KR101857081B1 - 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템 - Google Patents

건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템 Download PDF

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Abstract

건물 내의 공간마다 방문자의 점유도를 분석하여 점유도에 따라 공간에 설치된 전기설비의 동작을 제어하는 BMS 연동형 조명제어 시스템이 개시된다. 이를 위하여 건물 내 감시구역마다 설치된 전기설비와, 상기 감시구역마다 설치되어 감시구역 내의 온도 및 움직임을 감지하여 센싱정보를 생성하는 복수개의 복합센서, 및 각 복합센서로부터 센싱정보가 수신되면 온도 및 움직임에 대한 센싱정보를 기반으로 해당 감시구역의 점유도를 분석하고 상기 점유도에 대한 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하며 상기 점유도 데이터를 건물에 미리 설치된 HVAC 시스템 서버로 전송하는 에너지 매니저 장치를 포함하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 불필요한 전기설비의 운전을 줄이고 효율적으로 전기설비를 운영함으로써 에너지를 절약하고 전기설비들의 수명을 늘려줄 수 있다.

Description

건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템{MANAGEMENT SYSTEM OF ENVIRONMENT CONTROL INSTALLED IN BUILDING}
본 발명은 냉난방, 통풍, 공기조화 등을 위해 건물 내에 설치된 전기설비를 관리하는 관리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물 내의 공간마다 방문자의 점유도를 분석하여 점유도에 따라 해당 공간에 설치된 전기설비의 동작을 제어하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템에 관한 것이다.
우리나라의 에너지 소비량은 2000년대 들어서면서 지속적으로 증가해 최근에는 무려 300억 달러 이상이 되고 있는 실정이다. 국내 에너지 소비량 중 건물 부문(상업 및 가정 부분)이 차지하는 비율은 전체 에너지 소비량의 약 35~40%에 달할 정도로 막대하다. 또한 이러한 현상은 건물 내 쾌적한 환경 조성과 사무환경의 시스템화 등으로 에너지 소비량이 점차 증가하고 있는 추세이다.
2건물부문에서의 에너지 소비는 건물의 신축에서부터 운영은 물론 철거에 이르기까지 건물의 전 수명기간에 걸쳐 일어나는데, 건물의 에너지 소비에 가장 큰 비중을 차지하는 것은 실내 환경을 쾌적하게 유지하기 위해 소비되는 냉난방 공조설비의 동력에너지와 조명용 에너지이다.
또한, 사무용 건물에서 소비되는 용도별 에너지 비율은 공조용 에너지가 약 50%, 조명 및 콘센트용 에너지가 33%로 결국 건물에서의 에너지 소비는 건축설비용 에너지가 전체의 86%를 차지하고 있다는 것을 알 수 있다. 이는 곧 건물 운용단계에서 공조와 전력(조명) 설비에 대한 효율적인 유지관리가 전체 유지관리 비용 및 에너지 관리에 크게 영향을 미치고 있음을 의미한다.
따라서, 고유가 시대 및 온실가스 감축 필요성 등의 요구에 따라 에너지의 효율적인 사용은 중요한 국가적 과제가 되고 있고, 이중 전기 에너지의 절감은 자동차 등의 운송장비의 에너지 효율화 등과 더불어 가장 중요한 과제가 되고 있으며, 각 기업체는 건물 관리 측면에서 전기 에너지를 절감하여 비용을 줄이기 위해 사용하는 방법은 에너지 효율이 높은 조명기구, 전동기, 공조기 등을 사용하는 방법이 주가 되고 있다.
또 다른 에너지 절감 방법으로는 전력계통과 공조기 관련 기술 분야에서 부분적인 기술개발이 이루어지고 있으며, 전력분야에서는 에너지 고효율 조명시설, 고효율 전동기 등의 기술개발이 이루어지고 있고, 공조기 분야에서는 고효율 공조기, 태양광 차단을 통한 복사열 차단 등과 같은 방식의 기술개발이 주종을 이루고 있다.
또한, 상기와 같이 에너지 효율이 높은 조명기구, 전동기, 공조기 등을 설치하기 위해서는 기존에 건물이나 전력집중시설에 설치되어 있는 조명기구, 전동기, 공조기 등 기존에 사용되고 있는 장치들을 일일이 교체하여야 하기 때문에 비용이 많이 들어 에너지 절감비용 보다 교체비용이 더 소모될 수도 있다는 문제점이 있었다.
