KR102240437B1

KR102240437B1 - 차양 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102240437B1
Application number: KR1020200083847A
Authority: KR
Inventors: 이주윤
Original assignee: 이주윤
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-04-14

Abstract

서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿(slate)들과, 상기 슬릿들을 상하로 승하강시키고 상기 슬릿들을 회전시켜 각도를 변화시키는 구동수단을 포함하는 차양 시스템을 제어하는 방법이 개시된다. 이와 같은 방법은, 복수개의 모드들-상기 복수개의 모드들은 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드를 포함함- 중 하나의 모드를 선택하는 단계와, 상기 선택된 모드에 따라, 차양 시스템을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 현휘 방지 모드가 선택되면, 계산된 일영각 및 계산된 일사 유입량을 이용하여 일영각별 휘도 분포 DB를 만들고, 상기 일영각별 휘도 분포 DB를 기초로 현휘를 분석하여, 최소 현휘 차양 위치를 찾아내, 상기 차양 시스템의 슬릿들을 최소 현휘 차양 위치가 되도록 제어하며, 상기 조망 모드가 선택되면, 직달 일사 유입 여부를 판단하여, 직달 일사 유입이 없는 경우, 차양을 완전 개방하고, 직달 일사 유입이 있는 경우에는, 직사 일광 차단 조건하에서 최대한으로 슬릿들을 개방하며, 상기 온열 쾌적 모드가 선택되면, 계산된 일사 유입량을 이용하여 창호 표면 온도를 계산하고, 계산된 창호 표면 온도를 이용하여, PMV 를 계산하며, 상기 PMV가 계산되면, PMV ± 1 이내 조건으로 최대한 슬릿을 개방하며, 상기 조명 부하 절감 모드가 선택되면, 상기 차양시스템의 시스템 정보 및 설치 정보와, 계산된 외부 조도를 이용하여, 실내 조도를 계산한 후, 상기 실내 조도 최대 확보 가능한 슬릿 위치로 슬릿들을 위치시키며, 상기 냉/난방 부하 저감 모드가 선택되면, 계산된 일사 유입량을 기초로 슬릿 각도별 일사 유입량 최대/최소를 판단하여, 에너지 최대 절감이 되도록 슬릿들 각도를 제어한다.

Description

차양 제어 시스템 및 방법{system and method for controlling shading devices}

본 발명은 차양 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 외부 기상 조건과, 태양의 위치, 실내 환경 데이터 등의 정보를 이용하여 현휘방지, 조망 및 온열 쾌적 측면에서의 쾌적 모드와, 조명 및 냉난방 측면에서의 에너지 절약 모드로, 차양(차양 시스템)을 제어할 수 있는, 차양 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

건물의 실내부하 저감과 실내 쾌적성 향상을 위하여 다양한 구조의 차양 시스템이 개발되었다. 통상적으로, 차양 시스템은, 설치 위치에 따라, 실내형, 실외형, 창호일체형 등으로 구분되며, 구동방식에 따라, 수동형, 전동형, 자동형 등으로 구분된다. 통상적으로, 차양 시스템은 실내로 유입되는 직사광을 최소화하여 눈부심 발생을 줄일 목적으로 적용된다. 이러한 차양 시스템에 있어서, 직사광을 최소화하여 눈부심을 줄이는 경우, 조명 또는 여름철 냉방에 필요한 에너지의 소모가 많아진다. 이러한 상충 문제에 대하여, 주변 조건에 따라 적절히 차양 시스템을 제어하는 시스템이 제안되었다. 그리고, 이러한 제어에 적합한 차양 시스템으로는 슬릿들의 승하강 및 슬릿 각도에 의해, 유입 일사량이 조절되는 차양 시스템이 있다. 이와 같은 차양 시스템은, 창문과 같은 개구부를 통하여 유입되는 직사광선이나 시야를 선택적으로 차폐하는 기능을 수행하는 것으로서, 서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿들을 포함한다. 그리고, 위와 같은 슬릿들은 상하로 승하강되는 한편, 모터, 또는, 모터 및 와이어에 의해, 그 각도가 조절되도록 구성된다. 하지만, 종래의 차양 제어 시스템은 실내로 유입되는 일사부하를 최소화함으로써, 실내 쾌적감 향상과 건물 에너지 절감과 같은 다양한 목적을 수행하기에는 한계가 있었다. 또한, 눈부심 줄임과, 실내 쾌적감 향상, 에너지 절감과 같은 목적들이 상충되므로, 각 목적에 따라 적절한 제어가 필요하다.

