KR102032810B1 - Hvac 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치 - Google Patents

Hvac 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치 Download PDF

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KR102032810B1
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air conditioning
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장현진
권재식
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뉴브로드테크놀러지(주)
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Abstract

본 발명은 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치에 관한 것으로, 공조기 제어기를 통해 공조기의 공조기 동작 데이터를 수집하는 공조기 동작 데이터 수집부, 에어컨 제어기를 통해 특정 공간의 온도 제어를 각각 담당하는 적어도 하나의 에어컨에 대한 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집하는 에어컨 동작 데이터 수집부, 상기 공조기 및 상기 적어도 하나의 에어컨을 통해 결정되는 상기 특정 공간별 공조 환경에 따른 시간대별 에너지 소비량을 학습하는 에너지 소비량 학습부 및 상기 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 상기 학습의 내용을 기초로 상기 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서 기준 이하가 되도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어하는 공조 환경 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 HVAC 시스템과 연동하여 시스템 에어컨을 제어함으로써 건물의 실내 환경을 쾌적하게 할 수 있다.

Description

HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치{HVAC SYSTEM INTERLOCKING BASED AIR CONDITIONER AUTOMATIC CONTROL APPARATUS}
본 발명은 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HVAC 시스템과 연동하여 시스템 에어컨을 제어함으로써 건물의 실내 환경을 쾌적하게 할 수 있는 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치에 관한 것이다.
HVAC(Heating, Ventilation & Air Conditioning) 시스템은 실내 환경의 안락을 위하여 사용되는 기술로서 공기조화의 목적은 대상 건축물의 기능성과 일체화 시켜 임의의 주어진 공간에 온도, 습도, 기류, 청정도 등을 만족시키도록 공기의 질과 양을 조정하는 것이다. 통상적인 대형건물에서는 구축 비용 절감을 위해 HVAC 시스템과 시스템 에어컨이 병행하여 운용되고 있다. 예를 들어, 사람의 분포도가 높은 지역은 HVAC 시스템을 설치하고 그 외 음영지역은 시스템 에어컨을 설치함으로써 효율적인 냉난방을 제공할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0134513(2007.12.20)호는 에어컨 및 공조기 통합 제어 시스템에 관한 것으로, 빌딩 내의 에어컨 및 공조기 등의 다수의 장비들을 통합 제어함으로써 빌딩 내 모든 냉난방 장비 및 공조기의 상태를 명확하게 알 수 있어 관리가 용이해지고, 냉난방 제어, 관리 인력 및 비용을 절감할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0066036(2007.07.02)호는 공조기기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 팬모터의 주권선 및 보조권선 간의 위상차를 이용하여 고장여부를 직접 검출함으로써 불필요한 소비전력의 낭비를 방지할 수 있으며, 공조기기의 각 파워소자에 가해지는 스트레스를 감소시켜 각 파워소자의 수명 단축을 방지할 수 있는 공조기기 및 그 제어방법이 제공된다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0134513(2007.12.20)호 한국 공개특허공보 제10-2007-0066036(2007.07.02)호
본 발명의 일 실시예는 HVAC 시스템과 연동하여 시스템 에어컨을 제어함으로써 건물의 실내 환경을 쾌적하게 할 수 있는 HVAC 시스템 연동 기반 시스템 에어컨 자동제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 HVAC 시스템의 운용상태 정보를 학습하여 시스템 에어컨의 소비에너지 최소화에 반영함으로써 쾌적한 환경을 효율적으로 달성할 수 있는 HVAC 시스템 연동 기반 시스템 에어컨 자동제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 특정 공간별 적어도 하나의 에어컨을 복수로 분할된 시간 구간들에서의 목표 온도 달성 여부에 따른 소비전력의 동적 할당을 통해 전체 소비전력의 최적화를 수행할 수 있는 HVAC 시스템 연동 기반 시스템 에어컨 자동제어 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치는 공조기 제어기를 통해 공조기의 공조기 동작 데이터를 수집하는 공조기 동작 데이터 수집부, 에어컨 제어기를 통해 특정 공간의 온도 제어를 각각 담당하는 적어도 하나의 에어컨에 대한 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집하는 에어컨 동작 데이터 수집부, 상기 공조기 및 상기 적어도 하나의 에어컨을 통해 결정되는 상기 특정 공간별 공조 환경에 따른 시간대별 에너지 소비량을 학습하는 에너지 소비량 학습부 및 상기 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 상기 학습의 내용을 기초로 상기 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서 기준 이하가 되도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어하는 공조 환경 제어부를 포함한다.
