KR102292149B1 - 실내 공기질 관리를 위한 원격 자동개폐 스마트 창호 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내 환경 조건을 개선하기 위해 자동으로 창문을 개방 또는 폐쇄가능한 스마트 창호 시스템에 관한 것으로 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템은,
건물 벽에 설치되는 창틀; 창틀 내부에 설치되는 창문; 상기 창문을 자동으로 개폐하기 위해 상기 창틀의 하단부의 측벽에 설치되는 이송수단; 창문의 개폐 여부를 검출하기 위해 창틀 및 창문에 설치되는 창문 개폐 감지부; 창문의 개폐량을 검출하기 위해 창틀의 하단부에 설치되는 창문 계폐량 감지부; 창문의 실외 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실외측 벽에 설치되는 실외 환경 감지부; 창문의 실내 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실내측 벽에 설치되는 실내 환경 감지부; 및 스마트 창호 시스템을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

실내 공기질 관리를 위한 원격 자동개폐 스마트 창호 시스템{Remote automatic opening and closing smart window system for indoor air quality management}

본 발명은 실내 공기질 관리를 위한 원격 자동개폐 스마트 창호 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 실내의 공기 상태 등을 고려하여 창호를 자동으로 개폐할 수 있는 스마트 창호 시스템에 관한 것이다.

창호 시스템은 주택이나 사무실의 창문, 베란다 등과 같은 곳에 설치되어 실내 공기를 환기시키거나 외부로부터의 공기가 유입되는 것을 방지한다. 일반적으로 주택이나 사무실에 설치되는 창호 시스템은 미닫이식이 주로 이용되고 있으며, 미닫이식의 창호에서는 창의 개폐방향으로 레일 등을 설치하고 창틀에는 레일에 대응하여 베어링 등을 설치함으로써, 창이 레일상에서 슬라이딩되어 개폐된다.

종래의 미닫이식 창호, 즉 벽의 창문이나 베란다 창호는 거주자가 수동으로 창을 움직여 개폐하며 창을 개방하거나 폐쇄하도록 구성된다.

최근 건물 내의 실내 환경에 대한 관심이 높아지면서, 외기가 도입되는 통로인 창호의 개폐여부 및 개폐정도를 제어하는 기술에 대한 요구가 증대되고 있으며, 아파트의 발코니나 베란다에 설치되는 미닫이식 창호의 경우에도 사용자의 입력에 따라, 원격으로 창호를 개폐하는 것이 가능하도록 하는 기술이 개발되고 있다.

이와 같은 기술들은 사용자가 건물의 외부에 있을 때에도 홈 네트워크에 접속하여 창호를 원격으로 개폐가능하도록 함으로써 사용자의 편리할 수는 있지만, 최종적으로는 사용자가 원격으로 개방 또는 폐쇄 명령을 내려야만하기 때문에, 실내의 공기질 상태 또는 외부의 공기 환경에 대응하여 즉각적으로 대응할 수 없다라는 문제점이 존재한다.