아울러, 상기와 같이 개별 장치별로 기술개발이 이루어져 있으므로 건물이나 전력집중 시설의 전체적인 사용전력의 효율적인 분배, 낭비 전력의 절감, 공조설비 자체의 효율적인 운용, 전동기 사용 에너지의 효율적인 운용 등과 같이 기존 설비를 교체하지 않고 운영 자체를 효율적으로 관리하여 전체적인 에너지를 절감하는 기술은 아직 개발되어 있지 않다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1631094호(2016.06.16 공고) 대한민국 공개특허 제10-2013-0053859호(2013.05.24 공개) 대한민국 공개특허 제10-2011-0118259호(2011.10.31 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 건물 곳곳에 설치된 복합센서를 통해 건물의 점유도를 실시간으로 모니터링하고 이를 바탕으로 건물 내 조명 및 기계 설비를 제어함으로써 결과적으로 건물 전체의 전력 에너지 사용을 절감하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 건물 내 감시구역마다 설치된 전기설비와, 상기 감시구역마다 설치되어 감시구역 내의 온도 및 움직임을 감지하여 센싱정보를 생성하는 복수개의 복합센서, 및 각 복합센서로부터 센싱정보가 수신되면 온도 및 움직임에 대한 센싱정보를 기반으로 해당 감시구역의 점유도를 분석하고 상기 점유도에 대한 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하며 상기 점유도 데이터를 건물에 미리 설치된 HVAC 시스템 서버로 전송하는 에너지 매니저 장치를 포함하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 건물의 내부 공간에 설치된 복합센서를 이용하여 각 공간의 방문자에 의한 점유도를 예측하고, 이러한 점유도를 에너지에 대한 적절한 관리 및 운용에 활용함으로써 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 전기설비의 운전을 줄이고 효율적으로 전기설비를 운영함으로써 전기설비들의 수명을 늘려줄 수 있다. 이로 인해, 공간 환경의 상태를 최적화 시키며 건물 내 공간의 전체에 대한 에너지 절약 효과를 가져올 수 있다.
아울러, 본 발명은 통신 단말기와 연동 가능한 인터페이스 구현을 통해 관리자 및 사용자가 언제 어디서나 건물 내 공간에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.
그리고 본 발명은 직관적인 UI를 통해 사용자에게 정확하고 신속한 정보를 전달할 수 있고, 인터넷을 통해 원격으로 운영관리가 가능하며, 점유도 분석을 통해 건물 내 공간에 대한 리포팅 및 스케쥴 관리를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 환경제어 관리시스템의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 환경제어 관리시스템의 다른 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 매니저 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모니터링 단말기의 기본 화면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템(이하, '전기설비 관리시스템'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 방문자나 거주자 등의 사람이 건물 내의 감시구역을 점유하는 경우에 해당 감시구역에 설치된 전기설비(100)의 동작을 제어함으로써 에너지 사용의 효율화를 추구하는 시스템이다.
구체적으로, 상기 전기설비 관리시스템은 건물 내의 감시구역에 설치된 전기설비(100)와, 각 감시구역마다 설치되어 해당 감시구역의 점유도 분석을 위한 센싱정보를 생성하는 복합센서(200), 및 상기 센싱정보를 기반으로 점유도를 분석하여 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하며 상기 점유도 데이터를 건물 내에 미리 설치된 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning) 시스템 서버(10)로 전송하는 에너지 매니저 장치(300)를 포함한다.
이러한 HVAC 시스템은 초고층 건물을 비롯한 중대형 산업, 오피스 건물에 주로 적용되는 것이다. 그리고 HVAC 시스템 서버(10)는 건물 내의 공기 조화, 방재, 난방, 위생, 조명 등 건물에 관련하는 여러 설비를 종합적으로 관리하는 서버로, 에너지 매니저 장치(300)에 연결된다.
필요에 따라, 상기 HVAC 시스템 서버(10)는 빌딩 자동화 제어망(Building Automation and Control networks : BACnet)을 통해 에너지 매니저 장치(300)에 연결되어 백넷 통신으로 데이터를 송수신한다. 이를 위해, 상기 에너지 매니저 장치와 HVAC 시스템 서버 사이에는 이더넷 통신을 백넷 통신으로 변환시키는 프로토콜 커넥터(700)가 설치될 수 있다.
일 실시 양태로서, HVAC 시스템 서버(10)는 에너지 매니저 장치(300)로부터 전기설비의 제어신호가 포함된 스케줄 데이터를 수신받고, 상기 제어신호를 해당 전기설비에 전송하여 전기설비의 동작을 제어한다.
다른 실시 양태로서, HVAC 시스템 서버(10)는 에너지 매니저 장치(300)로부터 리포팅 데이터를 수신받고, 상기 리포팅 데이터를 분석하여 전기설비의 제어신호를 생성하며, 상기 제어신호를 해당 전기설비에 전송하여 전기설비의 동작을 제어한다.
아울러, HVAC 시스템은 직접 디지털 신호에 의하여 전기설비(100)에 구비된 밸브나 댐퍼 등을 제어할 수 있고(direct digital control), 인버터 등의 교류 전력을 출력하는 전력 변환 장치에 두어 출력되는 교류 전력의 실효 전압과 주파수를 임의로 가변 제어하는 VFD(Variable Frequency Drive) 제어 기술을 사용할 수 있으며, 가변풍량(variable air volume)방식을 이용하여 덕트 내의 댐퍼, 배출구 또는 송풍기에서 풍량을 변화시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 전기설비(100)를 포함한다.
