KR101758321B1 - An influencing factor modeling method and system for making a comfortable environment - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르는 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법은 실내 온도 조절 영향 요소들을 외부 온도 Toutdoor(t), 난방 시스템을 통해 발생된 열 Qgain(t), 및 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기 Gfr .air(t)로 정의하는 단계; 상기 실내 온도 조절 영향 요소들 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)를 각각의 전달 함수 WT1(p), WT2(p), 및 WT3(p)를 통해 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계; 실내 습도 조절 영향 요소들을 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도Xfr .air(t), 스팀 소비율(steam consumption) Gsteam(t), 및 외부에서 유입되는 공기의 유속 G'(t)로 정의하는 단계; 및 상기 실내 습도 조절 영향 요소들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각의 전달 함수 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)를 통해 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계;를 포함하며, 이에 의하면, 건물의 온도 및 습도 조절 시스템이 보다 효율적으로 작동할 수 있으며, 에너지 절약적인 시스템 운영이 가능하다.The influencing factor modeling method for creating a comfortable environment according to the present invention is characterized in that the influencing factors of the room temperature are defined as the outdoor temperature T outdoor (t), the heat Q gain (t) generated through the heating system, and the fresh air G fr .air (t); Said indoor thermostatic effect element outdoor T (t), Q gain (t), and G fr .air a (t), each of the transfer function W T1 (p), W T2 (p), and W T3 (p) Calculating the degree of influence on the room temperature T (t) The indoor humidity control factors are defined as absolute humidity X fr .air (t), steam consumption G steam (t), and the flow rate G '(t) of the externally introduced air step; And said indoor humidity control effect element X fr .air (t), G steam (t), and G '(t) for each of the transfer function W X1 (p), W X2 (p), and W X3 (p (T) of the indoor humidity X (t) through the use of the indoor temperature and humidity control system, whereby the temperature and humidity control system of the building can be more efficiently operated and the energy saving system can be operated .
Description
본 발명은 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 쾌적한 환경을 조성하기 위해 환경에 영향을 미치고 있는 변수들을 고려하여 적합한 영향 요소들을 설정할 수 있도록 구성된 영향 요소 모델링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and system for modeling an influence factor for creating a pleasant environment, and more particularly, to an influence factor modeling method and system for constructing a comfortable environment, And a system.
일반적으로, 쾌적한 온도 및 습도를 위해 자동화된 알고리즘을 갖는 기기 및/또는 시스템은 단순히 사용자가 설정한 온도 및 습도에서 벗어나지 않도록 실내 온도 및 습도를 조절하도록 구성되었다.In general, devices and / or systems with automated algorithms for comfortable temperature and humidity are configured to simply adjust the room temperature and humidity so as not to deviate from the temperature and humidity set by the user.
국내공개특허 제10-2005-0018888호는 공기조화데이터베이스구축을 통한 실내 온도조절 방법에 관한 것으로, 여러 가지 단계를 포함하여 구성되어, 실내에 수용되는 인원수에 따른 실제 실내온도를 정확히 측정하여 이를 데이터베이스화 하여 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 이에 의하면 실제 실내온도를 측정할 시에 고려되는 영향 요소는 사람들의 체열에 의한 온도로서, 실질적으로 상황에 따라 사람들의 체열이 실내 온도에 가장 큰 영향을 미치는지는 알 수 없다는 한계가 있다. 특정 상황에서 사람들의 체열이 아닌 다른 영향 요소가 오히려 실내 환경에 더 큰 영향을 미칠 수 있으며, 이때 사람들의 체열만을 고려하여 실내 온도를 조절하는 것만으로는 효율적인 실내 온도 조절이 불가능하다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2005-0018888 discloses a method of adjusting an indoor temperature by building an air conditioning database. The method includes steps of accurately measuring the actual indoor temperature according to the number of people accommodated in the room, Thereby controlling the temperature. However, according to this, there is a limitation in that it is impossible to know whether the person's body heat has the greatest influence on the room temperature depending on the situation, which is a temperature due to the person's heat, which is considered as an influence factor when the actual room temperature is measured. In a specific situation, other influences other than the person's heat may have a greater influence on the indoor environment. In this case, it is not possible to control the indoor temperature effectively by adjusting the room temperature only considering people's heat.
즉, 더 큰 영향을 미치는 상기 다른 영향 요소가 처리되지 않는 이상, 효율적인 실내 온도의 조절이 불가능하다는 점에서 국내공개특허 제10-2005-0018888호와 같은 종래기술은 한계가 있다. That is, there is a limitation in the prior art as disclosed in Korean Patent Application No. 10-2005-0018888 in that it is impossible to efficiently adjust the room temperature unless the above-mentioned other influence factors are processed.
실질적으로 실내에서 열원으로 작용하는 여러 가지 요소에 대한 분석이 없이 이루어지는 것으로, 결국 미리 설정된 영향 요소, 예를 들면 도입외기량 또는 실내공간에 수용된 인원수 등으로만 외기냉방의 정도를 조절할 수 있다는 한계가 있다. It is possible to control the degree of the outdoor air cooling only by the influence factors set in advance, for example, the introduction outdoor capacity or the number of persons accommodated in the indoor space. have.
가장 쾌적한 환경 및 에너지 절약을 위해 외기냉방 운전방법이 제공된 경우 외에도, 종래에 온도 및 습도의 설정은 히터, 공조기, 팬, 에어컨, 등을 각각 이용하여 온도 및 습도를 조절함으로써 설정되었으나, 이는 실내 환경에 영향을 미치는 다양한 요소들, 예를 들면 유입되는 외기, 실내에 있는 사람에 의해 발생하는 열, 날씨의 영향 등의 변수들이 고려되지 않고 결정되었다.Conventionally, the temperature and humidity are set by controlling the temperature and the humidity by using the heater, the air conditioner, the fan, the air conditioner, etc. in addition to the case where the outdoor air cooling operation method is provided for the most comfortable environment and energy saving. However, The variables influencing the various factors affecting the environment, such as the influx of ambient air, the heat generated by people in the room, and the effects of weather, were determined without consideration.
이에 따라 기존 기술과 같이 단순히 사용자가 설정한 온도 및 습도에 맞춰서 기기 및/또는 시스템이 구동되는 것은 에너지 측면에서 비효율적이며 부정확하다는 문제가 있고, 기존 기술에 의하면, 온도 및 습도를 빠르게 조절하고자 할수록 많은 에너지가 사용되는 것은 물론이다.Accordingly, it is inefficient and inaccurate to operate the device and / or the system in accordance with the temperature and humidity set by the user as in the conventional technology, and according to the existing technology, as the temperature and humidity are controlled more rapidly Of course, energy is used.
또한, 실내 환경에 영향을 미치는 다양한 요소들을 반영하여 온도 및 습도를 조절하기 위해서는 많은 양의 데이터를 실시간으로 또는 주기적으로 입력하여 이들 간의 관계와 각각의 요소가 실내환경에 영향을 미치는 정도를 계산해야 하지만, 현재까지는 이를 효율적이고 정확하게 하는 데에는 한계가 있다. 따라서, 더 정확하고 에너지 절약적으로 바람직한 온도 및 습도와 같은 영향 요소들을 설정할 수 있도록 구성된 모델링 방법이 필요한 실정이다.Also, in order to control the temperature and humidity in order to reflect various factors affecting the indoor environment, a large amount of data should be inputted in real time or periodically, and the relationship between them and the degree of influence of each element on the indoor environment should be calculated However, until now, there is a limit to efficiently and precisely. Therefore, there is a need for a modeling method that is configured to set influencing factors such as temperature and humidity that are more accurate and energy saving.
온도 및 습도 조건을 관리하기 위한 시스템을 구성하는 데에는 온실 시설 모델의 개발이 필요하다. 온실 시설 모델은 시스템 내에서 발생하는 과정들을 두 가지 서로 다른 관점에서 반영한다. 한 가지는 알고리즘의 합성이고, 다른 하나는 관리 품질의 분석이다. 관리 품질의 분석 관점에서 모델 요구사항이 적절하면, 모델의 개발은 이러한 적절한 요구사항들을 고려하면서 과학적인 지원 작업 합성 알고리즘의 현재 수준도 고려해야 한다. Development of a greenhouse facility model is needed to construct a system to manage temperature and humidity conditions. The greenhouse model reflects the processes that occur within the system from two different perspectives. One is the synthesis of the algorithm and the other is the analysis of the management quality. If the model requirements are appropriate in terms of analysis of management quality, the development of the model should take into account these appropriate requirements, as well as the current level of scientific support work synthesis algorithms.
A. Chaouachi , R. M. Kamel , R. Andoulsi , K. Nagasaka , " Mulriobjective Intelligent Energy Management for a Microgrid ", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no 4, pp. 1688-1699, 2013.; 및 H. Zhang , A. Ukil, "Framework for Multipoint Sensing Simulation for Energy Efficient HVAC operation in Buildings", 41st IEEE Annual Conf . on Industrial Electronics-IECON, Yokohama, Japan, Nov. 2015.에 따르면, 두 가지 군의 기후 모델을 볼 수 있다. A. Chaouachi , RM Kamel , R. Andoulsi , K. Nagasaka , " Mulriobjective Intelligent Energy Management for a Microgrid & quot ;, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no 4, pp. 1688-1699, 2013 ; And H. Zhang , A. Ukil, "Framework for Multipoint Sensing Simulation for Energy Efficient HVAC Operation in Buildings ", 41st IEEE Annual Conf . on Industrial Electronics-IECON, Yokohama, Japan, Nov. According to 2015. , two climatic climatic models can be seen.