등록특허 제10-0722008호(2007년 5월 18일 등록) 등록특허 제10-1049496호(2011년 7월 8일 등록) 공개특허 제10-2012-0030183호(2012년 3월 28일 공개) 공개특허 제10-2014-0050190호(2014년 4월 29일 공개) 공개특허 제10-2014-0074458호(2014년 6월 18일 공개) 공개특허 제10-2017-0072505호(2017년 6월 274일 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 외부 기상 조건과, 태양의 위치, 실내 환경 데이터 등의 정보를 이용하여 현휘방지, 조망, 온열 쾌적 측면에서의 쾌적 모드와, 조명 및 냉난방 측면에서의 에너지 절약 모드로, 차양(차양 시스템)을 제어할 수 있는, 차양 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 차양 제어 방법은, 서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿(slate)들과, 상기 슬릿들을 상하로 승하강시키고 상기 슬릿들을 회전시켜 각도를 변화시키는 구동수단을 포함하는 차양 시스템을 제어하는 방법으로서, 복수개의 모드들-상기 복수개의 모드들은 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드를 포함함- 중 하나의 모드를 선택하는 단계와, 상기 선택된 모드에 따라, 차양 시스템을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 현휘 방지 모드가 선택되면, 계산된 일영각 및 계산된 일사 유입량을 이용하여 일영각별 휘도 분포 DB를 만들고, 상기 일영각별 휘도 분포 DB를 기초로 현휘를 분석하여, 최소 현휘 차양 위치를 찾아내, 상기 차양 시스템의 슬릿들을 최소 현휘 차양 위치가 되도록 제어하며, 상기 조망 모드가 선택되면, 직달 일사 유입 여부를 판단하여, 직달 일사 유입이 없는 경우, 차양을 완전 개방하고, 직달 일사 유입이 있는 경우에는, 직사 일광 차단 조건하에서 최대한으로 슬릿들을 개방하며, 상기 온열 쾌적 모드가 선택되면, 계산된 일사 유입량을 이용하여 창호 표면 온도를 계산하고, 계산된 창호 표면 온도를 이용하여, PMV 를 계산하며, 상기 PMV가 계산되면, PMV ± 1 이내 조건으로 최대한 슬릿을 개방하며, 상기 조명 부하 절감 모드가 선택되면, 상기 차양시스템의 시스템 정보 및 설치 정보와, 계산된 외부 조도를 이용하여, 실내 조도를 계산한 후, 상기 실내 조도 최대 확보 가능한 슬릿 위치로 슬릿들을 위치시키며, 상기 냉/난방 부하 저감 모드가 선택되면, 계산된 일사 유입량을 기초로 슬릿 각도별 일사 유입량 최대/최소를 판단하여, 에너지 최대 절감이 되도록 슬릿들 각도를 제어한다.