상기 전기설비(100)는 건물 내의 감시구역마다 설치되고 전기를 사용해 동작하는 것으로, 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10) 또는 이들 모두에 연결되어 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10)로부터 송신된 제어신호에 의해 ON/OFF되거나, 동작의 세기가 조절된다. 필요에 따라, 에너지 매니저 장치(300)와 전기설비(100) 사이에는 작업환경 관제시스템 서버(미도시)가 구비될 수도 있다. 이때, 작업환경 관제시스템은 에너지 매니저 장치(300)로부터 전송된 제어신호에 따라 전기설비(100)를 제어하는 역할을 수행한다.
이러한 전기설비(100)로는 조명장치, 공조장치, 냉난방기 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 조명장치는 각 감시구역에 설치되어 감시구역의 밝기를 조절하는 것으로, 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10)로부터 송신된 조명제어신호에 따라 빛을 발광한다.
이러한 조명장치는 감시구역에 한 개 이상 설치되고, 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10)로부터 별도의 조명제어신호가 전달되지 않으면 미리 지정된 기본 조도로 감시구역에 조명을 제공한다.
예컨대, 조명장치는 전기에너지를 절약하도록 기본 조도가 최대의 10~50%로 설정된 경우, 조명제어신호가 수신되지 않는 상황에서는 감시구역에 10~50%의 밝기로 빛을 발광하며, 조명제어신호가 수신되면 감시구역에 기본 조도보다 밝은 조도, 예컨대 50~100%의 밝기로 빛을 발광한다.
필요에 따라, 상기 전기설비(100)에는 감시카메라가 더 포함될 수 있다. 상기 감시카메라는 지속적인 감시가 요구되는 건물 내 감시구역에 설치되며, 감시구역에 대한 영상을 촬영하여 감시영상을 생성한다. 이때, 감시카메라는 감시구역에 1개 이상이 설치될 수 있다.
예컨대, 단일의 감시구역에 복수개의 감시카메라가 설치되면, 상기 감시카메라로는 IP 카메라나 웹 캠(web cam)이 사용될 수 있다. 또한, 단일의 감시구역에 단일의 감시카메라가 설치되는 경우, 상기 감시카메라로는 객체를 연속적으로 추적(tracking)하며 촬영하기 위해 팬/틸트(Pan/Tilt) 모듈 및 줌(Zoom) 모듈이 내장된 PTZ(Pan Tilt Zoom) 카메라가 사용될 수 있다.
또한, 상기 감시카메라는 에너지 매니저 장치(300)에 의해 움직이는 객체가 지정되지 않은 경우 감시구역 중 핵심 관리영역에 대한 영상을 촬영하지만, 출입구 등을 통해 이동하는 객체가 진입한 경우에는 상기 객체를 추적하면서 객체에 대한 확대영상을 촬영하여 감시영상을 생성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 복합센서(200)를 포함한다.
상기 복합센서(200)는 건물 내의 감시구역마다 설치되어 감시구역 내의 온도 및 움직임을 감지하여 센싱정보를 생성하는 것으로, 에너지 매니저 장치(300)에 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 센싱정보를 에너지 매니저 장치(300)에 전송한다.
상기 복합센서(200)는 동작감지센서(Passive Infrared Sensor : PIR)와 초음파센서를 함께 사용하거나, 듀얼기술센서를 사용하거나, 동작감지와 온도감지가 가능한 적외선(Infrared Ray) 센서를 사용할 수 있다.
상기 PIR은 온도 변화에 민감한 내부 센서를 사용하여 사람의 체온에서 발산된 열을 감지하는 센서이다. 그리고 PIR은 예상 온도 범위의 열을 발산하는 물체로 인한 펄스 트리거로부터 센서 작동을 방지하기 위해서 내부 센서가 분절 렌즈, 즉 프레넬 렌즈로 덮여 있다. 이 분절 렌즈의 세그먼트는 센서의 시야를 광선 패턴으로 나눈다.
상기 초음파센서는 들을 수 없는 고주파를 발산하면서, 반사된 음파를 수용하여 물체의 움직임을 감지하는 센서이다.
상기 듀얼기술센서는 적외선과 초음파를 함께 이용하는 센서로, 동형 적외선 방식으로 물체의 움직임을 최초로 감지하며, 초음파 기술로 더 정교한 움직임을 감지하여 계속해서 적외선과 초음파로 공간에 진입한 물체의 움직임을 인지한다.
필요에 따라, 상기 복합센서(200)는 감시구역의 습도를 감지하는 습도센서를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 복합센서(200)는 일광센서를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 일광센서는 주로 창문이 설치된 건물의 측벽 주위에 설치되어 창문을 통해 건물 내부로 들어온 태양광을 감지하는 센서로, 동일한 감시구역에 해당하더라도 창문주변 공간에 설치된 전기설비(100)와 다른 공간에 설치된 전기설비(100)가 다른 동작을 수행하도록 하는 근거를 수집한다. 이는, 단일의 감시구역이라고 하더라도 태양광이 직접 비춰지는 공간과 다른 공간에 온도와 밝기가 다를 수 있기 때문이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전기설비(100)는 복수개의 감시구역으로 분획된 룸의 각 감시구역마다 설치되며, 각 감시구역마다 독립적으로 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10)에 의해 제어된다.
