KR102158303B1 - 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법 - Google Patents

군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법이 개시된다. 상기 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템은, 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치 및 냉난방 공조 시스템 제어서버를 포함할 수 있고, 상기 냉난방 공조 시스템 제어서버는, 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치와 통신하는 서버 통신부, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장하는 데이터베이스부, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 상기 복수 개의 공조공간에 대한 데이터들을 K개의 군집으로 분류하는 K-Means 군집분석을 수행하는 군집분석 수행부, 및 상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 공조 제어부를 포함할 수 있다.

Description

군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM USING CLUSTER ANALYSIS, CONTROL SERVER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법에 관한 것으로서, 특히 복수 개의 공조공간을 군집분석을 이용하여 분류한 결과에 따라 공조장치를 제어함으로써 건물 내의 공간별 용도를 고려하여 자동으로 냉난방 전력을 절감할 수 있는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법에 관한 것이다.
건물 내부의 온도 조절 및 공기 순환 등을 위해 에어컨과 같은 공조장치가 건물 내의 여러 공간에 설치되어 사용되고 있다. 이러한 공조장치는 냉방 및 난방을 위해 많은 전력을 소비하므로, 전기 요금 절감을 위해 공조장치에 의한 소비 전력을 줄이는 것이 필요하다.
종래에는 건물에 설치된 공조장치를 중앙 관리 또는 개별 관리 등의 방법으로 관리하고 있다. 중앙 관리의 경우에는 건물의 중앙 관리실에서 건물 내의 공조장치를 통합하여 관리하는 방식인데, 일반적인 사람이 느끼는 더위와 추위의 온도를 설정해놓고 그 온도 이상 혹은 이하가 되었을 때 중앙에서 공조장치를 가동시키므로, 개인별로 추위나 더위를 느끼는 정도가 다르고 서로 다른 용도를 갖는 다양한 건물 내부의 공간을 최적으로 관리하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다. 또한, 개별 관리의 경우에도, 여러 사람들이 함께 생활하는 건물 안에서 냉난방 온도를 사람이 일일이 조절해야 하므로 불편함을 주게 되는 문제점이 있다.
따라서, 중앙 관리와 개별 관리의 문제점을 해결하고, 각 공간의 용도 및 사람 수 등을 고려하여 사용자 측면에서의 만족도를 높이는 동시에 전력 절감이 가능한 공조 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수 개의 공조공간을 군집분석을 이용하여 분류한 결과에 따라 공조장치를 제어함으로써 건물 내의 공간별 용도를 고려하여 자동으로 냉난방 전력을 절감할 수 있는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법은, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수를 산출하는 단계, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수를 측정하는 단계, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수에 따라 상기 복수 개의 공조공간에 대한 군집분석을 수행하는 단계, 및 상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버는, 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치와 통신하는 서버 통신부, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장하는 데이터베이스부, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수에 따라 상기 복수 개의 공조공간에 대한 군집분석을 수행하는 군집분석 수행부, 및 상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 공조 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수이고, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수이며, 상기 복수 개의 공조공간에 설치된 온습도 센서로부터 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도가 측정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 온도 및 최적 습도는 각 공조공간의 용도 및 이용자 수 중 적어도 하나에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 군집분석 수행부는, K-Means 군집분석을 이용하고, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 데이터들을 K개의 군집으로 분류할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 복수 개의 공조장치의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정하고, 상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템은, 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치 및 냉난방 공조 시스템 제어서버를 포함하고, 상기 냉난방 공조 시스템 제어서버는, 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치와 통신하는 서버 통신부, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장하는 데이터베이스부, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 상기 복수 개의 공조공간에 대한 데이터들을 K개의 군집으로 분류하는 K-Means 군집분석을 수행하는 군집분석 수행부, 및 상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 공조 제어부를 포함하고, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수이고, 상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수이며, 상기 복수 개의 공조공간에 설치된 온습도 센서로부터 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도가 측정되고, 상기 군집분석 수행부는, 상기 복수 개의 공조장치의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정하고, 상기 공조 제어부는, 상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법은, 복수 개의 공조공간을 군집분석을 이용하여 분류한 결과에 따라 공조장치를 제어함으로써 건물 내의 공간별 용도를 고려하여 자동으로 냉난방 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법은, 리모델링 등의 과정에서 기존 공간의 용도가 새롭게 바뀌더라도 그 공간의 용도에 따른 입력 데이터만 변경하면 새로운 공간에 맞춰 본 공조 시스템을 사용할 수 있으므로 다양한 건물 및 공조공간에 유연하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템, 제어서버 및 제어방법은, 사용자가 번거롭게 냉난방장치를 조절할 필요 없이 계절별, 시간대별로 설정된 최적 온도 및 최적 습도에 따라 각 공조공간이 실시간으로 자동으로 제어될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법을 나타내는 순서도(Flowchart)이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법에 따른 군집 분류 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템(1000)은, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9) 및 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)를 포함할 수 있다.