일 실시예에 따라, 상기 일영각은 상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와 계산된 태양 위치를 이용하여 계산되고, 상기 태양 위치는 미리 입력된 위치 정보와 시각 정보를 이용하여 계산되며, 상기 일사 유입량은 상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델의 일사량 직산 분리에 의해 계산되며, 상기 천공 모델은 BEMS와의 공유 또는 센서들로부터 획득한 실내/외 환경 정보와, 상기 계산된 태양 위치로부터 얻어지며, 상기 외부 조도는 상기 시각 정보와 상기 위치 정보를 이용하여 계산된 태양 위치와 상기 실내/외 환경 정보로부터, 천공 모델을 얻고, 일사량 직산 분리를 하고, 천공 휘도 계산을 한 결과로부터 계산된다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿(slate)들과, 상기 슬릿들을 상하로 승하강시키고 상기 슬릿들을 회전시켜 상기 슬릿들의 각도를 변화시키는 구동수단을 포함하는 차양 시스템을 제어하는 차양 제어 시스템이 제공되며, 상기 차양 제어 시스템은, 상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와, 시각(time) 정보, 위치 정보를 입력하기 위한 정보 입력부(100); 복수개의 모드들-상기 복수개의 모드들은 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드를 포함함- 중 하나의 모드를 선택할 수 있도록 해주는 모드 선택부(200); 상기 모드 선택부(200)를 통해 선택된 모드에 따라, 상기 정보 입력부(100)를 통해 입력된 정보들과 BEMS(3)으로부터 획득한 실내/외 환경 정보를 처리하여, 처리된 결과에 따라, 상기 차양 시스템(10)을 제어하는 처리부(500); 상기 BEMS(3)와 실내/외 환경 정보를 공유하기 위한 통신부(400); 및 상기 차양 시스템이 제어되는 동안, 현휘방지, 온열쾌적, 조망과 관련된 쾌적성 향상 수치, 에너지 절감량, 현재 차양 상태, 현재 설정 모드 및 실내/외 환경 정보를 포함하는 정보들을 표시하는 디스플레이부(600)을 포함하며, 상기 처리부(500)는, 현휘방지 모드 하에서, 현휘를 분석하여 최소 현휘 차양 위치를 찾아내는 현휘 분석부와, 조망 모드 하에서 차양 완전 개방의 개방된 조망을 얻기 위해, 직달 일사 유입 여부를 판단하는 직달 일사 유입 판단 부와, 온열 쾌적 모드 하에서, 계산된 창호의 표면 온도를 이용하여 PMV를 계산하는 PMV 계산부와, 조명 부하 저감 모드 하에서, 상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와, 계산된 외부 조도를 이용하여, 실내 조도를 계산하는 실내 조도 계산부와, 냉/난방 부하 저감 모드 하에서, 각도별 일사 유입량의 최대/ 최소를 판단하여, 에너지 최대 절감 슬릿 각도를 찾게 해주는, 각도별 일사 유입량 최대/최소 판단부를 포함하며, 상기 처리부(500)에 의해 제어된 차양 시스템의 슬릿 각도는,

S= 0,

S = 90-P, 또는

이고,

여기에서, P는 일영각이고, W는 슬릿의 폭이다.

본 발명에 따른 차양 에너지 제어 시스템은, 건물에너지 측면에서는 차양 시스템이 태양에너지를 차단함으로써 실내 일사부하 저감에 의한 냉방에너지 감소시키고, 경우에 따라 적절한 확산광이 유입되어 실내 조명부하를 줄일 수 있다. 또한 차양 시스템이 창호의 외부나 내부에 설치됨으로써 창호의 단열성능을 개선하는 효과가 있다. 또한, 쾌적성 측면에서는 일사유입 차단에 따른 온열쾌적성 향상으로 PMV 개선 효과가 있으며, 태양직사광 차단에 따라 눈부심 저감효과와, 더불어 확산광만 유입되는 조건에서는 양질의 실내 조도향상 효과를 제공한다.

본 발명은, 사용자의 선택에 따라 차양 시스템의 위치를 변경하는 반자동의 시스템은 물론이고, 홈 네트워킹 또는 건물자동화 설비와 연동되는 전자동제어 시스템으로 확장될 수 있다. 전자동시스템의 경우에도 사용자의 개별적인 조작이 가능하며, 대부분 태양의 위치와 외부 밝기 또는 우천상태를 감지하여 외부기상에 맞춰 차양 시스템의 위치 및 상태를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 차양 시스템을 제어하는 차양 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차양 제어 시스템의 모드 선택부에 의해 선택될 수 있는 모드들을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은
도 3 내지 도 7은 각각 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드에서 차양 시스템을 제어하는 방법들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 도 1에 도시된 차양 제어 시스템의 디스플레이부를 통해 표시되는 여러 정보들을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템에 의해 변화되는 슬릿들의 각도 변화를 보여주는 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 제어 시스템 및 방법을 설명한다. 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 차양 시스템을 제어하는 차양 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템(1)은 창호(2)에 설치된 차양 시스템(10)을 제어하도록 구성된다. 본 실시예에서, 상기 차양 시스템(10)은, 서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿(slate; 14)들을 포함한다. 그리고, 위와 같은 슬릿(14)들은 상하로 승하강되는 한편, 모터 드라이버(11)와 연결된 모터(12)의 구동에 의해 회전하여 그 각도가 변화되도록 구성된다.

