KR102095990B1 - 홈 에너지 관리 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 및 움직임 감지 정보를 적어도 하나 포함하는 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보 및 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어, 상기 설정값에 따라 개폐율을 조절하는 스마트 댐퍼; 및 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치를 포함한다. 상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이다.
Description
본 발명은 홈 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홈 내외의 다양한 환경 및 사용자의 개인차 등을 고려하여 냉방을 공급하면서도 에너지를 효율적으로 절감할 수 있는, 홈 에너지 관리 시스템의 컨트롤러 및 그 동작방법에 관한 것이다.
최근에는 기존 홈 서버에 에너지 소비량 모니터링 및 분석 기능을 탑재한 홈 에너지 관리 시스템(HEMS: Home Energy Management System)이 개발되어 이를 신규 아파트를 위주로 공급하고 있으며, 모바일 기술을 통해서 원격에서 접속할 수 있도록 함으로써 홈 네트워크 기술과 연동한 제어 기능 등을 서비스하고 있다.
이러한 홈 에너지 관리 시스템은 에너지 소비 정보를 사용자에게 구체적으로 형태로 제공함으로써 사용자가 가정에서의 실제적인 에너지 소비량을 파악하여 자발적으로 에너지를 절약하기 위한 행동을 하도록 유도할 수 있는 장점이 있다.
한편, 에너지 가격의 국제적이고 지속적인 인상과 환경파괴 등의 위험에 대응하여, 태양광/태양열/지열/풍력 등의 다양한 신재생 에너지에 대한 도입이 적극적으로 검토되고 있다. 특히, 태양광 발전의 경우, BIPV(Building Integrated Photovoltaic system) 형태로 건물에 적용하는 경우가 증가하고 있다.
그러나 이러한 기존의 홈 에너지 관리 시스템은 단순 에너지 소비량만을 제공하는데 그치고 있어 에너지 소비를 비효율적으로 사용하는 패턴 및 기기에 대한 정보 제공이 없으며, 또한 자발적인 에너지 절감에는 사용자의 참여 지속성 유지에 대한 어려움이 발생한다. 또한, 효율적인 BIPV 제어를 위해서는 에너지 소비 현황 정보와 기상 정보를 함께 고려하여 최적의 에너지 충/방전 제어 및 집광판 제어, 전동블라인더, 수평 차양막 등의 공통 에너지 관련 설비 제어 등의 적극적인 에너지 설비에 대한 최적화된 중앙 제어가 필요하다.
한편, 중동지역의 국가의 주택은 보통 2 내지 3층의 단독주택 형태이며, 다수의 에어컨을 운용하고 있다.
이러한 중동지역 건물에는 냉방을 효율적으로 동작시키기 위해 에어컨을 다수 개 설치하고 있으며, 이러한 에어컨은 존(zone)별 제어, 즉 각 층별 또는 구간별 제어를 하거나 개별 에어컨에 온도조절기를 부착하여 각 에어컨이 설치된 공간의 온도에 따라서 에어컨의 동작을 제어하였다.
그러나 이러한 종래의 방법은 온도에 의하여 제어되는 방식으로 건물 내 각 공간(방 1, 방 2, 거실 등)이 여러 개 존재할 경우 사람이 있는 경우와 없는 경우에 관계없이 온도에 따라서만 작동된다. 그러므로 사람이 없는 공간에도 에어컨이 작동되어 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
또한, 건물 내의 에너지를 많이 사용하는 다수의 에어컨의 통합제어가 어렵고, 일일이 모니터링하기가 어렵기 때문에 불필요한 에너지 낭비를 줄일 수 있는 방안이 시급히 모색되고 있다.
한편, 중동 지역의 사용자들은 기본적으로 에어컨의 설정 온도를 한번 설정해 놓으면 변경하지 않는다. 단, 사용자는 계절별 또는 특정한 시기에는 온도 설정을 변경한다. 시기(계절별)별로 살펴보면, 2월 내지 10월 동안, 사용자는 특정 온도에 설정한 후 거의 온도 조작을 하지 않는다. 11월 내지 1월 동안, 사용자는 패키지 에어컨(A/C)을 사용하지 않거나 최소로 사용한다.
하루를 기준으로 아침, 점심 및 저녁별로 살펴보면, 사용자는 한번 설정해 놓은 값을 고정하여 사용하며 변경하지 않는다. 그러나 중동의 하루 날씨 온도를 보면 아침, 점심 및 저녁의 일교차가 꽤 큰 편이다.
그러나 중동 지역의 국가들은 오일 머니 기반 부가 축적된 국가로서, 사막 국가로 에어컨을 항상 켜 놓는다. 특히, 쿠웨이트는 국가에서 95%의 전기요금을 지원해 주고 있어 1년 내내 습관적으로 에어컨을 가동함으로써 낭비가 심한 문제점이 있다.
본 발명은 열쾌적성 모델에 따라 복수의 실내 공간을 커버하는 패키지 에어컨, 조명 장치 및 블라인드 등을 조절할 수 있는, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 실내 환경 정보 뿐만 아니라 실외 환경 정보까지 고려한 재실자 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 재실자마다 각각 최적화된 열쾌적성 모델을 학습하는, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 전력 공급 상황에 따라 제어가능한, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 및 움직임 감지 정보를 적어도 하나 포함하는 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보 및 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어, 상기 설정값에 따라 개폐율을 조절하는 스마트 댐퍼; 및 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이다.
상기 스마트 댐퍼는 상기 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하며, 상기 개폐율은 상기 모든 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 HEMS 컨트롤러는 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 스마트 조절장치에 상기 결정된 설정값을 전달할 수 있다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고, 상기 열쾌적성 모델을 업데이트하며 학습할 수 있다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 스마트 댐퍼, 상기 스마트 센서, 상기 패키지 에어컨 및 상기 스마트 조절장치와 유무선으로 통신하는 제1 통신부; 상기 열 쾌적성 모델에 대한 정보를 저장하는 저장부; 상기 각 실내 공간에 상기 재실자 정보에 따른 상기 열쾌적성 모델을 선택하는 제어부; 및 상기 선택된 열쾌적성 모델에 따라 상기 실외 환경 정보 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로 상기 설정값을 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.
