KR102330425B1 - 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템 - Google Patents

심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방 또는 난방 에너지가 공급되는 대상지의 실시간 온도와 예측 기상 정보를 확인한 후 예측 기상 정보에 따라 대상지에 필요한 에너지를 안정적으로 공급하되, 이때 예측 기상 정보에 따라 필요한 냉/난방 에너지 부하량을 산출하고 산출한 부하량을 충족하는 에너지를 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치를 통해 생성한 후 저장하고, 필요시 대상지로 전달함으로써 상대적으로 저렴한 가격의 심야 전기를 이용함으로써 냉/난방에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.

Description

심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템{Energy management system for cooling and heating devices using late-night power}
본 발명은 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방 또는 난방 에너지가 공급되는 대상지의 실시간 온도와 예측 기상 정보를 확인한 후 예측 기상 정보에 따라 대상지에 필요한 에너지를 안정적으로 공급하되, 이때 예측 기상 정보에 따라 필요한 냉/난방 에너지 부하량을 산출하고 산출한 부하량을 충족하는 에너지를 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치를 통해 생성한 후 저장하고, 필요시 대상지로 전달함으로써 상대적으로 저렴한 가격의 심야 전기를 이용함으로써 냉/난방에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 전기에너지를 사용하는 경향은 가전기기의 대량 보급과 더불어 24시간 전기를 사용하는 중공업보다는 주간 위주로 사용하는 경공업 중심으로 산업구조가 변화되고 있어 주간과 야간 및 심야의 시간대별 에너지 부하량의 격차가 심화되는 것으로 알려져 있다.
이러한 부하량의 격차를 줄이고 수요가 낮은 심야 시간대의 전기에너지를 활용하기 위하여 심야 시간대의 전기에너지는 주간 시간대의 전기에너지에 비해 상대적으로 저렴한 가격으로 공급되고 있다.
심야 전력을 이용한 냉/난방장치는 생산된 에너지를 축열기에 저장하였다가 주간 시간대에 저장된 에너지를 대상지로 공급하는 시스템으로, 하절기 피크억제와 기저부하 증대를 통한 부하율 향상을 목적으로 보급되고 있다. 부분축열의 경우 주간부하의 일부를 야간에 가동하여 축냉하기 때문에 냉동기의 용량을 줄일 수 있고, 극심한 부하변동에도 축열분으로 각 부하에 대처하는 능력이 뛰어나 쾌적한 냉방이 가능하며, 연간 냉방시간이 길거나 냉방용량이 큰 건물의 경우에 더욱 유리한 장점이 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 축열식 냉/난방장치는 외부의 온도변화 등의 다양한 조건에 관계없이 동작되어 에너지를 효율적으로 이용하지 못하는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1716616호(2017.03.08. 등록)가 있는데, 상기 종래기술은 ‘변온 축열 시스템에서의 냉난방 운전 제어 방법 및 이를 구현하는 변온 축열 시스템’에 관한 것이다.
상기 종래기술은 일몰 및 일출 시간을 측정하는 단계, 상기 일몰 및 일출 시간을 기반으로 시간별 축열 온도를 설정하는 단계, 현재 축열 온도와 상기 시간별 축열 온도를 비교하는 단계, 현재 축열 온도가 상기 시간별 축열 온도보다 미리 정해진 제1 기준치 이하이면, 축열 온도를 상승시키기 위하여 전력 장비들을 순차적으로 가동시키는 단계 및 현재 축열 온도가 상기 시간별 축열 온도보다 미리 정해진 제2 기준치 이상이 되면, 전력 장비들의 가동을 순차적으로 정지키시는 단계를 포함한다.
상기와 같이 이루어진 종래기술은 일몰 및 일출 시간을 기반으로 시간별 축열 온도를 설정하고, 설정된 축열 온도를 감지하여 전력 장비의 동작을 제어하도록 구성된 것으로, 외부 환경에 대응하여 축열 온도를 조절할 수 있어 유연한 대처가 가능한 장점이 있다.