한편, 본 발명의 복합센서(200)는 전기설비(100) 중 조명장치에 연결되도록 설치될 수 있다. 이때, 복합센서(200)는 감시구역에 진입한 사람의 움직임을 감지하여 해당 복합센서(200)에 연결된 조명장치에 ON/OFF 제어신호를 직접 전송한다. 또한, 복합센서(200)는 감시구역 내의 온도 및 움직임을 감지하여 센싱정보를 생성하고, 상기 센싱정보를 에너지 매니저 장치(300)에 전송함으로써 상기 조명장치가 에너지 매니저 장치(300)나 HVAC 시스템 서버(10)에 의해 디밍(dimming)이 제어되도록 작용한다.
본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 조도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 조도센서는 감시구역에 설치되어 감시구역의 실내조도를 측정하여 에너지 매니저 장치(300)로 제공하는 역할을 수행한다.
이러한 조도센서는 복합센서(200)보다 에너지 매니저 장치(300)로 하여금 상위의 제어 상태를 출력하도록 작용한다. 예컨대, 특정 감시구역에 복합센서(200)와 조명장치가 설치되어 있는 경우, 사람이 감시구역에 들어오면 복합센서(200)는 센싱정보를 에너지 매니저 장치(300)로 송신함으로써, 상기 에너지 매니저 장치(300) 또는 HVAC 시스템 서버(10)가 기 설정된 프로그램에 의해 작동신호를 조명장치로 보내서 조명장치를 점등시키도록 작용한다.
여기에 조도센서가 감시구역에 복합센서(200)와 함께 설치되어 있으면, 에너지 매니저 장치(300)에 설정된 프로그램은 사람의 출입여부에 관계없이 현재(낮과 밤 또는 밝음과 어두운 상태) 감시구역의 밝기(설정된 Lux 값)에 따라 자동으로 조명장치를 사전에 설정된 디밍 밝기로 점등시킬 수 있게 된다.
다시 말해, 감시구역에 사람이 들어와 복합센서(200)에 감지되면 기본적으로 조명장치가 점등되지만, 공간의 밝기가 기 설정된 Lux 이상이면 에너지 매니저 장치(300)의 제어에 따라 조명장치가 소등된 상태로 유지된다.
필요에 따라, 이러한 조도센서는 복합센서와 일체형으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 환경제어 관리시스템의 다른 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 시리얼 게이트웨이(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 시리얼 게이트웨이(400)는 복합센서(200)에 무선으로 연결되며 에너지 매니저 장치(300)에 유선으로 연결되는 것으로, 각 시리얼 게이트웨이(400)는 복수개의 복합센서(200)를 에너지 매니저 장치(300)에 연결한다. 이때, 시리얼 게이트웨이(400)는 에너지 매니저 장치(300)에 이더넷 통신으로 센싱정보를 전송할 수 있다.
또한, 시리얼 게이트웨이(400)는 에너지 매니저 장치(300)에 PoE(Power of Ethernet) 케이블을 통해 연결될 수 있다. 이는, 시리얼 게이트웨이(400)가 별도로 전원을 공급받지 않고 에너지 매니저 장치(300)로부터 전원을 공급받기 위함이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 에너지 매니저 장치(300)를 포함한다.
상기 에너지 매니저 장치(300)는 상기 복합센서(200)로부터 센싱정보가 수신되면 온도 및 움직임에 대한 센싱정보를 기반으로 해당 감시구역의 점유도를 분석하여 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하는 것으로, 상기 스케줄 데이터로 해당 전기설비(100)의 동작을 제어하거나, 점유도 데이터를 HVAC 시스템 서버(10)로 전송한다. 이때, 스케줄 데이터로 제어되는 전기설비(100)는 센싱정보를 전송한 복합센서(200)와 동일한 감시구역에 설치된 전기설비(100)이다.
또한, 에너지 매니저 장치(300)는 감시구역의 실내조도가 미리 설정된 기준 이상으로 분석되면, 센싱정보와 상관없이 전기설비인 조명장치의 동작을 그대로 유지하는 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성한다.
이를 위해 에너지 매니저 장치(300)는 복합센서(200)와 조도센서에 네트워크 망을 통해 연결된다. 그리고 에너지 매니저 장치(300)는 전기설비(100)나 HVAC 시스템 서버(10), 또는 이들 모두에 네트워크 망을 통해 연결된다.
이러한 에너지 매니저 장치(300)는 복합센서(200)로부터 센싱정보가 수신되면 상기 복합센서(200)가 설치된 감시구역의 점유도를 분석한다. 여기서, 점유도란 감시구역이 사람의 진입에 의해 점유된 상태를 의미한다.
일 실시 양태로서, 본 발명에 따른 에너지 매니저 장치(300)는 감시구역이 점유된 상태로 판단되면, 전기설비(100)의 제어신호가 포함된 스케줄 데이터를 생성하여 전기설비(100)로 전송할 수 있다.