즉 여전히 창호를 개방 및 폐쇄하기 위해서는 사용자가 직접 네트워크에 접속하여 창호를 개방하거나 폐쇄하는 명령을 내려야만 하는 불편함이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 창호가 설치된 실내 내부의 공기 상태 및 창호의 외부의 공기 상태에 따라 창호가 자동으로 개방 또는 폐쇄될 수 있는 스마트 창호 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전술한 목적에 더하여 스마트 창호 시스템을 이용하여 실내의 공기를 효율적으로 정화시킬 수 있도록 하는 실내 공기 정화 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면, 실내 환경 조건을 개선하기 위해 자동으로 창문을 개방 또는 폐쇄가능한 스마트 창호 시스템에 있어서, 건물 벽에 설치되는 창틀 및 창틀 내부에 설치되는 창문; 상기 창문을 자동으로 개폐하기 위해 상기 창틀의 하단부의 측벽에 설치되는 이송수단; 한쌍의 N극 및 S극 자석으로 이루어지고 N과 S극 사이의 자력을 검출함으로써 창문과 창틀이 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지 여부를 검출하기 위해 창틀 및 창문에 설치되는 창문 개폐 감지부; 창문의 개폐량을 검출하기 위해 창틀의 하단부에 설치되는 창문 계폐량 감지부; 창문의 실외 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실외측 벽에 설치되는 실외 환경 감지부; 창문의 실내 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실내측 벽에 설치되는 실내 환경 감지부; 및 스마트 창호 시스템을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 사용자에 의해 설정된 목표 환경값 범위를 입력받기 위한 사용자 입력부를 포함하고, 상기 제어부는, 사용자로부터 목표 환경값 범위을 입력받는 동작, 목표 환경값 범위와 실내 환경 감지부로부터 감지된 실내 환경 조건을 비교하는 동작; 실내 환경 감지부로부터 감지된 실내 환경 조건이 목표 환경값 범위를 벗어난 경우 실외 환경 감지부로부터의 실외 환경 조건을 수신하는 동작; 수신된 실외 환경 조건에 의해 실내 환경 조건을 목표 환경 범위값으로 개선가능한지를 판단하는 동작; 및 실외 환경 조건에 의해 실내 환경 조건을 목표 환경 범위값으로 개선가능한 것으로 판단되는 경우 상기 이송수단을 통해 창문을 자동으로 개방하는 동작;을 수행하도록 구성되되, 상기 사용자 입력부로부터 입력받은 목표 환경 범위값에 따라 창문 개폐동작을 실행하는 제어부는 우선순위 동작모드 및 창문의 개방정도를 포함하고, 우선순위 동작모드는 순위를 조합하여서도 사용 가능할 뿐만아니라 조합에 따른 항목의 우선권을 부여할 수 있고, 창문의 개방정도는 전체 개방, 1/2 개방, 1/4 개방, 스마트 개방을 포함하고, 실내환경 감지부는 실내의 온도를 검출하는 온도 센서, 실내의 습도를 검출하는 습도 센서, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하기 위한 이산화탄소 센서, 및 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서를 포함하고, 실외환경 감지부는 실외의 온도를 검출하는 온도 센서, 실외의 습도를 검출하는 습도 센서, 실외의 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서, 강우 상태를 검출하기 위한 레인 센서 및 실외의 풍속을 감지하기 위한 풍속 센서를 포함하고, 실내환경 감지부에서 감지된 실내의 온도 및 이산화탄소 농도가 급격하게 증가하는 경우, 상기 제어부는 실내 온도 및 이산화탄소 농도의 급격한 증가를 사용자의 어플리케이션을 통해 사용자에게 통보하는 동시에 공공기관에 이를 신고하도록 동작되고, 상기 제어부는 외부의 사용자의 단말에 설치된 어플리케이션과 통신을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고, 상기 통신부는 상기 스마트 창호 시스템이 설치된 홈 네트워크에 연결되는 홈서버와 통신을 수행하고, 상기 홈네트워크에는 복수의 가전장치가 홈서버에 의해 제어가능하게 연결되어 있고, 상기 가전장치는 실내의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 장치, 실내의 습도를 조절하기 위한 습도 조절 장치, 실내의 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치를 포함하고, 상기 제어부는 홈서버를 통해 상기 복수의 가전장치 중 하나 이상을 동작시키도록 구성는 한편, 창틀의 하단부의 일측벽에는 창문을 횡방향으로 이송시기키 위한 이송수단이 설치되고, 창틀의 창문에 설치된 고정수단이 이송수단에 연결되어 이송수단이 동작함에 따라 창문이 개방 또는 폐쇄될 수 있도록 하되, 창틀의 일측면에는 베이스가 부착되고, 이송수단은 베이스에 회동구조로 배치되며 외경에 나선 이송홈이 형성된 이송봉과, 이송봉에 삽입되어 이송봉 상에 형성된 나선 이송홈과 결합되고, 이송봉의 회전 방향에 따라 나선 이송홈을 따라 좌측 또는 우측으로 이동되는 이동자와, 이동자에 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 창문의 일부분에 고정되는 고정자를 포함하고, 구동모터는 그 회전축 상에 고정된 회전기어를 포함하고, 회전기어는 이송봉의 회전축 중심에서 돌출되어 형성된 연결기어를 포함하는데, 회전기어와 연결기어가 서로 기어 결합됨에 따라 모터의 회전이 이송봉을 회전시키고 이송봉이 회전됨에 따라 이동자가 이송봉 상에서 이동하게 되어 창문이 좌측 또는 우측으로 이동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면 스마트 창호 시스템은 외부의 공기질 상태 또는 내부의 공기질 상태에 기반하여 창호의 개폐 정도가 결정되고 자동으로 개방 또는 폐쇄됨에 따라 실내의 공기질을 보다 효율적으로 관리할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템은 제어부가 우선적으로 환기를 통해 1차적으로 실내의 환경 조건을 개선한 후 이어서 홈서버에 연결된 가전 장치들의 제어를 통해 나머지 실내 환경 요소들에 대한 개선을 수행하기 때문에, 실내 환경을 개선하기 위해 불필요한 가전장치들을 과도하게 동작시킬 필요가 없게 되어 전력이 불필요하게 낭비되는 것을 예방할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템의 외관 및 주요 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템의 이송수단을 보다 구체적으로 도시한 도면;
도 3은 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도;
도 4는 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템에서의 사용자 입력부의 메뉴 구성을 개략적으로 나타낸 설명도;
도 5는 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템의 내부 구성과 홈 네트워크의 결합을 개략적으로 도시한 블록도;
도 6은 도 5의 실시예에서 제어부에 의해 실내 환경 조건을 제어하기 위한 제어 흐름을 나타내는 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템(1)의 하나의 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시된 스마트 창호 시스템(1)은 건물의 벽에 설치되는 창틀(10), 창틀(10) 내부에 설치되는 창문(20)을 포함한다. 창틀(10)에는 창문(20)을 자동으로 개폐하기 위한 이송수단(310)이 설치되고 창문(20)에는 창문(20)의 개폐 여부 및 계폐 정도를 검출하기 위한 센서들(440,450), 창문의 외부 및 외부 환경을 검출하기 위한 환경 검출 센서들(420,430,410)이 설치된다.

도 2는 창틀(10)에 설치되는 이송수단(310)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 창틀(10)의 하단부의 일측벽에는 창문(20)을 횡방향으로 이송시기키 위한 이송수단(310)이 설치되고, 또한 창틀(10)의 창문(20)에 설치된 고정수단이 이송수단(310)에 연결되어 이송수단(310)이 동작함에 따라 창문(20)이 개방 또는 폐쇄될 수 있다.

보다 구체적으로 창틀(10)의 일측면에는 얇은 금속 또는 얇은 플라스틱 재질로 형성되된 판재로 형성되는 베이스(311)가 부착되고, 베이스(311)의 상측에는 창문(20)을 횡방향으로 이송시키기 위한 구성요소들이 배치된다.