그러나 상기 종래기술은 일몰 및 일출 시간을 기반으로 한 시간별 축열 온도만을 기준으로 하고, 축열조의 위치로부터 대상지까지의 거리에 따른 에너지의 손실 및 온도의 저하가 고려하지 않기 때문에 대상지로 전달된 에너지의 온도가 요청한 온도보다 낮은 상태로 전달되고 특히 축열조와 대상지의 거리가 먼 경우 이러한 온도 저하 현상은 심해지기 때문에 냉/난방 효율이 낮은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1716616호(2017.03.08. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1204771호(2012.11.20. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 대상지의 예측 기상 정보를 수집하고, 수집된 예측 기상 정보를 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온으로 유지하기 위해 소요되는 예상 냉/난방 부하량을 산출하여 산출된 값에 대응하는 에너지를 축열탱크로부터 대상지로 공급하되, 축열탱크와 대상지 사이의 거리에 따른 에너지손실량을 예측한 후 예측값에 따른 냉/난방장치의 가동 시간을 조절함으로써 냉/난방장치의 가동 부하를 줄일 수 있어 냉/난방에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 냉/난방장치에서 생성된 에너지를 임시 저장한 후 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지한 후 감지한 온도값이 충진 에너지 온도에 상응하는 경우 저장된 에너지를 축열탱크로 전달하여 축열탱크에 기 저장된 에너지와의 혼합시 열전도에 따른 에너지 손실을 최소화하는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 냉/난방장치에서 생성된 에너지가 저장되는 저장탱크에 저장된 에너지를 난방 또는 냉방하기 위한 수단이 구비되어 저장탱크에 장시간 보관시 발생하는 에너지의 손실을 최소화할 수 있는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉/난방이 제공되는 대상지의 시간대별 예측 기상 정보를 수집하는 정보수집부;
상기 정보수집부에서 수집한 시간대별 예측 기상 정보를 상기 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온(常溫, 20°±5℃)으로 유지하기 위해 소요되는 예상 냉/난방 부하량을 산출하는 부하량산출부;
상기 대상지로 전달할 냉/난방용 에너지가 저장된 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지의 온도를 파악하는 비축에너지 확인부;
상기 부하량산출부에서 산출된 예상 냉/난방 부하량과 상기 비축에너지 확인부에서 확인한 비축 에너지량 및 온도를 비교하여 축열탱크에 필요한 충진 에너지량 및 충진 에너지 온도를 확인하는 충진 에너지량 산정부;
상기 충진에너지량 산정부에서 산정된 에너지량에 따라 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치의 가동시간을 결정하는 냉/난방장치 가동부;
상기 냉/난방장치 가동부를 통해 동작하며 상기 냉/난방장치의 가동에 의해 생성된 에너지를 저장하고, 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하여 감지한 온도가 상기 충진 에너지량 산정부에서 요구하는 충진 에너지 온도에 상응하는 경우 저장된 에너지를 축열탱크로 전달하는 충진 에너지 온도 관리부;
상기 축열탱크에 저장된 에너지를 대상지로 전송하는 에너지 전송부;
상기 축열탱크에 저장된 에너지가 상기 대상지로 전달되는 과정에서 축열탱크와 대상지 사이의 거리 및 이동 시간에 따라 발생하는 손실량을 예측하는 손실량 예측부;
상기 손실량 예측부에서 예측된 손실값을 상기 냉/난방장치의 가동 시간으로 전환한 후 전환값을 상기 냉/난방장치 가동부로 전달하는 손실전환부;를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 손실량 예측부에는, 상기 축열탱크와 상기 대상지를 연결하는 에너지 전송라인에서 상호 이격된 위치에 배치되어 상기 대상지로 전달되는 에너지의 이동속도 및 온도를 감지하는 복수 개의 검침부와, 상기 복수 개의 검침부에서 확인한 검침값을 전달 받아 기 저장된 기준값과 대비하여 이송되는 에너지의 손실값을 산출하는 에너지 이송 확인부와, 상기 에너지 이송 확인부에서 산출한 에너지의 손실값이 기 저장된 기준값에 비해 초과하거나 미만인 경우 상기 에너지 이송라인의 점검 이벤트를 생성하는 이벤트 생성부를 포함한 것을 특징으로 한다.
