의한 리소스들의 수집을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추기 위해 상기 데이터에 기초하여 수집 시스템을 제어하도록 추가로 정렬됨이 개시되지 않는다.

본 발명의 이러한 양태들, 특징들과 장점들 및 다른 양태들, 특징들과 장점들이 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호들이 병기되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템의 다음의 설명에 의해 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템이 제공된 빌딩을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 컬렉터들이 제공된 빌딩을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 빌딩의 인벨롭에 대한 3개의 상이한 위치들에서의 본 발명에 따른 컬렉터를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 다수의 컬렉터들이 상부에 장착된 빌딩의 인벨롭의 일부를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 4개의 상이한 형상들, 크기들 및 방향들을 가지는 본 발명에 따른 컬렉터들의 아티스트 임프레션(artists impression)을 도시한 도면.

도 1은 본 발명에 따른 빌딩 관리 시스템(100)이 제공된 빌딩(110)을 개략적으로 도시한다. 빌딩 관리 시스템(100)에는 예를 들면, 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 특정 소프트웨어를 구동하는 개인용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 적합한 수단일 수 있는 중앙 제어기(102)가 제공된다. 중앙 제어기(102)는 빌딩(110)의 리소스 소비 또는 수요를 측정하는 측정 시스템에 연결된다. 도 1의 예에서, 측정 시스템은 참조 번호들(104, 106 및 108)로 표시된 3개의 별도의 측정 시스템들에 의해 형성된다. 그러나, 이것이 단지 예라는 것이 이해되어야 한다. 도 1의 실시예에서, 물 소비가 제 1 측정 시스템(104)에 의해 측정되고, 전기 소비가 제 2 측정 시스템(106)에 의해 측정되고, 예를 들면, (도시되지 않은) 에어 컨디셔닝 시스템에 의한 공기에 대한 수요가 제 3 측정 시스템(108)에 의해 측정된다.

리소스의 단일 소비자, 예를 들면, 언급된 에어 컨디셔닝 시스템의 리소스 소비 또는 수요가 상이한 팩터(factor)들에 의해 영향을 받을 수 있다는 점이 주의된다. 에어 컨디셔닝 시스템에 의해 냉각될 필요가 있는 공기는 예를 들면, 전기 에너지를 이용하는 냉장 시스템(refrigeration system)을 사용함으로써 냉각될 수 있거나, 물 증발에 의해 동작하는 에어 컨디셔닝 시스템을 사용하여 냉각될 수 있다. 또 다른 옵션(option)은 빌딩 주위의 공기 바람(air breeze)들을 획득함으로써 공기를 냉각시키는 것일 것이다.

중앙 제어기(102)는 도 1의 실시예에서 센서들(112, 114, 116)을 포함하는 센서 시스템에 추가로 연결된다. 센서들(112, 114 및 116)은 빌딩 주위의 리소스 가용성을 측정하도록 구성된다. 도 1의 예에서, 센서(112)는 이용가능한 태양 에너지를 측정할 수 있고, 센서(114)는 예를 들면, 강수가 비의 형태로 빌딩 주위에 존재하는지의 여부를 측정할 수 있고, 센서(116)는 빌딩의 외부에 바람이 존재하는지 및 그러한 경우에, 빌딩의 외부에 얼마나 많은 바람이 존재하는지를 측정할 수 있다.

센서 시스템은 제어기(102)에 또한 연결되는 추가적인 센서들(118, 120)을 추가로 포함한다. 센서들(118, 120)은 획득 리소스들을 저장할 수 있는 저장 시스템과 연관된다. 센서들(118 및 120)은 이러한 저장된 리소스들을 측정하기 위하여 제공된다: 센서(118)는 저장된 전기 에너지의 가용성을 측정하고, 센서(120)는 저장된 물의 가용성을 측정한다.

빌딩 관리 시스템(100)에는 빌딩(110) 외부의 이용가능한 천연 리소스들을 활용하도록 특정하게 설계되고 빌딩의 외부 상에 장착되는 다수의 환경 리소스 컬렉터들, 짧은 컬렉터들, 또는 컬렉터들(122, 124)의 어셈블리를 포함하는 수집 시스템이 제공된다. 도 1에서, 컬렉터들(122, 124)은 매우 개략적으로만 도시되어 있고, 특히, 도면의 명확화만을 위하여 매우 제한된 수의 컬렉터들만이 도시되어 있다. 빌딩 관리 시스템(100)이 필요하다고 간주되는 임의의 수의 컬렉터들을 포함할 수 있고 도 1에 도시된 컬렉터들의 수가 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니라는 점이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 예로서, 도 2에 더 많은 수의 컬렉터들(122)이 빌딩(110)의 인벨롭 상에 장착되는 것으로 도시되어 있는데, 여기서, 컬렉터들의 크기가 명확화를 위하여 과장된다는 점이 주의된다.