도 1에는 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)이 9개이고 각각의 공조공간(P1 내지 P9)에 1개의 공조장치(100_1 내지 100_9)가 설치되는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 및 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 개수는 다양하게 변경될 수 있으며, 공조공간과 공조장치의 대응 관계는 1:1이 아니고 다양하게 변경될 수 있다.
복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)는 실내 공기의 온도 및 습도 등을 조절하는 장치로서 냉방, 난방 및 제습 중 적어도 하나가 가능할 수 있고, 일례로서 에어컨이나 제습기 등일 수 있다. 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)은 건물(P)의 실내 공간을 다양하게 구획한 공간으로서, 공간의 용도나 이용자 수, 위치 및 방향 등에 따라 다양하게 구획될 수 있다. 일례로서, 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)은 복도형 식당, 식품 판매 영업장, 문화 공간, 서비스업 공간, 일반 식당, 전산실, 강의실, 공업용 공간, 회의실, 일반 사무실 등 다양한 공간일 수 있다.
냉난방 공조 시스템 제어서버(300)는, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)와 통신할 수 있고, 복수 개의 공조공간(100_1 내지 100_9) 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장할 수 있다. 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)는, 최적 지수 및 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 상기 복수 개의 공조공간(100_1 내지 100_9)에 대한 데이터들을 K개의 군집으로 분류하는 K-Means 군집분석을 수행할 수 있으며, 상기 군집분석 결과 중에서 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 제어할 수 있다.
도 1에는 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)가 건물(P)의 외부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)는 건물(P)의 내부에 위치할 수도 있다. 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 4d를 참조하여 상술하기로 하고 자세한 설명은 생략한다.
유무선 통신망(500)은, 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9) 및 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)가 서로 통신이 가능한 통신망(Communication Network)으로서 통신 양태를 특별하게 가리지 않고 구성될 수 있으며, 단거리 통신망(PAN; Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 유무선 통신망(500)은 적외선(IrDA; Infrared Data Association) 또는 블루투스(Bluetooth)와 같이 단거리 통신에 이용되는 무선 전송 기술을 이용할 수도 있다. 상기 유무선 통신망(500)은 통상의 기술자에게 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)는, 서버 통신부(310), 데이터베이스부(330), 군집분석 수행부(350) 및 공조 제어부(370)를 포함할 수 있다.
서버 통신부(310)는, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)와 통신할 수 있다. 서버 통신부(310)는 공조 제어부(370)로부터 수신한 공조장치 제어신호를 각각의 공조장치(100_1 내지 100_9)로 전송하여 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)가 공조 제어부(370)의 제어에 따라 동작하도록 할 수 있다.
또한, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도를 측정하기 위하여 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 온습도 센서(미도시)가 설치될 수 있는데, 서버 통신부(310)는 온습도 센서에서 측정된 현재 온도 및 현재 습도에 대한 정보를 수신하여 데이터베이스부(330)로 전달할 수 있다.
데이터베이스부(330)는, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장할 수 있다. 일례로서, 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수일 수 있다. 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 최적 온도 및 최적 습도는 각 공조공간의 용도 및 이용자 수 중 적어도 하나에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전산실이나 공업용 공간과 같이 동작중인 기계에서 열이 많이 발생하는 경우에는 최적 온도를 낮게 설정할 수 있고, 사람들이 많이 이용하는 공간은 온도나 습도를 다르게 설정하는 것과 같이 최적 온도 및 최적 습도가 설정될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 최적 온도 및 최적 습도는 계절별, 시간대별로 다르게 설정될 수도 있다. 일례로서, 여름철과 겨울철의 최적 온도는 서로 다를 수 있고, 같은 날이라도 시간대별로 아침, 점심, 저녁의 최적 온도가 서로 다르게 설정될 수 있다.