이때 상기 이벤트 생성부는, 이벤트가 발생한 검침부를 기준으로 상기 축열탱크측으로 배치된 검침부에서 감지한 감지값을 순차적으로 확인하여, 상기 축열탱크와 근접한 검침부 중 최초 이상이 발생한 검침부를 확인하는 손실확인부가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 충진 에너지 온도 관리부는, 상기 냉/난방장치로부터 생성된 에너지를 전달 받아 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크에 저장되는 에너지의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 상기 저장탱크에 저장된 에너지의 배출을 제어하는 밸브를 포함하고, 상기 저장탱크에는, 인가된 전원 및 신호에 의해 동작하면서 저장된 에너지를 가열하기 위한 발열체 또는 저장된 에너지를 냉각시키기 위한 냉각체 중 어느 하나가 배치된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 대상지의 예측 기상 정보를 기상청으로부터 온라인으로 수집하고, 수집된 기상 정보를 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온으로 유지하기 위해 소요되는 에너지를 생성한 후 생성된 에너지를 대상지로 전달하되, 심야 전기를 이용하여 동작하는 냉/난방장치를 통해 축열탱크에 저장되는 에너지를 생성함으로써 비용을 절감하고 나아가 축열탱크와 대상지 사이의 거리에 따른 에너지 손실값을 예측하여 예측된 손실값을 상응하여 냉/난방장치의 가동 시간을 조절함으로써 심야 전기의 활용도를 극대화하여 냉/난방 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 냉/난방장치에서 생성된 에너지를 저장탱크에 임시 저장한 후 저장된 에너지의 온도가 축열탱크에 저장될 수 있는 온도일 때 이를 축열탱크로 공급함으로써 축열탱크에 기 저장된 에너지의 온도와 새롭게 생성된 에너지의 온도가 서로 달라 발생하는 열전도에 의한 에너지 손실을 최소화할 수 있어 냉/난방에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 냉/난방장치에서 생성된 에너지를 임시 저장하는 저장탱크에 발열체 또는 냉각체 중 어느 하나가 배치되어 저장탱크에 저장된 에너지의 온도를 유지하도록 하되, 상기 발열체 또는 냉각체도 심야 전기를 이용하도록 구성됨으로써 저장탱크의 온도 유지에 소요되는 비용을 절감하면서도 저장된 에너지의 보존이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템을 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템의 동작 상태를 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명을 구성하는 충진 에너지 온도 관리부를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명을 구성하는 손실량 예측부를 도시한 예시도.
이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.
먼저 본 발명에 따른 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉/난방이 제공되는 대상지의 시간대별 예측 기상 정보를 수집하는 정보수집부(10)와, 상기 정보수집부(10)에서 수집한 시간대별 예측 기상 정보를 상기 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온(常溫, 20°±5℃)로 유지하기 위해 소요되는 예상 냉/난방 부하량을 산출하는 부하량산출부(20)와, 상기 대상지로 전달할 냉/난방용 에너지가 저장된 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지의 온도를 파악하는 비축에너지 확인부(30)와, 상기 부하량산출부(20)에서 산출된 예상 냉/난방 부하량과 상기 비축에너지 확인부(30)에서 확인한 비축 에너지량 및 온도를 비교하여 축열탱크에 필요한 충진 에너지량 및 충진 에너지 온도를 확인하는 충진 에너지량 산정부(40)와, 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 산정된 에너지량에 따라 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치의 가동시간을 결정하는 냉/난방장치 가동부(50)와, 상기 냉/난방장치 가동부(50)를 통해 동작하며 상기 냉/난방장치의 가동에 의해 생성된 에너지를 저장하고, 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하여 감지한 온도가 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 요구하는 충진 에너지 온도에 상응하는 경우 저장된 에너지를 축열탱크로 전달하는 충진 에너지 온도 관리부(60)와, 상기 축열탱크에 저장된 에너지를 대상지로 전송하는 에너지 전송부(70)와, 상기 축열탱크에 저장된 에너지가 상기 대상지로 전달되는 과정에서 축열탱크와 대상지 사이의 거리 및 이동 시간에 따라 발생하는 손실량을 예측하는 손실량 예측부(80) 및 상기 손실량 예측부(80)에서 예측된 손실값을 상기 냉/난방장치의 가동 시간으로 전환한 후 전환값을 상기 냉/난방장치 가동부(50)로 전달하는 손실전환부(90)를 포함한다.
이를 상세히 살펴보면, 먼저 상기 정보수집부(10)는 냉/난방이 제공되는 대상지의 시간대별 예측 기상 정보를 수집하는 것으로, 이러한 정보수집부(10)는 대상지에 대한 기상 정보를 제공하는 기상청을 통해 수집하도록 구성된다.
즉, 상기 정보수집부(10)는 유선 또는 무선 통신이 가능한 통신모듈과 상기 통신모듈의 동작을 제어하고 통신모듈로부터 수집된 기상 정보를 취합하는 제어모듈을 포함한다.