또한 이송수단(310)은 베이스(311)에 회동구조로 배치되며 외경에 나선 이송홈이 형성된 이송봉(313)과; 이송봉(113)에 삽입되어 이송봉(313) 상에 형성된 나선 이송홈과 결합되고, 이송봉(313)의 회전 방향에 따라 나선 이송홈을 따라 좌측 또는 우측으로 이동되는 이동자(314)와, 이동자(314)에 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 창문(20)의 일부분에 고정되는 고정자(315)를 포함한다.

구동모터(312)는 그 회전축 상에 고정된 회전기어(312a)를 포함하고, 회전기어는 이송봉(313)의 회전축 중심에서 돌출되어 형성된 연결기어(313a)를 포함하는데, 회전기어(312a)와 연결기어(313a)가 서로 기어 결합됨에 따라 모터(312)의 회전이 이송봉(313)을 회전시키고 이송봉(313)이 회전됨에 따라 이동자(314)가 이송봉(313) 상에서 이동하게 되어 창문(20)이 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다.

다시 도 1을 참조하여 창문(20)에 설치되는 감지부(400)에 대해 보다 구체적으로 이하에 설명하도록 한다.

창문(20)에는 창문(20)의 개폐 여부를 판단하기 위해 창틀(10)과 창문(20)이 접척되는 부위에 각각 설치되는, 한쌍의 N극 및 S극 자석으로 이루어진 개폐감지부(440), 실내의 공기질을 감지하기 위한 실내환경 감지부(410), 실외의 공기질을 감지하기 위한 실외환경 감지부(410), 실외의 풍속을 감지하기 위한 풍속감지부(430), 창문의 개폐 정도를 판단하기 위한 개폐량 감지부(450)을 포함한다.

실내환경 감지부(410)는 실내의 온도를 검출하는 온도 센서, 실내의 습도를 검출하는 습도 센서, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하기 위한 이산화탄소 센서, 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서를 포함하여 구성된다.

실외환경 감지부(420)는 실외의 온도를 검출하는 온도 센서, 실외의 습도를 검출하는 습도 센서, 실외의 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서, 강우 상태를 검출하기 위한 레인 센서를 포함하여 구성된다. 풍속 감지부(430)는 실외의 풍속량을 판단하기 위해 설치된다.

개폐 감지부(440)는 한쌍의 N극 및 S극 자석으로 이루어져지고 N과 S극 사이의 자력을 검출함으로써 창문(20)과 창틀(10)이 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지 여부를 검출하도록 구성된다.

창문의 개폐량을 감지하는 개폐량 감지부(450)는 개방된 창문의 위치를 감지하도록 구성된 위치 감지 센서의 일종으로 기계식, 전기식, 자기식, 광학식 센서가 이용될 수 있다. 접촉 방식에 따라 접촉식 센서와 비접촉식 센서가 이용될 수 있으며, 스탭 스위치 센서, 섭동저항식 또는 정전용량식 센서, 차동 트랜스 또는 자기식 센서, 광전 스위치와 같은 광학식 센서가 이용될 수 있다.

도 3은 이와 같이 구성된 스마트 창호 시스템의 주요 기능을 설명하기 위한 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템의 제어부(100)는 복수의 센서들(400)로부터 감지된 데이터를 수신하기 위한 센서 입력부(110), 사용자로부터의 입력을 수신하고 저장하기 위한 사용자 입력부(120), 센서 입력부(110)로부터 입력된 데이터에 기반하여 내부 및 외부 환경, 사용자 설정 등을 비교하기 위한 환경 비교부(130), 환경 비교부(130)에서의 비교 결과에 대응하여 창문의 개폐량을 판단하기 위한 개폐량 판단부(140), 개폐량 판단부의 판단 결과에 대응하여 모터(312)의 회전을 구동하는 모터 구동부(150) 및 사용자의 스마트 폰에 설치된 어플리케이션과 통신을 수행하거나 또는 홈 네트워크에 연결된 홈서버와의 통신을 수행하기 위한 통신부(160)를 포함한다.

센서 입력부(110)는 전술한 바와 같은, 개폐량 감지부, 실외 환경 감지부, 실내 환경 감지부, 및 개폐 감지부를 구성하는 각종 센서들로부터 데이터를 수신하고 제어부의 MPU(170)는 입력된 센서값들에 기반하여 미리 저장되어 있는 프로그램에 따라 스마트 창호 시스템을 동작하도록 구성된다.

센서 입력부(110)로부터 입력되는 센서 데이터 값들은 다음과 같다.

실내환경 감지부: 실내의 온도 데이터, 실내의 습도 데이터, 실내의 이산화탄소 농도 데이터, 실내의 미세먼지의 농도 데이터

실외환경 감지부: 실외의 온도 데이터, 실외의 습도 데이터, 실외의 미세먼지 농도 데이터, 실외의 레인 데이터, 실외 풍속 데이터

개폐 감지부: 창문의 개방 또는 폐쇄 상태 데이터

계폐량 감지부: 열려 있는 창문의 길이 대응 데이터

사용자 입력부(120)는 창틀의 근방에 설치된 제어부(100)(제어박스)에 일체로 형성될 수도 있고, 사용자에게 입력을 요구할 수 있도록 하는 디스플레이 장치 및 키입력부를 포함하여 구성될 수도 있고, 사용자의 스마트폰 등에 설치된 어플리케이션 상에 제공될 수도 있으며, 바람직하게는 제어부 및 어플리케이션 모두에 형성될 수도 있다.

사용자가 사용자 입력부(120)를 통해 입력한 데이터, 예를 들면, 이에 한정되는 것은 아니지만 실내 온도, 실내 습도, 실내 미세먼지 농도, 실내 이산화탄소 농도 값을 포함한다. 이와 같은 데이터들은 어플리케이션을 통해 입력될 수도 있으며, 입력된 데이터는 제어부(100) 내의 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.