다른 실시 양태로서, 본 발명에 따른 에너지 매니저 장치(300)는 점유도에 따른 각 감시구역의 이용 상태정보와 각 감시구역의 온도에 대한 온도정보가 포함된 리포팅 데이터를 생성하여 HVAC 시스템 서버(10)로 전송할 수 있다. 이때, 리포팅 데이터에는 센싱정보가 수집된 날짜와 시간이 포함될 수 있다. 필요에 따라, 리포팅 데이터에는 각 감시구역의 습도에 대한 습도정보가 더 포함될 수 있다.
또 다른 실시 양태로서, 본 발명에 따른 에너지 매니저 장치(300)는 각 감시구역의 점유도를 기반으로 전기설비(100)의 운영에 대한 스케줄 데이터를 생성하여 HVAC 시스템 서버(10)로 전송할 수 있다. 이 경우, HVAC 시스템 서버(10)는 스케줄 데이터를 기반으로 전기설비(100)를 제어한다.
이와 같이, 에너지 매니저 장치(300)는 제어신호가 포함된 스케줄 데이터를 통해 직접적으로 전기설비(100)의 동작을 제어하거나, 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터를 HVAC 시스템 서버(10)로 전송하여 간접적으로 전기설비(100)의 동작을 제어한다.
예를 들어 단일 룸이 8개의 감시구역(ZONE-1 ~ ZONE-8)으로 분획된 경우, ZONE-3과 ZONE-6이 점유된 상태이고 설정 온도를 초과한 것으로 분석되면, 에너지 매니저 장치(300)는 ZONE-3과 ZONE-6의 실내온도가 낮아지도록 ZONE-3과 ZONE-6에 설치된 냉난방기의 동작을 직접 또는 간접적으로 제어한다.
그리고 센싱정보에 조도 정보가 포함된 경우, 에너지 매니저 장치(300)는 감시구역의 조도가 미리 설정된 기준 이상이면 움직임 정보와 온도 정보에 상관없이 조명장치를 점등시키거나 조명장치가 현재 상태를 유지하도록 하는 제어신호를 생성한다.
또한, 센싱정보에 태양광 정보가 포함된 경우, 에너지 매니저 장치(300)는 감시구역의 조도가 미리 설정된 기준 이상이면 움직임 정보와 온도 정보에 상관없이 조명장치를 점등시키거나 조명장치가 현재 상태를 유지하도록 하는 제어신호를 생성하며, 태양광 정보가 포함되지 않는 경우보다 낮은 설정온도로 냉난방 장치가 작동되도록 하는 제어신호를 생성한다.
예컨데, 단일 룸이 창문이 설치된 ZONE-1과 ZONE-2를 포함한 8개의 감시구역(ZONE-1 ~ ZONE-8)으로 분획되고, 복합센서(200)를 통해 ZONE-1에 태양광의 유입이 감지되면, 에너지 매니저 장치(300)는 ZONE-1 ~ ZONE-8이 점유된 상태이며 난방 및 점등을 요구하는 상태로 분석되더라도 ZONE-1을 제외한 나머지 감시구역에 난방 및 점등이 진행되도록 해당 감시구역(ZONE-2 ~ ZONE-8)에 설치된 전기설비(100)를 제어하여 에너지를 절약할 수 있다.
다시 말해, 햇빛이 유입된 감시구역(ZONE-1)에 위치한 제1 방문자는 다른 감시구역(ZONE-2~ZONE-7)에 위치한 제2 방문자보다 밝은 분위기와 높은 외부 온도를 느낄 수 있기 때문에 햇빛이 유입된 감시구역에 점등 및 난방을 수행하지 않거나 그 강도를 줄이더라도 제1 방문자는 제2 방문자와 대등한 분위기(온도, 밝기)를 느낄 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 매니저 장치(300)는 전술한 시리얼 게이트웨이(400)에 연결된 네트워크 스위치(310) 및 상기 네트워크 스위치에 연결된 임베디드 보드를 포함하여 구성된다.
상기 네트워크 스위치(310)는 네트워크 단위들을 연결하는 통신 장비로서, 복수개의 시리얼 게이트웨이(400)를 임베디드 보드(320)에 연결한다. 여기서, 임베디드 보드(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 네트워크 커넥터(322), 사용자 인터페이스부(324), 제어부(326), 전기설비 컨트롤러(328)를 포함할 수 있다. 이때, 네트워크 스위치(310)는 외장형으로 임베디드 보드(320)에 연결되거나, 임베디드 보드(320)와 함께 단일의 하우징에 내장형으로 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 임베디드 보드(320)를 구성하는 네트워크 커넥터(322)는 에너지 매니저 장치(300)를 전기설비(100)와 네트워크 스위치(310) 및 모니터링 단말기(600)에 유선 또는 무선 통신방식으로 연결하는 것으로, 모니터링 단말기(600)를 통해 입력된 제어신호나 전기설비 컨트롤러(328)로부터 생성된 제어신호를 네트워크 망을 통해 전기설비(100)로 전송하는 역할을 수행한다.
