KR102371460B1 - 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템과 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시스템은 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 온도 센서부, 냉난방기기가 설치된 가정의 전력 사용량을 측정하는 계량부, 측정된 실내 온도를 기초로 상기 냉난방기기의 동작 상태를 판단하는 판단부, 냉난방기기가 동작 상태로 판단된 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 대응하여 저장하는 데이터베이스, 그리고 데이터베이스에 저장된 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터를 이용하여 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정하는 추정부를 포함한다.

Description

냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템과 그 방법{Estimation System And Method For Energy Consumption And Reduction of Heating And Cooling Devices}

본 발명은 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 가정에 설치된 온도 센서와 계량기 정보만으로 냉난방기기의 에너지 사용량 및 절감량을 추정할 수 있는 시스템과 방법에 관한 것이다.

가정을 대상으로 전력 수요 관리 서비스를 가능하게 하려면 냉난방기기의 설정 온도 및 동작 모드에 따라 변화하는 에너지 사용량을 확인하고 이를 기초로 수요반응 참여시 에너지 절감량을 객관적이고 정확하게 예측할 수 있어야 한다.

그런데 각 가정에 설치되는 냉난방기기는 그 종류나 효율 등이 매우 다양하다. 예컨대 각 가정마다 설치된 에어컨은 종류와 이에 따른 효율이 천차만별이고 난방기기 역시 사용자의 운용 방식에 따라 효율이 달라진다.

물론 각 냉난방기기별로 계량기를 장착하여, 냉난방기기의 설정 온도를 조정해가면서 전력 사용량을 측정하면, 각 냉난방기기의 에너지 사용량을 데이터화할 수 있다. 그러나 각 냉난방기기별로 계량기를 장착하는 것은 비용면에서 현실적이지 못하다.

따라서 가정을 대상으로 한 수요반응 비즈니스 모델을 성공적으로 도입하기 위해서 각 가정에 설치된 냉난방기기의 에너지 사용량을 적은 예산으로 측정하고,데이터베이스화하여 예측 가능한 감축량을 산정해낼 수 있는 방법이 제시되어야 한다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 각 가정에 설치된 온도 센서와 계량기 정보만으로 냉난방기기의 에너지 사용량 및 절감량을 추정할 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템은 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 온도 센서부, 상기 냉난방기기가 설치된 가정의 전력 사용량을 측정하는 계량부, 상기 측정된 실내 온도를 기초로 상기 냉난방기기의 동작 상태를 판단하는 판단부, 상기 냉난방기기가 동작 상태로 판단된 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 대응하여 저장하는 데이터베이스, 그리고 상기 데이터베이스에 저장된 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터를 이용하여 상기 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정하는 추정부를 포함한다.

상기 판단부는, 실내 온도 변화량이 제1 기준 이상이고, 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 실내 온도 변화량이 제2 기준 이상이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단된 후, 실내 온도 변화 방향이 반전되고, 상기 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상이며, 상기 가정의 전력 사용량이 미리 정해진 기준 이하로 감소되면, 상기 냉난방기기의 동작이 종료된 것으로 판단할 수 있다.

상기 시스템은, 기상 서버로부터 외기 온도를 포함하는 일기 예보 데이터를 제공받는 통신부, 그리고 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단된 시점부터 종료된 것으로 판단된 시점까지, 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 외기 온도와 함께 상기 데이터베이스에 저장하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 추정부는, 수요 반응 이벤트 발생 시, 실내 온도와 외기 온도 정보를 기초로 상기 냉난방기기를 목표 실내 온도로 운용할 때의 에너지 절감량을 추정할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법은, 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 단계, 상기 냉난방기기가 설치된 가정의 전력 사용량을 측정하는 단계, 상기 측정된 실내 온도를 기초로 상기 냉난방기기가 동작 상태로 판단되는 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 데이터베이스에 대응하여 저장하는 단계, 그리고 상기 데이터베이스에 저장된 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터를 이용하여 상기 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면 정에 설치된 온도 센서와 계량기 정보만으로 냉난방기기의 에너지 사용량 및 절감량을 객관적으로 추정할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 동작 개시를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 동작 종료를 판단하는 방법의 흐름도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템은 온도 센서부(110), 계량부(120), 데이터베이스(130), 제어부(140), 판단부(150), 추정부(160) 및 통신부(170)를 포함할 수 있다.