일례로서, 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 현재 지수는, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수일 수 있다. 상술한 바와 같이, 서버 통신부(310)는 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 설치된 온습도 센서로부터 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도를 수신하여 데이터베이스부(330)로 전달할 수 있다.
일례로서, 상기 최적 불쾌지수 및 현재 불쾌지수는 아래의 수학식 1에 따라 산출할 수 있다. 최적 불쾌지수는 최적 온도 및 최적 습도에 따라 계산될 수 있고, 현재 불쾌지수는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112018069181200-pat00001
일반적으로 불쾌지수가 70에서 80 사이의 경우 일부의 사람들이 불쾌감을 느끼며, 80에서 83 사이의 경우 절반 정도의 사람이 불쾌감을 느끼고, 83 이상이 될 경우 대부분의 사람들이 불쾌감을 느낀다고 알려져 있다.
군집분석 수행부(350)는, 상기 최적 지수 및 현재 지수에 따라 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대한 군집분석을 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 최적 지수 및 현재 지수는 불쾌지수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 온도, 습도 등 다양한 형태의 다른 지수일 수도 있다. 군집분석은 주어진 데이터 집단 내에 존재하는 몇 개의 군집을 찾아내는 기법이다. 군집은 다른 그룹에 속한 다른 데이터들에 비해 서로 보다 유사한 데이터들의 그룹이라고 할 수 있는데 현재 알려진 많은 군집분석 기법들이 존재한다. 군집분석 기법은 군집대상의 중복 여부, 즉 하나의 데이터가 2개 이상의 군집에 포함되는지와 자료의 크기에 제약이 없는지 등에 따라 다양하게 분류될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 군집분석 수행부(350)는 군집 대상이 중복되지 않고 자료의 크기에 제약이 없는 K-Means 군집분석을 이용할 수 있으며, 실시예에 따라 군집분석 수행부(350)에서 사용하는 군집분석 기법은 다양하게 변경될 수 있다.
K-Means 군집분석은 주어진 데이터를 K개의 군집으로 묶는 알고리즘으로서, 데이터와 해당 데이터가 속한 군집과의 거리 차이의 분산을 최소화하는 방식을 사용한다. 예를 들어, N개의 데이터 세트가 주어진 경우를 가정하면, K-means 군집분석은 데이터 세트의 크기인 N보다 작거나 같은 K개의 군집으로 데이터를 분류할 수 있다. 이때 군집을 나누는 과정은 비용함수(cost function) 값을 최소화하는 방향으로 각각의 데이터가 속한 군집을 업데이트해 줌으로써 진행될 수 있다. 비용함수 V는 아래의 수학식 2와 같이 각 군집의 중심(centroid)과 군집 내의 데이터와의 거리의 제곱 합, 즉 분산으로 정의할 수 있다. 여기에서, Si는 각 군집을 의미하고, xj는 각 군집에 속하는 데이터를 의미하며, ui는 각 군집의 중심을 의미할 수 있다.
Figure 112018069181200-pat00002
위 비용함수 값을 최소화하는 i에 맞는 군집(Si)을 찾는 것이 K-means 군집분석의 목적이 된다. 실시예에 따라, 위 비용함수는 가중치와 거리 정의 등을 달리하여 정의될 수도 있다.
군집분석 수행부(350)는 각 공조공간(P1 내지 P9)의 최적 지수 및 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 데이터들을 K개의 군집으로 분류할 수 있다. 군집분석 수행부(350)가 K-means 군집분석을 실시하면 서로 비슷한 최적 불쾌지수와 현재 불쾌지수를 갖는 비슷한 경향의 데이터들이 하나의 군집에 포함될 수 있다.
군집분석 수행부(350)는, 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 군집분석 결과를 얻을 수 있다. 즉, 군집분석 수행부(350)는 N=9일 경우, K가 2인 경우부터 K가 9인 경우까지 K-Means 군집분석을 수행할 수 있다. 군집분석 수행부(350)는 K=2인 경우, 수학식 2의 비용함수 값이 최소화되도록 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)을 2개의 군집으로 분류할 수 있다. 군집분석 수행부(350)는 K=3인 경우, 수학식 2의 비용함수 값이 최소화되도록 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)을 3개의 군집으로 분류할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 상기 군집분석 수행부(350)는 K=2인 경우부터 K=9인 경우까지 K-Means 군집분석을 수행할 수 있다.