한편 상기 정보수집부(10)를 통해 수집되는 시간대별 예측 기상 정보는 기 입력된 대상지의 위치에 대응하는 시간대별 온도, 습도를 수집하며, 이때 시간대별 분류는 24시간을 기준으로 하여 1시간 단위별로 온도, 습도를 수집하며 설정에 따라 평일, 휴일, 휴일전일, 휴일후일, 토요일 등으로 분류하여 설정할 수 있고, 하절기와 동절기에는 특히 일몰과 일출시에는 온도가 급격하게 변화하기 때문에 이를 고려한 보정값이 적용되고, 또한 산악지방, 해안과 인접한 지역과 같이 지형적인 특성에 의한 온도 변화를 고려한 보정값이 적용된다.
여기서 적용되는 보정값이란 하절기 또는 동절기에는 기상청에서 수집된 정보에 ±1℃를 추가하는 것으로, 일예로 하절기 일출시 온도가 18℃일 경우 17~19℃로 보정하고, 산악지방에서 하절기의 경우 지형적인 특성을 고려하여 ±2℃를 적용하여 보정한다.
상기 부하량산출부(20)는 상기 정보수집부(10)에서 수집한 대상지의 시간대별 예측 기상 정보를 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온(常溫, 20°±5℃)으로 유지하기 위해 소요되는 예상 냉/난방 부하량을 산출하는 것이다.
즉, 상기 부하량산출부(20)는 대상지의 온도를 상온으로 유지하기 위해 필요한 냉/난방 부하량을 산출하되, 이때 냉/난방 부하량을 산출하는데 필요한 정보로서 대상지의 현재 온도와 상기 정보수집부(10)에서 수집한 대상지의 예측 기상 정보를 이용한다.
여기서 상기 부하량산출부(20)에서는 대상지의 현재 온도를 실시간으로 확인하기 위한 온도감지부(21)가 더 구비되는데, 상기 온도감지부(21)는 대상지에 배치된 온도계 또는 온도센서와 유선 또는 무선 또는 이들의 조합으로 이루어진 통신망을 통해 정보를 전달 받는다. 이러한 온도감지부(21)의 구조 및 동작관계와 상기 온도계 및 온도센서의 구조, 그리고 이들을 연결하는 통신망은 공지의 것이므로 상세한 도시 및 설명은 생략하도록 한다.
한편 상기 부하량산출부(20)에서 대상지의 온도는 지형적인 특성 또는 대상지의 특성에 따라 다양하게 변경 가능한 것으로, 상술한 상온을 유지하는 것에 한정되지 않음은 물론이다.
상기 비축에너지 확인부(30)는, 상기 대상지로 전달할 냉/난방용 에너지가 저장된 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지의 온도를 파악하는 것으로, 여기서 축열탱크는 후술하는 심야전기를 이용하여 동작하는 냉/난방장치를 통해 생성된 에너지가 저장되는 것이다.
이러한 축열탱크의 구조는 대한민국 공개특허 제10-2018-0096064호(2018.08.29. 공개)에 공개된 것과 같이 공지의 것이므로 상세한 도시 및 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에서 상기 비축에너지 확인부(30)는 상기 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지의 온도를 실시간으로 감지하며 이를 위해 축열탱크 내부 또는 외부 또는 이들 모두에 다수 개의 계량수단 및 센서를 포함하여 구성된다.
한편 상기 비축에너지 확인부(30)에는 축열탱크에 저장된 에너지량이 일정량 이하 또는 일정량 초과하는 경우 또는 축열탱크에 저장된 에너지의 온도가 소정 온도 이상일 때 외부로 조명 또는 소리를 통해 이를 안내하는 알람수단이 더 구비될 수 있고 나아가 이상 상태 발생시 상기 축열탱크를 제어하는 관리서버 또는 중앙관리부서 및 기 저장된 관리자의 단말기로 이상 상태 발생을 텍스트로 전송할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이를 위한 통신칩, 관리자 단말기의 정보가 저장되는 데이터베이스, 상기 데이터베이스에 저장된 정보를 호출하는 명령어를 포함한 제어프로그램이 설치된 제어칩이 구비될 수 있다.
