KR102032860B1 - 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템 - Google Patents

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KR102032860B1 KR1020180112399A KR20180112399A KR102032860B1 KR 102032860 B1 KR102032860 B1 KR 102032860B1 KR 1020180112399 A KR1020180112399 A KR 1020180112399A KR 20180112399 A KR20180112399 A KR 20180112399A KR 102032860 B1 KR102032860 B1 KR 102032860B1
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최정민
강은혜
강연선
최세영
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창원대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 창문을 개폐하여 실내온도 및 습도를 제어하는 창문 자동 개폐 시스템에 있어서, 실내온도 및 습도를 측정하는 제1센서부, 실외 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부 및 상기 제1센서부 및 제2센서부에서 측정된 정보를 기반으로 실내 창문의 개폐 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 창문을 폐쇄시키는 상시폐쇄 운전 모듈, 상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 온도 차이에 의해 판단하는 온도차 운전 모듈, 상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차 운전 모듈 및 상기 창문을 개방시키는 상시개방 운전 모듈을 포함한다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명에서는 온도와 엔탈피에 따라 창문의 개폐 여부를 선택적으로 적용시킴에 따라 에너지 효율을 높일 수 있으며, 실내 거주자의 쾌적성이 향상되는 효과가 있다.

Description

냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템{WINDOW AUTOMATIC POENING AND CLOSING SYSTEM FOR REDUCING COOLING LOAD}
본 발명은 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내와 실외의 온도와 습도를 측정 및 비교하여 실내 창문의 개폐여부를 자동으로 조절하여 냉난방 부하를 절감하는 창문 자동 개폐 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건물에는 환기와 방음, 차광 등을 위하여 여닫을 수 있는 창문이 설치되어 있다. 이러한 창문은 과거부터 날씨에 따라 개방을 조절하여 건물의 내부 온도나 습도를 조절하여 왔다.
종래 기술로 대한민국 공개특허 제10-2016-0024814호에서는 미리 저장된 날씨 요소 정보에 대응하여 설정 온도 이력 정보를 획득하고, 이에 따라 공조기의 설정 온도를 스케쥴링하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1723301호에서는 설정된 소리패턴으로 소음이나 강우 등에 대처하여 창문을 개폐시키는 창문 자동 개폐장치가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2013-0096924호에서는 온도와 습도, 이산화탄소 및 강우를 센서로 감지하여 설정된 범위 이내에서 모터를 구동하여 창문을 자동으로 개폐시키는 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 위와 같은 종래의 발명에서는 계절이나 시간에 따른 변동을 고려하지 못하고, 단순히 설정된 값과 측정된 값의 차이를 통해 창문의 개폐여부를 조절하므로 실제 실내 거주자가 느끼는 쾌적성 등이 반영되지 않는 문제점이 있다.
한편, 창문의 개방 여부는 계절이나 시간에 따라 달라질 수 있으며, 실내에 거주하는 사람들이 쾌적함을 느끼는 정도에 따라 달라질 수 있다. 상기 쾌적성 정도를 ASHRAE Standard 55-2010 adaptive comfort model을 참고하였을 때 외부 온도가 10℃일 때 거주자의 80% 정도가 실내온도 18 내지 24℃에서 쾌적성을 느끼는 반면, 외부 온도가 30℃일 때 거주자의 80% 정도는 24 내지 30℃에서 쾌적성을 느낀다. 이에 따라 정형화된 온도의 비교를 통하여 창문의 개방여부를 결정하기 보다는 계절과 시간을 고려하여 거주자의 쾌적성 여부를 지표로 삼아 창문의 개방 여부를 결정하는 시스템의 도입이 요구된다.
(문헌 0001)대한민국 공개특허 10-2016-0024814(공개일:2016.03.07.) (문헌 0002)대한민국 등록특허 10-1723301(등록일:2017.03.29.) (문헌 0003)대한민국 공개특허 10-2013-0096924(공개일:2013.09.02.)