사용자 입력부(120)는 사용자가 외출한 상태에서, 즉 원격지에서 어플리케이션을 통해 특정 시간대를 입력하도록 하는 기능을 더 포함하고, 사용자가 입력한 시간은 전술한 바와 같이 동일하게 메모리에 더 저장되도록 더 구성될 수도 있다.

환경 비교부(130)는 전술한 바와 같이 사용자가 입력한 희망하는 실내 온도, 실내 습도, 실내 미세먼지 농도, 실내 이산화탄소 농도 값을, 현재 실내의 실내 온도, 실내 습도, 실내 미세먼지 농도, 실내 이산화탄소 농도 데이터와 비교하고, 비교 결과를 MPU(170)로 송신하고, MPU는 수신된 비교 결과 값과 외부 환경 데이터들, 예를 들면 실외의 온도 데이터, 실외의 습도 데이터, 실외의 미세먼지 농도 데이터, 실외의 레인 데이터, 실외 풍속 데이터를 호출하여 두개의 데이터를 통해 창문의 개폐 여부, 개폐시 개폐량, 및 개폐 시간을 판단하게 된다.

MCU(170)는 판단된 개폐 여부, 개폐량, 및 개폐 시간에 기반하여 모터 구동부(150)를 구동하여 창문(20)의 개방 또는 폐쇄를 수행한다.

전술한 바와 같이 창문의 개방은 사용자가 설정한 환경값, 현재 실내의 환경 값, 실외 환경 감지부에서 감지된 결과에 기반하여 수행된다. 그러나 예외적으로, 제어부(100)는 외부의 환경 조건이 실내 환경 조건보다 열악한 경우에는 이를 수행하지 않고 통신부(160)를 통해 사용자의 어플리케이션에 이를 통지하도록 구성된다.

도 4는 사용자 입력부(120)를 통한 사용자 설정 항목을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 사용자는 사용자 입력부(120)를 통해 실내의 희망하는 환경 조건을 설정할 수 있다.

예시된 바와 같이, 사용자는 미세먼지 농도를 0 ~ 50㎍/m³, 실내 온도 23~26도, 실내 습도 50~60%, 실내 이산화탄소 농도 200~400ppm인 것을 목표값으로 설정하면, MPU(170)는 실내 환경 센서들로부터 미세먼지, 농도, 실내 온도, 실내 습도, 이산화탄소 농도를 감시하고, 이들 모니터링된 값들이 전술한 설정값 내에 있는지 또는 전술한 설정값을 벗어났는지 판단하고, 외부 환경 조건을 이용하여 목표값에 도달될 수 있는지 여부를 판단하여 창문의 개폐를 결정하게 된다.

한편 본 발명에서 사용자가 입력하는 목표 환경 조건은 그 우선 순위를 부여할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 사용자는 그 입력창을 통해 각각의 항목에 대해 우선 순위를 부여할 수 있고, 제어부는 부여된 우선 순위에 따라 창호의 개방 또는 폐쇄를 수행할 수 있다. 즉, 제어부는 외부 환경 조건에 의해 실내 환경 조건이 모두 최적화될 수 없다고 판단하는 경우에는 부여된 우선 순위에 맞춰 실내 환경 조건을 최적화하도록 동작된다.

또한 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 스마트 창호 시스템(1)은 실외 환경 고건, 실내 환경 조건 및 목표 환경 조건을 고려하여 창문의 개폐가 결정된다.

예를 들면, 전술한 예에서 사용자가 사용자 입력부(120)를 통해 입력한 미세 먼지 농도의 경우 목표값이 0 ~ 50㎍/m³인 경우, 실내 미세 먼지 농도가 50㎍/m³를 초과한 경우 제어부는 실외 환경의 데이터를 호출하고 실외의 미세먼지 농도가 얼마인지를 판단한다.

실외의 외부 미세먼지 농도가 50㎍/m³인 경우 제어부는 창문의 개방을 통해 실내 공기를 환기시킴으로서 실내 미세먼지 농도를 개선할 수 있지만, 실외 외부 미세먼지 농도가 50㎍/m³보다 큰 경우에는 창문 개방을 통해 실내 미세먼지 농도를 개선할 수 없기 때문에 창문의 개방을 수행하지 않게 된다.

이와 같은 스마트한 개방 동작은 실내의 미세먼지 이외에도, 실내 온도, 실내 습도, 실내 CO2 농도를 변경하는데 동일하게 적용될 수 있다. 실내 온도의 경우에도 마찬가지로 제어부는 실외 온도가 지정된 범위 이외일 경우 창문을 개방하지 않는다.

또한 실내 습도의 경우에도 마찬가지로 제어부는 실외 습도가 지정된 범위 이외일 경우에는 창문을 개방하지 않으며, 실내 CO2 농도에 있어서도 실외의 CO2 농도가 지정된 범위 이외일 경우 창문을 개방하지 않도록 동작된다.

그러나 전술한 바와 같이 동작시 우선 순위 모드로 동작될 경우, 제어부는 부여된 우선 순위를 먼저 판단하게 되는데, 도 4의 예를 참조하면, 우선순위는 미세먼지 농도 - 실내 온도 - 실내 습도 - 실내 CO2 농도의 순서로 지정되어 있기 때문에, 제어부는 먼저 실외 환경이 실내 미세먼지 농도를 개선하는데 도움이 되는지를 판단하고 미세먼지 농도를 개선하는데 도움이 되는 경우에는 창문을 개방하여 실내의 미세 먼지 농도를 낮출 수 있게 된다. 그러나 그에 따라 실내 온도, 실내 습도 또는 실내 CO2 농도 중 적어도 하나는 목표 환경값의 범위를 벗어날 수도 있다.