이러한 네트워크 망은 유선을 사용하는 것이 바람직하지만, 무선 통신을 사용할 수도 있다. 이때, 통신 방식은 CAN 통신, RS485 통신, RS232 통신, TCP/IP 방식 등을 사용할 수 있다.
한편, 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(322)와 개별 조명장치 사이에는 DALI(Digital Addressable Lighting Interface), DSI(Digital Signal Interface), DMX(Digital Multiplex), 1-10V 중 어느 하나의 통신제어방식을 사용할 수 있다. 예컨대, 조명장치가 LED 램프인 경우, LED 램프에는 DALI, DSI, DMX, 1-10V용 안정기가 포함될 수 있다.
또한, 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(322)와 개별 조명장치 사이에는 I/O 보드, 1-10V 컨트롤러, 위상제어 장치(phase dimming controller), 전동기 제어기(motor controller) 중 하나 이상이 구비될 수 있다. 필요에 따라, I/O 보드와 1-10V 컨트롤러와 위상디밍 컨트롤러 및 전동기 제어기는 단일의 컨트롤 박스에 설치될 수 있다. 이때, 상기 컨트롤 박스는 딘 레일(din rail) 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 I/O 보드는 복합센서(200)로부터 수집된 모션정보를 에너지 매니저 장치(300)로 전송하는 기능을 제공한다. 또한, I/O 보드에 내장된 DMX는 일반조명, 스팟조명, 무빙헤드조명 등의 무대공연 조명을 연출하는 기능을 제공한다. 그리고 상기 1-10V용 컨트롤러는 LED 조명, 형광등, 할로겐램프 등의 디밍(0% 내지 100%)을 제어하고, ON/OFF를 제어하는 기능을 제공한다.
상기 위상제어 장치는 LED 조명의 디밍과 on/off를 제어하고, 형광등, 할로겐램프의 on/off를 제어하는 기능을 제공한다. 그리고 전동기 제어기는 계전기(relay)를 제어하여 프로젝터의 상승/하강을 조정하는 기능을 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 교류형 LED 램프를 조명장치로 사용할 수 있도록 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(322)와 LED 램프 사이에 무접점 릴리에(Solid State Relay : SSR)가 설치된 AC 디밍 컨트롤러가 구비될 수 있다.
상기 AC 디밍 컨트롤러는 에너지 매니저 장치(300), 즉 네트워크 커넥터(322)에 연결되어 에너지 매니저 장치(300)로부터 공급된 AC 220V의 전압을 AC 24V의 전압으로 변압시켜주는 구성으로, SSR을 통해 LED 램프로 교류 전압을 공급한다.
상기 SSR은 AC 디밍 컨트롤러에 설치되어 LED 램프로 공급되는 교류의 위상을 제어하는 것으로, 전압은 일정하게 하고 전류량은 조절함으로써 디밍보다 LED 램프의 밝기를 정밀하게 제어하는 구성이다. 예컨대, 1-10V 통신제어방식을 이용한 디밍은 10단계로 LED 램프의 밝기를 조정할 수 있으나, SSR은 100단계로 LED 램프의 밝기를 조정할 수 있다. 또한, SSR을 이용한 AC 위상제어는 일반 형광등. 백열전구. 할로겐 램프. LED 램프에 모두 디밍제어 가능한 장점이 있으며, 특히 형광등에 별도의 디밍안정기를 필요로 하지 않고. LED 램프에도 별도의 드라이버(driver)를 사용하지 않아도 되는 장점을 제공한다.
다시 말해, SSR 컨트롤러의 제어신호는 직류 전압(DC voltage)으로 제어되고, LED 램프에 공급되는 교류(AC) 위상 값(전압&주파수)을 변화시켜 LED 램프에 공급되며, LED 램프에 장착되어 있는 AC to DC 컨버터(converter)를 통해 정전류 제어를 수행하게 된다. 이때, AC 램프전원의 위상제어는 PWM(Pulse width Modulation) 방식으로 처리된다.
본 발명에 따른 임베디드 보드(320)를 구성하는 사용자 인터페이스부(324)는 기본 화면과 보조 화면 등이 포함된 펌웨어를 저장하는 것으로, 통신 네트워크를 통해 연결된 관리자 단말기나 유선으로 연결된 모니터링 단말기(600)로부터 제어명령을 입력받을 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 지정버튼과 다수의 조절버튼이 표시된 기본 화면과 보조 화면을 관리자 단말기나 모니터링 단말기(600)로 제공한다. 이때, 기본 화면과 보조 화면에는 제어하기를 원하는 감시구역에 설치된 전기설비(100)를 선택할 수 있도록 각 전기설비(100)의 아이콘이 포함될 수 있다.