기본 모델(fundamental model)은 분석 및 품질 제어 시스템의 대상 성질의 문제들을 해결하기 위한 것으로, 이러한 군에 속한 모델들은 (일반적으로 상태 공간에서의) 미분 방정식을 통해 표현된다. 이러한 군에 속한 모델들의 파라미터들은 물리적인 해석이 필요하다.The fundamental model is intended to solve problems of object nature of analytical and quality control systems, and models belonging to this group are expressed through differential equations (usually in state space). The parameters of the models belonging to this group need a physical interpretation.
블랙 박스 모델(black box model)은 해답-지향적인 제어 알고리즘 합성 문제들을 필요로 한다. 이들은 정적 모델(회귀, 뉴럴(neural) 네트워크의 사용에 기초한, 다항식, 퍼지 세트(fuzzy set)) 또는 동적 모델(일반적으로 식별 방법에 의해 실험적 데이터로부터 결정된 계수(coefficient)를 갖는 미분 방정식의 형태)을 사용하여, 특정한 합성 문제에 기초하고, 온실의 물리적인 파라미터와 구조적인 파라미터 간의 명확한 관계가 없다.The black box model requires solution-oriented control algorithm synthesis problems. These are either static models (polynomials based on the use of regression, neural networks, fuzzy sets), or dynamic models (in the form of differential equations with coefficients determined from empirical data, , There is no clear relationship between the physical parameters and the structural parameters of the greenhouse, based on specific synthesis problems.
따라서, 온도 및 습도 조건을 관리하기 위한 시스템을 구성하는 데에는 상기 두 가지 모델 군의 개발을 위한 기반이 되는 모델링 방법이 필요한 실정이다.
Therefore, in order to construct a system for managing temperature and humidity conditions, a modeling method that is a basis for development of the above two model groups is needed.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법은, 실내 온도가 영향받는 영향 요소를 Qgain(t), Toutdoor(t), Gfr.air(t)로 정의하고 식으로 표현함으로써 영향 요소들과 실내 온도 간의 관계를 용이하게 파악할 수 있는 모델링 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.In order to solve the above problem, the impact element modeling method for the composition comfortable environment in accordance with the present invention, defining the effect factor is affected by the room temperature gain Q (t), outdoor T (t), G fr.air (t) And to express the relationship between the influence factors and the room temperature, thereby providing a modeling method capable of easily grasping the relationship between the influence factors and the room temperature.
또한, 상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법은, 실내 습도가 영향받는 영향 요소인 Xfr .air(t), Gsteam(t), G'(t)=1/Gfr .air(t)로 정의하고 식으로 표현함으로써 영향 요소들과 실내 습도 간의 관계를 용이하게 파악할 수 있으므로, 실내 습도를 조절하는 시스템에 활용되어 더 효율적인 실내 습도 조절이 가능하다.Further, in order to solve the above problems, the impact element modeling method for the composition comfortable environment in accordance with the present invention, the indoor humidity and the affected elements influence X fr .air (t), G steam (t), G '(t) = 1 / G fr .air (t) and expressing it as an expression, it is possible to easily grasp the relationship between the influencing factors and the indoor humidity, so that it is utilized in the system for controlling the indoor humidity.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling the flow of a gas.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법은, 실내 온도 조절 영향 요소들을 외부 온도 Toutdoor(t), 난방 시스템을 통해 발생된 열 Qgain(t), 및 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기 Gfr .air(t)로 정의하는 단계; 상기 실내 온도 조절 영향 요소들 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)를 각각의 전달 함수 WT1(p), WT2(p), 및 WT3(p)를 통해 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계; 실내 습도 조절 영향 요소들을 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도Xfr .air(t), 스팀 소비율(steam consumption) Gsteam(t), 및 외부에서 유입되는 공기의 유속 G'(t)로 정의하는 단계; 상기 실내 습도 조절 영향 요소들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각의 전달 함수 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)를 통해 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계;를 포함하는 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, a method of modeling an influence factor for creating a pleasant environment according to the present invention is characterized in that the influencing factors for influencing indoor temperature are divided into an external temperature T outdoor (t), heat Q gain (t) generated through a heating system, Defining fresh air to be consumed in the facility G fr .air (t); Said indoor thermostatic effect element outdoor T (t), Q gain (t), and G fr .air a (t), each of the transfer function W T1 (p), W T2 (p), and W T3 (p) Calculating the degree of influence on the room temperature T (t) The indoor humidity control factors are defined as absolute humidity X fr .air (t), steam consumption G steam (t), and the flow rate G '(t) of the externally introduced air step; Said room humidity control effect element fr .air X (t), G steam (t), and G 'a (t), each of the transfer function W X1 (p), W X2 (p), and X3 W (p) And calculating the degree of influence on the indoor humidity X (t) through the indoor humidity X (t).
상기 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)와 실내 온도 T(t)와의 관계는 [수학식 7] 로 표현되고, 여기서 ; ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); k는 건물 외피의 열 전달 계수(J/m2s·℃); F는 건물 외피의 면적(m2); p는 실내 온도의 라플라스 이미지; C 및 Cair은 공기의 비열 용량(J/℃·kg); Toutdoor(t)는 외부 온도(℃); T(t)는 실내 온도(℃); Qgain(t)는 난방 시스템을 통해 발생된 열(W); Gfr .air(t)는 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기(kg/second); 및 △T는 실내 공기와 온도 보상의 변화(temperature compensation change)인 것이 바람직하다.The relation between T outdoor (t), Q gain (t), and G fr .air (t) and the room temperature T (t) Lt; / RTI > ; ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); k is the heat transfer coefficient of the building envelope (J / m 2 s ° C); F is the area of the building envelope (m 2 ); p is the Laplace image of the room temperature; C and C air are the specific heat capacity of air (J / ° C. Kg); T outdoor (t) is the external temperature (캜); T (t) is the room temperature (占 폚); Q gain (t) is the heat (W) generated through the heating system; G fr .air (t) is the fresh air (kg / second) consumed in the ventilation system; And DELTA T are preferably indoor air and temperature compensation changes.
또한, 상기 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t) 각각과 실내 온도의 라플라스 이미지 T(p)와의 관계가 각각 상기 WT1(p), WT2(p) 및 WT3(p)의 전달 함수를 통해 표현되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the outdoor T (t), Q gain (t), and G .air fr (t), respectively, each with the relationship between the indoor Laplacian image T (p) of the temperature T1 W (p), W T2 (p) And a transfer function of W T3 (p).
또한, 상기 전달 함수 WT1(p)는 [수학식 8] 로 표현되며, 여기서 T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지(Laplace image); Toutdoor(p)는 난방 시스템에 대한 라플라스 이미지; TT는 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Further, the transfer function W T1 (p) , Where T (p) is the Laplace image for the internal temperature; T outdoor (p) is the Laplace image for the heating system; T T is preferably a time constant.
또한, 상기 전달 함수 WT2(p)는 [수학식 9] 로 표현되며, 여기서 k1은로서, 난방 시스템 효율 요소; T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지; Qgain(p)는 외부 온도에 대한 라플라스 이미지; 및 TT는 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Further, the transfer function W T2 (p) , Where k 1 is As a heating system efficiency factor; T (p) is the Laplace image for the internal temperature; Q gain (p) is the Laplace image for the external temperature; And T T are preferably time constants.
또한, 상기 전달 함수 WT3(p)는 [수학식 10] 로 표현되며, 여기서 k2는로서, 환기 시스템 효율 요소; T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지; Gfr .air(p)는 신선한 공기의 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TT는 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Further, the transfer function W T3 (p) , Where k < 2 > is , The ventilation system efficiency factor; T (p) is the Laplace image for the internal temperature; G fr .air (p) is the Laplace image of fresh air consumption; And T T are preferably time constants.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)와 실내 습도와의 관계는 수학식 14로 표현되고, [수학식 14] ; 여기서 TX는 로서 가습 과정의 시간 상수; ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); k는 건물 외피의 열 전달 계수(J/m2s·℃); p는 실내 온도의 라플라스 이미지; (t)는 실내 공기의 절대 습도; Gfr .air은 외부에서 유입되는 공기의 소비율(kg/second); Xfr .air(t)는 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도(kgwater/kgair); Goutgoing _air(t)는 배출되는 공기의 소비율(kg/second); Xoutgoing _air(t)는 배출되는 공기의 절대 습도(mwater/mair 또는 kgwater/kgair); 및 Gsteam(t)는 스팀 소비율(kg/second)인 것이 바람직하다.The relationship between X fr. Air (t), G steam (t), and G '(t) and indoor humidity is expressed by Equation (14) ; Where T X is The time constant of the humidification process as; ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); k is the heat transfer coefficient of the building envelope (J / m 2 s ° C); p is the Laplace image of the room temperature; (t) is the absolute humidity of the room air; G fr .air is the consumption rate of the incoming air (kg / second); X fr .air (t) is the absolute humidity of the incoming air (kg water / kg air ); G outgoing _air (t) is the rate of exhausted air (kg / second); X outgoing _air (t) is the absolute humidity of the exhausted air (m water / m air or kg water / kg air ); And G steam (t) is preferably the steam consumption rate (kg / second).
또한, 상기 (d) 단계는, 상기들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각과 실내 습도의 라플라스 이미지 X(p)와의 관계가 각각 상기 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)의 전달 함수를 통해 표현되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Further, the step (d), wherein the X fr .air (t), G steam (t), and G '(t), respectively, each with the relationship between the Laplace image X (p) of the room humidity W X1 (p), W X2 (p), and W X3 (p).
또한, 상기 전달 함수 WX1(p)는 [수학식 15] 로 표현되며, 여기서 X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; Xfr .air(p)는 신선한 공기의 내부 습도에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Further, the transfer function W X1 (p) , Where X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; X fr .air (p) is the Laplace image of the internal humidity of fresh air; And T X Which is a time constant in the humidifier.
또한, 상기 전달 함수 WX2(p)는 [수학식 16] 로 표현되며, 여기서 k3는 로서 스팀 소비율의 변환 계수; X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; Xsteam(p)는 스팀 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Further, the transfer function W X2 (p) , Where k < 3 > is A conversion coefficient of the steam consumption rate; X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; X steam (p) is the Laplace image for the steam consumption rate; And T X Which is a time constant in the humidifier.