그러나 한편 1순위로 부여된 미세먼지 농도를 낮추는 것이 불가능한 것으로 판단된 경우에는 비록 다른 실내 환경(실내 온도, 실내 습도, 실내 CO2 농도)을 개선할 수 있다고 하더라도 제어부는 창문 개방을 수행하지 않게 된다.

이와 같은 우선 순위의 동작 모드는 조합으로도 사용될 수 있다. 예를 들면, 위의 실시예에서 제어부는 창호 개방을 통해 1-2번 항목(미세먼지/실내온도) 또는 1-3번 항목(미세먼지/CO2)이 개선가능한 것으로 판단한 경우에는 1-2번 항목에 대해 우선권을 부여하여 실내 환경을 개선하도록 동작될 수 있다.

그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 그 이외에도 제어부는 2 이상의 목표 환경을 만족하는 경우 우선 순위에 관계없이 창호 개방을 통해 실내 환경을 개선하도록 동작될 수도 있다.

다음으로, 사용자는 사용자 입력부를 통해 창문의 개방 정도를 설정할 수 있다. 창문의 개방도는 전체 개방, 1/2 개방, 1/4 개방, 스마트 개방을 포함한다. 사용자가 선택한 창문의 개방도는 제어부가 환기를 위해 창문을 자동으로 개방하는 정도에 대응한다.

예를 들면, 사용자가 사용자 입력부를 통해 창문 개방도를 전체 개방을 선택한 경우 제어부는 실내 환경이 환기 조건을 만족하는 경우 창문을 전체 개방하도록 동작하게 되고, 사용자가 사용자 입력부를 통해 창문 개방도를 1/2 개방을 선택한 경우 제어부는 실내 환경이 환기 조건을 만족하는 경우 창문을 전체의 1/2만 개방하도록 동작하게 된다.

스마트 개방의 경우 제어부는 외부의 대기 환경에 대응하여 창문의 개방을 수행하게 된다. 예를 들면 스마트 개방이 선택된 경우, 제어부는 실외의 조건, 예를 들면, 강우량을 감지하는 레인 센서 및 바람의 풍속을 감지하는 풍속 센서로부터의 입력을 더 수신하게 된다.

제어부는 수신된 레인 센서 및 바람의 풍속에 기반하여 창문의 개방도를 결정하게 되는데, 레인 센서로부터 비가 오고 있는 것으로 판단되는 경우에는 강우량에 따라 창문의 개방도를 선택하게 되는데, 예를 들면 비가 강하게 내리는 경우에는 최소의 개방만을 수행하는 반면 비가 약하게 내리는 경우에는 미리정해진 범위내의 개방만을 수행하게 된다.

예를 들면, 시간당 10mm 이상이 레인 센서로부터 검출된 경우 제어부는 실내 환경 조건이 범위를 벗어난 경우에도 창문의 개방을 수행하지 않게 된다.

한편 강우량이 시간당 5~10mm 의 범위에 있는 경우 제어부는 실내 환경 조건이 범위를 벗어난 경우 창문의 개방을 최소(예를 들면 1cm~2cm)로 개방하게 되고, 강우량이 시간당 1~5mm의 경우에는 창문의 개방을 2~5cm 범위로 개방하여 비로 인한 피해를 방지하도록 구성된다.

또한 제어부는 레인 센서 이외에도 풍속 센서로부터의 풍속값에 기반하여 창호의 개방도을 자동으로 결정할 수 있게 된다. 제어부는 풍속 센서로부터의 검출값에 기반하여 풍속이 14m/s 이상인 경우(강풍 주의보)에는 창호의 개방을 수행하지 않는다.

또한 제어부는 풍속이 10~14m/s 이상의 범위에 있는 경우 그리고 실내 환경 조건이 범위를 벗어난 경우 창문의 개방을 최소(예를 들면 1cm~2cm)로 개방하게 되고, 풍속이 5~10m/s의 경우에는 창문의 개방을 2~5cm 범위로 개방하여 바람으로 인한 피해를 방지하도록 구성된다.

한편 제어부는 풍속이 0~5m/s 사이에 있는 경우에는 창문의 개방도를 1/4 ~ 전체의 범위 내에서 자동으로 결정하게 되는데, 예를 들면 풍속이 0에 가까울 수록(바람이 없는 경우)에는 창문 전체를 개방하게 되고, 풍속이 5m/s에 가까울 수록 1/4 개방도에 가깝게 개방도를 조정할 수 있다.

또한 사용자 입력부는 도시된 바와 같이 사용자가 입력한 동작 시간에만 전술한 목표값을 달성하기 위한 창문의 개폐를 진행하도록 설정할 수 있고, 또는 이와 관계없이 24시간 언제든지 동작하도록 하는 동작 시간 설정을 더 포함할 수도 있다.

도 5는 전술한 바와 같은 스마트 창호 시스템(1)의 제어부(100)가 홈네트워크를 통해 홈서버(500)에 연결된 구성을 나타내는 실시예이다. 도 5에 도시된 실시예에서 제어부(100)의 구성은 도 3을 참조하여 설명한 제어부(100)와 동일하고, 대신 통신부(160)은 홈 네트워크를 통해 홈서버(500)에 연결된다.