상기 충진 에너지량 산정부(40)는, 상기 부하량산출부(20)에서 산출된 예상 냉/난방 부하량과 상기 비축에너지 확인부(30)에서 확인한 비축 에너지량 및 온도를 비교하여 축열탱크에 필요한 충진 에너지량 및 충진 에너지 온도를 확인하는 것으로, 대상지를 상온으로 유지하기 위해 필요한 충진 에너지를 산정하는 것이다.
즉, 상기 부하량산출부(20)를 통해 산출된 대상지를 상온으로 유지하기 위해 필요한 예상 냉/난방 부하량과 상기 비축에너지 확인부(30)에서 확인한 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지 온도를 대비한 후 필요한 충진 에너지량을 산정한다.
이를 위해 상기 충진 에너지량 산정부(40)는 예상 냉/난방 부하량과 비축 에너지량 및 온도 정보를 각각 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통해 수신한 각각의 값을 비교 연산하여 필요한 충진 에너지를 산정하는 연산부를 포함한다.
이때 대상지를 상온으로 유지하기 위해 필요한 예상 냉/난방 부하량에 비해 축열탱크에 저장된 에너지량이 많고 에너지의 온도가 충족한 경우에는 상기 연산부에서 필요한 충진 에너지를 ‘0’으로 산정하여 출력함으로써 동작 오류를 방지한다.
상기 냉/난방장치 가동부(50)는 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 산정된 산정값을 전달 받아 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치의 가동시간을 결정하고, 결정된 가동시간 동안 냉/난방장치를 가동하는 것이다.
이를 위한 냉/난방장치 가동부(50)는 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 산정된 산정값을 전달 받는 수신부와, 수신한 수신값에 대응하는 냉/난방장치의 가동시간을 결정하는 연산부를 포함하고, 이러한 수신부와 연산부의 구조는 공지의 제어프로그램과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편 본 발명에서 상기 냉/난방장치 가동부(50)는 냉/난방장치의 가동 시간이 심야 전력을 사용할 수 있는 시간으로 제한되는 것이 바람직하며, 이를 위해 심야 전력이 사용 가능한 시간대가 상기 연산부에 기 저장되고, 상기 연산부에서는 냉/난방장치를 가동하는 시간을 결정할 때 심야 전력의 사용이 불가능한 주간 시간대의 경우 냉/난방장치의 가동을 정지시킨다.
상기 충진 에너지 온도 관리부(60)는 상기 냉/난방장치 가동부(50)를 통해 동작하며 상기 냉/난방장치의 가동에 의해 생성된 에너지를 저장하고, 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하여 감지한 온도가 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 요구하는 충진 에너지 온도에 상응하는 경우 저장된 에너지를 축열탱크로 전달한다.
즉, 상기 충진 에너지 온도 관리부(60)는 냉/난방장치가 가동이 시작되는 단계에서 생성되는 에너지의 온도는 축열탱크에 저장된 에너지의 온도에 비해 상대적으로 낮거나 높을 수 밖에 없는데, 이러한 에너지를 축열탱크로 바로 전달하면 축열탱크에 저장된 에너지와 혼합되면서 혼합되는 에너지가 열전도에 의해 온도 변화가 발생할 수 밖에 없고 이는 냉/난방장치의 가동 시간을 증가시키는 주요한 원인이 되어 가동 비용이 상승하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 충진 에너지 온도 관리부(60)를 통해 냉/난방장치에서 생성된 에너지를 임시 저장한 후 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하여 저장된 에너지의 온도가 축열탱크에 저장된 에너지의 온도에 상응할 때 이를 축열탱크로 전송하여 열전도에 따른 손실을 최소화한다.
이를 위한 충진 에너지 온도 관리부(60)는, 상기 냉/난방장치로부터 생성된 에너지를 전달 받아 저장하는 저장탱크(61)와, 상기 저장탱크(61)에 저장되는 에너지의 온도를 감지하는 온도감지센서(62)와, 상기 저장탱크(61)에 저장된 에너지의 배출을 제어하는 밸브(63)를 포함하고, 상기 저장탱크(61)에는, 인가된 전원 및 신호에 의해 동작하면서 저장된 에너지를 가열하기 위한 발열체 또는 저장된 에너지를 냉각시키기 위한 냉각체 중 어느 하나가 배치된다.
상기 저장탱크(61)는 냉/난방장치에서 생성된 에너지를 임시 저장하는 것으로, 에너지의 인입 및 배출이 가능하고 내부에 인입된 에너지를 저장할 수 있는 공간이 형성된다.
