KR102401210B1 - 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
빌딩의 에너지를 관리하는 빌딩 에너지 관리 시스템에 있어서, 빌딩의 태양광을 받는 각면을 존(zone)으로 나누어 각 존에 각각 설치되는 복수개의 일사량 감지기와 자외선 감지기를 포함하는 센서부, 상기 각 존 별로 구획된 영역으로 냉난방을 공급하는 냉방부 및 난방부, 상기 빌딩의 외면을 커버하고, 빌딩 내부로 투과되는 태양광의 투과량을 조정하는 스마트 윈도우, 및 상기 일사량 감지기로부터 일사량 순시값을 입력 받아 각 존의 일사량의 평균 순시값을 산출하고, 일사량 평균 순시값과 자외선 감지값에 따라 상기 구획된 영역 별로 냉난방 공급을 위한 밸브 및 상기 스마트 윈도우의 태양광 투과량을 제어하는 직접디지털제어기를 포함하는 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템
Description
본 발명은 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 업무용 빌딩, 공공기관 빌딩, 아파트 등과 같은 중대형 건물에는 실내 공기의 온도, 습도 및 청정, 등을 조절하여 실내의 사용 목적에 적합한 상태로 유지시키기 위한 공기조화기, 보일러, 펌프 등과 같은 빌딩설비가 구축되어 있다.
이러한 빌딩 설비를 제어하기 위한 직접 디지털 제어기(Direct Digital Controller:이하, '디지털 제어기'라 함)를 포함하는 BACnet(Building Automation and Control Networks)의 빌딩 자동 제어 시스템이 건물에 구축되고 있다.
빌딩 자동 제어 시스템은 온도, 습도, 청정 등을 조절하기 위하여 공기조화기, 냉온수기, 냉동기, 열교환기, 난방보일러 및 급탕보일러, 지하저수조, 각종 급,배기팬, 배수펌프 등의 빌딩 시설을 제어하는 기능을 포함한다.
빌딩 에너지 관리 시스템(Building Energy Management System: BEMS)은 건설 기술, 정보 통신 기술 및 에너지 기술이 집약되어 빌딩 내에서 사용하는 에너지의 소비를 효율적으로 관리해 주는 시스템으로서, 빌딩에 설치되어 에너지의 소비를 설비/용도별로 구분하고 에너지 패턴을 분석 및 예측하여 빌딩설비를 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
빌딩의 에너지 소비는 탄소 배출과 직접적으로 연관이 있기 때문에 빌딩의 에너지 관리 및 절감 기술에 대한 중요성이 더욱 주목받고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 방위마다 상이한 일사량을 이용하여 비례제어식으로 냉난방 양을 조절하여 에너지 소비를 절감할 수 있는 빌딩 에너지 절감 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
빌딩의 에너지를 관리하는 빌딩 에너지 관리 시스템에 있어서,
빌딩의 태양광을 받는 각면을 존(zone)으로 나누어 각 존에 각각 설치되는 복수개의 일사량 감지기와 자외선 감지기를 포함하는 센서부;
상기 각 존 별로 구획된 영역으로 냉난방을 공급하는 냉방부 및 난방부;
상기 빌딩의 외면을 커버하고, 빌딩 내부로 투과되는 태양광의 투과량을 조정하는 스마트 윈도우; 및
상기 일사량 감지기로부터 일사량 순시값을 입력 받아 각 존의 일사량의 평균 순시값을 산출하고, 일사량 평균 순시값과 자외선 감지값에 따라 상기 구획된 영역 별로 냉난방 공급을 위한 밸브 및 상기 스마트 윈도우의 태양광 투과량을 제어하는 직접디지털제어기;를 포함하고,
상기 스마트 윈도우는 상기 빌딩의 윈도우 유리에 부착되는 스마트 윈도우용 필름을 포함하고,
상기 스마트 윈도우용 필름은 투명 고분자 하부 기재, 상기 투명 고분자 하부 기재 상에 적층되는 제1 전극 레이어, 상기 제1 전극 레이어 상에 적층되는 폴리머 분산 액정(PDLC) 레이어, 상기 폴리머 분산 액정 레이어 상에 적층되는 제2 전극 레이어, 상기 제2 전극 레이어 상에 적층되는 제1절연 레이어, 상기 제1절연 레이어 상에 적층되는 제3 전극 레이어, 상기 제3 전극 레이어 상에 적층되는 제2절연 레이어, 제2 절연 레이어 상에 적층되는 제4 전극 레이어, 제4 전극 레이어 상에 적층되는 투명 고분자 상부기재를 포함하고,
상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어는 투명 도전성 금속 물질의 도전성 전극 패턴이 형성되고, 상기 도전성 전극 패턴은 상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어에서 서로 겹치지 않도록 패터닝되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템을 제공한다.