홈서버(500)는 제어부(100)와 연동하여 홈서버(500)에 네트워크를 통해 연결된 공기 정화기(610), 보일러(620), 에어컨(320) 및 제습기(640) 등의 가정용 장치들(600)을 제어하도록 구성되어 있다.

제어부(100)는 전술한 바와 같이 실외 환경 조건, 실내 환경 조건 및 목표 환경 조건에 기반하여 창문의 개방도와 개방 시간을 결정하여 특정 시간 동안 창문의 개방 및 폐쇄를 수행하게 된다.

그러나 실외 환경 조건은 전술한 바와 같이 모든 실내 환경 조건을 모든 목표 환경 조건에 일치시킬 수 없게 된다라는 문제점이 발생된다. 예를 들면, 제어부는 현재의 실내 환경 조건, 즉 실내 온도, 실내 습도, 실내 미세먼지 농도, 실내 이산화탄소 농도 등을 실외 환경 조건을 이용하여 모두 목표 환경 조건으로 개선하는 것이 불가능한 경우가 존재한다.

즉, 일례로 제어부는 실내 환경 조건 중 미세먼지 농도와 실내 이산화탄소 농도를 창문을 개방하여 최적화하는 것이 가능하지만, 다른 실내 환경 조건 중 실내 온도와 실내 습도가 창문 개방을 통해 최적화하는 것이 불가능하다고 판단된 경우 제어부는 창호를 개방하여 미세먼지 농도와 이산화탄소 농도를 개선하여 최적화를 수행하고, 미세먼지 농도와 이산화탄소 농도가 목표설정된 범위 내로 최적화되면 창문을 폐쇄하는 동시에 실내 온도와 실내 습도를 최적화하기 위해 홈 서버(500)에 온도를 조절할 수 있는 보일러(620) 또는 에어컨(630), 및 습도를 조절할 수 있는 제습기(640)를 동작시킬 것을 홈서버에 명령한다.

홈서버(500)는 제어부(100)로부터 명령을 수신하면 온도조절장치(보일러 또는 에어컨)와 제습기(640)를 동작시키고, 제어부(100)는 실내의 환경 센서를 이용하여 실내의 온도와 습도를 지속적으로 모니터링한다.

제어부(100)는 실내의 온도 및 습도가 목표 범위 내에 진입되는지 여부의 모니터링을 수행하고 실내의 온도 및 습도가 목표 범위 내에 진입된 경우 홈서버(500)에 온도조절장치 및 제습기의 동작을 중지시킬 것을 명령하게 된다.

홈서버(500)는 제어부(100)로부터 중지 명령을 수신하면 해당하는 가전장치의 동작을 정지시키게 되고, 따라서 최적화된 실내의 환경 조건이 달성될 수 있다.

이와 같은 실내 환경 조건을 개선하는 방식은 제어부에서 우선적으로 환기를 통해 달성될 수 있는 환경 변수를 설정하고 이후 창문 개방을 통해 실내 환경의 일부 요소를 개선한 후, 이어서 홈서버(500)에 연결된 가전 장치들의 제어를 통해 나머지 실내 환경 요소들에 대한 최적화 또는 개선을 수행하기 때문에, 실내 환경을 개선하기 위해 불필요한 가전장치들을 동작시킬 필요가 없게 되어 전력이 낭비되는 것을 예방할 수 있는 효과가 얻어질 수 있다.

또한 본 발명에서는 사용자가 어플리케이션을 통해 귀가시간을 지정하는 기능을 더 포함할 수 있다. 사용자가 어플리케이션을 통해 귀가시간을 지정하는 경우 제어부는 귀가시간에 맞춰 실내의 환경 요소들을 최적화를 수행하게 된다.

예를 들면 사용자가 저녁 7시를 귀가시간으로 설정한 경우 제어부는 귀가시간 이전의 미리 설정된 시간(예를 들면 1시간 또는 30분)에 스마트 창호 시스템을 통한 환기를 수행하여 사용자가 설정해둔 목표 환경 범위 내에 실내 환경을 최적화시키게 되어 사용자는 귀가시 최적한 실내 환경을 경험할 수 있게 된다.

도 6은 도 5에 도시한 실시예에서의 제어부의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부는 단계 S110에서 먼저 사용자로부터 목표 환경 범위를 설정받고 이를 메모리에 저장한다.

제어부는 이어진 단계 S120에서 1차 실내 모니터링을 실시한다. 1차 실내 모니터링은 실내 환경을 항상 감시하는 실내 감시용의 실내 환경 감지부로부터 수행되고 제어부는 단계 S130에서 감지된 실내 환경이 미리설정된 목표 환경 범위값 이내에 있는지를 판단하게 된다.

단계 S130에서 실내 환경 변수 중 적어도 어느 하나가 목표 범위를 벗어난 경우 단계는 S140으로 진행되고 그렇지 않은 경우에는 단계 S120으로 복귀된다.

단계 S140에서는 외부 환경 조건이 호출된다. 예를 들면 도 5에서 제어부(100)는 센서 입력부(110) 중 외부 환경 센서로부터 외부의 환경 데이터(외부 온도, 외부 습도, 외부 미세먼지 농도, 외부 이산화탄소 농도 등)을 호출하게 된다.

단계 S150에서 제어부는 단계 S140에서 호출된 외부 환경 조건에 의해 실내 환경 조건이 개선될 수 있는지 여부를 판단하는데, 보다 구체적으로는 외부 환경 조건에 의해 실내 환경 조건이 목표 환경 조건으로 수렴될 수 있는지가 판단된다.