상기 공조기 동작 데이터 수집부는 상기 공조기 제어기의 외부 연동 프로토콜을 통해 공조기 운전정보에 관한 메모리 맵 설정을 이용하여 상기 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다.
상기 에어컨 동작 데이터 수집부는 상기 에어컨 제어기와 RS-485 통신을 통해 상기 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집할 수 있다.
상기 에너지 소비량 학습부는 상기 공조기의 목표 온도와 상기 적어도 하나의 에어컨의 목표 온도, 상기 특정 공간별 현재 온도를 포함하는 상기 특정 공간별 공조 환경을 생성하고 특정 시간 구간 동안의 소비전력을 순차적으로 학습할 수 있다.
상기 공조 환경 제어부는 상기 목표 공조 환경에 포함된 목표 온도 달성을 위하여 필요한 해당 에어컨의 목표 운전 시간을 결정하고 상기 학습의 내용을 적용하여 상기 목표 운전 시간을 복수의 부분 운전 시간들로 분할한 후 각 부분 운전 시간 동안에 대한 부분 목표 온도를 결정할 수 있다.
상기 공조 환경 제어부는 상기 복수의 부분 운전 시간들 각각에서의 전체 소비전력이 상기 특정 현재 시간에서의 기준 소비 전력을 초과하지 않도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다.
상기 공조 환경 제어부는 제1 부분 운전 시간 동안의 운전이 완료된 시점에서 제1 부분 목표 온도를 달성한 달성 특정 공간과 달성하지 못한 미달성 특정 공간을 분류하고 다음의 제2 부분 운전 시간 동안 상기 달성 특정 공간에 대한 소비전력을 특정 비율만큼 감소시키고 상기 미달성 특정 공간에 대한 소비전력을 상기 특정 비율만큼 증가시키도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다.
상기 공조기 동작 데이터 수집부에 의해 상기 공조기의 운전 중단이 감지된 경우 상기 적어도 하나의 에어컨에 관한 제어를 중단할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 시스템 연동 기반 시스템 에어컨 자동제어 장치는 HVAC 시스템의 운용상태 정보를 학습하여 시스템 에어컨의 소비에너지 최소화에 반영함으로써 쾌적한 환경을 효율적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 시스템 연동 기반 시스템 에어컨 자동제어 장치는 특정 공간별 적어도 하나의 에어컨을 복수로 분할된 시간 구간들에서의 목표 온도 달성 여부에 따른 소비전력의 동적 할당을 통해 전체 소비전력의 최적화를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치에서 수행되는 에어컨 자동제어 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치에서 수행되는 에어컨 자동제어 과정의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 시스템(100)은 HVAC 시스템(110), 에어컨 자동제어 장치(130), 데이터베이스(150) 및 시스템 에어컨(170)을 포함할 수 있다.
HVAC(Heating, Ventilation & Air Conditioning) 시스템(110)은 실내 환경의 안락을 위하여 건축물의 기능성과 일체화시켜 임의의 주어진 공간에 온도, 습도, 기류, 청정도 등을 만족시키도록 공기의 질과 양을 조정하는 공기조화 시스템에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, HVAC 시스템(110)은 공조기에 해당할 수 있고, 공조기 제어기를 포함하여 구현될 수 있으며, 공조기 제어기를 통해 HVAC 시스템(110)의 전체적인 동작이 제어될 수 있다.
일 실시예에서, HVAC 시스템(110)은 실내 불쾌지수를 기초로 동작 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 실내 불쾌지수가 70 이상인 경우 동작되어 실내 환경을 조절할 수 있고, 실내 불쾌지수가 70 이하인 경우 동작을 중지할 수 있다. 불쾌지수는 기온과 습도의 조합으로 사람이 느끼는 온도를 표현한 것으로 온습도지수(THI)에 해당할 수 있다. 불쾌지수는 여름철 실내의 무더위의 기준으로 사용될 수 있고, 개인에 따라 불쾌감을 느끼는 정도는 차이가 있을 수 있다.