본 실시예에서, 상기 차양 제어 시스템(1)은 설치 정보, 시스템 정보, 시각(time) 정보, 위치 정보 등의 정보를 입력하기 위한 정보 입력부(100)와, 사용자 또는 관리자가 여러개의 차양 제어 모드들 중 하나의 모드를 선택할 수 있도록 해주는 모드 선택부(200)와, 상기 모드 선택부(200)를 통해 선택된 모드에 따라, 상기 정보 입력부(100)를 통해 입력된 정보들과 BEMS(빌딩에너지관리시스템; 3)으로부터 획득하거나 및/또는 센서(300)들로부터 획득한 실내/외 환경 정보를 처리하여, 그 처리된 결과에 따라, 차양 시스템(10)을 제어하는 처리부(500)를 포함한다. 또한, 상기 차양 제어 시스템(1)은 BEMS(3)와 실내/외 환경 정보를 공유하기 위한 통신부(400)를 포함할 수 있다. 실내/외 환경 정보는 실외 기상 정보와 실내 환경 정보를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 여러 실내/외 환경 정보를 획득하기 위해, 외부 시스템인 BEMS(3)와 내부 구성요소 하나 이상의 센서(300)를 이용하지만, 필요한 실내/외 환경 정보를 모두 BEMS(3)를 통해 얻을 수 있다면, 센서(300)의 이용이 생략될 수 있다. 대안적으로, BEMS(3)가 구축되지 않은 건물에 적용되는 경우에 있어서는, 모든 실내/외 환경 정보를 여러 종류의 센서(300)들이 획득하여 상기 처리부(500)에 제공할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 차양 제어 시스템(1)은 차양 제어 결과 정보를 제공하는 디스플레이부(600)를 더 포함한다. 상기 디스플레이부(600)는 현휘방지, 온열쾌적 및/또는 조망과 관련된 쾌적성 향상 수치, 에너지 절감량, 현재 차양 상태, 현재 설정 모드 및 실내/외 환경 정보 등을 표시한다.

위에서 언급한 바와 같이, 사용자 또는 관리자는 정보 입력부(100)를 통해 설치 정보, 시스템 정보 및 위치 정보를 포함하는 기본 정보를 입력하여 처리부(500)에 제공한다.

아래의 [표 1] 및 [표 2]는 사용자가 직접 입력하는 기본 정보들로서, [표 1]은 위치 정보를 예시적으로 보여주며, [표 2]는 설치 정보를 예시적으로 보여주며, [표 3]은 차양 시스템과 직접 관련된 시스템 정보를 예시적으로 보여준다.

아래의 [표 4] 및 [표 5] 각각은 선택 정보 입력 및 설정항목으로 각각 설치 정보와 시스템 정보에 해당한다.

차양의 제어를 위해서는, 위와 같은 지역 정보, 건물과 실의 정보, 차양 시스템 사용, 조명 시스템 사양에 대한 정보가 필요하며, 이러한 정보는 사용자 또는 관리자가 직접 입력해야 하는 기본 정보이다. 위에서 언급한 바와 같이, 실외 기상 정보 및 실내 환경 정보를 포함하는 실내/외 환경 정보는 BEMS(3)를 통하여 데이터를 공유할 수 있다. BEMS(3)가 구축되지 않은 건물에 적용되는 경우, 별도의 센서(300)들을 설치하여, 그 센서들로 하여금 실시간으로 데이터를 수집하게 한다. 환경 데이터는 실내 에너지 부하와 쾌적성 분석을 위해 필요한 정보이다. 사용자는 시스템의 안정적인 제어를 위하여 시각정보 및 제어환경 정보를 입력하여야 한다. 시스템의 제어환경 정보는 기본값이 설정되어 있으나, 사용자의 편의에 따라 조절할 수 있도록 구성되는 것이 유리하다.