군집분석 수행부(350)는, 상술한 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정할 수 있다.
일례로서, 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)에 필요한 전력은 최적 온도와 현재 온도의 차이로 단순화시켜 계산할 수 있으며, 각 군집에 속한 데이터들의 평균 최적온도를 구한 후 각 데이터의 현재 온도와 평균 최적 온도와의 차이를 필요 전력으로 계산할 수 있다. 현재 온도가 평균 최적 온도보다 낮은 경우에는 냉방이 필요하지 않은 상황이므로 필요 전력은 0으로 계산할 수 있고, 현재 온도가 평균 최적 온도보다 높은 경우에는 (현재 온도-평균 최적 온도)를 필요 전력으로 계산할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)의 최적 온도 및 현재 온도가 아래 표 1과 같고, K=2인 경우 K-means 군집분석에 의해 P1 내지 P4는 군집 1로 분류되고 P4 내지 P9는 군집 2로 분류된 경우, 전체 필요 전력은 아래와 같이 계산할 수 있다.
공조공간 최적 온도 현재 온도 군집 군집 평균 최적 온도 필요 전력
(현재 온도-평균 최적 온도)
P1 24 25 1 24 1
P2 23 25 1 24 1
P3 24 26 1 24 2
P4 25 24 1 24 0
P5 22 21 2 22.8 0
P6 22 23 2 22.8 0.2
P7 21 22 2 22.8 0
P8 25 23 2 22.8 0.2
P9 24 21 2 22.8 0
즉, 이 경우 총 필요 전력은 4.4인데, 각 공조공간(P1 내지 P9)을 개별적으로 제어한 경우에는 각 공조공간(P1 내지 P9)의 (현재 온도-최적 온도)의 총합은 7이므로, K=2인 경우의 군집분석에 의한 전체 필요 전력이 개별 제어의 경우보다 더 절감됨을 알 수 있다.
정리하면, 군집분석 수행부(350)는, 상술한 K-Means 군집분석을 통하여 K=2부터 K=N까지의 군집분석 결과를 얻을 수 있고, 각각의 군집분석 결과에 대해 표 1과 같이 필요 전력을 계산한 후, 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정할 수 있다. 실시예에 따라, 군집분석 수행부(350)는 (현재 온도-평균 최적 온도) 이외에도 각 공조장치(100_1 내지 100_9)의 에너지 효율 등을 반영하여 필요 전력을 계산할 수도 있으며, 이러한 필요 전력 계산 방법은 다양하게 변경될 수 있다.
일례로서, 군집분석 수행부(350)는, 통계적 분석과 데이터 마이닝 등에 사용되는 통계 분석 프로그램 모음인 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences)를 이용하여 K-means 군집분석을 수행할 수 있다. 이 경우, 군집 업데이트의 최대 반복 횟수인 최대 반복 계산 수는 정확성을 위해 최대인 10회로 설정될 수 있고, 군집 업데이트를 멈출 기준을 설정하는 수렴 기준은 0으로 설정하여 업데이트 전과 후의 군집 중심이 일치할 때까지 군집 업데이트를 반복할 수 있다.