이 경우 제어부는 사용자가 사용자 입력부를 설정한 동작모드에 기반하여 실내 환경의 모든 조건을 개선가능한 경우에(전체 모드) 창문을 개방 개방 여부를 판단할 수도 있고, 또는 실내 환경 중 일부 조건을 개선가능한 경우에(우선 모드) 창문 개방 여부를 판단할 수도 있다.

단계 S150에서 외부 환경이 창문을 개방하여 실내 환경 조건을 개선할 수 있는 것으로 판단되면, 제어부는 단계 S160에서 사용자가 사용자 입력부에서 설정한 사 설정값에 기반하여 창문의 개방도로 또는 스마트 개방인 경우에는 외부 환경의 풍속 또는 강우 조건에 기반하여 창문의 개방도를 결정하고 창문을 개방한다. 그러나 단계 S150에서 그렇지 않은 것으로 판단되면 단계는 S140으로 복귀된다.

제어부는 이어진 단계 S160에서 창문을 개방한 이후 내부 환경 조건을 지속적으로 모니터링하고 단계 S170에서 내부 환경 조건이 목표 환경 조건 범위로 개선되었는지 여부를 판단하게 된다. 이 단계에서 내부 환경 조건은 사용자가 사용자 입력부를 통해 설정한 내부 환경 요소의 전체 또는 일부분일 수도 있다.

단계 S170에서 내부 환경 조건 중 목표된 요소의 환경값이 목표 환경 범위값을 만족하는 경우 단계는 S180으로 진행되고 이 단계에서 제어부는 개방된 창문을 폐쇄하고 단계 S190에서 창문이 폐쇄된 상태에서 2차 실내 환경 모니터링을 실행한다. 이와 같은 처리는 창문 개방을 통한 환기를 통해 내부 환경 요소들 중 일부는 개선되지만 일부의 환경 요소가 개선되지 않을 수 있기 때문이다. 만일 개선되지 않은 환경 요소가 존재하지 않는 경우에는 단계는 종료된다.

단계 S200에서 제어부는 2차 실내 환경 모니터링을 통해 목표 환경 범위 밖의 환경 요소를 결정할 수 있게 되고, 단계 S210에서 제어부는 홈네트워크에 연결된 홈버서에, 개선되지 않은 실내 환경 요소를 개선할 수 있는 가전장치를 선택하여 구동을 명령하게 되고, 홈서버는 선택된 가전장치를 구동하게 된다.

이어진 단계 S220에서 제어부는 다시 3차 내부 환경 모니터링을 진행하고 내부 환경 조건이 목표 환경 범위내에 있는지 여부를 판단하게 되는데, 구체적으로는 제어부는 단계 S200에서 선택된 내부 환경 조건이 내부 환경 범위를 만족하는지 판단하게 된다.

단계 S220에서 선택된 내부 환경 조건이 내부 환경 범위를 만족하는 경우에는 제어부는 선택된 가전장치의 동작을 중지할 것을 홈서버에 명령하고 홈서버는 해당하는 가전장치의 동작을 중지시킴으로써 모든 프로세스가 종료하게 된다.

전술한 실시예에서 내부 환경을 감지하는 실내 환경 감지부는 창문에 설치된 것으로 설명하였지만 본 발명에 다른 실시예에 따르면 실내 환경 감지부는 창문이 아닌 실내의 거실, 부엌 또는 방과 같은 임의의 공간 내에 설치되고, 홈네트워크를 통해 제어부(100)와 통신을 수행할 수도 있다.

이 경우 실내 환경 감지부는 창문이 아닌 실내의 공간 내에 한개 또는 복수개 설치됨에 따라 실내 환경 조건을 보다 정확하게 감지할 수 있다라는 이점이 얻어질 수 있다.

또한 실내 환경 감지부가 실내의 공간 내에 설치되는 경우, 실내 환경 감지부에 포함되는 실내 온도 센서 및 실내 이산화탄소 농도의 변화를 감지하여 화재에 대한 대응을 마련할 수도 있다.

화재의 경우 실내의 온도 및 실내 이산화탄소의 농도 변화가 급격하게 증가하게 되고, 제어부는 이와 같은 실내 온도 및 실내 이산화탄소의 농도가 급격한 변화에 대응하여, 창문의 개방도을 최대로 하여 창문을 개방하는 동시에 사용자의 어플리케이션에 화재 경보를 발생시키거나 119 또는 소방서에 화재발생 가능성을 신속하게 통보할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 스마트 창호 시스템의 경우 실내의 환기를 자동으로 수행하여 실내의 공기질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 화재 등으로 인해 실내의 환경 조건이 급격하게 변화되는 경우 창문을 최대 개방하여 1차적으로 공기를 환기시켜 소방 진화시 발생될 수 있는 백드래프트(불길 역류)와 같은 추가의 피해를 방지할 수 있게 되고, 또한 이와 같은 사실을 사용자에게 어플리케이션을 통해 알려 미리 대처 가능하도록 하고, 또한 소방서와 같은 공공기관에 이를 통보함으로써 화재의 초기 진압에 도움을 줄 수 있다.