상기 모드 선택부(200)에 의해 선택될 수 있는 모드들이 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 차양 제어 시스템의 제어 초기는 안전 모드(A)이다. 안전 모드인 경우, 슬릿(14; 도 1 참조)들은 안전 위치에 놓인다. 사용자는 모드 선택부(200; 도 1 참조)를 통해, 수동 모드(B)를 선택하거나 또는 자동 모드를 선택할수 있다. 자동 모드는 크게 쾌적 모드와 에너지 절약 모드로 구분되고, 쾌적 모드에는 현휘 방지 모드(C1), 조망 모드(C2), 온열 쾌적 모드(C3)가 있으며, 에너지 절약 양식에는 조명 부하 절감 모드(D1), 난방 부하 절감 양식(D2), 냉방 부하 절감 모드(D3), 에너지 최대 절감 모드(D4)가 있다. 여기에서, 난방 부하 절감 모드(D2)와 냉방 부하 절감 모드(D3)는 하나의 통합된 모드, 즉, 냉/난방 부하 절감 모드일 수 있다. 수동 모드(B) 하에서는 사용자가 리모컨 또는 시스템 입력부에 구비된 조작부 조작을 통해 직접 차양을 제어한다. 슬릿(14; 도 1 참조)들의 위치하는 사용자에 의해 변경된 현재 위치가 된다. 자동 모드에 포함된 여러 다양한 모드들에 대해서는 추후 구체적으로 설명하기로 한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 처리부(500)는, 상기 모드 선택부(200)를 통해 선택된 모드에 따라, 상기 정보 입력부(100)를 통해 입력된 정보들과 BEMS(빌딩에너지관리시스템; 3)로부터 획득하거나 및/또는 센서(300)들로부터 획득한 실내/외 환경 정보를 처리하여, 그 처리된 결과에 따라, 차양 시스템(10)을 제어하도록 구성된다. 상기 처리부(500)는, 현휘방지 모드 수행을 위해, 입력, 획득 및/또는 계산된 여러 정보들을 이용하여 현휘를 분석하여 최소 현휘 차양 위치를 찾아내는 현휘 분석부와, 조망 모드 하에서 차양 완전 개방의 개방된 조망을 얻기 위해, 직달 일사 유입 여부를 판단하는 직달 일사 유입 판단부를 포함한다. 직달 일사 유입이 있는 경우, 직사 일광 차단 조건으로 최대한으로 슬릿을 개방하고, 직달 일사 유입이 없는 경우에는, 차양이 완전 개방되어, 최적의 조망이 확보된다. 또한, 상기 처리부(500)는, 온열 쾌적 모드의 수행을 위해, 창호 온도 표면 계산부 및 창호 온도 표면 계산부에서 계산된 창호 표면 온도를 이용하여 PMV를 계산하는 PMV 계산부를 포함한다. 상기 처리부(500)는 온열 쾌적 모드 하에서 PMV ± 1 이내 조건으로 최대한 슬릿을 개방한다.

상기 처리부(500)는, 조명 부하 절감 모드 수행을 위해, 입력, 획득 및/또는 계산된 여러 정보들을 이용하여 실내 조도를 계산하는 실내 조도 계산부를 포함한다. 계산하여 얻어진 실내 조도로부터, 실내 조도를 최대 확보 가능한 슬릿 위치를 찾아낼 수 있다. 또한, 상기 처리부(500)는, 냉/난방 부하 절감 모드의 수행을 위해, 슬릿 각도별 일사 유입량을 계산하는 일사 유입량 계산부와 각도별 일사 유입량의 최대/ 최소를 판단하여, 에너지 최대 절감 슬릿 각도를 찾아내는, 각도별 일사 유입량 최대/최소 판단부를 포함할 수 있다.

도 3은 상기 차양 제어 시스템이 차양 시스템을 현휘 방지 모드로 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 현휘 방지 모드는 자동 모드에 속한 쾌적 모드에 속한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 현휘 방지 모드가 선택되면, 일영각 계산 단계와 일사 유입량 계산 단계가 수행되며, 계산된 일영각과 일사 유입량으로부터 얻어진 일영각별 휘도 분포 DB를 기초로 현휘 분석 단계가 수행되며, 상기 현휘 분석 결과에 따라 최소 현휘 차양 위치를 찾아낼 수 있다. 찾아진 최소 현휘 차양 위치가 되도록, 차양 시스템의 슬릿들을 제어한다. 이때, 상기 일영각 계산 단계는 전술한 설치 정보 및 시스템 정보와 미리 계산된 태양 위치를 이용하여 일영각을 계산한다. 또한, 상기 태양 위치는 전술한 바와 같이 미리 입력된 위치 정보와 시각 정보를 이용하여 태양 위치 계산 단계에서 계산된다. 또한, 상기 일사 유입량 계산 단계에서 일사 유입량은 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델의 일사량 직산 분리에 의해 계산될 수 있으며, 상기 천공 모델은 BEMS와의 공유 또는 센서들로부터 획득한 실내/외 환경 정보와, 전술한 것과 같이 미리 계산된 태양 위치로부터 얻어질 수 있다.