공조 제어부(370)는 상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 제어할 수 있다. 공조 제어부(370)는, 군집분석 수행부(350)에 의해 결정된 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 K 개의 군집으로 분류할 수 있고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 군집분석 수행부(350)에서 K-Means 군집분석을 수행한 결과 K=4일 때 필요 전력이 최소값이었고, 군집 1에는 제1 공조공간(P1) 및 제2 공조공간(P2)이 포함되고, 군집 2에는 제3 공조공간(P3) 및 제4 공조공간(P4)이 포함되며, 군집 3에는 제5 공조공간(P5) 및 제6 공조공간(P6)이 포함되고, 군집 4에는 제7 공조공간(P7), 제8 공조공간(P8) 및 제9 공조공간(P9)이 포함된 경우라면, 공조 제어부(370)는 제1 공조공간(P1) 및 제2 공조공간(P2)의 냉방 여부 등을 동일하게 제어할 수 있고, 이와 마찬가지로 제3 공조공간(P3) 및 제4 공조공간(P4)을 동일하게, 제5 공조공간(P5) 및 제6 공조공간(P6)을 동일하게, 제7 공조공간(P7), 제8 공조공간(P8) 및 제9 공조공간(P9)을 동일하게 제어할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 복수 개의 공조공간에 1개의 공조장치가 설치될 수도 있다. 이 경우에는 1개의 공조장치에 대응되는 복수 개의 공조공간의 최적 지수 및 현재 지수는 평균값이나 중앙값 등으로 대표될 수 있다. 즉, 이 경우에는 1개의 공조장치에 대응되는 복수 개의 공조공간을 1개의 공조공간인 것과 같이 가정하여 군집분석 등을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법을 나타내는 순서도(Flowchart)이다. 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법(2000)은 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 제어할 수 있고, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버(300)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법(2000)은, 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 최적 지수를 산출하는 단계(S21) 및 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9) 각각에 대응되는 현재 지수를 측정하는 단계(S22)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 최적 지수는 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수일 수 있고, 상기 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수일 수 있다. 각 공조공간(P1 내지 P9)의 상기 최적 지수 및 현재 지수는 데이터베이스부(330)에 저장될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법(2000)은, 상기 최적 지수 및 현재 지수에 따라 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)에 대한 군집분석을 수행하는 단계(S23)를 포함할 수 있다. S23 단계는 군집분석 수행부(350)에 의해 수행될 수 있으며, 상기 군집분석은 K-Means 군집분석일 수 있다. 군집분석 수행부(350)는, 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간(P1 내지 P9)의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법(2000)은, 상기 군집분석 결과 중에서 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 제어하는 단계(S24)를 포함할 수 있다. S24 단계는 공조 제어부(370)에 의해 수행될 수 있으며, 상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법(2000)은 냉방뿐만 아니라 난방의 경우도 사용될 수 있으며, 이 경우 현재 온도와 최적 온도 사이의 관계 및 필요 전력 계산식 등은 냉방인 경우와 반대로 설정될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법에 따른 군집 분류 방법을 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 군집분석 수행부(350)는 각 공조공간(P1 내지 P9)의 최적 지수 및 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타낼 수 있다. 이에 따라, 도 4a의 그래프 상에는 9개의 데이터가 표시될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d에 도시된 데이터는 표 1에서 예를 들어 설명한 데이터 값과는 다른 것일 수 있다.
도 4b는 K=2인 경우에 군집분석 수행부(350)에서 K-means 군집분석을 수행한 결과의 예시를 나타내는 것이다. 도 4b를 참조하면, K=2일 때는 P1, P2, P4, P5, P7을 하나의 군집으로 분류하고, P3, P6, P8, P9을 다른 하나의 군집으로 분류한 경우, 수학식 2의 비용함수 값이 가장 최소인 것으로 나타난 것이다.
도 4c는 K=3인 경우에 군집분석 수행부(350)에서 K-means 군집분석을 수행한 결과의 예시를 나타내는 것이다. 도 4c를 참조하면, K=3일 때는 P1, P2, P4를 하나의 군집으로 분류하고, P5, P7, P8을 다른 하나의 군집으로 분류하고, P3, P6, P9를 또 다른 하나의 군집으로 분류한 경우, 수학식 2의 비용함수 값이 가장 최소인 것으로 나타난 것이다.
도 4d는 K=4인 경우에 군집분석 수행부(350)에서 K-means 군집분석을 수행한 결과의 예시를 나타내는 것이다. 도 4d를 참조하면, K=4일 때는 P1, P2, P4를 하나의 군집으로 분류하고, P5, P7을 다른 하나의 군집으로 분류하고, P3, P6을 또 다른 하나의 군집으로 분류하고, P9, P9를 또 다른 하나의 군집으로 분류한 경우, 수학식 2의 비용함수 값이 가장 최소인 것으로 나타난 것이다.