위와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은 거주자의 쾌적성 정도를 고려하고 계절과 시간 요소를 고려하여 창문의 개방 여부를 결정하는 시스템을 제공하기 위함이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 창문 자동 개폐 시스템은 창문을 개폐하여 실내온도 및 습도를 제어하는 창문 자동 개폐 시스템에 있어서, 실내온도 및 습도를 측정하는 제1센서부, 실외 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부 및 제1센서부와 제2센서부에서 측정된 정보를 기반으로 실내 창문의 개폐 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 창문을 폐쇄시키는 상시폐쇄 운전 모듈, 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 온도 차이에 의해 판단하는 온도차 운전 모듈, 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차 운전 모듈 및 창문을 개방시키는 상시개방 운전 모듈을 포함한다.
또한, 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부를 시각적으로 표시하는 표시부 및 제어부의 모듈을 선택 적용시키는 조작부를 더 포함할 수 있다.
또한, 표시부는, 제어부의 각 모듈의 적용에 따른 창문의 개폐 가능 여부를 시각적으로 표시할 수 있다.
또한, 창문에 설치되며 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 창문을 자동으로 개폐시키는 창문개폐장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 온도차 운전 모듈은, 실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문을 개방시키고, 엔탈피차 운전 모듈은, 실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문을 개방시킬 수 있다.
또한, 설정온도(TSET)는 시간에 따라 설정된 값으로 가변될 수 있다.
또한, 제어부는, 상시폐쇄 운전 모듈, 온도차 운전 모듈, 엔탈피차 운전 모듈 및 상시개방 운전 모듈의 적용 시 각각 실내온도(TZONE)와 설정온도(TSET)의 차이를 데이터화 하고, 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시키는 자동 운전 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 모듈들을 설정된 시간일정에 따라 선택적으로 적용시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부의 각 모듈이 계절이나 시간 또는 환경 등에 따라 선택 적용 가능하여 에너지 절감이 뛰어나며 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.
또한, 거주자의 쾌적성 정도를 고려하여 창문의 개폐 여부를 결정하므로 단순히 온도나 엔탈피에 따라 창문을 개폐시키는 방식과 비교할 때 거주자의 사용감이나 만족성이 우수한 장점이 있다.
또한, 표시부를 통해 거주자로 하여금 제어부의 각 모듈 적용 여부에 대한 결정을 쉽게 하도록 유도하며, 자동 운전 모듈을 통해 별도의 수동 조작 없이 온도나 시간 등의 조건에 맞추어 각 모듈을 적용시켜 편리한 운용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 온도와 외부 온도에 따른 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 온도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시부를 나타낸 예시도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템은 창문을 개폐하여 실내온도 및 습도를 제어하는 창문 자동 개폐 시스템에 있어서, 실내온도 및 습도를 측정하는 제1센서부(110), 실외 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부(120) 및 상기 제1센서부(110)와 제2센서부(120)에서 측정된 정보를 기반으로 실내 창문의 개폐 여부를 판단하는 제어부(200)를 포함하고, 상기 제어부(200)는, 상기 창문을 폐쇄시키는 상시폐쇄 운전 모듈(210), 상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 온도 차이에 의해 판단하는 온도차 운전 모듈(220), 상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차 운전 모듈(230) 및 상기 창문을 개방시키는 상시개방 운전 모듈(240)을 포함한다.
본 발명의 창문 자동 개폐 시스템은 교실이나 사무실 등의 공공장소에서 적용되는 것을 고려하여 설명되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 가정 등 개인적인 장소에서 적용되어도 무방하다. 또한, 본 발명에서 창문이란 실내와 외부가 통하는 문의 일종으로, 출입구나 환풍기 등을 포함하는 개념으로 이해하여야 한다.
본 발명에서는 상기 제1센서부(110) 및 제2센서부(120)에서 측정된 정보를 기반으로 실내 창문의 개폐여부를 조절하고, 이를 통해 냉난방부하의 절감 및 실내 거주자의 쾌적성 향상을 도모한다.
제1센서부(110)는 실내에 설치될 수 있으며 실내온도와 습도를 측정하는 역할을 수행한다. 상기 제1센서부(110)에서 측정된 실내온도와 습도에 대한 정보는 신호화하여 상기 제어부(200)로 전달될 수 있다.