도 1로 리턴(return)하면, 컬렉터들은 자신들이 빌딩의 인벨롭을 점유 또는 형성하도록 장착된다. 컬렉터들(122, 124)(의 어셈블리)은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 태양 에너지, 강수, 바람 에너지 및 빌딩과 이의 주변들 사이의 온도차들로 이루어지는 리소스들의 그룹 중 하나 이상을 획득하도록 배열된다.

컬렉터들(122, 124)의 어셈블리 각각은 특정 환경 리소스를 획득하도록 특정하게 설계되는 다수의 유형들의 컬렉터들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 태양 에너지만을 획득하는 전용 컬렉터 또는 컬렉터들의 어셈블리가 제공될 수 있다. 그러나, 컬렉터들의 어셈블리는 또한 빌딩(110)의 환경으로부터 하나 이상의 리소스들을 획득할 수 있는 단일 유형의 컬렉터들을 포함할 수 있다.

컬렉터들 또는 컬렉터들의 어셈블리들(122, 124)은 서로 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 빗물 또는 눈과 같은, 강수를 수집하기 위한 컬렉터는 태양 에너지를 수집하는 것을 목표로 하는 이웃하는 컬렉터를 그늘지게 할 수 있다. 대안적으로, 빌딩(110)의 외부 또는 인벨롭 상에 장착되는 컬렉터들은 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요에 영향을 줄 수 있는데, 예를 들면, 태양 에너지 컬렉터는 통상적으로 룸(room)에 조명을 제공하는 햇빛을 차단할 수 있다. 또 다른 빌딩이 하나 이상의 컬렉터들을 그늘지게 하는 것이 또한 가능하다.

다른 부분들 또는 빌딩들의 이러한 상호의존성(interdependency) 또는 영향은 제어기(102)에 의해 컬렉터들을 제어함으로써, 예를 들면, 컬렉터들을 물리적으로 이동시키거나, 컬렉터들의 형상을 변화시키거나, 빌딩에 대한 컬렉터들의 방향 및/또는 컬렉터들의 위치를 변화시킴으로써 관리될 수 있다. 예를 들면, 획득되어야 하는 천연 리소스가 컬렉터들의 크기를 변화시키는 것이 필요할 때, 컬렉터들의 크기를 변화시키는 것조차도 가능하다. 이것은 모터 또는 제어 기어(control gear)를 포함할 수 있는 구동 수단(126)에 의해 성취될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 구동 수단이 또한 가능하다. 구동 수단(126)은 개별적인 컬렉터(122, 124) 또는 여러 컬렉터들의 어셈블리를 지금하고 있는 태스크(task), 즉, 리소스를 획득하는 것에 대한 최적의 위치로 조정할 수 있고, 이에 의해 제어기(102)는 하나 이상의 리소스들을 최적으로 획득하기 위하여 컬렉터(들)의 위치, 방향, 크기 및/또는 형상을 최적화할 수 있다. 이 프로세스는 컬렉터, 컬렉터의 유형 또는 컬렉터들의 그룹과 연관된 서브-제어기(130)의 제공에 의해 추가로 최적화될 수 있다. 구동 수단(126)이 단일 컬렉터를 작동시키도록 배열될 수 있지만, 컬렉터들의 그룹을 작동시키는데에도 또한 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 유사하게, 컬렉터 당 하나 이상의 서브-제어기들(130)이 제공될 수 있거나 여러 컬렉터들이 하나의 서브-제어기의 제어 하에 있다.

컬렉터들(122, 124)은 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 빌딩(110)의 인벨롭에 걸쳐 균일하게 분포될 필요는 없다. 일례로서, 태양 에너지 획득은 북반구에 있는 빌딩의 북쪽면 상에서 발생할 수 없다. 대안적으로, 빌딩의 특정 디자인이 또한 사용될 수 있는데, 특히, 태양 에너지의 수집 또는 빗물의 수집을 위해 기울어진 표면들이 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 강수의 수집에 특정하게 전용되는 컬렉터들이 시간에 걸쳐 대부분의 강수를 수용하거나, 수용하도록 예상되는 빌딩 인벨롭의 그러한 부분들 상에 위치될 수 있다.