불쾌지수는 9/5T - 0.55(1 - RH)(9/5T - 26) + 32 와 같이 산출될 수 있고, T는 기온에 해당하고 RH는 상대습도에 해당할 수 있다. 보다 구체적으로, 불쾌지수는 범위에 따라 매우높음(80 이상), 높음(75 ~ 80 미만), 보통(68 ~ 75 미만) 및 낮음(68 미만) 단계로 구분될 수 있다. 매우높음 단계는 전원 불쾌감을 느끼는 단계이고, 높음 단계는 50% 정도 불쾌감을 느끼는 단계이며, 보통 단계는 불쾌감을 나타내기 시작하는 단계이고, 낮음 단계는 전원 쾌적함을 느끼는 단계일 수 있다.
에어컨 자동제어 장치(130)는 HVAC 시스템(110)과 연결되어 HVAC 시스템(110)으로부터 수신한 운행정보를 기초로 시스템 에어컨(170)의 동작을 제어할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 에어컨 자동제어 장치(130)는 HVAC 시스템(110) 및 시스템 에어컨(170)과 유선 네트워크 또는 블루투스, WiFi 등과 같은 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 유선 또는 무선 네트워크를 통해 HVAC 시스템(110) 및 시스템 에어컨(170)과 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 에어컨 자동제어 장치(130)는 데이터베이스(150)와 연동하여 에어컨 자동제어에 필요한 다양한 정보들을 저장할 수 있다. 한편, 에어컨 자동제어 장치(130)는 도 1과 달리, 데이터베이스(150)를 내부에 포함하여 구현될 수 있다.
데이터베이스(150)는 에어컨 자동제어 장치(130)가 HVAC 시스템(110)을 제어하기 위해서 사용하는 다양한 정보들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 HVAC 시스템(110)으로부터 수집한 동작 관련 자료들을 저장할 수 있고, 동작 관련 자료들을 기초로 산출된 시스템 에어컨(170)에 관한 제어 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 에어컨 자동제어 장치(130)가 에어컨 자동제어 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공한 정보를 저장할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기 동작 데이터 수집부(210), 에어컨 동작 데이터 수집부(230), 에너지 소비량 학습부(250), 공조 환경 제어부(270) 및 제어부(290)를 포함할 수 있다.
공조기 동작 데이터 수집부(210)는 공조기 제어기를 통해 공조기의 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다. 공조기는 공조기 제어기를 통해 제어될 수 있고, 공조기 제어기는 통신 프로토콜을 통해 외부 시스템과 연동할 수 있다. 예를 들어, 공조기의 제어는 PLC 또는 DDC를 통해 수행될 수 있고, 공조기 제어기는 표준 프로토콜을 통해 외부 모니터링 장비와 연동할 수 있다. 공조기 동작 데이터 수집부(210)는 공조기 제어기와 연결되어 실시간으로 또는 주기적으로 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다. 여기에서, 공조기 동작 데이터는 공조기를 운전시키기 위한 운전정보, 공조기 상태 점검을 위한 상태정보 및 공조기 고장 진단을 위한 고장정보 등에 해당할 수 있고, 예를 들어, 공조기 운행 여부, 공조기의 목표 온도, 습도 및 청정도, 공조기 동작 시간 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 공조기 동작 데이터 수집부(210)는 공조기 제어기의 외부 연동 프로토콜을 통해 공조기 운전정보에 관한 메모리 맵 설정을 이용하여 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다. 외부 연동 프로토콜은 공조기 제어기가 외부 시스템과 연동하기 위하여 제공하는 통신 프로토콜에 해당할 수 있고, MODBUS 또는 BacNET 등을 포함할 수 있다. 또한, 공조기 동작 데이터 수집부(210)는 공조기 운전정보에 관한 메모리 맵 설정 기능을 제공할 수 있고, 이를 통해 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다.
에어컨 동작 데이터 수집부(230)는 에어컨 제어기를 통해 특정 공간의 온도 제어를 각각 담당하는 적어도 하나의 에어컨에 대한 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집할 수 있다. 건물 내부에 설치된 시스템 에어컨(170)은 복수의 실내기와 하나의 실외기로 구성될 수 있고, 하나의 실외기를 통해 복수의 실내기를 제어하거나 또는 별도의 에어컨 제어기를 통해 제어할 수 있다. 에어컨 동작 데이터 수집부(230)는 RS-485 통신 장치를 포함하여 구성될 수 있고, 에어컨 동작 데이터는 에어컨을 운전시키기 위한 운전정보, 에어컨 상태 점검을 위한 상태정보 및 에어컨 고장 진단을 위한 고장정보 등에 해당할 수 있고, 예를 들어, 에어컨 운행 여부, 에어컨의 목표 온도, 에어컨 동작 시간 등을 포함할 수 있다. 또한, 건물 내부에 설치된 시스템 에어컨(170)은 하나의 공간에 동시에 설치되거나 또는 복수의 독립적인 공간에 별개로 설치될 수 있고, 설치된 공간의 온도 제어를 담당할 수 있다.