이와 같은 방식으로 군집분석 수행부(350)는 K=5부터 K=9까지의 K-means 군집분석을 수행할 수 있다. 이후 군집분석 수행부(350)는 각각의 군집분석 결과에 대해 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 필요 전력을 계산한 후, 상기 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, K=2 부터 K=9까지 K-means 군집분석을 수행한 결과, K=4일 때가 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)의 필요 전력이 최소인 경우, 군집분석 수행부(350)는 K=4일 때는 K-means 군집분석 결과를 공조 제어부(370)로 전달할 수 있고, 공조 제어부(370)는 전달받은 군집분석 결과에 따라 복수 개의 공조장치(100_1 내지 100_9)를 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 상술한 바와 같은 실시예들을 다양하게 조합 가능하다. 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100_1 ~ 100_9 : 공조장치 300: 냉난방 공조 시스템 제어서버
310: 서버 통신부 330: 데이터베이스부
350: 군집분석 수행부 370: 공조 제어부
500: 유무선 통신망

Claims (11)

  1. 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치를 제어하는 냉난방 공조 시스템 제어방법에 있어서,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수를 산출하는 단계;
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수를 측정하는 단계;
    상기 최적 지수 및 상기 현재 지수에 따라 상기 복수 개의 공조공간에 대한 군집분석을 수행하는 단계; 및
    상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수이고,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수이며,
    상기 복수 개의 공조공간에 설치된 온습도 센서로부터 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도가 측정되며,
    상기 군집분석은 K-Means 군집분석이고, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 데이터들을 K개의 군집으로 분류하고,
    상기 복수 개의 공조장치의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정하고,
    상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 온도 및 최적 습도는 각 공조공간의 용도 및 이용자 수 중 적어도 하나에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치와 통신하는 서버 통신부;
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장하는 데이터베이스부;
    상기 최적 지수 및 상기 현재 지수에 따라 상기 복수 개의 공조공간에 대한 군집분석을 수행하는 군집분석 수행부; 및
    상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 공조 제어부를 포함하며,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수이고,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수이며,
    상기 복수 개의 공조공간에 설치된 온습도 센서로부터 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도가 측정되며,
    상기 군집분석 수행부는,
    K-Means 군집분석을 이용하고, 상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 데이터들을 K개의 군집으로 분류하고,
    상기 복수 개의 공조장치의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정하고,
    상기 공조 제어부는,
    상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 온도 및 최적 습도는 각 공조공간의 용도 및 이용자 수 중 적어도 하나에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템 제어서버.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치 및 냉난방 공조 시스템 제어서버를 포함하는 냉난방 공조 시스템에 있어서,
    상기 냉난방 공조 시스템 제어서버는,
    복수 개의 공조공간에 대응되는 복수 개의 공조장치와 통신하는 서버 통신부;
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수 및 현재 지수를 저장하는 데이터베이스부;
    상기 최적 지수 및 상기 현재 지수를 각각 x, y축으로 설정하여 2차원 공간에 나타나는 상기 복수 개의 공조공간에 대한 데이터들을 K개의 군집으로 분류하는 K-Means 군집분석을 수행하는 군집분석 수행부; 및
    상기 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조장치의 필요 전력이 최소인 군집분석 결과에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 제어하는 공조 제어부를 포함하고,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 최적 지수는, 미리 설정된 최적 온도 및 최적 습도 중 적어도 하나에 따라 산출되는 최적 불쾌지수이고,
    상기 복수 개의 공조공간 각각에 대응되는 현재 지수는, 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도에 따라 산출되는 현재 불쾌지수이며,
    상기 복수 개의 공조공간에 설치된 온습도 센서로부터 상기 복수 개의 공조공간에 대응되는 현재 온도 및 현재 습도가 측정되고,
    상기 군집분석 수행부는,
    상기 복수 개의 공조장치의 개수가 N일 때, K가 2부터 N까지인 경우의 각각의 K-Means 군집분석을 통하여 얻은 군집분석 결과 중에서 상기 복수 개의 공조공간의 현재 온도를 상기 최적 온도로 변화시키기 위하여 상기 복수 개의 공조장치에 필요한 전력이 최소인 K 값을 결정하고,
    상기 공조 제어부는,
    상기 K 값에 따른 K-Means 군집분석에 따라 상기 복수 개의 공조장치를 K 개의 군집으로 분류하고, 동일한 군집에 포함되는 공조장치는 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 군집분석을 이용한 냉난방 공조 시스템.
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