상기 스마트 센서는 상기 스마트 조절 장치로 상기 센싱된 실내 환경 정보를 유선 또는 무선으로 전송하고, 상기 스마트 조절 장치는 상기 각 실내 공간의 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로, 기설정된 시간 동안 재실자가 없으면 전원을 차단하는 스마트 컨센트를 더 포함할 수 있다.
상기 홈 에너지 관리시스템은 상기 홈의 상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 상기 실내 환경 정보에 대한 수동설정값을 입력받는 입력부; 및 상기 HEMS 컨트롤러와 통신하여, 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고 상기 수동설정값을 송신하는 통신부를 포함하는 사용자 단말과 연동된다.
상기 스마트 조절 장치는 상기 송풍 온도, 상기 개폐율, 상기 조명 장치의 조도량, 상기 블라인드의 업앤다운 및 틸트각도를 조절할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은, 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 스마트 컨센트, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절모듈; 상기 HEMS 컨트롤러로부터 상기 설정값을 수신하고, 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 결정되거나 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받는 지역서버를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보일 수 있다.
상기 사용자 단말은 상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고, 상기 재실자에 최적화되거나 수동제어된 설정값을 송신하는 통신부; 상기 홈의 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보, 조작 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 상기 재실자에 대한 인적 정보 또는 사용자의 수동제어된 설정값을 입력받는 입력부; 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보로부터 상기 재실자에 최적화된 열쾌적성 모델에 따라 상기 설정값을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 홈 에너지 관리 시스템은 상기 복수의 실내 공간에 각각 설치되어, 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하는 스마트 댐퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 개폐율은 상기 각 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 스마트 조절장치, 상기 스마트 댐퍼 및 상기 스마트 센서와 LoRa 통신방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 스마트 컨센트는 기본모드에서는 송전망 그리드에 연결되어 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하고, 정전모드에서는 자가발전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급할 수 있다.
상기 지역 서버는 설정 모드에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템을 중앙 제어할 수 있다.
상기 설정 모드는 상기 홈의 사용자 승인에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하고, 상기 지역 서버의 중앙 제어에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템의 동작이 제어되는 제1 모드를 포함할 수 있다.
상기 설정 모드는 상기 홈의 사용자 거부에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하나, 상기 지역 서버의 중앙 제어는 액세스 거부되는 제2 모드를 포함할 수 있다.
상기 지역 서버는 설정 지역 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 공급망의 전력 데이터를 기초로 적어도 하나의 상기 홈의 에너지 관리를 중앙 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 지역 서버는 적어도 하나의 상기 스마트 조절 모듈에 중앙 설정값을 전송하여 전력 공급을 조절할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 덕트, 조명장치, 스마트 컨센트, 및 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치; 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받아, 재실자마다 최적화하기 위한 적어도 하나의 열쾌적성 모델을 학습하는 학습서버를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이고, 상기 HEMS 컨트롤러는 상기 열쾌적성 모델 또는 수동제어에 따라 결정된 설정값을 출력한다.
상기 학습서버는 상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고, 상기 재실자의 정보에 따라 최적화된 설정값으로 업데이트하며 상기 열쾌적성 모델을 학습한다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 스마트 댐퍼를 활용하여 냉방을 공급함으로써 정풍량 패키지 에어컨을 이용하면서도 개인별로 선호하는 풍량으로 냉방을 할 수 있다.
또한 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 열쾌적성 모델에 따라 제어함으로써 재실자 적응형으로 냉방 및 조명을 제공할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 전력소비를 절감할 수 있다. 즉, 재실자 정보, 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보를 활용하여 조도를 제어함으로써 개인별로 선호하는 조도를 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면 사용자 단말을 이용하여 원격 모니터링하고 제어할 수 있어 냉방장치 사용 절약습관이 부족한 중동지역에서 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 개개의 홈마다 전력 공급을 중앙 제어할 수 있어, 설정 지역 내 전력 공급 상황에 맞추어 홈 소비에 전력을 골고루 배분할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예들에 적용되는 홈 에너지 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 냉방 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 조명 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 10는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 10의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 냉방 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 조명 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 10는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 10의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
우선, 설명에 앞서, 본 발명의 실시 예들에 적용되는 패키지 에어컨이 설치되어 있는 중동지역의 건물 특징에 대해서 살펴보기로 한다.
일반적으로 중동지역의 건물은 북향이다. 모든 창문의 북쪽으로 나있다. 그리고 중동지역의 건물은 다가구 중심으로 사람들이 거주하고 있다. 일반 주택의 경우에는 2층 내지 3층 건물에 다가구 가족이 함께 거주한다.
이러한 건물에 패키지 에어컨이 설치되어 주택의 냉방 동작을 수행한다. 패키지 에어컨은 루프톱형 패키지 에어컨으로 설치될 수 있다. 루프톱형 패키지 에어컨을 살펴보면, 옥상에 덕트형태의 송풍구 및 송풍시스템이 설치되어 있다. 규모에 따라 송풍구들은 5개 내지 8개가 설치될 수 있다.
하나의 패키지 에어컨은 2개 내지 3개 또는 2.5개의 공간이나 룸(Room)을 커버한다.
이러한 패키지 에어컨은 옥상의 에어컨 송풍시스템과 온도 조절기(Thermostat)와 직접 연결되어 있다. 패키지 에어컨별로 1개의 온도조절기가 연결되어 설치되어 있다.
일반적인 3층 기준의 건물 구조를 살펴보면, 건물의 1층(Ground Floor)에는 거실 및 접견실이 있다. 2층(1st Floor)에는 거실 및 방이 있다. 3층(2nd Floor)에는 방 및 세탁실/하우스키퍼(Housekeeper) 방이 있다. 옥상(Rooftop)에는 에어컨 송풍 시스템 및 전원 단자 함이 있다.