일 실시예에서, 에어컨 동작 데이터 수집부(230)는 에어컨 제어기와 RS-485 통신을 통해 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집할 수 있다. 예를 들어, 복수의 실내기들은 하나의 실외기와 RS-485 통신을 통해 연결될 수 있고 하나의 실외기는 에어컨 제어기와 RS-485 통신을 통해 연결될 수 있으며, 에어컨 동작 데이터 수집부(230)는 에어컨 제어기와 RS-485 통신을 통해 연결되어 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집할 수 있다.
에너지 소비량 학습부(250)는 공조기 및 적어도 하나의 에어컨을 통해 결정되는 특정 공간별 공조 환경에 따른 시간대별 에너지 소비량을 학습할 수 있다. 에너지 소비량 학습부(250)는 건물 내부의 공조 환경 조성에 활용되는 정보들을 학습함으로써 특정 시간 및 특정 공간에서의 공조 환경을 최적으로 유지하는데 활용할 수 있다. 에너지 소비량 학습부(250)는 공조기와 에어컨에 관한 정보들을 이용하여 학습 데이터를 생성할 수 있고, 예를 들어, 특정 시간대별 공조기 동작 정보와 에어컨 동작 정보를 벡터로 구성하여 학습 데이터로 활용할 수 있다.
또한, 에너지 소비량 학습부(250)는 공조기와 에어컨에 관한 정보뿐만 아니라 공조 환경에 관한 정보와 해당 공조 환경을 조성하기 위하여 사용한 운전 시간 및 소비전력 등에 관한 정보를 포함하여 학습을 수행할 수 있다. 에너지 소비량 학습부(250)는 공조기 가동 시간 동안 공조기 및 에어컨 운전에 관한 정보가 수집되면 이를 가공하여 학습 데이터 생성 후 학습을 통해 현재 환경 조건 하에서 최적의 공조 환경을 제공하거나 또는 최적의 공조 환경 달성을 위해 필요한 적어도 하나의 에어컨에 관한 운전정보를 제공할 수 있는 학습 결과를 생성할 수 있다. 학습 결과는 학습 에어컨 자동제어에 활용될 수 있는 제어 규칙, 명령을 제공하는 분석 모델에 해당할 수 있고, 시간대별 소비전력 최적화를 위해 특정 간격으로 분할된 시간 구간별로 독립 별개로 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 소비량 학습부(250)는 공조기의 목표 온도와 적어도 하나의 에어컨의 목표 온도, 특정 공간별 현재 온도를 포함하는 특정 공간별 공조 환경을 생성하고 특정 시간 구간 동안의 소비전력을 순차적으로 학습할 수 있다. 공조 환경은 건물 내부를 구성하는 특정 공간에 대한 공기 조화를 수행하기 위한 환경 조건에 해당할 수 있고, 해당 특정 공간에서 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 목표 조건을 포함할 수 있다.
예를 들어, 에너지 소비량 학습부(250)는 특정 공간에 대한 공조 환경으로서 공조 환경 = (공조기의 목표 온도, 에어컨의 목표 온도, 특정 공간의 현재 온도)를 생성할 수 있고, (공조 환경, 특정 시간 구간, 해당 특정 시간 구간 동안의 소비전력)을 학습하여 분석 모델을 생성할 수 있다. 에너지 소비량 학습부(250)는 초, 분 및 시간 단위의 학습을 수행할 수 있고, 각 시간 단위별 별도의 분석 모델을 학습 결과로서 생성할 수 있다.