보다 구체적으로, 이러한 화면 구조는 주로 다수개의 조명장치를 제어하기 위한 것이다. 예컨데, SCENE-1은 임의의 제1 조명장치를 제어하기 위한 것으로서 첫 번째 터치는 제1 조명장치의 ON을 제어하고, 두 번째 터치는 제1 조명장치의 OFF를 제어한다. 또한, SCENE-2는 제2 조명장치를 제어하기 위한 것으로서 첫 번째 터치는 제2 조명장치의 ON을 제어하고, 두 번째 터치는 제2 조명장치의 OFF를 제어한다.
이와 같은 맥락으로, SCENE-3 내지 SCENE-5는 제3 조명장치 내지 제5 조명장치의 ON/OFF를 제어한다.
아울러, 8개의 조절버튼은 상하방향으로 막대기를 이동시키면 각 감시구역(또는 룸)에 설치된 조명장치에 대한 밝기(조도)의 세기를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 임베디드 보드(320)를 구성하는 제어부(326)는 네트워크 스위치(310)로부터 센싱정보가 수신되면 온도 및 움직임에 대한 센싱정보를 기반으로 해당 감시구역의 점유도를 분석하여 스케줄 데이터 또는 리포팅 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성한다. 그리고 제어부(326)는 상기 스케줄 데이터를 해당 전기설비 컨트롤러(328)로 제공하거나, 점유도 데이터를 HVAC 시스템 서버(10)로 전송한다.
또한, 제어부(326)는 감시구역의 실내조도가 미리 설정된 기준 이상으로 분석되면, 센싱정보와 상관없이 전기설비(100)인 조명장치의 동작을 그대로 유지하는 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성한다.
예를 들면, 제어부(326)는 임의의 제1 감시구역에 설치된 복합센서(200)로부터 동작 미감지 신호와 25℃의 온도를 갖는 센싱정보가 수집되면, 제1 감시구역을 미점유 상태로 분석하여 제1 감시구역에 설치된 조명장치를 OFF시키거나 저조도 상태를 유지하도록 제어하고, 다른 전기설비가 동작하지 않도록 제어한다.
또한, 제어부(326)는 제2 감시구역에 설치된 복합센서(200)로부터 동작 감지 신호와 기준 온도, 예컨대 15 내지 25℃ 이상의 온도인 30℃를 갖는 센싱정보가 수집되면, 제2 감시구역을 점유 상태로 분석하여 제2 감시구역에 설치된 조명장치를 기본 조도로 ON시키거나 기본 조도 이상으로 조도를 갖도록 조명장치를 제어하고, 제2 감시구역에 설치된 냉난방기를 ON시킨 후 출력온도를 기준 온도, 예컨대 15 내지 25℃로 조절한다.
아울러, 제어부(326)는 제3 감시구역에 설치된 복합센서(200)로부터 동작 감지 신호와 기준 온도, 예컨대 15 내지 25℃ 미만의 온도인 14℃를 갖는 센싱정보가 수집되면, 제3 감시구역을 미점유 상태로 분석하여 제3 감시구역에 설치된 조명장치를 OFF시키거나 저조도 상태를 유지하도록 제어하고, 다른 전기설비가 동작하지 않도록 제어한다.
필요에 따라, 제어부(326)는 해당 감시구역이 점유 상태로 분석된 경우 해당 감시구역의 실측 온도와 기본 온도의 차이가 미리 지정한 온도차보다 크게 분석되면, 일정시간 동안 감시구역에 설치된 냉난방기의 출력온도를 기본 온도보다 낮은 온도로 조절한다.
본 발명에 따른 임베디드 보드(320)를 구성하는 전기설비 컨트롤러(328)는 제어부(326)를 통해 분석된 스케줄 데이터나 사용자 인터페이스부(324)를 통해 입력된 전기설비 제어신호에 따라 에너지 매니저 장치(300)에 연결된 전기설비(100)의 동작을 제어하는 구성이다.
보다 구체적으로, 전기설비 컨트롤러(328)는 관리자가 사용자 인터페이스부(324)를 통해 각각의 감시구역을 선택한 후 각 감시구역마다 조명연출을 설정하는 조명제어 신호를 입력하면, 상기 조명제어 신호에 따라 각 감시구역에 설치된 조명장치의 ON/OFF나 디밍을 제어하는 역할을 수행한다.
또한, 전기설비 컨트롤러(328)는 관리자 등이 웹 서버(500)를 통해 모니터링 하기를 원하는 감시카메라의 아이콘을 클릭할 경우, 이에 대한 선택신호를 웹 서버(500)를 통해 수신받으며, 상기 아이콘에 대응되는 감시영상을 관리자 등이 곧바로 확인할 수 있도록 웹 서버(500)에 실시간으로 업데이트해 준다.
아울러, 전기설비 컨트롤러(328)는 관리자 등이 웹 서버(500)를 통해 모니터링 하기를 원하는 복합센서(200)의 아이콘을 클릭할 경우, 이에 대한 선택신호를 웹 서버(500)를 통해 수신받으며, 상기 아이콘에 대응되는 복합센서(200)의 센싱정보나 이를 통해 분석된 점유도 데이터를 관리자 등이 곧바로 확인할 수 있도록 웹 서버(500)에 센싱정보나 점유도 데이터를 실시간으로 업데이트해 준다.