한편, 일반적인 3층 및 지하 기준의 건물 구조를 살펴보면, 건물의 지하 1층에는 거실, 기도실 및 방이 있다. 건물의 1층(Ground Floor)에는 거실, 접견실 및 방이 있다. 2층(1st Floor)에는 거실 및 방이 있다. 3층(2nd Floor)에는 거실, 방 및 세탁실/하우스키퍼(Housekeeper) 방이 있다. 옥상(Rooftop)에는 에어컨 송풍 시스템 및 전원 단자 함이 있다.
한편, 중동 지역의 사용자가 패키지 에어컨을 조작하는 에어컨 조작패턴에 대해서 살펴보기로 한다.
기본사항에 대해서는, 사용자는 기본적으로 온도를 한번 설정해 놓으면 변경하지 않는다. 단, 사용자는 계절별 또는 특정한 시기에는 온도 설정을 변경한다.
시기(계절별)별로 살펴보면, 2월 내지 10월 동안, 사용자는 특정 온도에 설정한 후 거의 온도 조작을 하지 않는다. 11월 내지 1월 동안, 사용자는 패키지 에어컨(A/C)을 사용하지 않거나 최소로 사용한다.
시즌별로 살펴보면, 여름휴가, 크리스마스 시즌 및 라마단 동안에 가족은 집을 비우고, 하우스키퍼(Housekeeper) 만 거주하는 경우, 가급적 최소한의 에너지 사용 형태를 유지한다. 하우스키퍼(Housekeeper)가 거주하는 층이 별도의 공간으로 존재한다.
하루를 기준으로 아침, 점심 및 저녁별로 살펴보면, 사용자는 한번 설정해 놓은 값을 고정하여 사용하며 변경하지 않는다. 중동의 하루 날씨 온도를 보면 아침, 점심 및 저녁의 일교차가 꽤 큰 편이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 홈 에너지 관리 시스템에 적용되는 패키지 에어컨의 특징 및 방 배치도에서의 냉방 동작에 대해서 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예들에 적용되는 홈 에너지 관리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 냉방 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 조명 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참고하면, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 HEMS 컨트롤러(100), 스마트 센서(210), 스마트 조절장치(230) 및 스마트 컨센트(250)를 포함하고, HEMS 컨트롤러(100)는 사용자 단말(10) 및 외부 서버(20)와 연동된다.
홈 에너지 관리 시스템(1000)은 HEMS 컨트롤러(100)의 스마트 조절 모듈(200)이 각각 조명(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350) 및 전원 공급망(송전망 그리드 또는 자가발전모듈)과 연결되어, 각 장치를 제어한다.
스마트 조절 모듈(200)은 스마트 센서(210), 스마트 조절 장치(230) 및 스마트 컨센트(250)를 포함한다.
스마트 센서(210)는 홈 전체의 실내 환경 정보를 센싱한다. 일 예로 스마트 센서는 홈 전체의 공간 곳곳-거실, 방, 주방 등- 마다 설치된다. 일 예로 스마트 센서는 온도 센서(211), 습도 센서(212), 조도 센서(213) 및 움직임 감지 센서(214) 등을 포함한 복합 센서로서, 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 또는 미세먼지량, 및 움직임 감지 정보 등을 센싱한다.
도시하지는 않았으나 스마트 센서(210)는 열 센서, 재실자 센서 및 적외선 센서를 더 포함할 수 있다. 스마트 센서(210)는 HEMS 컨트롤러(100)와 유선 또는 무선을 통해 통신할 수 있다. 예컨대, 스마트 센서(210)는 블루투스(Bluetooth, BLE) 기반의 온/습도 센서를 포함하고, 주기적으로 HEMS 컨트롤러(100)로 온/습도, 열 감지, 재실 감지 정보, 움직임 정보를 측정하여 전송할 수 있다.
스마트 조절 장치(230)는 각각 조명장치(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350)에 연결되어, HEMS 컨트롤러(100)에서 수신된 설정값으로 조도, 냉방, 송풍 및 채광 등을 조절한다.
온도 조절부(231) 및 습도 조절부(232)는 냉방 장치(350)와 연결되어, 제어 대상이 되는 해당 실내 공간의 온도 또는 습도를 조절한다.
도 3을 참고하면, 냉방 장치(350)는 적어도 하나의 패키지 에어컨으로, 하나의 패키지 에어컨이 홈 전체를 커버할 수도 있고, 둘 이상의 패키지 에어컨이 홈 전체를 커버할 수도 있다. 이 경우 패키지 에어컨(350)은 각 실내 공간(도시된 예에서 방 1, 방 2)에 연결된 덕트(351-1 내지 351-4)를 통해 냉방 동작한다. 덕트는 각 실내 공간의 면적에 따라 하나 이상 설치될 수 있다.
패키지 에어컨(350)은 루프톱형 에어컨으로부터 연결된 송풍구와 덕트(351) 사이에 스마트 댐퍼(360)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 패키지 에어컨(350)은 송풍구가 연결된 모든 공간에 정풍량의 송풍을 공급하는 에어컨일 수 있다.
스마트 댐퍼(360)는 개폐율을 조절하여 일정량의 송풍만 통과하게 하는 장치로, 개폐율은 온도 조절부(231), 습도 조절부(232) 또는 HEMS 컨트롤러(100)의 제어에 따라 조절된다. 일 예로 스마트 댐퍼(36)는 모든 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 패키지 에어컨(350)이 공급하는 전체 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절된다. 모든 실내 공간에 설치된 각각의 스마트 댐퍼(36)가 각각 공급하는 송풍량이 패키지 에어컨(350)의 전체 송풍량의 50% 이하가 되면 정풍량을 공급하는 에어컨에 부담이 되기 때문이다.