상기 온도감지센서(62)는 상기 저장탱크(61)에 배치되어 저장탱크에 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하는 것으로, 바람직하게는 상기 저장탱크에 다수 개가 상호 이격된 위치에 배치된다.
상기 밸브(63)는 상기 저장탱크(61)에 배치되거나 상기 저장탱크와 축열탱크를 연결하는 이송라인에 배치되어 저장탱크에 저장된 에너지의 이동을 제어한다.
여기서 밸브(63)의 동작 제어는 상기 온도감지센서(62)를 통해 감지한 저장탱크의 에너지 온도에 따라 결정되는 것으로, 이러한 밸브(63)의 동작 제어에 대한 구조 및 이를 위한 제어부의 구성은 공지의 것이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편 상기 저장탱크(61)에는 인입된 에너지의 온도를 보존하거나 인입된 에너지의 온도를 조절하기 위한 발열체 또는 냉각체 중 어느 하나가 배치될 수 있는데, 이러한 발열체 또는 냉각체는 심야 전력을 이용하여 동작하는 히터 또는 냉각휀일 수 있다.
상기와 같이 이루어진 발열체 또는 냉각체는 저장탱크(61)에 배치되어 인입된 에너지의 온도를 단시간에 조절함으로써 축열탱크로의 전달 시간을 단축할 수 있고, 이때 사용하는 전력 역시 심야 전력을 이용하도록 구성되어 가동에 소요되는 비용의 상승을 최소화한다.
상기와 같이 이루어진 충진 에너지 온도 관리부(60)는 냉/난방장치로부터 생성된 에너지를 저장함과 동시에 저장된 에너지의 온도를 조절하여 축열탱크로 신속하게 공급함으로써 축열탱크에 저장하는 에너지의 생산에 소요되는 시간을 단축할 수 있고 이때 사용하는 전력도 심야 전력을 사용하기 때문에 저렴한 비용으로 고효율의 에너지를 축열탱크에 저장할 수 있다.
상기 에너지 전송부(70)는 상기 축열탱크에 저장된 에너지를 대상지로 전송하기 위한 것으로, 이러한 에너지 전송부(70)는 에너지가 이동하는 에너지 전송라인과 상기 에너지 전송라인를 통해 에너지를 이동시키는 구동수단을 포함한다.
이러한 에너지 전송부(70)의 구성은 축열탱크와 대상지의 거리 및 이송하는 에너지양 또는 대상지의 지형적인 형태에 따라 다양한 변형이 가능하며, 상기 구동수단은 에너지를 전송하는데 사용하는 터빈 등과 같은 공지의 장비로 구성된다.
상기 손실량 예측부(80)는 상기 축열탱크에 저장된 에너지가 상기 대상지로 전달되는 과정에서 축열탱크와 대상지 사이의 거리 및 이동 시간에 따라 발생하는 손실량을 예측하는 것이다.
이러한 손실량 예측부(80)는 축열탱크와 대상지의 거리 정보에 축열탱크에서 출발하는 에너지의 에너지량 및 에너지 온도와 대상지에 도착하는 에너지량 및 에너지 온도를 통해 에너지 전송라인을 통해 이동하는 과정에서 손실되는 에너지량 및 온도를 산출한 후 산출된 값을 손실전환부(90)로 전달한다.
이때 상기 손실량 예측부(80)는 에너지 전송라인의 이상 유무를 감지하여 필요한 후속조치가 이루어지도록 하는데, 이를 위해 상기 손실량 예측부(80)는, 상기 축열탱크와 상기 대상지를 연결하는 에너지 전송라인에서 상호 이격된 위치에 배치되어 상기 대상지로 전달되는 에너지의 이동속도 및 온도를 감지하는 복수 개의 검침부(81)와, 상기 복수 개의 검침부(81)에서 확인한 검침값을 전달 받아 기 저장된 기준값과 대비하여 이송되는 에너지의 손실값을 산출하는 에너지 이송 확인부(82)와, 상기 에너지 이송 확인부(82)에서 산출한 에너지의 손실값이 기 저장된 기준값에 비해 초과하거나 미만인 경우 상기 에너지 이송라인의 점검 이벤트를 생성하는 이벤트 생성부(83)를 포함한다.
상기 검침부(81)는 축열탱크와 대상지를 연결하는 에너지 전송라인에서 다수 개가 상호 이격된 위치에 배치되어 각각이 배치된 위치에서 이동하는 에너지의 이동속도 및 온도를 감지한다.