도 4는 상기 차양 제어 시스템이 차양 시스템을 조망 모드로 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 조망 양식은 자동 모드에 속한 쾌적 모드에 속한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 조망 모드가 선택되면, 직달 일사 유입 여부가 판단되며, 직달 일사 유입이 없는 경우, 차양을 완전 개방하여 창호를 통한 조망을 최대한으로 확보하며, 직달 일사 유입이 있는 경우에는, 직사 일광 차단 조건하에서 최대한으로 슬릿들을 개방한다.

도 5는 상기 차양 제어 시스템이 차양 시스템을 온열 쾌적 모드로 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 온열 쾌적 모드는 자동 모드에 속한 쾌적 모드에 속한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 온열 쾌적 모드가 선택되면, 일사 유입량 계산 단계와, 계산된 일사 유입량을 이용하여 창호 표면 온도를 계산하는 창호 표면 온도 계산 단계와, 계산된 창호 표면 온도를 이용하여 PMV 를 계산하는 단계가 차례로 수행되며, PMV가 계산되면, PMV ± 1 이내 조건으로 최대한 슬릿을 개방한다. 상기 일사 유입량 계산 단계에서 일사 유입량은 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델을 기반으로 일사량 직산 분리에 의해 계산될 수 있으며, 상기 천공 모델은 BEMS와의 공유 또는 센서들로부터 획득한 실내/외 환경 정보와, 전술한 것과 같이 미리 계산된 태양 위치로부터 얻어질 수 있다.

도 6은 상기 차양 제어 시스템이 차양 시스템을 조명 부하 절감 모드로 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 조명 부하 절감 모드는 자동 모드에 속한 에너지 절약 모드에 속한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 조명 부하 절감 모드가 선택되면, 외부 조도 계산 단계에서 외부 조도가 계산되며, 실내 조도 계산 단계에서는, 계산된 외부 조도와, 전술한 설치 정보 및 시스템 정보를 이용하여, 실내 조도를 계산하게 된다. 실내 조도가 계산되면, 실내 조도 최대 확보 가능한 슬릿 위치로 슬릿들을 위치시킨다. 이때, 외부 조도 계산은, 시각 정보와 위치 정보를 이용하여 계산된 태양 위치와 실내/외 환경 정보로부터, 천공 모델을 얻고, 일사량 직산 분리를 하고, 천공 휘도 계산을 한 결과로부터 계산될 수 있다.

도 7은 상기 차양 제어 시스템이 차양 시스템을 냉/난방 부하 절감 모드로 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 앞에서 언급한 바와 같이 냉/난방 부하 절감 모드는, 자동 모드에 속한 에너지 절약 모드에 속한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 냉/난방 부하 절감 모드가 선택되면, 일사 유입량 계산 단계에서 일사 유입량이 계산되며, 각도별 일사 유입량 최대/최소 판단 단계에서, 각도별 일사 유입량이 최대인지 최소인지 판단된다. 이를 기초로, 에너지 최대 절감이 되도록 슬릿 각도를 제어할 수 있다. 여기에서, 일사 유입량 계산 단계에서 일사 유입량은 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델을 기반으로 일사량 직산 분리에 의해 계산될 수 있으며, 상기 천공 모델은 BEMS와의 공유 또는 센서들로부터 획득한 실내/외 환경 정보와, 전술한 것과 같이 미리 계산된 태양 위치로부터 얻어질 수 있다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 전술한 차양 제어 시스템에 있어서, 기본 입력정보와 실내외 환경데이터를 수신하면, 태양의 위치와 창호/차양에 대한 냉난방에너지와 조명에너지, 실내 쾌적성 상태가 계산된다. 차양 시스템의 운용모드(수동/자동)를 변경할 경우 각각의 모드에 맞춰 차양의 상태(수직 높이, 슬릿 각도)가 변경되며, 디스플레이부(600)를 통해 현재 실내환경과 에너지절감량, 그리고 차양의 작동 상태가 표시된다. 도 8은 수동 또는 여러 작동 모드에서, 디스플레이부(600)를 통해 표시되는 여러 정보들을 예시적으로 보여준다.