온도 조절부(231)는 패키지 에어컨이 공급하는 송풍의 온도를 조절하는 온도 조절기(Thermostat)로서, 각 패키지 에어컨과 1:1로 연결될 수 있다. 온도 조절부(231)는 HEMS 컨트롤러(100) 및 패키지 에어컨(350)과 LoRa(Long Range Communication) 기반으로 통신할 수 있다.
조명 조절부(233)는 조명 장치(310)에 연결되어, 각 실내 공간의 조도를 조절한다.
조명 조절부(233)는 일예로 마스터 조작부(미도시)와 슬레이브 조작부(미도시)를 포함하여 각각 조작될 수 있다. 마스터 조작부는 각 실내공간을 한꺼번에 제어할 수 있고, 조도 센서(203) 및 통신부와 연동하여 각 실내공간에 현재 설정되어 있는 제어값 및 센싱된 조도값을 HEMS 컨트롤러(100)로 전송한다. 슬레이브 조작부는 각각이 배치된 대상 실내 공간의 조명 장치와 연동하여, 연동된 조명 장치의 조도 세기만 조절할 수 있다.
중동 지역 거주자들은 채광시 복사열로 인한 실내 온도 상승이 걱정되어 햇빛이 많이 들어오지 않도록 채광을 차단하는 셔터를 닫고 생활하는 경우가 많다. 그러나 복사열은 차단하고 가시광선만 통과해주는 특수 유리 등을 사용하는 창문의 경우 외부 조망 및 자연 채광을 위해 셔터를 닫지 않고 사용할 필요가 있다.
이때 조명 조절부(233)는 다른 예로 HEMS 컨트롤러(100)로부터 실외 환경 정보 중 날씨 정보 및 조도 정보를 수신받아, 자체적으로 조명을 조절할 수도 있다. 예를 들어 실외가 환한 대낮이어서 채광량이 많은 경우, 센싱된 조도값이 기설정된 최대 조도값 이상이면 조명 조절부(233)는 기설정된 최소 조도값으로 턴-온하여 유지하거나 해당 실내에 배치된 조명 장치(310)를 턴-오프한다.
조명 조절부(233)는 또다른 예로 창문/블라인드(330)와 연결되어 블라인드의 틸트 각도를 조절하여 채광량을 조절할 수 있다. 조명 조절부(233)는 조명 장치(310)의 전력 절감을 위해 조명 장치의 조도 조절 및 블라인드의 틸트 각도를 각각 제어하여 소비전력을 줄이면서 적절한 실내 조도를 유지할 수 있도록 블라인드(330) 및 조명 장치(310)를 각각 제어할 수 있다.
도시하지는 아니하였으나 또다른 예로 창문/블라인드는 조명 조절부(233)와 별개로, HEMS 컨트롤러(100)에 직접 연결되어, 실내 조도 및 실외 조도값을 각각 모니터링하여 실내 공간에 채광이 적정량 공급되도록 블라인드의 슬릿 각도 및 틸트 각도를 조절할 수 있다. 또한, HEMS 컨트롤러(100)는 창문 위치 정보를 기초로, 슬릿 각도를 조절하여 외부 조망권은 확보하면서 내부가 보이지 않도록 할 수도 있다.
홈 에너지 관리 시스템(1000)는 스마트 컨센트(250)를 더 포함할 수 있다. 스마트 컨센트(250)는 전력공급라인을 선택하기 위한 스위칭 모듈로써, 송전망 그리드로부터 전력이 안정적으로 공급될 때에는 기본 모드로써 송전망 그리드에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(1000)에 전원을 공급한다. 한편 송전망 그리드에 문제가 생기는 경우 - 예를 들면 정전 또는 사고로 인한 차단 등- 에는 발전 모드로써 자가 발전 장치에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(1000)에 전원을 공급한다. 자가 발전 장치는 예를 들면 태양광 발전 패널 등이 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 조절 및 센싱 데이터를 수집하여 처리한다. 보다 구체적으로 설명하면, 스마트 센서(200)로부터 센싱 데이터(예컨대, 온도, 습도, 재실자, 재실자 위치 정보 등)을 수신하여 처리한 후 스마트 조절 장치(230)로 설정값을 전송하고, 센싱 데이터 및 설정값을 외부 서버(20) 및 사용자 단말(10)로 전송한다. HEMS 컨트롤러(100)는 사용자 단말(10)로부터 수신한 설정값 - 예를 들면 수동설정된 설정온도나 습도 정보를 스마트 조절 장치(230)로 전송하는 기능을 수행한다.
HEMS 컨트롤러(100)는 실외 환경 정보, 실내 환경 정보의 센싱 데이터 및 재실자에 대한 인적 정보를 기초로 열쾌적성 모델에 따른 스마트 조절장치(230)의 설정값을 결정한다.
열쾌적성은 열 전달 에너지 균형을 계산하는 것으로써, 소정 실내 공간에서 실내 공기의 복사, 대류, 전도의 열 전달 효과를 고려하여 재실자에 의해 발생한 열을 비교하여 판단될 수 있다. ASHRAE Standard 55-2004에 따르면, 열쾌적성은 열 환경에서 만족을 나타내는 기분 상태로, 환경 계수와 개인 계수로 각각 구분하여 평가된다. 환경 계수는 온도, 열 복사, 상대 습도 및 주변 공기 속도를 포함하고, 개인 계수는 활동 레벨(예를 들어 앉아있는지, 운동 중인지 등) 및 의상에 따른 대사율 등을 포함한다. 즉, 열쾌적성은 사용자마다 다를 뿐만 아니라, 소정의 실내 공간 내에서의 위치 및 재실자의 수에 따라 다를 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 스마트 조절장치(230) 내 구성요소에 전달할 복수의 제어값, 즉 설정값들을 결정한다.
본 발명에서 열쾌적성 모델은 환경 계수 및 개인 계수를 포함한 사용자별 변수 뿐만 아니라, 재실자의 정보 및 실외환경 정보, 사용자의 생활 패턴 등을 고려하여 설정되는 실내 환경 정보의 시나리오이다.