이를 위해 검침부(81)는 에너지의 이동속도를 감지하기 위한 유량계 및 온도를 감지하기 위한 온도감지센서가 복합된 형태로 이루어지거나 각각이 별도로 구성된 후 에너지 전송라인에 배치된다.
그리고 배치된 검침부(81)는 각각이 고유식별번호 또는 고유식별정보를 가진 것으로, 이는 각각의 검침부(81)에서 감지한 감지값이 고유식별번호와 함께 에너지 이송 확인부(82)로 전달된다.
상기 에너지 이송 확인부(82)는 검침부(81)로부터 전송된 검침값을 전달 받아 기 저장된 기준값과 대비하는 것으로, 축열탱크로부터 대상지까지의 거리 정보 및 상기 거리 정보에 따른 에너지의 정상 이동 속도가 저장되고, 상기 에너지 전송부(70)로부터 전송하는 에너지의 온도 정보를 전달 받는다.
이러한 에너지 이송 확인부(82)는 검침부(81)의 검침값을 기 저장된 거리 정보 및 에너지 정상 이동 속도에 대비하여 검침값의 정상 유무를 판단하고, 에너지 전송부(70)로부터 전달 받은 에너지의 온도 정보를 검침값에 포함된 에너지 온도와 대비한다.
상기 이벤트 생성부(83)는 에너지 이송 확인부(82)에서 대비한 결과값을 전달 받고, 전달 받은 결과값이 기 저장된 기준값을 초과하거나 미만인 경우 상기 에너지 이송 라인의 점검 이벤트를 생성한다.
여기서 결과값이 기 저장된 기준값을 초과하는 경우는 이동하는 에너지의 온도가 에너지 전송부로부터 전달 받은 온도에 비해 높은 것을 의미하고, 반대로 결과값이 기 저장된 기준값에 미만인 경우 에너지 전송부로부터 전달 받은 온도에 비해 소정 범위 이하인 것을 의미한다.
즉, 에너지 전송부로부터 전달 받은 온도에 비해 높은 온도가 확인되는 것은 에너지 전송라인 중 일부가 막힘으로써 이동하는 에너지의 흐름이 제한되어 에너지 전송라인을 가열함으로써 온도가 상승하는 오류가 발생한 것으로 판단하고, 반대로 에너지 전송부로부터 전달 받은 온도에 비해 낮은 온도가 확인되는 것은 일반적인 경우이나 소정 범위를 벗어나는 것은 에너지 전송라인에서 에너지가 외부로 유실되는 것으로 판단한다. 이때 상기의 소정 범위는 에너지 전송부(70)로부터 전달 받은 에너지 온도에 비해 - 10℃ 이하인 것을 일실시예로 하나 이는 전송하는 에너지량에 따라 조절될 수 있다.
상기의 오류 발생시 이벤트 생성부(83)는 이를 에너지 전송라인의 오류로 확인하여 필요한 후속조치가 이루어지도록 하는데, 이때 이벤트가 발생한 검침부(81)를 기준으로 상기 축열탱크측으로 배치된 검침부(81)에서 감지한 감지값을 순차적으로 확인하여, 상기 축열탱크와 근접한 검침부(81) 중 최초 이상이 발생한 검침부(81)를 확인하는 손실확인부(84)가 구비된다.
즉, 오류가 발생한 검침부(81)로부터 축열탱크측으로 순차적으로 검침부를 확인하여 오류가 발생한 지점을 한정함으로써 신속한 후속조치가 이루어지도록 한다.
상기 손실전환부(90)는 상기 손실량 예측부(80)에서 예측된 손실값을 상기 냉/난방장치의 가동 시간으로 전환한 후 전환값을 상기 냉/난방장치 가동부(50)로 전달하는 것으로, 이러한 손실전환부(90)는 손실량 예측부에서 산출한 에너지 손실량을 냉/난방장치의 가동시간으로 변환하고 이를 냉/난방장치 가동부(50)로 전송하여 손실된 에너지를 보충한다.