제2센서부(120)는 실외에 설치될 수 있으며 실외 온도와 습도를 측정하는 역할을 수행한다. 상기 제2센서부(120)에서 측정된 실내온도와 습도에 대한 정보는 신호화하여 상기 제어부(200)로 전달될 수 있으며, 상기 제2센서부(120)는 온도계와 습도계만을 의미하는 것은 아니며, 인터넷 등을 통한 기상정보나 날씨에 대한 데이터 등 실외 온도와 습도에 대한 정보를 측정할 수 있는 것이라면 제한되지 않는다.
상기 제1센서부(110)와 제2센서부(120)는 각각 상기 제어부(200)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(200)에서 판단된 창문의 개폐여부를 시각적으로 표시하는 표시부(400) 및 상기 제어부(200)의 모듈을 선택 적용시키는 조작부(410)를 더 포함할 수 있다. 상기 표시부(400) 및/또는 조작부(410)는 실내에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 표시부(400)와 조작부(410)는 하나의 장치 내에서 각 기능을 의미할 수 있다.
상기 조작부(410)는 상기 제어부(200) 및 표시부(400)와 전기적으로 연결되어 조작부(410)를 통한 조작 정보가 상기 표시부(400)에 반영됨에 따라 상기 조작부(410)를 통해 제어부(200)의 모듈 적용을 수동으로 조절할 수 있다. 이 경우 상기 조작부(410)는 상기 표시부(400)에 터치패널 방식으로 특정 신호를 입력할 수 있다.
상기 표시부(400)는 본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(200)의 각 모듈의 적용에 따른 창문의 개폐 가능 여부나 실내 온도의 냉방 가능 여부를 시각적으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 표시부(400)는 디스플레이를 포함하고 상기 제어부(200)는 실내 온도와 외부 온도 및 설정온도를 비교하여 해당 모듈의 적용 시 창문의 개폐 가능 여부나 냉방 가능 여부를 특정 문구나 이미지로 표시하여 거주자가 특정 모듈을 선택하는 것을 유도할 수 있다. 위와 같은 표시를 통하여 거주자가 별도의 계산 없이 외기를 통한 냉방 여부를 쉽게 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 창문에 설치되며 상기 제어부(200)에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 상기 창문을 자동으로 개폐시키는 창문개폐장치(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 창문개폐장치(300)는 실내에 구비되며 개폐대상인 창문과 연결되어 상기 제어부(200)의 모듈에 따라 창문의 개폐를 수행하는 장치의 일종으로, 그 구조와 구성은 다양할 수 있다. 상기 창문개폐장치(300)는 창문의 개폐뿐만 아니라 창문에 설치된 블라인드나 차광막 등을 함께 구동시키는 것이 바람직하다. 이하, 창문개폐장치(300)의 구체적 구성은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 생략한다.
본 발명의 제어부(200)는 설정된 계산식에 의해 상기 창문개폐장치(300)를 동작시키거나 상기 표시부(400)에 상기 계산식에 따른 정보를 표시하는 장치 또는 프로그램의 일종으로, 상기 제어부(200)는 상시폐쇄 운전 모듈(210), 온도차 운전 모듈(220), 엔탈피차 운전 모듈(230) 및 상시개방 운전 모듈(240)을 포함한다. 여기서 상기 상시폐쇄 운전 모듈(210)은 개폐 대상인 창문을 닫아 폐쇄시키는 것을 의미하고, 상기 상시개방 운전 모듈(240)은 상기 창문을 열어 개방시키는 것을 의미한다. 상기 상시폐쇄 운전 모듈(210)과 상시개방 운전 모듈(240)은 사용자의 선택이나 미리 설정된 프로그램에 다라 선택적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 온도차 운전 모듈(220)은 실내온도와 외부온도의 차이를 고려하여 창문의 개폐 여부를 결정하는 모듈을 의미한다. 본 발명에서는 실내온도를 TZONE, 외부온도를 TOUT, 설정온도를 TSET으로 표시하여 설명한다. 여기서 실내온도란 현재나 특정 시점에서의 실내 온도를 의미하고, 외부온도란 현재나 특정 시점에서의 실외 온도를 의미하며, 설정온도란 실내에서 설정하고자 하는 온도를 의미할 수 있다.