이하 도 3을 참고하여, 열쾌적성 모델에 따른 제어 동작에 대해 자세히 설명한다.
방 1에는 남자 1명이 어느 한 구석에 위치하고, 방 2에는 여자 1명이 방 중앙에 위치하고 동일한 개폐율로 동일한 양의 송풍이 공급된다고 가정하자. 이 경우 남성과 여성의 성별에 따른 체감 열쾌적성은 다를 수 있다. 방 1의 경우 덕트의 위치 및 재실한 남성의 위치에 따라 송풍이 직접적으로 미치지 않아 열쾌적성 지수가 낮을 수 있다. 방 2의 경우 덕트의 위치 및 재실한 여성의 위치에 따라 송풍이 직접적으로 미쳐 열쾌적성 지수가 높을 수 있다.
이하 도 4를 참고하여, 조도 제어 동작에 대해 자세히 설명한다.
방 1에는 창문이 있는 방으로서, 성인 1명이 위치하고, 방 2에는 성인 1명이 책을 읽는 중이며, 방 3에는 재실자가 없다고 가정하자. 각 방에는 온도조절 장치(233) 및 조도 센서(213)가 각각 설치되어 있다. 이 경우 재실자의 활동에 따른 희망 조도는 다를 수 있다.
방 1의 경우 창문의 위치 및 현재 실외의 날씨 및 시간(낮/밤)에 따라 채광에 따른 조도가 다를 수 있다. 환한 대낮의 경우, 자연광의 정도에 따라 조명장치는 조명을 제공하지 않거나 소량의 조도만 제공할 수 있다. 그러나 어두운 밤의 경우, 자연광이 없으므로 100% 조명장치에 의존하여 조명을 제공해야 하므로, 재실자의 활동에 따라 조절된 조도를 제공할 수 있다.
방 2의 경우 창문이 없는 방 또는 창문이 있더라도 자연광이 거의 제공되지 않는 상태라고 하자. 재실자는 책을 읽기 위해 높은 조도의 조명이 필요하다. 이 경우 재실자는 온도 조절 장치(233)를 직접 수동제어하거나 사용자 단말(10)을 활용한 수동제어로 조도를 더 높일 수 있다.
방 3의경우 실내에 재실자가 없는 경우이다. 열 센서, 움직임 감지 센서 또는 적외선 센서 등에 기초하여 기설정된 시간이 경과하더라도 재실이 감지되지 않는 경우, 방 3의 냉방, 조명 등에 전원공급을 차단하거나 최소 전원만 공급하여 절전모드로 전환할 수 있다.
이경우 열쾌적성 모델은 해당 실내 공간을 사용하는 재실자에 대한 정보를 모니터링하여, 기본 열쾌적성 모델로 냉방을 제어할 수 있다. 이 경우 기본 열쾌적성 모델은 재실자의 성별, 나이, 복장, 움직임 정보 등에 따라 기본으로 설정되어 있는 제어값들의 데이터베이스 군을 말한다.
그러나 소정의 실내 공간을 주로 사용하는 재실자(주사용자)가 사용자 단말(10) 또는 스마트 조절 장치(230) 등을 활용하여 수동제어할 경우, 열쾌적성 모델은 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 수동제어값을 기초로 주 재실자에 대한 온도/습도/조도 등에 대한 제어값들을 업데이트하며 학습한다. 이후 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 학습된 열쾌적성 모델로 인해 주사용자의 생활패턴에 따라 적응적으로 냉방, 조명, 채광 등을 제어하여 최적화된 실내 환경을 제공할 수 있다.
또한 열쾌적성 모델은 사용자의 홈 공간 내에서의 생활패턴에 따른 실내 공간별 우선순위, 시간별 우선순위, 재실별 우선순위 및 실내 공간별 한계치 범위 중에서 적어도 하나 이상이 조합된 조절 우선순위를 머신러닝 분석에 반영하여 제어값을 산출할 수 있다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에서 열쾌적성 모델에 따른 동작은 이하 도 5 내지 도 8을 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 5를 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 HEMS 컨트롤러(100)에서 수행될 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 제어부(110), 연산부(120), 저장부(13) 및 제1 통신부(140)를 포함한다.
제어부(110)는 각 실내 공간의 재실 중인 사용자에 따라 열쾌적성 모델을 선택한다. 또한 제어부(110)는 선택된 열쾌적성 모델에 따라 실외 환경 정보, 실내 환경 정보, 재실자의 정보를 기초로 설정값을 결정한다.
연산부(120)는 학습 모듈을 포함한다. 즉 연산부(120)는 실외 환경 정보, 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 실내 환경 정보를 데이터베이스화하여, 열쾌적성 모델을 업데이트하며 학습한다.
저장부(131)는 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 대한 정보, 즉, 데이터베이스를 저장한다.
제1 통신부(140)는 사용자 단말(10)의 제2 통신부(13) 및 외부 서버(20)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 홈 에너지 관리 시스템(1000) 내에 설치된 각 구성요소(스마트 댐퍼, 스마트 센서, 패키지 에어컨 또는 스마트 조절장치)와 LoRa 기반의 통신 또는 블루투스 기반의 통신으로 연결되어 데이터를 송수신한다.
사용자 단말(10)은 디스플레이부(11), 입력부(12) 및 제2 통신부(13)를 포함한다.
디스플레이부(11)는 홈의 전체 및 각 실내 공간에 대한 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 조작 관련 정보를 디스플레이한다.
입력부(12)는 사용자의 입력으로 실내 환경 정보에 관한 수동 설정값을 입력받는다.
제2 통신부(13)는 HEMS 컨트롤러(100)와 통신하여, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보를 수신하고 수동 설정값을 송신한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다. 설명의 편의를 위해 도 4와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 6을 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 사용자 단말(10)에서 수행될 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 제어부(110), 제1 연산부(120), 저장부(13) 및 제1 통신부(140)를 포함한다. 사용자 단말(10)는 도 4와 달리 제2 연산부(14)를 더포함한다.