온도 센서부(110)는 에어콘, 라디에이터 등과 같이 전력을 이용하여 동작하는 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 기능을 수행한다. 온도 센서부(110)는 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다. 냉난방기기가 설치된 장소가 넓은 경우에 복수 개의 온도 센서에서 측정된 온도의 평균값을 해당 장소의 실내 온도로 이용할 수 있다.

계량부(120)는 냉난방기기가 설치된 가정의 댁내에 설치되어 해당 가정의 전력 사용량을 계량하는 기능을 수행한다. 특히 본 발명에 따른 계량부(120)는 일정 시간 단위(예컨대 15분 단위)로 전력 사용량을 누적 계량할 수 있는 스마트 미터 등으로 구현될 수 있다.

데이터베이스(130)는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 동작과 관련된 각종 데이터 및 정보를 저장한다. 구체적으로 데이터베이스(130)는 냉난방기기가 동작 상태로 판단된 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 대응하여 저장할 수 있다. 그리고 데이터베이스(130)는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 대응하여 저장할 때 외기 온도도 함께 저장할 수 있다.

제어부(140)는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 전체적인 동작을 제어한다. 구체적으로 제어부(140)는 판단부(150)에서 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단된 시점부터 종료된 것으로 판단된 시점까지의 구간 동안 일정 시간 단위로 온도 센서부(110)에서 측정되는 실내 온도의 변화량과 계량부(120)에서 측정되는 전력 사용량을 외기 온도와 함께 데이터베이스(130)에 저장시킬 수 있다.

통신부(170)는 기상청에서 운영하거나 민간 기상 서비스 제공사 등에서 운영하는 기상 서버(도시하지 않음)로부터 외기 온도에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 물론 해당 가정의 실외에 온도 센서를 별도로 설치하고, 실외에 설치된 온도 센서로부터 외기 온도를 제공받을 수도 있다.

판단부(150)는 온도 센서부(110)에서 측정되는 실내 온도를 기초로 냉난방기기의 동작 상태를 판단할 수 있다. 판단부(150)에서 냉난방기기의 동작 상태를 판단하는 구체적 방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

추정부(160)는 데이터베이스(130)에 저장된 실내 온도 변화량, 전력 사용량 및 외기 온도에 대한 데이터를 이용하여 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정할 수 있다. 예를 들어 현재 실내 온도 25℃이고, 외기 온도가 35℃인 상황에서, 해당 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 목표 실내 온도가 27℃인 경우의 에너지 절감량을 추정하려면, 먼저 과거에 외기 온도 35℃에서 실내 온도 변화량이 2℃일 때의 전력 사용량에 대한 데이터를 데이터베이스(130)에서 확인하고 이를 기초로 에너지 절감량을 추정할 수 있다. 물론 대응되는 외기 온도, 실내 온도 변화량에 대한 전력 사용량 정보가 없는 경우에는 가장 유사한 데이터를 이용하여 에너지 절감량을 추정할 수 있다. 그리고 여기서 설명한 방법 외에도 다양한 방법으로 축적된 데이터를 처리하여 에너지 절감량을 추정할 수도 있다.

데이터베이스(130)에 저장되는 데이터는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템을 운영하면서 계속 축적되므로, 에너지 절감량에 대한 추정 정확도는 지속적으로 높아질 수 있다. 그리고 동일한 외기 온도에 대한 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터가 복수 개 있는 경우, 그 평균값을 이용하거나, 가장 빈도가 높은 값을 대표값으로 이용하는 것도 가능하다. 물론 그 외 다른 방법으로 동일한 외기 온도에 대한 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터가 복수 개 있는 경우에 대한 데이터를 처리할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 동작 개시를 판단하는 방법의 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방기기 동작 종료를 판단하는 방법의 흐름도이다.