구체적으로 상기 실내온도는 상기 제1센서부(110)를 이용하여 측정될 수 있고, 상기 실외온도는 상기 제2센서부(120)를 이용하여 측정될 수 있으며, 상기 설정온도는 시간이나 위치에 따라 가변되는 값으로 사용자의 조작에 따른 온도이거나 미리 산출된 통계에 따른 온도일 수 있다. 사용자의 조작에 따른 온도는 예를 들어, 실내 거주자인 사용자가 설정한 온도를 의미한다. 미리 산출된 통계에 따른 온도는 예를 들어, 자연환기 조건 하에서 건물 실내 공간에 거주하는 사용자가 느끼는 쾌적성 정도를 고려하여 결정된 온도를 의미할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 온도와 외부 온도에 따른 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 수의 비율이 90%인 온도와 80%인 온도는 일정 범위를 가지며 외부 온도에 따라 가변된다.
도 2를 참고하여 ASHRAE Standard 55-2010 adaptive comfort model에 따른 통계를 가정하여 설명하면, 상기 설정온도는 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 비율의 정도가 90% 내지 80%인 범위 내의 온도를 의미하고, 상기 설정온도는 시간과 계절에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 90% 내지 80%인 온도 범위 내에서 가변될 수 있다. 상기 90% 내지 80%는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 상술한 비율은 다소 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 설정온도에서 창문이 개방된 상태에서 폐쇄 여부를 결정하는 설정온도와 창문이 폐쇄된 상태에서 개방 여부를 결정하는 설정온도가 서로 다를 수 있다. 즉, 현재 창문의 개방여부에 따라 상기 설정온도의 값은 변경될 수 있다. 구체적으로, 상기 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 비율 정도가 80%인 온도는 일정 범위를 갖고 상기 범위 내에서 설정온도가 결정될 때 상술한 창문을 개방시키는 온도와 창문을 폐쇄시키는 온도 중 어느 하나는 상기 범위의 상한 값을 갖고 다른 하나는 상기 범위의 하한 값을 가질 수 있다. 상기 상한 값과 하한 값의 적용 여부는 냉난방 부하, 날씨, 시간 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 설정온도는 계절, 바람, 일조량, 강우 등의 자연 환경에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 바람이 많이 불거나 일조량이 약한 경우 창문이 개폐되었을 때 실내 거주하는 사용자의 체감온도는 상대적으로 낮으므로 이에 따라 상기 설정온도가 달라질 수 있으며, 상기 설정온도의 결정은 바람, 계절, 강우, 일조량 등에 대한 정보나 사용자의 체감온도에 대한 통계자료 등에 의존할 수 있다.
상기 온도차 운전 모듈(220)은, 실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문을 개방시킨다. 즉, 외부온도보다 실내온도가 높고, 설정온도가 실내온도보다 낮은 경우 상기 제어부(200)는 창문의 개방을 결정하여 상기 창문개폐장치(300)를 가동시킴으로써 상기 창문을 개방시킬 수 있다.
본 발명의 엔탈피차 운전 모듈(230)은 제1센서부(110)와 제2센서부(120)에서 각각 측정된 실내 및 실외 온도와 습도에 대한 정보를 기반으로 창문의 개폐 여부를 판단한다.
상기 엔탈피차 운전 모듈(230)에서 사용되는 엔탈피는 열역학 제1법칙으로부터 파생되며, 본 발명에서 실내와 외부의 엔탈피를 각각 산출 및 비교하여 창문의 개폐 여부를 결정한다. 이하, 실내엔탈피를 HZONE, 외부엔탈피를 HOUT으로 표시한다.
상기 엔탈피차 운전 모듈(230)은, 실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문의 개방을 결정할 수 있다. 예를 들어, 냉방 조건을 고려하면 실내엔탈피가 외부엔탈피보다 큰 경우 창문을 개방하여 실내엔탈피를 낮출 수 있다. 이와 반대로 난방 조건에서 실내엔탈피가 외부엔탈피보다 큰 경우 창문을 폐쇄하여 엔탈피 차이를 유지할 수 있다.
상기 엔탈피차 운전 모듈(230)에서 산출되는 실내엔탈피 또는 외부엔탈피는 습도를 고려하여 불포화 상태에서의 실내 또는 실외 공기의 엔탈피를 의미할 수 있으며, 이에 따른 계산은 건구온도와 습구온도, 상대습도, 절대습도 등의 값에 따라 수행될 수 있다.