중앙 제어기(102)는 적어도 환경으로부터의 리소스 가용성을 빌딩의 리소스들에 대한 수요와 균형을 맞추기 위해 구동 수단(126)을 작동시킴으로써 컬렉터들을 가장 양호하게 이용하는 방법을 결정하는데 측정 시스템(104 내지 108) 및 센서 시스템(112 내지 120)에 의해 모여진 데이터를 사용한다. 그러나, 중앙 제어기는 환경 리소스들의 획득이 적어도 빌딩에서의 현재 수요에 맞춰지도록 시스템을 제어한다. 중앙 제어기(102) 및 이용가능한 및 필요 리소스들을 핸들링(handling)하는 상이한 시스템에 대한 이의 제어는 중앙 시스템에 메모리(128)를 제공함으로써 추가로 개선될 수 있다. 메모리(128)는 빌딩의 리소스들의 사용 패턴에 관한 정보를 수집 및 저장하는데 사용될 수 있고, 이 정보를 제어기(102)에 제공하여 이의 리소스 획득 및/또는 저장 및 시간에 걸친 리소스들의 사용을 더 양호하게 매칭시키도록 할 수 있다. 더욱이, 메모리(128)는 또한 자신에 미래의 기상 조건들을 제공하므로, 천연 리소스들의 가용성에 대한 미래의 예상들 및 어느 정보가 제어기(102)에 이용가능하다는 것을 제공하는 하나 이상의 기상 예보 서비스들에 링크될 수 있다. 기상 예보 서비스에 의해 제공된 정보의 정확도는 예를 들면, 빌딩의 GPS 좌표들 또는 빌딩의 통상적 좌표(경도 및 위도)의 제공에 의해 빌딩의 정확한 위치를 확립하고, 이를 실시간 기상 맵(real-time weather map)에 링크함으로써 추가로 증가될 수 있다.

언급된 정보와 별도로, 메모리(128)는 또한 이용가능한 컬렉터들의 유형 및 량에 관한 정보를 저장할 수 있다. 컬렉터(102)는 리소스들 및 시간에 걸친 사용을 매칭시키는데 이 정보를 사용할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 컬렉터들은 동일한 목적을 위하여 자신의 유형을 제어기(102)에 전달할 수 있다. 제어기(102)는 단지 하나의 빌딩에 대해서가 아니라, 더 넓은 영역에 걸친 최적의 리소스 균형화를 성취하기 위하여 다른 빌딩들의 유사한 제어기들, 또는 리소스들의 다른 공급자들과 추가로 통신할 수 있다.

상술된 바와 같이, 컬렉터들(122, 124)은 상이한 천연 리소스들을 수집할 수 있는데, 특히, 컬렉터들은 태양 에너지, 즉, 광, 바람 에너지 및 강수, 특히, 비를 수집하도록 설계된다. 이러한 천연 리소스들의 수집이 빌딩(110)의 인벨롭에 대한 3개의 상이한 위치들에서의 컬렉터(122)의 개략적인 표현이 제공되고 상기 위치들에서 상이한 리소스가 수집되는 도 3에 추가로 도시되어 있다. 도 3에서 명백하게 인식될 수 있는 바와 같이, 컬렉터(들)(122)는(은) 리소스의 수집을 최적화하기 위하여 빌딩(110)의 인벨롭에 대해 자신들의 방향을 변화시킬 수 있다.

도 4에서, 빌딩의 인벨롭의 작은 부분이 도시되어 있는데, 여기서, 컬렉터들(122)이 장착되고 컬렉터들이 중앙 제어기의 제어 하에 있을 때 활성 빌딩 스킨을 형성하는 방법이 인식될 수 있다. 도 4로부터, 컬렉터들(122)의 퍼넬 형상이 명백하게 인식될 수 있다. 또한, 모든 컬렉터들(122)이 동일한 크기로 이루어지지는 않는다는 점이 인식될 수 있다. 또한, 컬렉터들(122) 사이의 공간(200)이 윈도우들로서 사용될 수 있어서, 빌딩의 거주자들이 밖을 볼 수 있고 직접적인 햇빛이 여전히 빌딩으로 들어올 수 있다는 점이 인식될 수 있다.