또한, 상기 전달 함수 WX3(p)는 [수학식 17]로 표현되며, 여기서 k4는 Gsteam으로서 신선한 공기 소비율에 대한 변환 계수; X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; G'(p)는 신선한 공기 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는 것이 바람직하다.Also, the transfer function W X3 (p) Where k 4 is the G steam and the conversion factor for the fresh air consumption rate; X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; G '(p) is the Laplace image for the fresh air consumption rate; And T X Which is a time constant in the humidifier.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법이 적용된 시스템에 있어서, 상기 시스템은 온도조절 장치, 습도조절 장치, 및 상기 온도조절 장치와 상기 습도조절 장치를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 온도조절 영향 요소들인 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)를 기초로 하여 상기 온도조절 장치를 제어하며, 습도조절 영향 요소들인 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 기초로 하여 상기 습도조절 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a system to which an influence factor modeling method for creating a pleasant environment is applied, the system comprising a temperature control device, a humidity control device, and a controller for controlling the temperature control device and the humidity control device and includes the control section temperature control elements, which are affected outdoor t (t), Q gain (t), G and fr by the .air (t) on the basis of controlling the temperature control, humidity control effect element, which are X fr provides .air (t), G steam (t), and G 'effect element modeling system for a composition comfortable environment characterized in that the control (t) the humidity control apparatus on the basis of.
또한, 상기 제어부와 연결된 디스플레이부를 더 포함하며, 상기 디스플레이부는 온도 및 습도 조절의 대상이 되는 공간에서의 창문의 권장되는 개폐 여부를 표시하는 것이 바람직하다.
The display unit may further include a display unit connected to the control unit, wherein the display unit displays a recommended opening / closing state of the window in a space to be subjected to temperature and humidity control.
본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 의하면, 실내 온도가 영향받는 영향 요소인 Qgain(t), Toutdoor(t), Gfr .air(t)와 실내 온도 간의 관계를 용이하게 파악할 수 있으므로, 실내 온도를 조절하는 시스템에 활용되어 더 효율적인 실내 온도 조절이 가능하다.According to the impact element modeling method for the composition comfortable environment in accordance with the present invention, to facilitate the relationship between the room temperature has affected the impact element Q gain (t), T outdoor (t), G fr .air (t) and room temperature Since it can be grasped, it can be used in a system to adjust the room temperature, so that the room temperature can be more efficiently controlled.
또한, 본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 의하면, 실내 습도가 영향받는 영향 요소인 Xfr .air(t), Gsteam(t), G'(t)=1/Gfr .air(t)와 실내 습도 간의 관계를 용이하게 파악할 수 있으므로, 실내 습도를 조절하는 시스템에 활용되어 더 효율적인 실내 습도 조절이 가능하다.
In addition, according to the method of modeling the influence factors for creating a pleasant environment according to the present invention, X fr .air (t), G steam (t) and G '(t) = 1 / G fr . Since the relationship between air (t) and indoor humidity can be easily grasped, it is utilized in a system for controlling the indoor humidity, thereby enabling more efficient indoor humidity control.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법의 전체 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에서 건물의 에너지 효율을 결정하는 열 획득/손실 계수의 열적 밸런스를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에서 실내 공기 온도에 영향을 미치는 실내 온도 조절 영향 요소들, 각각의 전달 함수, 및 실내 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법 실내 공기 습도에 영향을 미치는 실내 습도 조절 영향 요소들, 각각의 전달 함수, 및 실내 습도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 관한 일 실험예의 실험실 평면도와 상대습도 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 관한 일 실험예의 현장(실험실) 실내 온도 분포의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 관한 일 실험예의 실험실의 풍속의 분포의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 관한 일 실험예의 실험실 실내 상대 습도의 분포의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법이 적용된 시스템의 개략적인 구성도이다.FIG. 1 is a flowchart showing an overall configuration of an influence element modeling method for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a thermal balance of heat acquisition / loss coefficients for determining energy efficiency of a building in an influence element modeling method for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the room temperature control influencing factors, the respective transfer functions, and the room temperature affecting the room air temperature in the influent factor modeling method for creating a pleasant environment according to the preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between indoor humidity control influencing factors influencing indoor air humidity, transfer functions, and indoor humidity according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a laboratory plan view and a relative humidity measurement result of an experimental example of a method for modeling an influence factor for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing measurement results of a room temperature (laboratory) room temperature distribution in an experimental example of a method for modeling an influence factor for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a distribution of wind speeds in a laboratory according to an experimental example of a method for modeling an influence factor for creating a comfortable environment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of a distribution of laboratory indoor relative humidity in an experimental example of an influencing factor modeling method for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a schematic block diagram of a system to which an influence factor modeling method for creating a comfortable environment according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, terms and words used herein should not be construed as being unconditionally limited in a conventional or dictionary sense, and the inventor of the present invention should not be interpreted in the best way It is to be understood that the concepts of various terms can be properly defined and used, and further, these terms and words should be interpreted in terms of meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are used only to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the contents of the present invention, It should be noted that this is a defined term.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, in this specification, the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise, and it should be understood that they may include singular do.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Where an element is referred to as "comprising" another element throughout this specification, the term " comprises " does not exclude any other element, It can mean that you can do it.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Further, when it is stated that an element is "inside or connected to" another element, the element may be directly connected to or in contact with the other element, A third component or means for fixing or connecting the component to another component may be present when the component is spaced apart from the first component by a predetermined distance, It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, it should be understood that there is no third component or means when an element is described as being "directly connected" or "directly connected" to another element.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions that describe the relationship between the components, such as "between" and "immediately", or "neighboring to" and "directly adjacent to" .
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second" Is used to clearly distinguish one element from another element, and it should be understood that the meaning of the element is not limited by such term.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.It is also to be understood that terms related to positions such as "top", "bottom", "left", "right" in this specification are used to indicate relative positions in the drawing, Unless an absolute position is specified for these positions, it should not be understood that these position-related terms refer to absolute positions.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Furthermore, in the specification of the present invention, the terms "part", "unit", "module", "device" and the like mean a unit capable of handling one or more functions or operations, Or software, or a combination of hardware and software.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In this specification, the same reference numerals are used for the respective components of the drawings to denote the same reference numerals even though they are shown in different drawings, that is, the same reference numerals throughout the specification The symbols indicate the same components.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to the present specification, the size, position, coupling relationship, and the like of each constituent element of the present invention may be partially or exaggerated or omitted or omitted for the sake of clarity of description of the present invention or for convenience of explanation May be described, and therefore the proportion or scale may not be rigorous.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.Further, in the following description of the present invention, a detailed description of a configuration that is considered to be unnecessarily blurring the gist of the present invention, for example, a known technology including the prior art may be omitted.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, an impact factor modeling method for creating a comfortable environment according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법은 실내 온도 조절 영향 요소들을 정의하는 단계(S100), 각각의 실내 온도 조절 영향 요소에 대한 전달 함수를 표현하는 단계(S110), 실내 온도 전달 함수를 통해 영향 요소들이 실내 온도에 영향을 미치는 정도를 수치화하여 계산하는 단계(S120), 실내 습도 조절 영향 요소들을 정의하는 단계(S200), 각각의 실내 습도 조절 영향 요소에 대한 전달 함수를 표현하는 단계(S210), 및 실내 습도 전달 함수를 통해 영향 요소들이 실내 습도에 영향을 미치는 정도를 수치화하여 계산하는 단계(S220)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the influencing factor modeling method for creating a comfortable environment according to an exemplary embodiment of the present invention includes defining a room temperature influencing factor (S100), calculating a transfer function for each room temperature influencing factor (S120) of calculating the degree of influence of the influencing factors on the room temperature through the indoor temperature transfer function (S120), defining the influence factors of the room humidity control (S200) A step S210 of expressing a transfer function for the adjustment influencing factor, and a step S220 of numerically calculating the degree of influence of the influencing factors on the room humidity through the room humidity transfer function.
이때, 실내 온도 조절 영향 요소들을 외부 온도 Toutdoor(t), 난방 시스템을 통해 발생된 열 Qgain(t), 및 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기 Gfr .air(t)로 정의되는 것이 바람직하다.At this time, it is defined the temperature control element to the outside-house effect outdoor temperature T (t), the heat Q generated gain through the heating system (t), and fresh air G .air fr (t) consumed by the ventilation system it is preferred .
실내 온도 조절 영향 요소들 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)은 각각의 전달 함수 WT1(p), WT2(p), 및 WT3(p)를 통해 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도가 계산될 수 있다.The indoor temperature control effect element T outdoor (t), Q gain (t), and G .air fr (t) is a respective transfer function W T1 (p), W T2 (p), and W T3 (p) The degree of influence on the room temperature T (t) can be calculated.
실내 습도 조절 영향 요소들을 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도Xfr.air(t), 스팀 소비율(steam consumption) Gsteam(t), 및 외부에서 유입되는 공기의 유속 G'(t)로 정의되는 것이 바람직하다.The influencing factors of the indoor humidity are defined as the absolute humidity of the air entering from the outside X fr.air (t), the steam consumption G steam (t), and the flow rate of the externally introduced air G '(t) .
실내 습도 조절 영향 요소들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각의 전달 함수 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)를 통해 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도가 계산될 수 있다.The indoor humidity control effect element fr .air X (t), G steam (t), and a G 'of each transfer function a (t) W X1 (p) , W X2 (p), and X3 W (p) The degree of influence on the indoor humidity X (t) can be calculated.