공조 환경 제어부(270)는 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 학습의 내용을 기초로 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서 기준 이하가 되도록 해당 에어컨을 제어할 수 있다. 여기에서, 목표 공조 환경은 특정 공간에서의 온도, 습도, 청정도 중 적어도 하나를 포함하여 설정될 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 목표 공조 환경에 따라 공조기와 적어도 하나의 에어컨을 포함하는 예상 에너지 소비량을 산출할 수 있고, 이를 특정 현재 시간에서 기준과 비교하여 에어컨 제어를 수행할 수 있다. 여기에서, 특정 현재 시간에서의 기준은 해당 건물에서 사용될 수 있는 시간대별 권장 에너지 소비량에 해당할 수 있고, 해당 건물에서 소비된 에너지 소비량의 시간대별 평균을 기초로 산출될 수 있다. 예를 들어, 공조 환경 제어부(270)는 에너지 소비량의 시간대별 평균의 95%를 해당 시간대별 기준으로 설정하고 해당 시간 구간 동안 적어도 하나의 에어컨을 제어하면서 소비되는 에너지 소비량이 이를 초과하지 않도록 제한할 수 있다.
일 실시예에서, 공조 환경 제어부(270)는 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 전체 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서의 평균 전체 소비전력을 기초로 해당 평균 전체 소비전력에 가용 비율을 곱한 값을 에어컨 총 개수로 나눈 값으로 산출되는 가용 범위 내에 포함되도록 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다. 여기에서, 전체 소비전력은 공조기와 적어도 하나의 에어컨의 소비전력의 합에 해당하고, 가용 비율은 가용 범위 산출에 사용되는 상수로서 1.00 ~ 1.50 사이의 값을 가질 수 있다. 즉, 공조 환경 제어부(270)는 평균 전체 소비전력(x)을 기준으로 하여 가용 비율(a)과 에어컨의 총 개수(n)에 따라 산출 되는 값 (x * a) / n 만큼의 가용 범위 x ± (x * a) / n 내에서 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 공조 환경 제어부(270)는 목표 공조 환경에 포함된 목표 온도 달성을 위하여 필요한 해당 에어컨의 목표 운전 시간을 결정하고 학습의 내용을 적용하여 목표 운전 시간을 복수의 부분 운전 시간들로 분할한 후 각 부분 운전 시간 동안에 대한 부분 목표 온도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 공조 환경 제어부(270)는 특정 공간의 현재 온도가 29도이고 에어컨의 목표 온도가 26도, 목표 운전 시간이 3시간인 경우 1시간 단위로 분할하여 총 3개의 부분 운전 시간들을 생성할 수 있고, 각 부분 운전 시간에 대해 각각 28도, 27도, 26도의 부분 목표 온도를 결정할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 부분 운전 시간을 초, 분 및 시간 단위로 결정할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 부분 운전 시간과 부분 목표 온도를 활용하여 목표 온도 달성을 위하여 적어도 하나의 에어컨에 대한 제어를 동적으로 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 공조 환경 제어부(270)는 복수의 부분 운전 시간들 각각에서의 전체 소비전력이 특정 현재 시간에서의 기준 소비 전력을 초과하지 않도록 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 부분 운전 시간 단위로 공조기 및 적어도 하나의 에어컨을 포함하여 전체 소비되는 전력량을 산출할 수 있고, 해당 총 소비 전력이 기준 소비 전력을 초과하지 않도록 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 전체 소비 전력을 기준으로 하여 최적화된 제어를 제공할 수 있고, 그 결과로 해당 부분 운전 시간 동안 부분 목표 온도 달성에 실패할 수 있다.
일 실시예에서, 공조 환경 제어부(270)는 제1 부분 운전 시간 동안의 운전이 완료된 시점에서 제1 부분 목표 온도를 달성한 달성 특정 공간과 달성하지 못한 미달성 특정 공간을 분류하고 다음의 제2 부분 운전 시간 동안 달성 특정 공간에 대한 소비전력을 특정 비율만큼 감소시키고 미달성 특정 공간에 대한 소비전력을 특정 비율만큼 증가시키도록 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 공조기에 대한 제어가 불가능하기 때문에 전체 소비전력의 제한이라는 조건을 충족시키기 위해 적어도 하나의 에어컨에 대한 제어를 제한할 수 있고, 결과적으로 부분 운전 시간 동안의 부분 목표 온도 달성에 실패할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 부분 목표 온도 달성에 실패한 에어컨에 대해서 다음의 제2 부분 운전 시간 동안 더 많은 전력을 할당하여 전체 목표 온도 달성을 제어할 수 있고 전체 소비전력의 제한으로 인해 부분 목표 온도 달성에 성공한 에어컨에 대해서는 다음의 부분 운전 시간 동안 상대적으로 적은 전력을 할당할 수 있다.