컬렉터들의 형상, 크기 및 방향 변화 가능성들의 또 다른 예로서, 도 5는 동일한 세트의 컬렉터들의 4개의 상이한 형상들, 크기들 및 방향들의 아티스트 임프레션이다. 도 5의 상부 좌측 그림은 예를 들면, 비활성 상태 또는 컬렉터들이 바람만을 수집하는 상태일 수 있는 자신들의 가장 감소되거나 가장 작은 크기의 컬렉터들(122)을 도시한다. 도 5의 상부 우측 그림에서, 컬렉터들은 빌딩(110)에 대해 실질적으로 수직으로 지향되고, 퍼넬의 넓은 부분이 확대되었다. 컬렉터(122)의 이 위치, 형상 및 크기는 바람 에너지를 수집하는데 특히 적합하다. 이 때문에, 컬렉터들에는 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 바람에 의해 구동되는 임펠러(impeller)가 제공될 수 있거나 컬렉터들은 수집된 바람을 중앙 임펠러 쪽으로 수송하는 튜빙 어셈블리(tubing assembly)에 연결될 수 있다.

하부 좌측 그림에서, 컬렉터들, 특히, 퍼넬의 넓은 부분이 훨씬 더 확대되고, 상부로 지향된다. 이 방향에서, 컬렉터들은 빗물을 수집하는데 특히 적합하다. 도 5의 하부 우측 그림에서, 컬렉터의 넓은 부분, 특히 이의 단면이 더 이상 정확한 원으로 형상화되는 것이 아니라, 이의 하부가 이의 상부보다 다소 더 확장된다는 점이 인식될 수 있다. 이 형상에서, 컬렉터(122)는 태양 에너지를 수집하는데 특히 적합하다. 이 때문에, 컬렉터(122)에는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 광전지들의 커버링(covering)이 제공되는 내부면이 제공될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 컬렉터들은 또한 또는 게다가, 초점을 향해 인입하는(incoming) 광을 반사시키기 위하여 반사 속성들을 가지는 내부면을 포함할 수 있다. 초점 상에 포커싱(focusing)된 광이 예를 들면, 또 다른 미러링(mirroring)된 표면들 또는 광섬유들에 의해 추가로 수송될 수 있다.

본 발명의 범위가 상술된 예들로 제한되는 것이 아니라 오히려, 첨부된 청구항들에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 다양한 변화들 및 수정들이 가능하다는 점이 당업자에게 명백할 것이다.

예를 들면, 상술된 빌딩 관리 시스템에는 또한 빌딩의 사용 동안 생성되는 쓰레기로부터 에너지를 추출할 수 있는 쓰레기 관리 장비가 제공될 수 있다. 이 에너지는 예를 들면, 쓰레기의 소각의 직접적인 산물로서의 열의 형태, 또는 종래의 쓰레기 소각 시스템이 스팀에 의해 구동되는 발전소에 결합될 때 전기의 형태일 수 있다. 이 점에서, 생성되는 임의의 잉여 에너지 또는 빌딩 관리 시스템에 의해 수집되는 잉여 리소스들이 공공 그리드로 채널링(channeling)되거나 다른 빌딩들로 채널링되는 것이 또한 가능하다는 것이 주의된다.

또 다른 예로서, 컬렉터들이 바람직하게는 퍼넬 형상을 가지는 것으로서 설명된다. 컬렉터들에 대해 다른 형상들이 또한 가능하다는 점이 물론 이해될 것이다. 이것은 평활 컬렉터들로서 매우 양호하게 형성될 수 있는 광전지들이 일례로서 제공되는 컬렉터들과 같이, 수집할 단일 리소스를 가지는 그러한 컬렉터들에 대해서 특히 그러하다. 그러나, 다른 형상들이 또한 가능하다.

또한, 본 발명의 빌딩 관리 시스템을 단일 빌딩에 제공하는 것이 가능하지만, 빌딩들의 콤플렉스(complex)를 단일 빌딩 관리 시스템의 제어 하에 두는 것이 동등하게 가능하다는 점이 이해될 것이다.

최종적으로, 상기 실시예들이 다수의 컬렉터들을 가지는 것으로 설명된다는 점이 주의된다. 예를 들면, 빌딩의 전체 (측) 표면이 큰 단일 컬렉터에 의해 커버되는 것이 또한 가능하다.