각각의 실내 온도 조절 영향 요소들, 실내 습도 조절 영향 요소들, 및 각각에 대응되는 전달 함수들에 대해 이하에서 더 상세하게 설명한다. The respective room temperature adjustment influencing factors, the room humidity adjusting affecting factors, and the transfer functions corresponding to each are described in more detail below.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에서 건물의 에너지 효율을 결정하는 열 획득/손실 계수의 열적 밸런스를 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a thermal balance of heat acquisition / loss coefficients for determining energy efficiency of a building in an influence element modeling method for creating a pleasant environment according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, Qi는 사람의 체열과 같은 내부 에너지 획득 계수에 대응된다. 이는 사람의 체열뿐만 아닌 전자기기, 인공 조명 등과 같은 기구들로부터 발산되는 열을 포함한다. As shown in FIG. 2, Q i corresponds to an internal energy acquisition coefficient such as a person's body heat. This includes heat emitted from instruments such as electronic devices, artificial lighting, etc., as well as human heat.
QT는 열전도를 통해 건물 밖으로 빠져나가는 열을 의미하는 에너지 손실 계수에 대응된다. 이는 건물의 벽, 바닥, 천장, 등을 통해 손실되는 열을 포함한다.Q T corresponds to the energy loss factor, which means heat that escapes through the building through the heat conduction. This includes heat lost through walls, floors, ceilings, etc. of buildings.
Qs는 건물 내부로 들어오는 자연광과 같은 태양 복사열에 의해 유도되어 내부 공기 및 열적 질량을 데우는 총 에너지 입력량에 대응된다. Q s corresponds to the total energy input, which is induced by solar radiation, such as natural light entering the building, which warms the internal air and thermal mass.
Qv는 공기의 유입/유출에 따라 발생하는 열 획득/손실 계수에 대응된다. 예를 들어, 환기를 위해 창문을 열었을 때, 또는 건물의 외피에 형성된 작은 틈에 의한 공기 유입/유출, 서로 다른 온도 존(zone)으로부터의 공기가 섞일 경우, 또는 기계적인 환기에 의해 이러한 공기의 유입/유출이 발생할 수 있다. Q v corresponds to the heat acquisition / loss coefficient that occurs due to the inflow / outflow of air. For example, when a window is opened for ventilation, or air inflow / outflow by a small gap formed on the exterior of the building, air from different temperature zones is mixed, or mechanical ventilation, Inflow / outflow may occur.
상기와 같은 열 획득/손실 계수(이하, '열 계수'로 통칭)로 열 손실량(Qsink)과 열 획득량(Qsource)이 계산될 수 있다. Qsink는 일반적으로 QT + QV를 통해 구할 수 있으며, 여기서 Qi 중에 건물 내부에서 열을 뺏어가는 임의의 대상이 있다면 이에 대하는 열 계수 Qi ,sink를 추가하여, Qsink는 QT + QV + Qi , sink를 통해 구할 수 있다. Qsource는 일반적으로 Qs + QT + QV + Qi를 통해 구할 수 있다. The heat loss amount Q sink and the heat acquisition amount Q source can be calculated by the above-mentioned heat acquisition / loss coefficient (hereinafter, referred to as 'heat coefficient'). Q sink is generally obtained through Q T + Q V where Q i is the heat coefficient Q i , sink for any object that is taking heat away from the building, Q sink is Q T + Q V + Q i , can be obtained through sink . Q source is generally Q s + Q T + Q V + Q i .
열 평형(thermal equilibrium)은 Qsink = Qsource일 경우에 이루어진다. Qsink < Qsource일 경우에는 건물 내의 온도가 증가하여, 온도를 낮추기 위한 조치가 취해져야 하며, Qsink > Qsource일 경우에는 건물 내의 온도가 감소하여, 온도를 높이기 위한 조치가 취해져야 한다. Thermal equilibrium is achieved when Q sink = Q source . In the case of Q sink <Q source , the temperature inside the building must be increased to take measures to lower the temperature. In the case of Q sink > Q source , the temperature inside the building should decrease and measures should be taken to raise the temperature.
냉난방 시스템에 의해서 이와 같은 총 열량이 계산되는 것이 바람직하며, 이는 총 획득된 열량과 손실된 열량의 합으로 계산될 수 있다. 총 열량은 건물의 총 열 에너지 요구량과 대응된다. 에너지의 획득 및 손실은 건물, 환경, 법, 사용성, 등과 같은 파라미터로 분류될 수 있다. 건물의 에너지 효율을 증가시키기 위해서는 소정의 고정된 환경 및 사용성을 고려하여 건물이 설계되어야 하지만, 이외의 경우에도 건물의 에너지 효율을 최대한 증가시키기 위해서는 공간 내의 열 흐름을 고려한 모델이 필요하다.
It is desirable that this total calorie is calculated by the heating and cooling system, which can be calculated as the sum of the total calories obtained and the lost calories. The total calorific value corresponds to the total thermal energy requirement of the building. The acquisition and loss of energy can be classified into parameters such as building, environment, law, usability, and so on. In order to increase the energy efficiency of the building, the building should be designed considering the fixed environment and usability. However, in order to maximize the energy efficiency of the building, a model considering the heat flow in the space is needed.
열 환경 Thermal environment 모델링modelling 방법 Way
건물 내의 방과 같은 공간에서의 쾌적한 환경을 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모델링 방법은 방의 실내온도에 영향을 미치는 영향 요소들이 반영된 열을 모델링하는 식을 제공한다. For a pleasant environment in a room such as a room in a building, the modeling method according to an embodiment of the present invention provides an equation for modeling the heat reflecting the influencing factors affecting the room temperature of the room.
먼저, 온도 제어에 있어서, 온도 제어 시스템에 유입/유출되는 열 흐름뿐만 아니라 대상의 열용량에 따른 열 에너지의 축적되는 양도 고려해야 한다. 따라서 본 발명에서는 이러한 요소들을 세 가지 영향 요소, Qgain, Qenv, 및 Qfr .air로 구분하여 고려한다. 여기서 Qgain은 건물의 난방 시스템으로부터 획득되는 열을 의미하고, Qenv는 건물 외피(envelope)를 통해 손실되는 열을 의미하고, Qfr .air은 신선항 공기(fresh air)를 얻기 위해 환기 등을 함으로써 손실되는 열을 의미한다. First, in the temperature control, it is necessary to consider not only the heat flow into / out of the temperature control system, but also the amount of heat energy accumulated depending on the heat capacity of the object. Therefore, in the present invention, these factors are divided into three factors, Q gain , Q env , and Q fr .air . Where Q gain is the heat obtained from the building's heating system, Q env is the heat lost through the building envelope, and Q fr .air is the ventilation temperature to obtain fresh air. The heat is lost.
상기와 같은 본 발명에 따른 영향 요소들과, 소정의 실내 풍량(air volume)(V), 공기의 밀도(ρ), 공기의 비열 용량(C)과, 에너지 균형을 얻기 위한 일반적인 과정을 사용하면 다음과 같은 실내 온도 변화에 영향을 미치는 열과 실내 온도 변화의 관계를 나타내는 수학식 1을 얻을 수 있다.Using the above-described influencing factors according to the present invention and a general procedure for obtaining a predetermined indoor air volume V, air density p, specific heat capacity C of air, and energy balance, The following
여기서 ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); C는 공기의 비열 용량(J/℃·kg); (t)는 실내 온도(℃); Qgain(t)는 난방 시스템을 통해 발생된 열(W); ΣQenv(t)는 건물 외피를 통해 손실된 열(W); Qfr .air(t)는 신선한 공기를 가열하기 위해 필요한 열에 의해 손실된 열(W)을 의미한다.Where ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); C is the specific heat capacity of air (J / ° C. Kg); (t) is the room temperature (占 폚); Q gain (t) is the heat (W) generated through the heating system; ΣQ env (t) is the heat lost through the building envelope (W); Q fr .air (t) means the heat (W) lost by the heat required to heat the fresh air.
건물 외피를 통해 손실된 열은 더 상세하게는 다음과 같은 수학식 2를 통해 얻을 수 있다.The heat lost through the building envelope can be obtained in more detail by the following equation (2).
여기서 k는 건물 외피의 열 전달 계수(J/m2s·℃); F는 건물 외피의 면적(m2); Tair(t)는 건물 내의 실내 온도(℃); Toutdoor(t)는 외부 온도(℃)를 의미한다. Where k is the heat transfer coefficient of the building envelope (J / m 2 s ° C); F is the area of the building envelope (m 2 ); T air (t) is the room temperature (° C) in the building; T outdoor (t) means the external temperature (캜).
신선한 공기를 가열하기 위해 필요한 열에 의해 손실된 열은 더 상세하게는 다음과 같은 수학식 3을 통해 얻을 수 있다. The heat lost by the heat necessary to heat the fresh air can be obtained in more detail by the following equation (3).
여기서 Gfr .air(t)는 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기의 소비율(kg/second); Cair은 공기의 비열(J/kg·℃); Tair(t)는 건물 내의 실내 온도(℃); Toutdoor(t)는 외부 온도(℃)를 의미한다. Where G fr .air (t) is the rate of fresh air consumption in the ventilator (kg / second); C air is the specific heat of air (J / kg · 캜); T air (t) is the room temperature (° C) in the building; T outdoor (t) means the external temperature (캜).
온도 변화를 나타내는 수학식 1은 다음과 같은 수학식 4로 특정되어 표현될 수 있다. Equation (1) representing the temperature change can be expressed by the following Equation (4).
여기서 Toutdoor(t)는 방에서의 실내 온도 T(t)의 현재 온도로 인정된다. 추가적으로, (t)는 다음과 같은 수학식 5로 표현될 수 있다.Where T outdoor (t) is the current temperature of the room temperature T (t) in the room. In addition, (t) can be expressed by the following equation (5).
수학식 5에서 양쪽을 모두 kF로 나누면 다음과 같은 수학식 6으로 표현될 수 있다. In Equation (5), if both are divided by kF, it can be expressed by the following Equation (6).