일 실시예에서, 공조 환경 제어부(270)는 공조기 동작 데이터 수집부(210)에 의해 공조기의 운전 중단이 감지된 경우 적어도 하나의 에어컨에 관한 제어를 중단할 수 있다. 공조 환경 제어부(270)는 특정 공간별 목표 온도 달성 여부와 상관없이 공조기 동작이 중단된 경우 적어도 하나의 에어컨에 관한 제어를 강제적으로 중단할 수 있다. 건물 내부의 환경 제어에 관한 핵심적 역할은 공조기에 의해 수행되기 때문에 공조기의 운전이 중단된 경우에는 시스템 에어컨(170)에 관한 제어가 불필요할 수 있다. 결과적으로, 공조 환경 제어부(270)는 공조기가 동작하는 동안에만 시스템 에어컨(170)의 제어를 수행함으로써 쾌적한 환경을 최소의 에너지로 제공할 수 있다. 다른 예에서, 공조 환경 제어부(270)는 특정 공간별 목표 온도 달성에 성공한 경우 에어컨의 목표 운전 시간에 상관없이 제어를 중단할 수 있다.
제어부(290)는 에어컨 자동제어 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 공조기 동작 데이터 수집부(210), 에어컨 동작 데이터 수집부(230), 에너지 소비량 학습부(250) 및 공조 환경 제어부(270) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치에서 수행되는 에어컨 자동제어 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기 동작 데이터 수집부(210)를 통해 공조기 제어기를 통해 공조기의 공조기 동작 데이터를 수집할 수 있다(단계 S310). 에어컨 자동제어 장치(130)는 에어컨 동작 데이터 수집부(230)를 통해 에어컨 제어기를 통해 특정 공간의 온도 제어를 각각 담당하는 적어도 하나의 에어컨에 대한 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집할 수 있다(단계 S330).
에어컨 자동제어 장치(130)는 에너지 소비량 학습부(250)를 통해 공조기 및 적어도 하나의 에어컨을 통해 결정되는 특정 공간별 공조 환경에 따른 시간대별 에너지 소비량을 학습할 수 있다(단계 S350). 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조 환경 제어부(270)를 통해 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 학습의 내용을 기초로 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서 기준 이하가 되도록 공조기 및 해당 에어컨을 제어할 수 있다(단계 S370).
도 4는 도 1에 있는 에어컨 자동제어 장치에서 수행되는 에어컨 자동제어 과정의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기 동작이 검출된 경우 시스템 에어컨(170)이 동작하도록 제어할 수 있다. 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조 환경 제어부(270)를 통해 특정 공간에 관해 목표 공조 환경을 설정할 수 있고, 상기 학습의 내용을 기초로 적어도 하나의 에어컨을 제어할 수 있다. 특히, 공조 환경 제어부(270)는 공조기 동작 데이터 수집부(210)에 의해 공조기의 운전 중단이 감지된 경우 적어도 하나의 에어컨에 관한 제어를 중단할 수 있고, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기 동작이 개시될 때까지 대기할 수 있다.
에어컨 자동제어 장치(130)는 특정 공간에 대한 설정 온도와 현재 온도가 같고 에어컨이 목표 운전 시간동안 동작을 완료한 경우 해당 에어컨의 동작을 중단시킬 수 있다. 에어컨 자동제어 장치(130)는 현재 온도가 설정 온도에 도달하거나 또는 에어컨이 목표 운전 시간동안 동작을 완료할 때까지 에어컨의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기의 동작을 제어할 수 없지만 실내 불쾌지수를 감지하여 특정 조건을 충족하는 경우 공조기 제어기에게 공조기 동작을 요청할 수 있고, 예를 들어, 실내 불쾌지수가 70이상인 경우 공조기 제어기에게 공조기 동작을 요청할 수 있다.