도 6의 실시예에서 제1 연산부(120)는 스마트 센서(210)에서의 센싱 데이터를 기초로 간단한 기초 설정을 수행할 수 있다. 예를 들면 소정의 실내 공간에 기설정된 시간동안 재실자가 없는 경우 냉방 공급, 조명 또는 전력 공급을 차단하거나 최소량의 공급만 수행하도록 제어하는 것과 같은 결정이 있다.
제2 연산부(14)는 열쾌적성 모델 알고리즘을 기초로, HEMS 컨트롤러(100)로부터 센싱 데이터를 수신하거나 사용자 수동 설정값을 입력받으면, 사용자 적응형 열쾌적성 모델을 학습한다. 따라서, 이후 HEMS 컨트롤러(100)의 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보는 사용자 단말(10)의 학습된 열쾌적성 모델 알고리즘에서 연산되어 결정되는 설정값을 HEMS 컨트롤러(100)로 전송한다. 이 경우 HEMS 컨트롤러(100)는 자주 교체되지 않아도 되고, 학습 뿐 아니라 열쾌적성 모델 알고리즘을 더 나은 버젼으로 업데이트할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.설명의 편의를 위해 도 5와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 학습 서버(30)에서 수행될 수 있다. 학습서버(30)는 제2 연산부(31), 학습부(32) 및 저장부(33)를 포함할 수 있다.
도 7의 실시예에서 제1 연산부(120)는 도 5와 마찬가지로 스마트 센서(210)에서의 센싱 데이터를 기초로 간단한 기초 설정을 수행할 수 있다. 예를 들면 소정의 실내 공간에 기설정된 시간동안 재실자가 없는 경우 냉방 공급, 조명 또는 전력 공급을 차단하거나 최소량의 공급만 수행하도록 제어하는 것과 같은 결정이 있다.
제2 연산부(31)는 학습된 열 쾌적성 모델에 따라 재실자 정보, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보에 기초한 설정값을 연산한다.
학습부(32)는 사용자 수동 설정값을 입력받으면, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보, 재실자 정보 등을 고려하여 사용자 적응형 열쾌적성 모델을 학습한다.
저장부(33)는 학습된 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 대한 정보를 저장한다.
따라서, 이후 학습 서버(30)는 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 재실자 정보를 수신받아 학습된 열쾌적성 모델 알고리즘에서 연산되어 결정되는 설정값을 다시 HEMS 컨트롤러(100)로 회신한다. 이 경우 보다 다양한 시나리오의 열쾌적성 모델이 저장될 수 있을 뿐 아니라 빅데이터를 반영한 머신러닝이 보다 용이한 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 먼저 홈 에너지 관리 시스템의 전원이 켜지면(S10) 시스템이 초기화 되며 제어 대상들이 각각 초기 설정된다. 이때 초기 설정은 시스템에 저장된 초기 설정값일 수도 있고 마지막 사용시 각 제어대상에 셋팅되어 있던 설정값일 수도 있다.
초기 설정 후, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 홈 전체 곳곳에 설치된 센서들로부터 센싱 데이터를 수신한다(S12). 센싱 데이터는 실내 공간의 온/습도, 미세먼지, CO2량, 열 감지, 재실 감지 정보, 움직임 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 뿐 아니라 실외의 온/습도, 미세먼지, 날씨 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 홈 에너지 관리 시스템은 수동제어모드인지 자동제어모드인지 확인하여(S13), 사용자가 사용자 단말(10)을 통한 홈 에너지 관리 시스템의 설정을 입력하면, 수동제어로 인지하여 사용자에 의한 설정값을 HEMS 컨트롤러(100)로 출력한다(S20).
그러나 사용자 단말에 설정값에 대한 입력이 없으면, 기본적으로 자동제어모드로 동작하고, 홈의 실내 공간에 재실자가 있는지 여부(S14)를 확인한다.
재실자가 있는 것으로 판단되면, 재실자가 있는 실내 공간의 열쾌적성을 평가하여(S15) 평가결과에 따른 열쾌적성 모델을 선택한다(S16). 열쾌적성 모델은 재실자의 정보(예를 들어 성별, 재실자의 수, 의복, 활동성 등) 및 실외 환경 정보에 기초하여 쾌적한 실내환경을 조성하기 위한 제어 대상의 설정값을 데이터베이스화한 것이다. 주 사용자(거주자)의 생활 패턴/습관에 따라 열쾌적성 모델은 적어도 하나 이상 존재하고, 머신러닝에 따라 복수의 시나리오를 학습할 수 있다.
홈 에너지 관리 시스템은 선택된 열쾌적성 모델에 따라 제어 대상에 대한 각각의 제어값들, 즉 설정값을 출력한다.
홈 에너지 관리 시스템은 열 감지, 움직임 정보, 재실 감지 정보 중 적어도 하나의 센싱 데이터를 통해 실내 공간에 재실자 유무를 판단하고, 소정의 시간이 지나도 재실이 감지되지 않으면(S18) 부재중모드로 전환한다. 부재중모드란 예를 들어 재실자가 없는 실내 공간의 냉방을 오프 또는 최소로 공급하거나 조명을 턴오프하는 설정 등을 말한다.