수학식 6은 온도 변화 및 영향 요소들을 1차 미분 방정식으로 표현하는 함수이다. 를 시간 상수인 것으로 정의하면, 수학식 6은 수학식 7과 같은 형태로 표현될 수 있다. Equation (6) is a function expressing the temperature change and the influence factors by a first-order differential equation. Is defined as a time constant, Equation (6) can be expressed in the form of Equation (7).
이에 따르면, (t)는 Qgain(t), Toutdoor(t), 및 Gfr .air(t)에 의해 영향을 받을 수 있음을 알 수 있다.
It can be seen from this that (t) can be influenced by Q gain (t), T outdoor (t), and G fr .air (t).
기설정된 실내 온도를 보장하기 위한 열 환경 모델에서의 제어 대상의 정의Definition of controlled object in thermal environment model to guarantee preset room temperature
다음으로는, 이와 같은 파라미터(Qgain(t), Toutdoor(t), 및 Gfr .air(t))에 의해 어떤식으로 실내 온도가 영향받는지를 설명한다. Next, how the room temperature is affected by these parameters (Q gain (t), T outdoor (t), and G fr .air (t)) is explained.
Toutdoor은 외부 온도의 값을 의미한다. 외부 온도라 함은, 지역별 평균 연간 온도를 의미할 수 있다. 연평균 기온은 미리 결정된 지리적 위치를 전제로 하여 지리적 위치의 연간 기온 스케줄에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 이를 반영하여 수학식 7에서의 내부 및 외부 온도를 변화시키기 위한 전달 함수는 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.T outdoor means the value of the external temperature. External temperature may mean average annual temperature per region. The annual average temperature is preferably determined by the annual temperature schedule of the geographical location on the premise of the predetermined geographical location. The transfer function for changing the internal and external temperatures in Equation (7) can be expressed as Equation (8).
여기서 T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지(Laplace image)며, Toutdoor(p)는 난방 시스템에 대한 라플라스 이미지이며, TT는 시간 상수이다. 온도 변화 과정은 관성의 성질을 포함하고, 일반적인 관성 링크(inertial link)를 반영한다. 동절기에 이러한 과정은 활성화된 난방 시스템 없이 건물이 쿨링되는 것과 온도 균형에 영향을 미치는 다른 열 흐름의 소스(source)에 의해 특정될 수 있다. Where T (p) is the Laplace image for the internal temperature, T outdoor (p) is the Laplace image for the heating system, and T T is the time constant. The process of temperature change involves the nature of inertia and reflects a general inertial link. During the winter this process can be specified by the source of the heat flow, which influences the temperature balance and the cooling of the building without an active heating system.
수학식 6 및 7에 기재된 는 실내의 열 평형을 유지하기 위해 필요한 열을 제공하는 난방 시스템의 효과를 반영한다. 열에 의해 영향을 받은 실내 온도를 조절하기 위한 전달 함수는 수학식 9와 같이 표현될 수 있다. Equations (6) and Reflects the effect of a heating system that provides the heat necessary to maintain thermal equilibrium in the room. The transfer function for adjusting the room temperature affected by the heat can be expressed by Equation (9).
여기서 T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지(Laplace image)며, Qgain(p)는 외부 온도에 대한 라플라스 이미지이며, TT는 시간 상수이고, k1은 로서, 난방 시스템 효율 요소를 의미한다. 이러한 온도 변화 과정도 일반적인 관성 링크를 반영한다.Where T (p) is the Laplace image (Laplace image) said, Q gain (p) of the internal temperature of Laplacian image to the external temperature, T T is the time constant, k is 1 Which means the heating system efficiency factor. This process of temperature change also reflects the general inertial link.
수학식 6 및 7에 기재된 는 실내 공기와 온도 보상의 변화(△T)(temperature compensation change)에 의해 발생하는, 열의 비용을 나타낸다. 신선한 공기 Gfr .air의 고비는 환기 시스템의 성능에 따라 달라지며, 공기의 품질적인 조성의 가치를 안정화하기 위한 컨트롤 룹(control loop)에 의해 설정된 값의 세트를 고려한다. 공기 온도의 변화 T(p)와 신선한 공기 흐름 Gfr .air(p)의 관계는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. Equations (6) and Represents the cost of heat generated by the indoor air and the temperature compensation change (T). Fresh air turning point of the G fr .air is based on the performance of the ventilation system, consider the set of values set by the control loop (control loop) for stabilizing the value of the quality of the composition of the air. Relationship of the air temperature T (p) and the fresh air flow .air fr G (p) can be expressed as Equation (10).
여기서 T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지며, Gfr .air(p)는 신선한 공기의 소비율에 대한 라플라스 이미지이며, TT는 시간 상수이고, k2는로서, 환기 시스템 효율 요소를 의미한다. 이러한 온도 변화 과정도 관성이 포함되고, 관성 링크에 의해 나타난다. 양의 온도차가 존재할 경우에, 풍량의 증가는 공기 온도의 감소로 이어질 수 있다. Where T (p) is said Laplacian image to the internal temperature, .air fr G (p) is the Laplacian image for the consumption of the fresh air, and T T is time constant, k is 2 Which means the efficiency factor of the ventilation system. This process of temperature change also involves inertia and is manifested by an inertial link. In the presence of a positive temperature difference, an increase in air volume can lead to a decrease in air temperature.
실내 공기 온도에 영향을 미치는 이러한 여러 가지 외부 요소들은 도 3의 블록도에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 내부 온도 T(t)는 동적인 시스템을 나타낼 수 있는 제어의 대상이 된다. 이는 세 가지 입력 값, 즉 값을 조절하는 동작을 나타내는 Qgain(t), 및 섭동 변수들인 Toutdoor(t)와 Gfr .air(t) 값에 의해 영향을 받는다. These various external factors affecting the indoor air temperature can be represented as shown in the block diagram of FIG. That is, the internal temperature T (t) is the object of control that can represent a dynamic system. This is influenced by three input values, Q gain (t), which represents the operation of adjusting the value, and T outdoor (t) and G fr .air (t), the perturbation variables.
전달 함수 WT2(p)로 표현된 난방 시스템으로부터의 열 공급의 제어 동작은 전달 함수 WT1(p)와 신선한 외부 공기를 준비하는 데 있어 환기 시스템이 작동하는 동안의 열 손실을 설명한다. 이러한 제어 동작은 (건물 내의 실내 온도 Tair(t)이 건물 외부 온도인 Toutdoor(t)보다 높을 경우에) 건물 외피를 통한 열 손실을 보상하기 위한 것이다. 신선한 공기의 소비율 Gfr .air(t)는 WT3(p) 전달 함수에 의해 설명될 수 있는 바와 같이 룹(loop) 공기질을 안정화하는 과정과 온도 T(t)가 받는 영향에 의해 결정된다. The control operation of the heat supply from the heating system represented by the transfer function W T2 (p) accounts for the heat loss during the operation of the ventilation system in preparing the transfer function W T1 (p) and fresh outside air. This control action is intended to compensate for heat loss through the building envelope (when the indoor temperature T air (t) in the building is higher than the outdoor temperature T outdoor (t)). The fresh air consumption rate G fr .air (t) is determined by the process of stabilizing the loop air quality and the influence of the temperature T (t), as can be explained by the W T3 (p) transfer function.
전달 함수 WX1(p) 및 WX3(p)에 의해 기술된 동작 교란으로 인한 공기 습도를 보상하기 위한 것이다. To compensate for the air humidity due to the operational disturbances described by the transfer functions W X1 (p) and W X3 (p).
전달 함수 WT1(p), WT2(p), 및 WT3(p) 각각에 의해 Toutdoor(t), Qgain(t) 및 Gfr.air(t) 값에 대한 제어 동작이 결정될 수 있다. 즉, 외부 온도에 의한 열 손실(Tair(t)의 값이 Toutdoor(t)보다 큰 경우)의 형태, 또는 난방 시스템으로부터 제공되는 열에 의한 열 획득의 형태, 또는 환기 시스템을 가동시키는 동안에 신선한 공기의 유입에 의한 열 손실의 형태의 쾌적한 환경을 조성하는 데에 방해가 되는 요소를 보상하기 위한 온도 제어가 진행된다.
The control actions for T outdoor (t), Q gain (t) and G fr.air (t) values can be determined by the transfer functions W T1 (p), W T2 (p), and W T3 have. In other words, it is possible to obtain the heat loss due to the external temperature (in the case where the value of T air (t) is larger than T outdoor (t)) or the type of heat acquisition by heat provided from the heating system, The temperature control is performed to compensate for the elements that impede the creation of a comfortable environment in the form of heat loss due to the inflow of air.
습도 환경 Humidity environment 모델링modelling 방법 Way
온도 환경 모델링 방법에서 사용된 접근 방식과 마찬가지로, 습도 환경 모델링 방법에도 공기 중의 수분량을 나타내는 식은 다음의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다. Like the approach used in the temperature environment modeling method, the equation representing the moisture content in the air can also be expressed by the following equation (11).
여기서 ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); (t)는 실내 절대 습도(mwater/mair 또는 kgwater/kgair); Gfr .air(t)는 신선한 공기의 소비율(kg/second); Xfr.air(t)는 신선한 공기의 절대 습도(kgwater/kgair); Goutgoing _air(t)는 나가는 공기의 소비율(kg/second); Xoutgoing _air(t)는 나가는 공기의 절대 습도(mwater/mair 또는 kgwater/kgair); 및 Gsteam(t)는 스팀 소비율(kg/second)를 의미한다. Where ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); (t) is the indoor absolute humidity (m water / m air or kg water / kg air ); G fr .air (t) is the fresh air consumption rate (kg / second); X fr.air (t) is the absolute humidity of fresh air (kg water / kg air ); G outgoing _air (t) is the rate of outgoing air consumption (kg / second); X outgoing _air (t) is the absolute humidity of the outgoing air (m water / m air or kg water / kg air ); And G steam (t) means the steam consumption rate (kg / second).