차양의 운용모드에 따라 슬릿의 각도가 결정되는데, 제어 시스템의 프로그램상으로는 차양의 각도를 소수점 단위까지 계산할 수 있으나, 대부분의 전동차양에 사용되는 모터의 각도조절 범위가 한정되어 있으며, 일반적으로 15도 단위로 슬릿의 각도를 조절하게 된다. 차양 시스템의 구동방식과 구동 모터의 사양에 따라 차이가 있으며, 시스템 설정 메뉴에서 모터제어 각도를 설정할 수 있다.

한편, 차양 시스템의 차양 위치는 수직 이동과 슬릿의 회전으로 구동된다. 차양의 기능이 필요 없을 경우, 복수개의 슬릿들을 포함하는 차양을 수직방향으로 올려 차양이 없는 창문으로 구성할 수 있으며, 주로 태양이 없는 흐린날이나 태양이 창문의 뒷방향에서 유입될 때나 외부 조망이 필요한 경우에 해당된다.

대부분 태양광이 창문으로 들어올 경우, 차양으로 창문을 덮고 슬릿의 각도를 조절하여 직사광이 실내로 유입되지 않도록 조절하게 되며, 태양의 위치는 시간의 변화에 따라 변하게 되어 쾌적한 실내환경을 유지하기 위해서는 슬릿의 각도를 태양의 위치 변화에 맞춰 조절하게 된다.

차양의 단면방향으로 유입되는 태양의 고도각인 일영각(profile angle)을 기준으로 슬릿의 폭과 간격에 따라 슬릿의 회전각을 도출할 수 있다. 도 9는 태양직사광을 차단하면서 최대한 많은 자연광과 외부조망이 가능한 조건에 대한 슬릿 각도 조건으로 슬릿 각도의 산출식은 아래와 같다.

여기에서,

,

외부의 자연광은 유입시키면서 태양열이 실내로 유입되는 것을 차단하는 방법은 도 10에 도시된 바와 같이, 일영각에 수직이 되도록 슬릿의 각도를 조절하는 것이다. 주로 더운 여름철이나 일사량이 많은 맑은날, 실깊이가 짧은 공간 또는 창문 근처에 작업공간이 있는 경우, 실내 냉 방부하를 줄이고 온열쾌적성을 향상시킬 때 적용하게 된다. 이때의 슬릿 각도는 전술한 일영각으로부터 쉽게 계산이 가능하다.

일영각이 크거나 태양이 창문의 뒷방향에서 비칠때, 흐린날, 또는 외부의 조망이 필요할 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이 슬릿들을 수평하게 유지할 수 있다.

3.....................BEMS
10....................차양 시스템
100...................정보 입력부
200...................모드 선택부
400...................통신부
500...................처리부
600...................디스플레이부