소정의 시간 내에 재실이 감지되면(S18) 재실자가 있는 것으로 판단하여 주기적으로 센싱 데이터를 수신하며 S12 단계 내지 S17 단계를 수행한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 9를 참고하면, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 대외적으로 사용자 단말(10)과 연결된다. 사용자 단말(10)은 일 예로 홈의 일 벽면에 설치된 매립형 패드 등일 수도 있으나 다른 예로 태블릿 PC 등의 모바일 전자장치(11)로써 거치대 구조의 HEMS 컨트롤러(100)와 탈착되며 충전 등이 가능한 실시예로도 제공될 수 있다. 또다른 예로 사용자 단말(10)은 사용자의 휴대용 전화(12)로서 어플리케이션 형태로 설치된 형태로 제공되어 유무선통신으로 연결될 수도 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 앞서 설명한 바와 같이 스마트 댐퍼(360), 스마트 센서(210), 스마트 온도 조절기(231), 스마트 조명 스위치(232), 스마트 콘센트(250) 및 블라인드(233)와 공지된 유무선 통신방식, 예를 들면 각각 LoRa 또는 IoT 통신 방식으로 제어값을 전달한다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 11은 도 10의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10를 참고하면, 사용자는 홈(H1)에 홈 에너지 관리 시스템을 구축하고 있다. 홈 에너지 관리 시스템은 도 1에서 설명한 바와 같이, HEMS 컨트롤러(100), 스마트 조절 모듈(200), 조명(310), 창문/블라인드(330), 냉방 장치(350) 및 기타 미도시된 홈 내 전자장치들을 포함한다.
HEMS 컨트롤러(100)는 스마트 조절 모듈(200)을 통해 각각 조명(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350) 및 전력공급망(또는 송전망 그리드, 50) 또는 자가발전모듈(40)과 연결되어, 각 장치를 제어한다.
스마트 센서(210)는 홈 전체의 실내 환경 정보를 센싱한다.
스마트 조절 장치(230)는 각각 조명장치(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350)에 연결되어, HEMS 컨트롤러(100)에서 수신된 설정값으로 조도, 냉방, 송풍 및 채광 등을 조절한다.
온도 조절부(231) 및 습도 조절부(232)는 냉방 장치(350)와 연결되어, 제어 대상이 되는 해당 실내 공간의 온도 또는 습도를 조절한다.
스마트 컨센트(250)는 전력공급라인을 선택하기 위한 스위칭 모듈로써, 송전망 그리드(50)로부터 전력이 안정적으로 공급될 때에는 기본 모드로써 송전망 그리드(50)에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 전원을 공급한다. 한편 송전망 그리드(50)에 문제가 생기는 경우 - 예를 들면 정전 또는 사고로 인한 차단 등- 에는 발전 모드로써 자가 발전 모듈(40)에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 전원을 공급한다. 자가 발전 모듈(40)는 예를 들면 태양광 발전 패널 등이 있다.
사용자는 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 대한 지역 서버(40)의 중앙 제어를 승인할 것인지 설정 모드를 선택할 수 있다. 설정모드는 적어도 둘 이상의 모드를 포함한다. 설정모드는 소프트 키로 전환할 수도 있고, 하드 키로 전환할 수도 있다. 이때 소프트 키랑 프로그램, 어플리케이션 등에 의한 키를 의미하고, 하드 키는 물리적으로 구현된 키를 의미할 수 있다.
한편 사용자는 설정 모드를 홈 내에서 HEMS 컨트롤러(100)를 조작하여 직접 설정할 수도 있고, 사용자 단말(10)을 이용하여 원격으로 설정할 수도 있다.
제1 모드는 사용자 승인에 따라, 지역서버(40)의 중앙 제어에 따라 HEMS컨트롤러(100)의 동작을 제어하는 경우이다. 제2 모드는 사용자 거부에 따라, 지역 서버(40)의 중앙 제어에 대해 HEMS컨트롤러(100)에의 액세스 거부되는 경우이다.
지역 서버(20)는 HEMS 컨트롤러(100)로부터 홈 에너지 사용 데이터를 수신한다. 홈 에너지 사용 데이터는 예를 들면 스마트 센서(200)에서 측정된 실내 환경 정보, 스마트 조절장치(230)에서 현재 설정된 설정값들, 또는 스마트 컨센트(250)에서 공급된 전력량 중 적어도 하나일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 지역 서버(20)는 설정된 지역(예를 들면 마을 단위, 단지 단위 등) 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템과 연결되어, 각각의 홈 에너지 관리 시스템(H1,H2,H3)으로부터 홈 에너지 사용 데이터를 수신한다. 또한 지역 서버(40)는 전력 공급망(예를 들어 그리드, 50)으로부터 총공급 전력량, 정전 여부 등에 대한 전력 데이터를 수신한다.
일 예로, 지역 서버(20)는 전력 데이터와 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터를 비교하여, 제1 모드로 설정된 홈 에너지 관리 시스템에 대한 홈 에너지 사용을 중앙 제어할 수 있다.
도 11을 참고하면, 지역 서버(20)는 대상(target) 홈의 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 대해 홈 에너지 사용 데이터를 수신받으면, 주변 홈(H1 이외, H2,H3)에 대한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 데이터를 수신하여 현재 전력 상황을 분석한다.
지역 서버(20)는 상기 분석된 현재 전력 상황에 기초하여 기설정된 가이드 라인에 따라 각 홈의 홈 에너지 사용을 제어한다. 가이드 라인은 전력 공급량이 전력 수요량에 일정량 이상 못 미치는 경우, 정전된 경우, 화재 등 재난이 발생하는 경우 등등 다양한 경우에 대한 전력 공급 및 중앙 제어에 대한 설정 정보를 포함한다.
예를 들어 지역 서버(20)는 대상 홈(H1, H2)에서 사용되는 에너지 사용량이 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 가이드 라인에 따라 HEMS컨트롤러(100)에 중앙 제어값을 전송한다. 중앙 제어값은 예를 들면 에어컨 온도 중앙 설정값, 조도 중앙 설정값, 스마트 컨센트 제어값 등을 포함한다. HEMS 컨트롤러(100)는 중앙 제어값에 기초하여 에어컨 설정 온도를 상향하거나 조명을 일부 오프(OFF)하거나 조도를 어둡게 하여 사용 전력량을 감소시킬 수 있다.