100: 빌딩 관리 시스템 102: 중앙 제어기
104, 106, 108: 측정 시스템 110: 빌딩
112, 114, 116, 118, 120: 센서 122, 124: 컬렉터
126: 구동 수단 128: 메모리
130: 서브-제어기

Claims (29)

1. 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템에 있어서:
   - 상기 빌딩 내부의 리소스들(resources)에 대한 수요를 측정하도록 구성 및 배열된 측정 시스템;
   - 상기 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들을 획득하도록 구성 및 배열된 수집 시스템;
   - 상기 빌딩 외부의 리소스 가용성(resource availability)을 측정하도록 구성 및 배열된 센서 시스템;
   - 잉여 획득 리소스들(surplus harvested resources)을 저장하도록 구성된 저장 시스템; 및
   - 상기 측정 시스템, 상기 센서 시스템 및 상기 저장 시스템으로부터 데이터를 수신하도록 배열된 제어기로서, 상기 수집 시스템에 의한 리소스들의 수집을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추기 위해 상기 데이터에 기초하여 상기 수집 시스템을 제어하도록 추가로 배열되고, 상기 데이터는 상기 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요에 관한 데이터 및 상기 빌딩 외부의 리소스들의 가용성에 관한 데이터를 포함하는, 상기 제어기를 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 시스템은 상기 저장 시스템의 리소스 가용성을 측정하도록 추가로 구성 및 배열되는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수집 시스템은 상기 빌딩의 외부 상에 장착된 컬렉터들의 어셈블리(assembly)를 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 컬렉터들의 어셈블리는 특정 리소스를 획득하도록 전용되는 다수의 유형들의 컬렉터들을 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 컬렉터들의 어셈블리는 하나 이상의 리소스들을 획득할 수 있는 단일 유형의 컬렉터들을 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컬렉터들은 이동가능하게 구성되고, 구동 수단으로서, 상기 제어기의 제어 하에 있고, 상기 빌딩에 대하여 상기 컬렉터들의 위치 및/또는 방향을 변화시켜, 상기 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들을 고려하여 상기 컬렉터들의 어셈블리의 위치 및/또는 방향을 로컬적으로(locally) 최적화시키도록 구성되는, 상기 구동 수단과 연관되는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 빌딩 관리 시스템은 상기 빌딩의 사용 패턴에 대한 정보로서, 상기 제어기에 이용가능한, 상기 정보를 저장할 수 있는 메모리를 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 메모리는 기상 예보 시스템에 연결될 수 있는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
9. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수집 시스템의 컬렉터들은 상기 빌딩의 외부로부터 확장되는 퍼넬들(funnels)로서 형상화되고, 상기 퍼넬의 넓은 부분은 상기 빌딩으로부터 떨어져 지향되고, 상기 컬렉터들은 상기 컬렉터의 넓은 부분의 크기를 변화시키도록 구성 및 배열된 또 다른 구동 수단으로서, 상기 제어기의 제어 하에 있는, 상기 또 다른 구동 수단과 연관되는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
10. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 컬렉터는 리소스들의 가용성을 로컬적으로 측정하기 위한 전용 센서와 연관되는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득된 리소스들에 포함된 에너지를 또 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성 및 배열된 에너지 변환 수단을 추가로 포함하는, 빌딩에서 사용을 위한 빌딩 관리 시스템.
12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 빌딩 관리 시스템에서의 사용을 위한 환경 리소스 컬렉터에 있어서:
    퍼넬-형상의 본체로서, 자신의 넓은 부분 및 좁은 부분 둘 모두에서 개방되어, 상기 본체의 넓은 부분으로부터 좁은 부분으로의 환경 리소스들에 대한 통로를 제공하는, 상기 퍼넬-형상의 본체를 포함하고, 또한 상기 리소스 컬렉터는 형상-변화 속성들을 갖는, 환경 리소스 컬렉터.
13. 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법에 있어서:
    - 상기 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요를 측정하는 단계;
    - 수집 시스템을 사용하여 상기 빌딩 외부의 이용가능한 리소스들을 획득하는 단계;
    - 상기 빌딩 외부의 리소스 가용성을 측정하는 단계;
    - 잉여 획득 리소스들을 저장하는 단계;
    - 상기 빌딩 내부의 리소스들에 대한 수요에 관한 데이터 및 상기 빌딩 외부의 리소스들의 가용성에 관한 데이터를 제어기에 공급하는 단계; 및
    - 상기 제어기에 공급된 상기 데이터를 사용하여 상기 수집 시스템에 의한 리소스들의 획득을 리소스들에 대한 현재 및/또는 예상 수요에 맞추는 단계를 포함하는, 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    - 획득된 리소스들의 잉여분을 저장 시스템에 저장하는 단계;
    - 상기 저장 시스템의 리소스 가용성을 측정하는 단계; 및
    - 상기 저장 시스템의 리소스들의 가용성에 관한 데이터를 상기 제어기에 공급하는 단계를 포함하는, 빌딩에서 사용된 리소스들을 관리하는 방법.
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