일회성 환기 시스템에 있어서, 신선한 공기의 흐름 Gfr .air(t)은 나가는 공기의 흐름 Goutgoing _air(t)와 대략적으로 일치한 것이 바람직하다. 이때, 공기는 압축된 것이 아니며, 일정한 공기 밀도, 즉 ρ가 상수이며, 실내 공간의 크기가 변경되지 않았을 경우를 말한다. 제1 근사값으로 실내 공간으로부터 나가는 공기(outgoing air)이 실제 공기의 습도와 같다고 가정하면, 초기 함수는 다음과 같은 수학식 12로 표현될 수 있다. For a one-time ventilation system, the fresh air flow G fr .air (t) is preferably approximately coincident with the outgoing air flow G outgoing _air (t). At this time, the air is not compressed, and the constant air density, that is, ρ is a constant, and the size of the indoor space is not changed. Assuming that the outgoing air from the indoor space at the first approximation is equal to the humidity of the actual air, the initial function can be expressed by Equation (12).
수학식 12는 또한, Goutgoing _air(t)로 나눠짐으로써 다음과 같은 수학식 13으로 표현될 수 있다.Equation (12) can also be expressed by Equation (13) by dividing by G outgoing _air (t).
여기서 인 것으로 이해되며, 이와 같은 방정식은 수학식 14와 같은 형식으로도 표현될 수 있다.here And such an equation can also be expressed in the form of equation (14).
여기서 공기 밀도 X(t)는 신선한 공기의 유입 및 스팀의 공급 에 따라 달라질 수 있다.Where the air density X (t) And steam supply ≪ / RTI >
이러한 관계들은 다음과 같이 특정될 수 있다.
These relationships can be specified as follows.
기설정된 실내 습도를 보장하기 위한 습도 환경 모델에서의 제어 대상의 정의Definition of Control Object in Humidity Environment Model to Ensure Pre-set Room Humidity
공기의 습도는 지역별 기후에 의해 결정될 수 있다. 파라미터의 영향 정도는 미분 방적식으로부터의 전달 함수를 통해 고려될 수 있다.The humidity of the air can be determined by regional climate. The degree of influence of the parameters can be considered through the transfer function from the differential equation.
여기서 (p)는 내부 습도(indoor humidity)에 대한 라플라스 이미지며, Xfr.air(p)는 신선한 공기의 내부 습도에 대한 라플라스 이미지이며, TX는 로서 가습 과정의 시간 상수이다. Where (p) is the Laplace image for indoor humidity, X fr.air (p) is the Laplace image for the internal humidity of fresh air, and T x Is the time constant of the humidification process.
온도 변화 과정에서의 전달 함수를 살펴본 바와 같이, 이 과정 또한 표준 관성과 관성 요소에 의해 표현된다. 가습 과정은 실내 습도의 변화에 영향을 미치는 외부 요인들을 제외한 외부 공기를 사용한 실내 환기 단계를 포함한다. 이런 경우에는 실내 습도 값이 외부 공기 습도 값과 유사한 결과를 얻을 수 있다. This process is also expressed by the standard inertia and inertia factors, as we have seen in the transfer function during the temperature change process. The humidification process includes indoor ventilation using outside air, except for external factors that affect the change in indoor humidity. In this case, the indoor humidity value is similar to the outdoor air humidity value.
스팀 소비율은 공기에서 습도가 어느 정도 부족한 지를 참조할 수 있는 변수로 사용될 수 있다. 공기 습도(t)와 스팀 소비율 Gsteam(t)를 결합하는 전달 함수는 다음과 같은 수학식 16으로 표현될 수 있다. The steam consumption rate can be used as a reference to see how much humidity is in the air. The transfer function which combines the air humidity (t) and the steam consumption rate G steam (t) can be expressed by the following equation (16).
여기서 X(p)는 실내 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; Xsteam(p)는 스팀 소비율에 대한 라플라스 이미지; Tx는 로서 가습 과정의 시간 상수; 및 k3는 로서 스팀 소비율의 변환 계수를 의미한다. Where X (p) is the Laplace image for indoor air humidity; X steam (p) is the Laplace image for the steam consumption rate; T x The time constant of the humidification process as; And k 3 is Which means the conversion factor of the steam consumption rate.
이 과정 또한 관성과 일반적인 관성 링크에 의해 표현될 수 있다.This process can also be expressed by inertia and general inertial links.
공기 습도와 환기 시스템으로부터의 공기 흐름 간의 관계가 고려되는 것이 바람직하다. 여기서 는 G'(t)와 대응되는 것으로 가정되고, 공기 습도와 신선한 공기의 흐름 속도 G'(t) 간의 관계에 대한 전달 함수는 다음과 같은 수학식 17로 유도할 수 있다. It is desirable that the relationship between air humidity and air flow from the ventilation system be considered. here Is assumed to correspond to G '(t), and the transfer function for the relationship between air humidity and fresh air flow rate G' (t) can be derived as:
여기서 X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; G'(p)는 신선한 공기 소비율에 대한 라플라스 이미지; k4는 Gsteam으로서 신선한 공기 소비율에 대한 변환 계수; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미한다. Where X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; G '(p) is the Laplace image for the fresh air consumption rate; k 4 is the G steam , the conversion factor for the fresh air consumption rate; And T X Which means the time constant in the humidifier.
실내 공기 습도에 영향을 미치는 이러한 여러 가지 외부 요소들은 도 4의 블록도에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 내부 습도 X(t)는 동적인 시스템을 나타낼 수 있는 제어의 대상이 된다. 이는 세 가지 입력 값, Xfr .air(t), Gsteam(t) 및 G'(t) 값에 의해 영향을 받는다. (여기서 G'(t) = 1/Gfr .air(t))These various external factors affecting indoor air humidity can be represented as shown in the block diagram of FIG. That is, the internal humidity X (t) is the object of control that can represent a dynamic system. This is influenced by the three input values, X fr .air (t), G steam (t) and G '(t) values. (Where G '(t) = 1 / G fr .air (t))
실내 공기 습도 X(t)는 세 가지 입력 변수, 즉 조작된 변수 Gsteam(t)와 두 개의 섭동 변수 Xfr .air(t)와 G '(t)를 사용하여 계산된다. 제어 동작은 Gfr .air(t)의 성능 및 Xfr .air(t)의 신선한 외부 공기 습도와 함께 환기 시스템의 결과로서 전달 함수 WX2(p)를 기술하고 전달 함수 WX1(p) 및 WX3(p)에 의해 기술된 동작 교란으로 인한 공기 습도를 보상하기 위한 것이다.
The indoor air humidity X (t) is calculated using three input variables: the manipulated variable G steam (t) and the two perturbation variables X fr .air (t) and G '(t). Control operation G fr .air (t) and X fr performance of .air (t) as a result of the ventilation system with fresh outside air humidity transfer function W X2 (p) technologies, the transfer function W X1 (p) and of the To compensate for the air humidity due to the operation disturbance described by W X3 (p).
본 발명에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 The influencing factor for creating a pleasant environment according to the present invention 모델링modelling 방법의 Method of 실험예Experimental Example
실험은 가천 대학교 인공 지능 및 스마트 시티 연구소에서 수행되었다. 실험실 공간에서는 외벽 중 하나에 높이가 2.5m 인 18x6m2의 면적에 반투명의 칸막이 벽(높이 1.5m)으로 구분된 각각이 개인 컴퓨터를 갖는 여섯 개의 작업 영역이 포함되어 있다. Experiments were conducted at the Institute of Artificial Intelligence and Smart City, Gachon University. In the laboratory space, one of the outer walls contains six work areas with individual computers, each of which is divided into a semi-transparent partition wall (height 1.5m) and an area of 18x6m 2 , which is 2.5 m high.
실험을 통해 난방 및 환기 시스템이 동작하는 동안 실험실 외부 공기의 온도 Toutdoor이 -5℃ 이하인 것으로 확인되었고, 실내 공기의 온도는 임계 온도를 초과하였고, 상대 습도는 5~10% 범위 내에 있었다.Experiments have shown that the outdoor air temperature T outdoor is less than -5 ° C while the heating and ventilation system is operating, the room air temperature exceeds the critical temperature, and the relative humidity is in the range of 5 to 10%.
도 5를 참조하면 본 실험예에서의 실험실 평면도와 상대습도 측정 결과가 그림으로 도시되어 있다. 실험실 공간에는 3차원 400x400mm 창문을 통해 신선한 공기가 제공되었다. 더 상세하게는, 도 5는 바닥으로부터 1.5m 높이에서의 Toutdoor이 -11℃인 경우에 상대 습도를 측정한 결과를 나타낸다. Referring to FIG. 5, the results of the laboratory plan and relative humidity measurements in the present experimental example are shown in the figure. The laboratory space was provided with fresh air through a three-dimensional 400x400mm window. More specifically, Figure 5 shows the result of measuring the relative humidity when T outdoor at a height of 1.5 m from the floor is -11 ° C.
일반적으로, 실내 상대 습도가 낮은 경우에는 재실자들의 호흡기관에 악영향을 끼치게 되었고, 습한 공기는 정전기를 잘 전도시키지 못하는 것으로, 습한 공기가 이로 인해 전자 장치나 기기들의 표면상에 쌓이면서 PC가 있는 실험실에서 원격 제어와 관련하여 정전기자기장의 성능을 초과하여 전자 장비의 고장을 초래하였다. 이에 따라 표준화된 상대 습도를 보장하기 위해 가습기가 설치되었으나, 이를 통한 증기의 생성은 상당한 에너지 비용을 발생시켰다. In general, low indoor relative humidity has adverse effects on the respiratory system of occupants, and humid air is not able to conduct static electricity well, and humid air accumulates on the surfaces of electronic devices and devices, Resulting in a failure of the electronic equipment in excess of the electrostatic magnetic field performance associated with the remote control. Thus, a humidifier was installed to ensure standardized relative humidity, but the production of steam through it generated significant energy costs.