한편 지역 서버(20)는 제2 모드로 설정된 홈(H3)의 홈 에너지 관리 시스템에 대해서는 홈 에너지 사용을 중앙 제어할 수 없다(L3 Access Denied). 제2 모드는 홈 에너지 사용 데이터를 전송만 하고 중앙 제어는 차단할 수 있는 제3 모드 및 홈 에너지 사용 데이터를 전혀 전송하지 않고 HEMS컨트롤러(100) 내에서 저장만 해두면서 중앙 제어도 차단하는 제4 모드를 더 포함할 수 있다.
HEMS컨트롤러(100)가 제3 모드로 설정된 경우, 지역 서버(20)는 사용자 단말(10)로 중앙 제어를 허용할 것인지 요청하는 푸쉬 알림을 전송할 수 있다. 사용자는 사용자 단말(10)을 통해 제3 모드에서 제1 모드로 전환할 것인지 선택할 수 있다.
제4 모드의 경우 통신을 외부와 완전히 차단하는 경우로서, 제4 모드로 설정된 HEMS 컨트롤러(100)는 내부 알고리즘으로 동작한다. 이때 내부 알고리즘은 도 1에서 설명한 바와 같이 열쾌적성 모델에 따라 스마트 조절 모듈(100)을 동작시키는 것이다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 스마트 댐퍼를 활용하여 냉방을 공급함으로써 정풍량 패키지 에어컨을 이용하면서도 개인별로 선호하는 풍량으로 냉방을 할 수 있다.
또한 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 열쾌적성 모델에 따라 제어함으로써 재실자 적응형으로 냉방 및 조명을 제공할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 전력소비를 절감할 수 있다. 즉, 재실자 정보, 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보를 활용하여 조도를 제어함으로써 개인별로 선호하는 조도를 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면 사용자 단말을 이용하여 원격 모니터링하고 제어할 수 있어 냉방장치 사용 절약습관이 부족한 중동지역에서 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 개개의 홈마다 전력 공급을 중앙 제어할 수 있어, 설정 지역 내 전력 공급 상황에 맞추어 홈 소비에 전력을 골고루 배분할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000 : 홈 에너지 관리 시스템
10 : 사용자 단말
20 : 외부 서버, 지역 서버
40 : 자가 발전 모듈
50 : 전력 공급망
100 : HEMS 컨트롤러
200 : 스마트 조절모듈
210 : 스마트 센서
230 : 스마트 조절장치
250 : 스마트 컨센트
300 : 제어대상
310 : 조명장치
330 : 창문/블라인드
350 : 냉방 장치
H1, H2, H3 : 사용자 홈의 홈 에너지 관리 시스템
10 : 사용자 단말
20 : 외부 서버, 지역 서버
40 : 자가 발전 모듈
50 : 전력 공급망
100 : HEMS 컨트롤러
200 : 스마트 조절모듈
210 : 스마트 센서
230 : 스마트 조절장치
250 : 스마트 컨센트
300 : 제어대상
310 : 조명장치
330 : 창문/블라인드
350 : 냉방 장치
H1, H2, H3 : 사용자 홈의 홈 에너지 관리 시스템
Claims (20)
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- 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템으로서,
실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서;
실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러;
상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 스마트 컨센트, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절모듈;
상기 HEMS 컨트롤러로부터 상기 설정값을 수신하고, 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 결정되거나 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및
상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받는 지역서버를 포함하고,
상기 열쾌적성 모델은
재실자의 수, 재실자의 자세, 동작, 상태 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 함께 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이며,
상기 지역서버는, 설정모드에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템을 중앙 제어할 수 있고,
상기 설정모드는,
전력 데이터와 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터를 비교하여 홈 에너지 사용을 중앙 제어하는 제1 모드, 홈 에너지 사용을 중앙 제어할 수 없는 제2 모드, 상기 홈 에너지 사용 데이터를 전송만 하고 중앙 제어는 차단하는 제3 모드 및 홈 에너지 사용 데이터를 전혀 전송하지 않고 HEMS컨트롤러(100) 내에서 저장만 해두면서 중앙 제어도 차단하는 제4 모드를 포함하며,
상기 HEMS 컨트롤러가 제3 모드로 셋팅된 경우 지역서버의 푸쉬 알림에 따라 사용자 단말을 통해 제1 모드로 전환될 수 있고,
상기 HEMS 컨트롤러가 제4 모드이면 열쾌적성 모델에 따라 스마트 조절 모듈을 동작시키는 내부 알고리즘으로 동작하는, 홈 에너지 관리 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 사용자 단말은
상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고, 상기 재실자에 최적화되거나 수동제어된 설정값을 송신하는 통신부;
상기 홈의 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보, 조작 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;
상기 재실자에 대한 인적 정보 또는 사용자의 수동제어된 설정값을 입력받는 입력부;
상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보로부터 상기 재실자에 최적화된 열쾌적성 모델에 따라 상기 설정값을 계산하는 연산부를 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 홈 에너지 관리 시스템은
상기 복수의 실내 공간에 각각 설치되어, 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하는 스마트 댐퍼를 더 포함하고,
상기 개폐율은
상기 각 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는, 홈 에너지 관리 시스템. - 제11항에 있어서, 상기 HEMS 컨트롤러는
상기 스마트 조절장치, 상기 스마트 댐퍼 및 상기 스마트 센서와 LoRa 통신방식으로 데이터를 송수신하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 스마트 컨센트는
기본모드에서는 송전망 그리드에 연결되어 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하고, 정전모드에서는 자가발전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 지역 서버는
설정 지역 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 공급망의 전력 데이터를 기초로 적어도 하나의 상기 홈의 에너지 관리를 중앙 제어하는 것을 특징으로 하는, 홈 에너지 관리 시스템. - 제17항에 있어서, 상기 지역 서버는
적어도 하나의 상기 스마트 조절 모듈에 중앙 설정값을 전송하여 전력 공급을 조절하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템. - 삭제
- 삭제
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| GRNT | Written decision to grant |