도 2를 참고하면, 먼저 온도 센서부(110)는 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하고, 계량부(120)는 냉난방기기가 설치된 가정의 댁내에 설치되어 해당 가정의 전력 사용량을 계량할 수 있다(S210). 단계(S210)는 이하에서 설명하는 다른 단계들과 동시 또는 전후하여 계속적으로 이루어질 수 있다.

한편 판단부(150)는 온도 센서부(110)에서 측정된 실내 온도를 기초로 냉난방기기의 동작 개시를 판단할 수 있다(S220).

단계(S220)에 대해서 도 3을 참고하여 구체적으로 설명한다.

도 3을 참고하면, 판단부(150)는 단계(S210)에서 측정되는 실내 온도 변화량이 제1 기준 이상인지 모니터링 한다(S310). 예를 들어 제1 기준이 15분당 ±0.5℃라고 가정하면, 판단부(150)는 실내 온도 변화량이 15분 기준으로 ±0.5℃ 이상인지 모니터링할 수 있다.

실내 온도 변화량이 제1 기준 이상이면(S310-Y), 판단부(150)는 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대인지 확인 한다(S320). 예를 들어 실내 온도는 떨어지고 있는데 외기 온도는 올라가고 있으면, 단계(S320)에서 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대인 것으로 판단할 수 있다. 물론 반대로 실내 온도는 올라가고 있는데 외기 온도는 떨어지고 있어도 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대인 것으로 판단할 수 있다.

만일 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대이면(S320-Y), 판단부(150)는 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단할 수 있다(S330). 즉 실내 온도 변화량이 일정 기준 이상이면서 외기 온도와 변화 방향이 다르면, 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단할 수 있다.

한편 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대가 아니더라도(S320-N), 실내 온도 변화량이 제2 기준 이상이면(S340-Y), 판단부(150)는 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단할 수 있다(S330). 예를 들어 제2 기준이 15분당 ±2℃라고 가정하면, 판단부(150)는 실내 온도 변화량이 15분 기준으로 ±2℃ 이상이면, 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향이 동일하더라도, 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단할 수 있다.

다시 도 2를 참고하면, 판단부(150)에서 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단하면(S220-Y), 제어부(140)는 일정 시간 단위로 온도 센서부(110)에서 측정되는 실내 온도의 변화량과 계량부(120)에서 측정되는 전력 사용량을 외기 온도와 함께 데이터베이스(130)에 저장시킨다(S230).

단계(S230)는 판단부(150)에서 냉난방기기의 동작이 종료한 것으로 판단할 때까지 반복될 수 있다.

판단부(150)는 온도 센서부(110)에서 측정되는 실내 온도를 기초로 냉난방기기의 동작 종료를 판단할 수 있다(S240).

도 4를 참고하면, 판단부(150)는 단계(S220)에서 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단된 후, 실내 온도 변화 방향이 반전되는지 모니터링할 수 있다(S410).

단계(S410)에서 실내 온도 변화 방향이 반전되면(S410-Y), 판단부(150)는 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상인지 모니터링한다(S420). 냉난방기기가 동작하다가 가동이 중단되면, 실내 온도가 냉방 시에는 떨어지다가 다시 올라가고, 난방 시에는 올라가다가 다시 떨어지게 된다. 다만 목표 온도에 도달한 상태에서 실내 온도가 일정 범위 내에서 움직이는 것을 제외하기 위해, 제3 기준에 해당하는 온도를 미리 설정해놓을 수 있다. 예컨대 제3 기준은 15분 기준으로 ±2℃ 이상으로 설정할 수 있다.

실내 온도 변화 방향이 반전되고(S410-Y), 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상이면(S420-Y), 실시예에 따라 판단부(150)가 바로 냉난방기기 동작이 종료된 것으로 판단하도록 구현할 수 있다(S440).

또는 냉난방기기의 동작 종료를 보다 정확하게 판단하기 위해서, 실내 온도 변화 방향이 반전되고(S410-Y), 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상이면서(S420-Y), 전력 사용량이 기준 이하로 감소하면(S430-Y), 판단부(150)가 냉난방기기 동작이 종료된 것으로 판단하도록 구현할 수도 있다(S440).