또한, 실내 습도와 관련된 종래 실험들의 연구결과에 나타난 바와 같이, 가습 된 공기는 덕트 내로 및 장애물(예를 들어, 소음기 등) 위로 흘러들어간다. 이와 같은 표면과의 접촉에 의해 공기 중 습기는 고체 표면상의 수분 응축으로 인해 상당한 손실을 초래한다. In addition, humidified air flows into the duct and onto an obstacle (e.g., a silencer, etc.), as shown in the results of previous experiments related to indoor humidity. By such contact with the surface, moisture in the air causes significant losses due to moisture condensation on the solid surface.
따라서,실내 공기의 상대 습도가 주어지는 정상적인 공기 및 물공급의 최소량을 결정하기 위해 에너지 절약적인 가습 프로세스가 필요하다. 이를 위해 상대 습도 공간 분포에 대한 수치 시뮬레이션을 현장 실험을 통해 수행했다. 현장은 실험실로 하여 수행했다. Thus, an energy-saving humidification process is needed to determine the minimum amount of normal air and water supply given the relative humidity of the room air. For this purpose, numerical simulations of relative humidity spatial distributions were performed through field experiments. The site was conducted as a laboratory.
본 실험예에서, 결과는 내부 공기의 상대 습도의 정격값을 결정할 수 있는 공급 공기의 최소 습도를 나타냈다. 수분 함량은 d = 5×10-3에 대응되며, 도 6 내지 9에 표시된 수치 시뮬레이션 결과는 실내 바닥으로부터 1.500m 높이의 수평면 데이터 거리에서 온도 분포, 풍속 및 상대 습도를 포함한다.
In this experimental example, the results showed the minimum humidity of the feed air which can determine the rated value of the relative humidity of the inside air. The moisture content corresponds to d = 5 x 10 -3 , and the numerical simulation results shown in Figs. 6 to 9 include the temperature distribution, the wind speed and the relative humidity at a horizontal plane data distance of 1,500 m from the floor of the room.
실험실 온도에 영향을 미치는 요소들Factors Affecting Laboratory Temperature
도 7에 도시된 바와 같이 난방 장치, 사람, PC에서 상승하는 대류 흐름의 영향을 확인할 수 있었다. 외벽 부근에서도 하향 류가 관찰되었다. 모든 열 흐름은 반투명 칸막이에 대응되게 제한된다. 실험실에서 20~22℃ 범위의 온도가 일반적인 쾌적한 환경의 조건을 만족시키는 온도로 나타났다. 즉, 실험실과 같은 경우에는 난방 장치, 사람, PC로부터의 열 획득 작용과 외벽에 의한 열 손실 작용, 및 칸막이와 같은 물체에 의한 온도 분포의 영향 등이 있음을 파악할 수 있었다.
As shown in FIG. 7, the influence of the convective flow rising in the heating device, the person, and the PC was confirmed. Downward flow was also observed near the outer wall. All heat flows are limited to correspond to translucent partitions. Temperatures in the range of 20 to 22 ° C in the laboratory have been found to be satisfactory in a comfortable environment. That is, in the case of the laboratory, it was understood that the heat acquisition function from the heating device, the person and the PC, the heat loss effect by the outer wall, and the influence of the temperature distribution by the object such as partition.
실험실 풍속 및 상대 습도에 영향을 미치는 요소들Factors affecting laboratory wind speed and relative humidity
실험실의 풍속은 도 8에 도시된 바와 같이 창문과 칸막이의 영향이 있다는 점을 볼 수 있었다. 실험실의 습도는 도 9에 도시된 바와 같이, 칸막이의 영향이 있다는 점을 볼 수 있었다. 즉, 대류의 흐름과 반투명 구조물인 칸막이의 영향이 영역별로 잘 나타났다.The wind speed of the laboratory can be seen to be influenced by the windows and partitions as shown in Fig. As shown in Fig. 9, the humidity of the laboratory can be seen to be influenced by the partition. In other words, the flow of convection and the effect of the partition, which is a translucent structure, were good in each region.
이와 같이 시뮬레이션을 통해 특정 조건의 건물 외부 온도와 특정 조건에서의 실험실에서 어떤 영향 요소들이 있는지 살펴볼 수 있었으며, 이러한 영향 요소들은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법에 의해 수치상으로 모델링이 가능하다.In this way, we can observe the external temperature of the building under specific conditions and the influencing factors in the laboratory under specific conditions through the simulation, and these influencing factors can be determined by the influencing factor modeling method for creating a pleasant environment according to the preferred embodiment of the present invention Numerically modelable.
즉, 본 발명에 의하면, 실내 공기 온도 T(t)는 크게 세 가지 영향 요소들, Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)를 각각 WT1(p), WT2(p) 및 WT3(p)의 전달 함수로 표현하여 결국 바람직한 T(t)에 이르기 위해 어떤 요소를 어느 정도 조절해야 하는지를 수치화하여 계산할 수 있다. In other words, according to the invention, the room air temperature T (t) has three components significantly affected, outdoor T (t), Q gain (t), and G .air fr (t) each of T1 W (p) a, W T2 (p) and W T3 (p), and finally calculate the numerical value of what factor should be adjusted to reach the desired T (t).
실내 공기 습도 X(t)도 크게 세 가지 영향 요소들, Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)의 전달 함수로 표현하여 결국 바람직한 실내 공기 습도 X(t)에 이르기 위해 어떤 요소를 어느 정도 조절해야 하는지를 수치화하여 계산할 수 있다.
The room air humidity X (t) is also three kinds of elements greatly influence, X fr .air (t), G steam (t), and a G '(t) each W X1 (p), W X2 (p), and W X3 (p), and finally calculate the numerical value of what element should be adjusted to reach the desired indoor air humidity X (t).
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 Influencing Factors for Creating a Pleasant Environment 모델링modelling 시스템 system
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법이 적용된 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 시스템은 온도 조절 장치(100), 습도 조절 장치(200), 제어부(300), 및 영향 요소 연산부(400)를 포함할 수 있다.9 is a schematic block diagram of a system to which an influence factor modeling method for creating a comfortable environment according to a preferred embodiment of the present invention is applied. 9, the influence element modeling system for creating a comfortable environment according to an embodiment of the present invention includes a
온도조절 장치(100)는 공조기와 같은 냉난방이 가능한 장치일 수 있으며, 습도조절 장치(200)는 제습 및 가습 기능이 있는 장치일 수 있다. 온도조절 장치(100)와 습도조절 장치(200)를 제어하는 제어부(300)는 각각의 온도조절 장치(100)와 습도조절 장치(200)에 통신가능하게 연결될 수 있다. 제어부(300)와 연결된 영향 요소 연산부(400)는 컴퓨터와 같이 정보를 입력받아 신속하게 많은 값을 실시간으로 계산할 수 있는 장치일 수도 있다. The
제어부(300)는 영향 요소 연산부(400)를 통해 온도조절 영향 요소들인 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)에 기초하여 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도를 결정하고 온도조절 장치(100)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 영향 요소 연산부(400)를 통해 습도조절 영향 요소들인 Xfr.air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)에 기초하여 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도를 결정하고 습도조절 장치를 제어할 수 있다.The
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법이 적용된 시스템은 제어부(300)와 연결된 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 온도 및 습도 조절의 대상이 되는 공간에서의 창문의 권장되는 개폐 여부를 표시할 수 있어, 냉난방 장치 또는 제습/가습 장치의 자동적인 제어 조절뿐만 아니라, 창문 열기/닫기 등의 행동을 취할 수 있도록 지시할 수 있어 재실자의 효율적인 수동적인 환경 제어 조절도 가능하다.The system to which the influence factor modeling method for creating a pleasant environment according to the preferred embodiment of the present invention is applied may further include a display unit (not shown) connected to the
따라서, 본 발명에 의하면 건물의 온도 및 습도 조절 시스템이 보다 효율적으로 작동할 수 있으며, 에너지 절약적인 시스템 운영이 가능하다.
Therefore, according to the present invention, the temperature and humidity control system of a building can operate more efficiently, and an energy-saving system can be operated.
100: 온도 조절 장치
200: 습도 조절 장치
300: 제어부
400: 영향 요소 연산부100: Temperature controller
200: Humidity control device
300:
400: influence element operating section
Claims (13)
(b) 상기 실내 온도 조절 영향 요소들 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)를 각각의 전달 함수 WT1(p), WT2(p), 및 WT3(p)를 통해 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계;
(c) 실내 습도 조절 영향 요소들을 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도Xfr.air(t), 스팀 소비율(steam consumption) Gsteam(t), 및 외부에서 유입되는 공기의 유속 G'(t)로 정의하는 단계; 및
(d) 상기 실내 습도 조절 영향 요소들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각의 전달 함수 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)를 통해 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도를 계산하는 단계;를 포함하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
(a) defining the room temperature influencing factors as the outdoor temperature T outdoor (t), the heat Q gain (t) generated through the heating system, and the fresh air G fr .air (t) consumed in the ventilator;
(b) the temperature-controlled room effect elements T outdoor (t), Q gain (t), and G fr .air each of the transfer function (t) W T1 (p) , W T2 (p), and W T3 calculating a degree of influence on the room temperature T (t) through the step (p);
(c) The factors affecting indoor humidity control are the absolute humidity X fr.air (t), steam consumption G steam (t) of the air entering from the outside, and the flow rate G '(t) ; And
(d) said indoor humidity control effect element fr .air X (t), G steam (t), and G 'a (t), each of the transfer function W X1 (p), W X2 (p), and W X3 (t) on the indoor humidity X (t) via the indoor humidity X (t).