본 발명에서는 제어부(200)를 통하여 위와 같이 상시폐쇄 운전 모듈(210), 온도차 운전 모듈(220), 엔탈피차 운전 모듈(230) 및 상시개방 운전 모듈(240)을 선택적으로 적용함에 따라 계절과 시간에 따라 최적의 모듈 적용이 가능하며 냉난방 부하의 절감과 실내 거주자의 쾌적성을 높이는 효과가 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(200)의 각 모듈이 적용되었을 때 실내 온도, 창문의 개방비율을 나타낸다.
Case Items Apr. May Sept. Oct. Average
ASHRAE55 adaptive Standard 80% upper limit temp.(℃) 25.4 26.8 28.0 26.2 26.6
80% lower limit temp.(℃) 18.4 19.8 21.0 19.2 19.6
상시폐쇄 운전 모듈(case1) Average OT(℃) 26.4 29.5 33.3 30.1 29.8
Window opening percentage(%) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
온도차 운전 모듈(case2) Average OT(℃) 24.6 26.1 29.4 26.4 26.6
Window opening percentage(%) 20.2 52.2 58.0 36.3 41.7
엔탈피차 운전 모듈(case3) Average OT(℃) 23.8 25.5 28.6 25.5 25.9
Window opening percentage(%) 34.1 72.8 95.0 62.8 66.2
상시개방 운전 모듈(case4) Average OT(℃) 20.3 24.2 28.5 23.7 24.2
Window opening percentage(%) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
<표1. 모듈 별 실내 온도 및 창문의 개방비율>
표1은 제어부(200)의 4가지 모듈의 적용 시 평일 주간(08:00~18:00) 시간에 각 월별 평균 실내 온도와 창문의 개방 시간 비율을 나타내는데, 표1에 기재된 바와 같이, 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)는 4월에 25.4℃, 5월에 26.8℃, 9월에 28℃, 10월에 26.2℃로, 그 평균 온도는 26.6℃이다. 본 발명의 상기 표1은 학교를 기준으로 봄, 가을을 가정하여 집계되었다.
또한, 표1에는 기재되어 있지 않으나, 본 발명에 따른 시험결과로부터 실내 이산화탄소의 비율 차이는 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 기준으로 온도차 운전 모듈(220)은 3.2%, 엔탈피차 운전 모듈(230)은 3.9%, 상시개방 운전 모듈(240)은 5.6% 낮게 나타났고, 온도차 운전 모듈(220)을 기준으로 엔탈피차 운전 모듈(230)은 0.7%, 상시개방 운전 모듈(240)은 2.4% 낮게 나타났고, 엔탈피차 운전 모듈(230)을 기준으로 상시개방 운전 모듈(240)은 1.7% 낮게 나타났다.
상기 표1에 기재된 통계치는 본 발명의 도 3에 나타낸 바와 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(200)의 모듈 별 실내 온도를 나타낸 그래프이다. 도 3의 (a)는 4월과 5월에 모듈 별 실내 온도를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 9월과 10월에 모듈 별 실내 온도를 나타낸 것이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 4월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 25.4 내지 18.4℃의 범위와 5월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 26.8 내지 19.8℃의 범위를 기준으로 각 모듈의 적용 시 실내 온도를 검토하면, 상시폐쇄 운전 모듈(210)의 적용 시 상기 실내 기준 온도의 상한 값을 초과하는 경향이 보이고, 개략적으로 온도차 운전 모듈(220), 엔탈피차 운전 모듈(230), 상시개방 운전 모듈(240)의 순서로 실내 온도가 낮아짐을 확인할 수 있다. 다만, 상기 온도차 운전 모듈(220), 엔탈피차 운전 모듈(230) 및 상시개방 운전 모듈(240)의 적용 시 실내 온도는 반드시 순차적으로 낮아지는 것은 아니며 일률적으로 판단되는 것은 아니다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 9월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 28.0 내지 21.0℃의 범위와 10월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 26.2 내지 19.2℃의 범위를 기준으로 각 모듈의 적용 시 실내 온도를 검토하면, 4월과 5월에 나타난 양상과 유사함을 보인다.