이와 같이, 본 발명은 관리자 단말기와 연동 가능한 인터페이스를 구현하기 때문에 관리자 등이 언제 어디서나 감시구역을 모니터링 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 웹 서버(500) 및 관리자 단말기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 웹 서버(500)는 에너지 매니저 장치(300)에 통신 네트워크를 통해 연결되는 것으로, 에너지 매니저 장치(300)로부터 수신된 리포팅 데이터나 센싱정보를 이더넷을 통해 접속한 관리자 단말기에 제공하며, 관리자 단말기로부터 입력된 전기설비(100)의 제어신호를 에너지 매니저 장치(300)로 전송한다.
상기 관리자 단말기는 웹 서버(500)에 통신 네트워크를 통해 연결된 것으로, 웹 서버(500)로 전기설비(100)의 제어신호를 입력하고, 원격지에서 특정 감시구역의 상태를 감시하기 위해 해당 감시구역의 리포팅 데이터를 웹 서버(500)로 요청하며, 웹 서버(500)로부터 전송된 리포팅 데이터를 출력한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기설비 관리시스템은 모니터링 단말기(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 모니터링 단말기(600)는 에너지 매니저 장치(300)에 유선 또는 무선으로 연결된 것으로, 에너지 매니저 장치(300)로부터 점유도 데이터를 전송받아 각 감시영역의 점유 상태와 온도를 모니터링 하는 구성이다.
이러한 모니터링 단말기(600)는 에너지 매니저 장치(300)로 각 감시영역에 구비된 전기설비(100)에 대한 제어신호를 입력할 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 모니터링 단말기(600)는 관리자의 접촉을 감지하여 관리자의 입력을 수신하는 터치스크린과, 점유도 데이터나 감시영상을 출력할 수 있는 영상표시장치를 포함한다. 여기서, 영상표시장치로는 터치스크린과 결합하여 사용할 수 있는 영상표시장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 하드 디스플레이나 플렉시블 디스플레를 사용할 수 있다. 상기 하드 디스플레이로는 PDP, LCD, LED, OLED로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
이러한 영상표시장치의 화면에는 펌웨어에 내장된 인터페이스(사용자 인터페이스부에 저장되며 전기설비 컨트롤러에 의해 제어되는 전기설비의 목록 및 제어 아이콘)가 표시된다. 여기서, 제어 아이콘이란 전기설비(100)를 켜고 끄는 기능제어를 수행하는 아이콘과 전기설비(100)의 출력강도를 제어하는 아이콘을 의미한다. 예컨데, 전기설비(100)가 냉난방기인 경우, 출력강도는 냉난방기의 설정온도를 의미한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 전기설비 200 : 복합센서
300 : 에너지 매니저 장치 310 : 네트워크 스위치
320 : 사용자 인터페이스부 330 : 제어부
340 : 전기설비 컨트롤러 400 : 시리얼 게이트웨이
500 : 웹 서버 600 : 모니터링 단말기
700 : 프로토콜 커넥터

Claims (9)

  1. 건물 내 감시구역마다 설치되며 조명장치 및 냉난방기가 포함된 전기설비;
    상기 감시구역마다 설치되어 감시구역 내의 온도와 움직임 및 태양광을 감지하여 센싱정보를 생성하는 복수개의 복합센서;
    상기 감시구역의 실내조도를 감지하는 조도센서;
    상기 감시구역에 설치된 복합센서로부터 움직임에 대한 센싱정보가 수집되고 상기 복합센서로부터 설정 온도를 초과한 온도가 수집되면, 상기 감시구역에 설치된 전기설비의 운영에 대한 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하며 상기 점유도 데이터를 건물에 미리 설치되고 백넷 통신으로 연결된 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning) 시스템 서버로 전송하되, 상기 조도센서로부터 감지된 감시구역의 실내조도가 미리 설정된 기준 이상으로 분석되면 상기 센싱정보와 상관없이 상기 조명장치의 동작을 그대로 유지하는 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하며, 상기 복합센서를 통해 태양광 정보가 수집되면 태양광 정보가 포함되지 않는 경우보다 낮은 설정온도로 상기 냉난방기가 작동되도록 하는 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 생성하는 에너지 매니저 장치;
    상기 복수개의 복합센서에 무선으로 연결되고 상기 에너지 매니저 장치에 이더넷 통신으로 연결된 시리얼 게이트웨이; 및
    상기 에너지 매니저 장치와 HVAC 시스템 서버 사이에 설치되어 이더넷 통신을 백넷 통신으로 변환시키는 프로토콜 커넥터를 포함하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서, 상기 에너지 매니저 장치는
    상기 시리얼 게이트웨이에 연결되어 센싱정보를 수신받는 네트워크 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 매니저 장치로부터 스케줄 데이터가 포함된 점유도 데이터를 수신받아 상기 전기설비의 동작을 제어하는 관제시스템 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 전기설비는
    공조장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 내에 설치된 환경제어 관리시스템.
  9. 삭제
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