Claims

차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와, 시각(time) 정보, 위치 정보를 입력하기 위한 정보 입력부(100)와, 안전 모드하에서 수동 모드와 복수개의 자동 모드들-복수개의 자동 모드들은 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드를 포함함- 중 하나의 모드를 선택할 수 있도록 해주는 모드 선택부(200)와, 모드 선택부(200)를 통해 선택된 모드에 따라, 정보 입력부(100)를 통해 입력된 정보들과 BEMS(3)로부터 획득한 실내/외 환경 정보를 처리하여, 처리된 결과에 따라, 차양 시스템(10)을 제어하는 처리부(500)와, BEMS(3)와 실내/외 환경 정보를 공유하기 위한 통신부(400)와, 차양 시스템이 제어되는 동안, 현휘방지, 온열쾌적, 조망과 관련된 쾌적성 향상 수치, 에너지 절감량, 현재 차양 상태, 현재 설정 모드 및 실내/외 환경 정보를 포함하는 정보들을 표시하는 디스플레이부(600)을 포함하며, 처리부(500)는, 현휘방지 모드 하에서, 현휘를 분석하여 최소 현휘 차양 위치를 찾아내는 현휘 분석부와, 조망 모드 하에서 차양 완전 개방의 개방된 조망을 얻기 위해, 직달 일사 유입 여부를 판단하는 직달 일사 유입 판단부와, 온열 쾌적 모드 하에서, 계산된 창호의 표면 온도를 이용하여 PMV를 계산하는 PMV 계산부와, 조명 부하 저감 모드 하에서, 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와, 계산된 외부 조도를 이용하여, 실내 조도를 계산하는 실내 조도 계산부와, 냉/난방 부하 저감 모드 하에서, 각도별 일사 유입량의 최대/ 최소를 판단하여, 에너지 최대 절감 슬릿 각도를 찾게 해주는, 각도별 일사 유입량 최대/최소 판단부를 포함하는 차양 제어 시스템을 이용하여, 서로 상하로 이격되도록 그리고 평행하게 배치되는 복수개의 슬릿(slate)들과, 복수개의 슬릿들을 상하로 승하강시키고 복수개의 슬릿들을 회전시켜 각도를 변화시키는 구동수단을 포함하는 차양 시스템을 제어하는 방법으로서,
미리 입력된 위치 정보와 시각 정보를 이용하여 태양 위치를 계산하는 단계;
차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와 계산된 태양 위치를 이용하여 일영각을 계산하는 단계;
상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델의 일사량 직산 분리에 의해 일사 유입량을 계산하는 단계;
계산된 일영각과 계산된 일사 유입량을 이용하여 일영각별 휘도 분포 DB를 만드는 단계;
계산된 일사 유입량을 이용하여 창호 표면 온도를 계산하는 단계;
계산된 태양 위치와 상기 천공 모델을 이용하여 외부 조도를 계산하는 단계와;
안전 모드 하에서 수동 모드와 복수개의 자동 모드들-상기 복수개의 자동 모드들은 현휘 방지 모드, 조망 모드, 온열 쾌적 모드, 조명 부하 저감 모드 및 냉/난방 부하 저감 모드를 포함함- 중 하나의 모드가 선택되는 단계와;
상기 복수개의 자동 모드들 중 하나의 모드가 선택되면, 선택된 하나의 모드에 따라, 차양 시스템을 제어하는 단계를 포함하며,
상기 차양 시스템을 제어하는 단계는,
상기 현휘 방지 모드가 선택되면,
상기 일영각별 휘도 분포 DB를 기초로 현휘를 분석하여, 최소 현휘 차양 위치를 찾아내, 상기 차양 시스템의 슬릿들을 최소 현휘 차양 위치가 되도록 제어하며,
상기 온열 쾌적 모드가 선택되면,
계산된 창호 표면 온도를 이용하여, PMV 를 계산하며, 상기 PMV가 계산되면, PMV ± 1 이내 조건으로 최대한 슬릿을 개방상하며,
상기 조명 부하 절감 모드가 선택되면,
상기 차양시스템의 시스템 정보 및 설치 정보와, 계산된 외부 조도를 이용하여, 실내 조도를 계산한 후, 상기 실내 조도 최대 확보 가능한 슬릿 위치로 슬릿들을 위치시키며,
상기 냉/난방 부하 저감 모드가 선택되면,
계산된 일사 유입량을 기초로 슬릿 각도별 일사 유입량 최대/최소를 판단하여, 에너지 최대 절감이 되도록 슬릿들 각도를 제어하며,
상기 조망 모드가 선택되면,
차양의 완전 개방 상태 기준으로 직달 일사 유입 조건인지 여부를 판단하여, 직달 일사 유입이 조건이 아닌 경우에는, 차양을 완전 개방하고,
직달 일사 유입이 조건인 경우에는, 직사 일광 차단 조건하에서 최대한으로 조망을 확보하도록 상기 슬릿들을 상하로 승하강시키거나 상기 슬릿들의 경사 각도를 변화시키며,
직사 일광 차단 조건하에서 최대한으로 조망을 확보하도록 상기 슬릿들의 경사 각도를 변화시키는 경우, 아래 식에 따라 상기 슬릿들의 경사 각도 S가 제어되며,

여기에서,
이고, P는 일영각이고, H는 슬릿의 간격이고, W는 슬릿의 폭이며,
상기 일사 유입량은 상기 차양 시스템의 설치 정보 및 시스템 정보와 천공 모델의 일사량 직산 분리에 의해 계산되며, 상기 천공 모델은 BEMS와의 공유 또는 센서들로부터 획득한 실내/외 환경 정보와, 상기 계산된 태양 위치로부터 얻어지며, 상기 외부 조도는 상기 시각 정보와 상기 위치 정보를 이용하여 계산된 태양 위치와 상기 실내/외 환경 정보로부터, 천공 모델을 얻고, 일사량 직산 분리를 하고, 천공 휘도 계산을 한 결과로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 방법.
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