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 (a) 단계에서 상기 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)와 실내 온도 T(t)와의 관계는 수학식 7로 표현되고,
[수학식 7]
;
여기서 ; ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); k는 건물 외피의 열 전달 계수(J/m2s·℃); F는 건물 외피의 면적(m2); p는 실내 온도의 라플라스 이미지; C 및 Cair은 공기의 비열 용량(J/℃·kg); Toutdoor(t)는 외부 온도(℃); T(t)는 실내 온도(℃); Qgain(t)는 난방 시스템을 통해 발생된 열(W); Gfr .air(t)는 환기 시설에서 소비되는 신선한 공기(kg/second); 및 △T는 실내 공기와 온도 보상의 변화(temperature compensation change)인,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method according to claim 1,
In the step (a), the relationship between T outdoor (t), Q gain (t), and G fr .air (t) and the room temperature T (t)
&Quot; (7) "
;
here ; ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); k is the heat transfer coefficient of the building envelope (J / m 2 s ° C); F is the area of the building envelope (m 2 ); p is the Laplace image of the room temperature; C and C air are the specific heat capacity of air (J / ° C. Kg); T outdoor (t) is the external temperature (캜); T (t) is the room temperature (占 폚); Q gain (t) is the heat (W) generated through the heating system; G fr .air (t) is the fresh air (kg / second) consumed in the ventilation system; And DELTA T are the indoor air and temperature compensation changes,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 (b) 단계는,
상기 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t) 각각과 실내 온도의 라플라스 이미지 T(p)와의 관계가 각각 상기 WT1(p), WT2(p) 및 WT3(p)의 전달 함수를 통해 표현되는 단계를 포함하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
The T outdoor (t), Q gain (t), and G .air fr (t), respectively, each with the relationship between the indoor Laplacian image T (p) of the temperature T1 W (p), T2 W (p) and W T3 < / RTI > (p).
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WT1(p)는
[수학식 8]
로 표현되며,
여기서 T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지(Laplace image); Toutdoor(p)는 난방 시스템에 대한 라플라스 이미지; TT는 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method of claim 3,
The transfer function W T1 (p)
&Quot; (8) "
Lt; / RTI >
Where T (p) is the Laplace image for the internal temperature; T outdoor (p) is the Laplace image for the heating system; T T is the time constant,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WT2(p)는
[수학식 9]
로 표현되며,
여기서 k1은로서, 난방 시스템 효율 요소; T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지; Qgain(p)는 외부 온도에 대한 라플라스 이미지; 및 TT는 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method of claim 3,
The transfer function W T2 (p)
&Quot; (9) "
Lt; / RTI >
Where k 1 is As a heating system efficiency factor; T (p) is the Laplace image for the internal temperature; Q gain (p) is the Laplace image for the external temperature; And T T is a time constant,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WT3(p)는
[수학식 10]
로 표현되며,
여기서 k2는로서, 환기 시스템 효율 요소; T(p)는 내부 온도에 대한 라플라스 이미지; Gfr .air(p)는 신선한 공기의 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TT는 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method of claim 3,
The transfer function W T3 (p)
&Quot; (10) "
Lt; / RTI >
Where k 2 is , The ventilation system efficiency factor; T (p) is the Laplace image for the internal temperature; G fr .air (p) is the Laplace image of fresh air consumption; And T T is a time constant,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 (b) 단계에서 상기 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)와 실내 습도와의 관계는 수학식 14로 표현되고,
[수학식 14]
;
여기서 TX는 로서 가습 과정의 시간 상수; ρ는 공기 밀도(kg/m3); V는 풍량(m3); k는 건물 외피의 열 전달 계수(J/m2s·℃); p는 실내 온도의 라플라스 이미지; (t)는 실내 공기의 절대 습도; Gfr .air은 외부에서 유입되는 공기의 소비율(kg/second); Xfr .air(t)는 외부에서 유입되는 공기의 절대 습도(kgwater/kgair); Goutgoing _air(t)는 배출되는 공기의 소비율(kg/second); Xoutgoing _air(t)는 배출되는 공기의 절대 습도(mwater/mair 또는 kgwater/kgair); 및 Gsteam(t)는 스팀 소비율(kg/second)인,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method according to claim 1,
In the step (b), the relationship between X fr. Air (t), G steam (t), and G '(t) and indoor humidity is expressed by Equation (14)
&Quot; (14) "
;
Where T X is The time constant of the humidification process as; ρ is the air density (kg / m 3 ); V is the air flow rate (m 3 ); k is the heat transfer coefficient of the building envelope (J / m 2 s ° C); p is the Laplace image of the room temperature; (t) is the absolute humidity of the room air; G fr .air is the consumption rate of the incoming air (kg / second); X fr .air (t) is the absolute humidity of the incoming air (kg water / kg air ); G outgoing _air (t) is the rate of exhausted air (kg / second); X outgoing _air (t) is the absolute humidity of the exhausted air (m water / m air or kg water / kg air ); And G steam (t) is the steam consumption rate (kg / second)
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 (d) 단계는,
상기들 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)를 각각과 실내 습도의 라플라스 이미지 X(p)와의 관계가 각각 상기 WX1(p), WX2(p), 및 WX3(p)의 전달 함수를 통해 표현되는 단계를 포함하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
The method according to claim 1,
The step (d)
Said X fr .air (t), G steam (t), and the W X1 G '(t), respectively, each with the relationship between the Laplace image X (p) of the room humidity (p), W X2 (p ) , And W X3 (p).
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WX1(p)는
[수학식 15]
로 표현되며,
여기서 X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; Xfr .air(p)는 신선한 공기의 내부 습도에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
9. The method of claim 8,
The transfer function W X1 (p)
&Quot; (15) "
Lt; / RTI >
Where X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; X fr .air (p) is the Laplace image of the internal humidity of fresh air; And T X Which means the time constant in the humidifier,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WX2(p)는
[수학식 16]
로 표현되며,
여기서 k3는 로서 스팀 소비율의 변환 계수; X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; Xsteam(p)는 스팀 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
9. The method of claim 8,
The transfer function W X2 (p)
&Quot; (16) "
Lt; / RTI >
Where k 3 is A conversion coefficient of the steam consumption rate; X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; X steam (p) is the Laplace image for the steam consumption rate; And T X Which means the time constant in the humidifier,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 전달 함수 WX3(p)는
[수학식 17]
로 표현되며,
여기서 k4는 Gsteam으로서 신선한 공기 소비율에 대한 변환 계수; X(p)는 내부 공기 습도에 대한 라플라스 이미지; G'(p)는 신선한 공기 소비율에 대한 라플라스 이미지; 및 TX는 로서 가습 관정에서의 시간 상수를 의미하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 방법.
9. The method of claim 8,
The transfer function W X3 (p)
&Quot; (17) "
Lt; / RTI >
Where k 4 is the G steam and the conversion factor for the fresh air consumption rate; X (p) is the Laplace image for the internal air humidity; G '(p) is the Laplace image for the fresh air consumption rate; And T X Which means the time constant in the humidifier,
A Modeling Method of Influence Factors for Creating a Pleasant Environment.
상기 시스템은 온도조절 장치, 습도조절 장치, 상기 온도조절 장치와 상기 습도조절 장치를 제어하는 제어부, 및 상기 제어부와 연결된 영향 요소 연산부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 영향 요소 연산부를 통해 온도조절 영향 요소들인 Toutdoor(t), Qgain(t), 및 Gfr .air(t)에 기초하여 실내 온도 T(t)에 미치는 영향의 정도를 결정하고 상기 온도조절 장치를 제어하며, 습도조절 영향 요소들인 Xfr .air(t), Gsteam(t), 및 G'(t)에 기초하여 실내 습도 X(t)에 미치는 영향의 정도를 결정하고 상기 습도조절 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 시스템.
13. A system to which an influencing factor modeling method for creating a comfortable environment according to any one of claims 1 to 11 is applied,
The system includes a temperature controller, a humidity controller, a controller for controlling the temperature controller and the humidity controller, and an influence element calculator connected to the controller,
The control unit may determine the extent of effects on the indoor temperature T (t) on the basis of the outdoor T (t), Q gain (t), and G .air fr (t), which are temperature controlled impact element through the impact element calculation unit Determines the degree of influence on the indoor humidity X (t) based on the humidity control influencing factors X fr .air (t), G steam (t), and G '(t) And controlling the humidity control device.
Influential Factor Modeling System for Comfortable Environment.
상기 제어부와 연결된 디스플레이부를 더 포함하며,
상기 디스플레이부는 온도 및 습도 조절의 대상이 되는 공간에서의 창문의 권장되는 개폐 여부를 표시하는 것을 특징으로 하는,
쾌적한 환경 조성을 위한 영향 요소 모델링 시스템.13. The method of claim 12,
And a display unit connected to the control unit,
Wherein the display unit indicates whether or not the window is opened or closed in a space that is a target of temperature and humidity control.
Influential Factor Modeling System for Comfortable Environment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170048105A KR101758321B1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | An influencing factor modeling method and system for making a comfortable environment |
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---|---|---|---|
KR1020170048105A KR101758321B1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | An influencing factor modeling method and system for making a comfortable environment |
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KR1020170048105A KR101758321B1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | An influencing factor modeling method and system for making a comfortable environment |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3465217B2 (en) | 1997-08-29 | 2003-11-10 | 株式会社日立製作所 | Air conditioner |
JP2015230128A (en) | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 株式会社日立製作所 | Energy management system |
JP5931281B2 (en) | 2013-04-15 | 2016-06-08 | 三菱電機株式会社 | Air conditioning system controller |
JP2016109422A (en) | 2014-12-04 | 2016-06-20 | 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Delta Electronics,Inc. | Environmental comfort control system and its control method |
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2017
- 2017-04-13 KR KR1020170048105A patent/KR101758321B1/en active IP Right Grant
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JP2016109422A (en) | 2014-12-04 | 2016-06-20 | 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Delta Electronics,Inc. | Environmental comfort control system and its control method |
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