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(200)의 각 모듈이 적용되었을 때 실내 온도가 상기 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에 들어오는 비율을 나타낸다.
Case Items Apr. May Sept. Oct. Average
ASHRAE55 adaptive Standard 80% upper limit temp.(℃) 25.4 26.8 28.0 26.2 26.6
80% lower limit temp.(℃) 18.4 19.8 21.0 19.2 19.6
상시폐쇄 운전 모듈(case1) > 80% 71.5 91.7 100.0 99.2 90.6
Within 80% 28.5 8.3 0.0 0.8 9.4
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
온도차 운전 모듈(case2) > 80% 10.7 24.5 69.3 50.6 38.8
Within 80% 89.3 75.5 30.7 49.4 61.2
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
엔탈피차 운전 모듈(case3) > 80% 3.3 15.4 55.0 18.2 23.0
Within 80% 96.7 84.6 45.0 81.8 77.0
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
상시개방 운전 모듈(case4) > 80% 0.0 10.7 55.0 9.9 18.9
Within 80% 82.6 84.2 45.0 88.5 75.1
< 80% 17.4 5.1 0.0 1.6 6.0
<표2. 모듈 별 기준 온도 범위 내 비율>
표2는 각 모듈의 적용 시 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에 들어오는 비율을 나타낸다. 표2에 기재된 바와 같이 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 범위가 80%인 실내 기준 온도의 범위 내에 들어오는 비율은 평균적으로 상시폐쇄 운전 모듈(210)에서 9.4%, 온도차 운전 모듈(220)에서 61.2%, 엔탈피차 운전 모듈(230)에서 77%, 상시개방 운전 모듈(240)에서 75.1%로 나타난다.
상기 표2에 기재된 통계치는 본 발명의 도 4에 나타낸 바와 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(200)의 모듈 별 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다. 도 4의 (a)는 상시폐쇄 운전 모듈(210)을, 도 4의 (b)는 온도차 운전 모듈(220)을, 도 4의 (c)는 엔탈피차 운전 모듈(230)을, 도 4의 (d)는 상시개방 운전 모듈(240)을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이 개략적으로 엔탈피차 운전 모듈(230)이 상기 실내 기준 온도의 범위 내에 들어오는 비율이 가장 양호한 것을 확인할 수 있다. 다만, 상기 양호한 정도는 일률적으로 판단되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 제어부(200)는 상기 표1 및 표2의 데이터를 기반으로 설정온도를 시간에 따라 설정하고, 상술한 4개의 모듈을 선택 적용시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(200)는, 상기 상시폐쇄 운전 모듈(210), 상기 온도차 운전 모듈(220), 상기 엔탈피차 운전 모듈(230) 및 상기 상시개방 운전 모듈(240)의 적용 시 각각 실내온도(TZONE)와 설정온도(TSET)의 차이를 데이터화 하고, 상기 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시키는 자동 운전 모듈(250)을 더 포함할 수 있다.
상기 자동 운전 모듈(250)은 상기 4개의 모듈에 따른 실내온도와 설정온도의 차이에 대한 데이터화된 정보를 기반으로 시간이나 계절에 따라 최소차이를 보이는 모듈을 선택적으로 적용시킨다. 상기 데이터화는 누적된 반복 경험에 의해 축적되거나 날씨와 시간을 고려하여 가상의 시뮬레이션을 수행하고, 상기 가상의 시뮬레이션 결과에 대한 값이 축적된 것일 수 있다.
예를 들어, 동일한 시간과 장소에서 각 모듈을 적용시키더라도 습도나 날씨의 영향에 따라 실내온도와 외부온도의 차이 감소 비율은 달라질 수 있다. 본 발명에서는 자동 운전 모듈(250)을 통하여 위와 같이 각 모듈에 따른 결과를 데이터화하고, 이를 기반으로 상기 4개의 모듈을 선택 적용시킴으로써 더욱 에너지 효율적으로 창문의 개폐 여부를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서 상기 제어부(200)는 상기 모듈들을 설정된 시간일정에 따라 선택적으로 적용시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 학교 등 공공장소에서 저녁이나 밤 시간대에 거주자인 학생들이 하교 후 등교하는 시간 동안에는 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 적용하고, 상기 학생들의 점심시간 동안에는 환기를 위하여 상시개방 운전 모듈(240)을 적용할 수 있다. 위와 같은 예는 이해의 편의를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로 상기 제어부(200)는 시간과 계절, 날씨(장마) 등 시간일정에 따라 다양한 방법으로 상기 각 모듈을 선택 적용시킬 수 있다.