본 발명에 따르면 제어부 우선적으로 환기를 통해 1차적으로 실내의 환경 조건을 개선한 후 이어서 홈서버에 연결된 가전 장치들의 제어를 통해 나머지 실내 환경 요소들에 대한 개선을 수행하기 때문에, 실내 환경을 개선하기 위해 불필요한 가전장치들을 과도하게 동작시킬 필요가 없게 되어 전력이 불필요하게 낭비되는 것을 예방할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 스마트 창호 시스템 10: 창틀
20: 창문 100: 제어부
400: 센서그룹 310: 이송수단
110: 센서 입력부 120: 사용자 입력부
130: 환경 비교부 140: 개폐량 판단부
150: 모터 구동부 160: 통신부
500: 홈서버

Claims (5)

1. 실내 환경 조건을 개선하기 위해 자동으로 창문을 개방 또는 폐쇄가능한 스마트 창호 시스템에 있어서,
   건물 벽에 설치되는 창틀 및 창틀 내부에 설치되는 창문;
   상기 창문을 자동으로 개폐하기 위해 상기 창틀의 하단부의 측벽에 설치되는 이송수단;
   한쌍의 N극 및 S극 자석으로 이루어지고 N과 S극 사이의 자력을 검출함으로써 창문과 창틀이 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지 여부를 검출하기 위해 창틀 및 창문에 설치되는 창문 개폐 감지부;
   창문의 개폐량을 검출하기 위해 창틀의 하단부에 설치되는 창문 계폐량 감지부;
   창문의 실외 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실외측 벽에 설치되는 실외 환경 감지부;
   창문의 실내 환경 조건을 감지하기 위해 창문의 실내측 벽에 설치되는 실내 환경 감지부; 및
   스마트 창호 시스템을 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 사용자에 의해 설정된 목표 환경값 범위를 입력받기 위한 사용자 입력부를 포함하고, 상기 제어부는,
   사용자로부터 목표 환경값 범위을 입력받는 동작,
   목표 환경값 범위와 실내 환경 감지부로부터 감지된 실내 환경 조건을 비교하는 동작;
   실내 환경 감지부로부터 감지된 실내 환경 조건이 목표 환경값 범위를 벗어난 경우 실외 환경 감지부로부터의 실외 환경 조건을 수신하는 동작;
   수신된 실외 환경 조건에 의해 실내 환경 조건을 목표 환경 범위값으로 개선가능한지를 판단하는 동작; 및
   실외 환경 조건에 의해 실내 환경 조건을 목표 환경 범위값으로 개선가능한 것으로 판단되는 경우 상기 이송수단을 통해 창문을 자동으로 개방하는 동작;을 수행하도록 구성되되,
   상기 사용자 입력부로부터 입력받은 목표 환경 범위값에 따라 창문 개폐동작을 실행하는 제어부는 우선순위 동작모드 및 창문의 개방정도를 포함하고,
   우선순위 동작모드는 순위를 조합하여서도 사용 가능할 뿐만아니라 조합에 따른 항목의 우선권을 부여할 수 있고,
   창문의 개방정도는 전체 개방, 1/2 개방, 1/4 개방, 스마트 개방을 포함하고,
   실내환경 감지부는 실내의 온도를 검출하는 온도 센서, 실내의 습도를 검출하는 습도 센서, 실내의 이산화탄소 농도를 검출하기 위한 이산화탄소 센서, 및 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서를 포함하고,
   실외환경 감지부는 실외의 온도를 검출하는 온도 센서, 실외의 습도를 검출하는 습도 센서, 실외의 미세먼지의 농도를 검출하기 위한 미세먼지 검출 센서, 강우 상태를 검출하기 위한 레인 센서 및 실외의 풍속을 감지하기 위한 풍속 센서를 포함하고,
   실내환경 감지부에서 감지된 실내의 온도 및 이산화탄소 농도가 급격하게 증가하는 경우, 상기 제어부는 실내 온도 및 이산화탄소 농도의 급격한 증가를 사용자의 어플리케이션을 통해 사용자에게 통보하는 동시에 공공기관에 이를 신고하도록 동작되고,
   상기 제어부는 외부의 사용자의 단말에 설치된 어플리케이션과 통신을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고,
   상기 통신부는 상기 스마트 창호 시스템이 설치된 홈 네트워크에 연결되는 홈서버와 통신을 수행하고,
   상기 홈네트워크에는 복수의 가전장치가 홈서버에 의해 제어가능하게 연결되어 있고,
   상기 가전장치는 실내의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 장치, 실내의 습도를 조절하기 위한 습도 조절 장치, 실내의 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치를 포함하고,
   상기 제어부는 홈서버를 통해 상기 복수의 가전장치 중 하나 이상을 동작시키도록 구성는 한편,
   창틀의 하단부의 일측벽에는 창문을 횡방향으로 이송시기키 위한 이송수단이 설치되고, 창틀의 창문에 설치된 고정수단이 이송수단에 연결되어 이송수단이 동작함에 따라 창문이 개방 또는 폐쇄될 수 있도록 하되,
   창틀의 일측면에는 베이스가 부착되고,
   이송수단은 베이스에 회동구조로 배치되며 외경에 나선 이송홈이 형성된 이송봉과, 이송봉에 삽입되어 이송봉 상에 형성된 나선 이송홈과 결합되고, 이송봉의 회전 방향에 따라 나선 이송홈을 따라 좌측 또는 우측으로 이동되는 이동자와, 이동자에 그 일단부가 연결되고 그 타단부가 창문의 일부분에 고정되는 고정자를 포함하고,
   구동모터는 그 회전축 상에 고정된 회전기어를 포함하고, 회전기어는 이송봉의 회전축 중심에서 돌출되어 형성된 연결기어를 포함하는데, 회전기어와 연결기어가 서로 기어 결합됨에 따라 모터의 회전이 이송봉을 회전시키고 이송봉이 회전됨에 따라 이동자가 이송봉 상에서 이동하게 되어 창문이 좌측 또는 우측으로 이동하도록 구성된
   스마트 창호 시스템.
   
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