상기 손실전환부(90)를 통해 심야 전력을 통해 가동하는 냉/난방장치의 가동 시간을 조절함으로써 손실되는 에너지를 보충함은 물론 이에 필요한 에너지 생성에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템
10 : 정보수집부
20 : 부하량산출부
30 : 비축에너지 확인부
40 : 충진 에너지량 산정부
50 : 냉/난방장치 가동부
60 : 충진 에너지 온도 관리부
61 : 저장탱크 62 : 온도감지센서
63 : 밸브
70 : 에너지 전송부
80 : 손실량 예측부
81 : 검침부 82 : 에너지 이송 확인부
83 : 이벤트 생성부 84 : 손실확인부
90 : 손실전환부

Claims (4)

  1. 냉/난방이 제공되는 대상지의 시간대별 예측 기상 정보를 수집하는 정보수집부(10);
    상기 정보수집부(10)에서 수집한 시간대별 예측 기상 정보를 상기 대상지의 현재 온도와 비교하여 대상지의 온도를 상온(常溫, 20°±5℃)으로 유지하기 위해 소요되는 예상 냉/난방 부하량을 산출하는 부하량산출부(20);
    상기 대상지로 전달할 냉/난방용 에너지가 저장된 축열탱크에 저장된 에너지량 및 에너지의 온도를 파악하는 비축에너지 확인부(30);
    상기 부하량산출부(20)에서 산출된 예상 냉/난방 부하량과 상기 비축에너지 확인부(30)에서 확인한 비축 에너지량 및 온도를 비교하여 축열탱크에 필요한 충진 에너지량 및 충진 에너지 온도를 확인하는 충진 에너지량 산정부(40);
    상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 산정된 에너지량에 따라 심야 전력을 이용하여 동작하는 냉/난방장치의 가동시간을 결정하는 냉/난방장치 가동부(50);
    상기 냉/난방장치 가동부(50)를 통해 동작하며 상기 냉/난방장치의 가동에 의해 생성된 에너지를 저장하고, 저장된 에너지의 온도를 실시간으로 감지하여 감지한 온도가 상기 충진 에너지량 산정부(40)에서 요구하는 충진 에너지 온도에 상응하는 경우 저장된 에너지를 축열탱크로 전달하는 충진 에너지 온도 관리부(60);
    상기 축열탱크에 저장된 에너지를 대상지로 전송하는 에너지 전송부(70);
    상기 축열탱크에 저장된 에너지가 상기 대상지로 전달되는 과정에서 축열탱크와 대상지 사이의 거리 및 이동 시간에 따라 발생하는 손실량을 예측하는 손실량 예측부(80);
    상기 손실량 예측부(80)에서 예측된 손실값을 상기 냉/난방장치의 가동 시간으로 전환한 후 전환값을 상기 냉/난방장치 가동부(50)로 전달하는 손실전환부(90);를 포함한 것을 특징으로 하되,
    상기 손실량 예측부(80)에는,
    상기 축열탱크와 상기 대상지를 연결하는 에너지 전송라인에서 상호 이격된 위치에 배치되어 상기 대상지로 전달되는 에너지의 이동속도 및 온도를 감지하는 복수 개의 검침부(81)와,
    상기 복수 개의 검침부(81)에서 확인한 검침값을 전달 받아 기 저장된 기준값과 대비하여 이송되는 에너지의 손실값을 산출하는 에너지 이송 확인부(82)와,
    상기 에너지 이송 확인부(82)에서 산출한 에너지의 손실값이 기 저장된 기준값을 초과하거나 미만인 경우 상기 에너지 전송라인의 점검 이벤트를 생성하는 이벤트 생성부(83)를 포함한 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이벤트 생성부(83)는,
    이벤트가 발생한 검침부(81)를 기준으로 상기 축열탱크측으로 배치된 검침부(81)에서 감지한 감지값을 순차적으로 확인하여, 상기 축열탱크와 근접한 검침부(81) 중 최초 이상이 발생한 검침부(81)를 확인하는 손실확인부(84)가 구비된 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 충진 에너지 온도 관리부(60)는,
    상기 냉/난방장치로부터 생성된 에너지를 전달 받아 저장하는 저장탱크(61)와,
    상기 저장탱크(61)에 저장되는 에너지의 온도를 감지하는 온도감지센서(62)와,
    상기 저장탱크(61)에 저장된 에너지의 배출을 제어하는 밸브(63)를 포함하고,
    상기 저장탱크(61)에는,
    인가된 전원 및 신호에 의해 동작하면서 저장된 에너지를 가열하기 위한 발열체 또는 저장된 에너지를 냉각시키기 위한 냉각체 중 어느 하나가 배치된 것을 특징으로 하는 심야 전력을 이용한 냉난방장치의 에너지 관리 시스템.
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