다만, 에어컨 자동제어 장치(130)는 공조기 동작 제어 권한이 없기 때문에 공조기 동작 요청을 한 이후 공조기 동작이 없더라도 추가적인 동작을 수행할 수 없다. 만약 공조기 동작 요청에 따라 공조기 동작이 감지된 경우 에어컨 자동제어 장치(130)는 자동으로 실내 공조 환경을 설정하고 적어도 하나의 에어컨의 동작을 제어할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 시스템
110: HVAC 시스템 130: 에어컨 자동제어 장치
150: 데이터베이스 170: 시스템 에어컨
210: 공조기 동작 데이터 수집부 230: 에어컨 동작 데이터 수집부
250: 에너지 소비량 학습부 270: 공조 환경 제어부
290: 제어부

Claims (8)

  1. 공기조화 시스템으로서 공조기와 공조기 제어기를 포함하고 실내 불쾌지수를 기초로 동작 여부를 결정하는 HVAC 시스템, 상기 HVAC 시스템과 독립적으로 구성되고 시스템 에어컨의 동작을 제어하는 에어컨 자동제어 장치에 있어서,
    상기 공조기 제어기를 통해 특정 건물의 내부 환경 전체의 온도 제어를 담당하는 공조기의 공조기 동작 데이터를 수집하는 공조기 동작 데이터 수집부;
    상기 공조기 제어기와 독립적으로 동작하는 에어컨 제어기를 통해 상기 특정 건물의 내부에 존재하는 특정 공간의 온도 제어를 각각 담당하는 적어도 하나의 에어컨에 대한 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집하는 에어컨 동작 데이터 수집부;
    상기 공조기 및 상기 적어도 하나의 에어컨 간의 동기화된 동작을 통해 결정되고, 상기 공조기의 목표 온도와 상기 적어도 하나의 에어컨의 목표 온도 및 상기 특정 공간별 현재 온도를 포함하여 생성된 상기 특정 공간별 공조 환경에 따른 시간대별 전체 에너지 소비량을 학습하는 에너지 소비량 학습부; 및
    상기 공조기의 동작에 맞춰 상기 적어도 하나의 에어컨에 관한 동작을 동기화하면서, 상기 특정 공간에 관해 목표 공조 환경이 설정되면 상기 학습의 내용을 기초로 상기 전체 에너지 소비량이 특정 현재 시간에서 기준 이하가 되도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어하는 공조 환경 제어부를 포함하되,
    상기 공조기 동작 데이터 수집부는 상기 공조기 제어기의 외부 연동 프로토콜을 통해 공조기 운전정보에 관한 메모리 맵 설정을 이용하여 상기 공조기 동작 데이터를 수집하고 상기 에어컨 제어기와 RS-485 통신을 통해 상기 적어도 하나의 에어컨 동작 데이터를 수집하며,
    상기 에너지 소비량 학습부는 상기 특정 공간별 공조 환경을 생성하고 특정 시간 구간 동안의 소비전력을 순차적으로 학습하고,
    상기 공조 환경 제어부는 상기 공조기에 대한 직접 제어 권한이 없는 상태에서 상기 공조기 제어기를 통해 상기 공조기에 대한 동작을 요청하고 해당 동작 요청에 따라 상기 공조기의 동작이 감지된 경우에만 상기 공조 환경을 설정하여 상기 적어도 하나의 에어컨의 동작을 제어하되 상기 공조기의 운전 중단이 감지된 경우에는 상기 적어도 하나의 에어컨에 관한 제어를 중단함으로써 상기 동기화를 수행하며,
    상기 목표 공조 환경에 포함된 목표 온도 달성을 위하여 필요한 해당 에어컨의 목표 운전 시간을 결정하고 상기 학습의 내용을 적용하여 상기 목표 운전 시간을 복수의 부분 운전 시간들로 분할한 후 각 부분 운전 시간 동안에 대한 부분 목표 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 공조 환경 제어부는
    상기 복수의 부분 운전 시간들 각각에서의 전체 소비전력이 상기 특정 현재 시간에서의 기준 소비 전력을 초과하지 않도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공조 환경 제어부는
    제1 부분 운전 시간 동안의 운전이 완료된 시점에서 제1 부분 목표 온도를 달성한 달성 특정 공간과 달성하지 못한 미달성 특정 공간을 분류하고 다음의 제2 부분 운전 시간 동안 상기 달성 특정 공간에 대한 소비전력을 특정 비율만큼 감소시키고 상기 미달성 특정 공간에 대한 소비전력을 상기 특정 비율만큼 증가시키도록 상기 적어도 하나의 에어컨을 제어하는 것을 특징으로 하는 HVAC 시스템 연동 기반 에어컨 자동제어 장치.
  8. 삭제
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