본 발명의 창문 개폐 시스템의 바람직한 실시예를 설명하면, 상기 제어부(200)를 통한 창문 개폐 시스템은 난방이나 냉방이 필요한 여름이나 겨울(11 내지 3월, 7 내지 8월 등)에는 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 적용하여 창문을 폐쇄시키고, 하루 중 점심시간 등 일정 시간대에 상시개방 운전 모듈(240)을 적용하여 환기를 시키는 등의 방식으로 운영될 수 있다.
상기 제어부(200)는 봄이나 가을에 온도차 운전 모듈(220), 엔탈피차 운전 모듈(230) 또는 상시개방 운전 모듈(240)을 적용시켜 창문의 개폐 여부를 결정한다. 이 경우 설정온도는 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에서 결정될 수 있다. 상기 제어부(200)는 상기 자동 운전 모듈(250)을 적용하여 각 모듈을 선택 적용시키고, 새벽이나 밤 시간대에 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 적용시킨다.
상기 제어부(200)는 외부에 비가 내리거나 황사 또는 미세먼지 등의 농도가 높은 경우 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 적용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(200)는 냉난방기 등과 연결되어 상기 설정온도보다 실내 온도가 설정된 값 이상의 차이가 발생하는 경우 상시폐쇄 운전 모듈(210)을 적용하고 냉난방기를 가동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템은 거주자의 쾌적성 정도를 고려하여 창문의 개폐 여부를 결정하므로 단순히 온도나 엔탈피에 따라 창문을 개폐시키는 방식과 비교할 때 거주자의 사용감이나 만족성이 우수하고 시간이나 계절 또는 환경 등에 따라 각 모듈이 선택 적용되어 에너지 절감이 뛰어나며 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.
110 : 제1센서부 120 : 제2센서부
200 : 제어부
210 : 상시폐쇄 운전 모듈 220 : 온도차 운전 모듈
230 : 엔탈피차 운전 모듈 240 : 상시개방 운전 모듈
250 : 자동 운전 모듈
300 : 창문개폐장치
400 : 표시부 410 : 조작부

Claims (8)

  1. 창문을 개폐하여 실내온도 및 습도를 제어하는 창문 자동 개폐 시스템에 있어서,
    실내온도 및 습도를 측정하는 제1센서부;
    실외 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부; 및
    상기 제1센서부 및 제2센서부에서 측정된 정보를 기반으로 실내 창문의 개폐 여부를 판단하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 창문을 폐쇄시키는 상시폐쇄 운전 모듈;
    상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 온도 차이에 의해 판단하는 온도차 운전 모듈;
    상기 창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차 운전 모듈; 및
    상기 창문을 개방시키는 상시개방 운전 모듈;을 포함하고,
    상기 온도차 운전 모듈은,
    실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문을 개방시키고,
    상기 엔탈피차 운전 모듈은,
    실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문을 개방시키며,
    상기 설정온도(TSET)는 시간에 따라 설정된 값으로 가변되며, 사용자의 체감온도에 대한 통계자료를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부를 시각적으로 표시하는 표시부; 및
    상기 제어부의 모듈을 선택 적용시키는 조작부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 제어부의 각 모듈의 적용에 따른 창문의 개폐 가능 여부를 시각적으로 표시하는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 창문에 설치되며 상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 상기 창문을 자동으로 개폐시키는 창문개폐장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상시폐쇄 운전 모듈, 상기 온도차 운전 모듈, 상기 엔탈피차 운전 모듈 및 상기 상시개방 운전 모듈의 적용 시 각각 실내온도(TZONE)와 설정온도(TSET)의 차이를 데이터화 하고,
    상기 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시키는 자동 운전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모듈들을 설정된 시간일정에 따라 선택적으로 적용시키는 것을 특징으로 하는 냉방부하 절감을 위한 창문 자동 개폐 시스템.
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