다시 도 2를 참고하면, 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템은 단계(S210) 내지 단계(S240)를 반복하면서, 냉난방기기의 전력 사용량을 실내온도 변화량 및 외기 온도와 함께 대응하여 데이터베이스(130)에 계속적으로 저장한다.

이와 같이 데이터베이스(130)에 구축된 데이터를 이용하여 추정부(160)는 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정할 수 있다.

본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 앞서 설명한 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 온도 센서부,
   상기 냉난방기기가 설치된 가정의 전력 사용량을 측정하는 계량부,
   상기 측정된 실내 온도를 기초로 상기 냉난방기기의 동작 상태를 판단하는 판단부,
   상기 냉난방기기가 동작 상태로 판단된 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 대응하여 저장하는 데이터베이스, 그리고
   상기 데이터베이스에 저장된 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터를 이용하여 상기 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정하는 추정부를 포함하고,
   상기 판단부는, 실내 온도 변화량이 제1 기준 이상이고, 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템.
3. 제 2 항에서,
   상기 판단부는,
   실내 온도 변화량이 제2 기준 이상이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템.
4. 제 3 항에서,
   상기 판단부는,
   상기 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단된 후, 실내 온도 변화 방향이 반전되고, 상기 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상이며, 상기 가정의 전력 사용량이 미리 정해진 기준 이하로 감소되면, 상기 냉난방기기의 동작이 종료된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템.
5. 제 4 항에서,
   기상 서버로부터 외기 온도를 포함하는 일기 예보 데이터를 제공받는 통신부, 그리고
   상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단된 시점부터 종료된 것으로 판단된 시점까지, 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 외기 온도와 함께 상기 데이터베이스에 저장하는 제어부
   를 더 포함하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템.
6. 제 5 항에서,
   상기 추정부는,
   수요 반응 이벤트 발생 시, 실내 온도와 외기 온도 정보를 기초로 상기 냉난방기기를 목표 실내 온도로 운용할 때의 에너지 절감량을 추정하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 시스템.
7. 삭제
8. 냉난방기기가 설치된 장소의 실내 온도를 측정하는 단계,
   상기 냉난방기기가 설치된 가정의 전력 사용량을 측정하는 단계,
   상기 측정된 실내 온도를 기초로 상기 냉난방기기가 동작 상태로 판단되는 구간 동안 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 데이터베이스에 대응하여 저장하는 단계, 그리고
   상기 데이터베이스에 저장된 실내 온도 변화량과 전력 사용량에 대한 데이터를 이용하여 상기 냉난방기기의 수요 반응 이벤트 참가 시 에너지 절감량을 추정하는 단계를 포함하고,
   실내 온도 변화량이 제1 기준 이상이고, 실내 온도 변화 방향이 외기 온도 변화 방향과 반대이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법.
9. 제 8 항에서,
   실내 온도 변화량이 제2 기준 이상이면, 상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법.
10. 제 9 항에서,
    상기 냉난방기기가 동작 개시된 것으로 판단된 후, 실내 온도 변화 방향이 반전되고, 상기 실내 온도 변화량이 제3 기준 이상이며, 상기 가정의 전력 사용량이 미리 정해진 기준 이하로 감소되면, 상기 냉난방기기의 동작이 종료된 것으로 판단하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법.
11. 제 10 항에서,
    상기 냉난방기기의 동작이 개시된 것으로 판단된 시점부터 종료된 것으로 판단된 시점까지, 일정 시간 단위로 측정되는 실내 온도 변화량과 전력 사용량을 외기 온도와 함께 상기 데이터베이스에 저장하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법.
12. 제 11 항에서,
    수요 반응 이벤트 발생 시, 실내 온도와 외기 온도 정보를 기초로 상기 냉난방기기를 목표 실내 온도로 운용할 때의 에너지 절감량을 추정하는 냉난방기기 에너지 사용량 및 절감량 추정 방법.

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