상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어의 상기 전극 패턴은 상기 스마트 윈도우용 필름 전체 면적의 40%를 커버하도록 각각 형성되고,
상기 제3전극 레이어에만 전압이 인가될 경우 상기 스마트 윈도우의 40%가 투명이 되고, 상기 제3전극 레이어와 제4전극 레이어 모두에 전압이 인가될 경우 스마트 윈도우가 80% 투명이 되고, 상기 제2전극 레이어에 전압이 인가될 경우 100% 투명이되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어의 상기 전극 패턴은 가로 또는 세로 스트라이프 형상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따르면, 방위마다 상이한 일사량을 이용하여 비례제어식으로 스마트 윈도우 및 냉난방 양을 조절하여 에너지 소비를 절감할 수 있는 빌딩 에너지 관리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 에너지 관리 시스템의 일사량 순시값 검출을 설명하는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 에너지 관리 시스템의 일사량 순시값 검출을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 설명에 앞서 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.
이는, 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 에너지 관리 시스템은 직접 디지털 제어기(DDC: Direct Digital Controller, 110), 냉방부(120), 난방부(130), 공조부(140), 센서부(150), 에너지관리서버(300), 및 스마트 윈도우(200)를 포함한다.
직접디지털제어기(110)는 냉방부(120), 난방부(130), 공조부(140), 전력 배전반, 엘리베이터 또는 조명 설비 등과 같은 빌딩 설비가 위치한 각각의 현장마다 설치되어 빌딩 설비의 동작 제어, 감시 및 사용 이력 관리 기능을 수행하면서 에너지 관리까지 수행할 수 있다. 그리고 직접디지털제어기(110)는 IP 기반 웹브라우저 DDC 기능을 가지고 있으며, 통신망을 통하여 복수의 직접디지털제어기(110) 간에 상호 데이터를 교환하는 기능을 수행할 수 있다.
냉방부(120)와 난방부(130)는 냉동기, 보일러, 팬코일, 열교환기와 같은 냉난방 설비를 포함한다. 공조부(140)는 공기 여과기(air filter), 공기 냉각기(air cooler), 공기 가열기(air heater), 공기 가열 가습기(air humidifier), 공기 냉각 감습기(air dehumidifier), 공기 예열기(air pre-heater), 공기 재열기(air reheater), 공기 세정기(air washer), 코일(coil) 등으로 구성되어 공기를 흡입하여 조화공기로 변화시켜 송풍하는 장치이다.
센서부(150)는 일사량 감지기, 자외선 감지기, 실내 온도센서, 실외 온도센서, 배관 온도센서, 실내 습도센서, 실외 습도센서, 미세먼지 감지기 등을 포함한다. 센서부(160)에 포함되는 센서에는 제한이 없다. 일사량 감지기는 태양으로부터 오는 태양복사에너지가 닿는 양을 감지한다. 복수개의 일사량 감지 장치는 빌딩의 외벽 설정된 방향을 복수개의 존으로 나누고 각 존에 입사하는 태양 복사 에너지를 감지한다. 복수개의 존에 배치된 일사량 감지 장치는 설정 시간 간격으로 일사량 값을 센싱하고 자외선 측정센서는 복수개의 존에 배치되어 UV-A 및 UV-B 영역을 합한 것을 측정한다. 자외선 감지기와 일사량 감지기는 빌딩의 태양광을 받는 각면을 존(zone)으로 나누어 각 존에 배치되어 감지 신호를 직접디지털제어기(110)로 인가한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우(200)를 나타내는 도면이다.도시되는 바와 같이 스마트 윈도우(200)는 윈도우 유리에 부착되는 스마트 윈도우용 필름(210)과 컨트롤러(220)를 포함하고, 스마트 윈도우(200)의 컨트롤러(220)는 센서부(150)의 자외선 감지기, 일사량 감지기와 전기적으로 연결되어 감지 신호를 인가받을 수 있다.
스마트 윈도우용 필름(210)은 투명 고분자 하부 기재(211), 상기 투명 고분자 하부 기재(211) 상에 적층되는 제1 전극 레이어(214), 상기 제1 전극 레이어(214) 상에 적층되는 폴리머 분산 액정(PDLC) 레이어(213), 상기 폴리머 분산 액정 레이어(213) 상에 적층되는 제2 전극 레이어(215a), 상기 제2 전극 레이어(215a) 상에 적층되는 제1절연 레이어(216a), 상기 제1절연 레이어(216a) 상에 적층되는 제3 전극 레이어(215b), 상기 제3 전극 레이어(215b) 상에 적층되는 제2절연 레이어(216b), 제2 절연 레이어(216b) 상에 적층되는 제4 전극 레이어(215c), 제4 전극 레이어(215c) 상에 적층되는 투명 고분자 상부기재(212)를 포함한다. 투명 고분자 하부 기재(211)의 저면에 결합하는 점착 레이어(217) 및 점착 레이어(217)에 부착되는 이형 필름(218)을 추가로 포함한다.
투명 고분자 하부 기재(211) 및 투명 고분자 상부 기재(212)는 투명 고분자 하부기재(211)와 투명 고분자 상부 기재(212) 사이에 배치되는 전극 레이어(214,215a,215b)와 PDLC 레이어(213)를 보호하는 보호 레이어이다. 투명 고분자 하부 기재(211)와 투명 고분자 상부 기재(212)는 폴리에스테르 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
폴리머 분산 액정 레이어(213)는 액정 및 프리폴리머를 포함하는 복합체를 광경화시킴으로써 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 폴리머 분산 액정 레이어(213)는 액정과 프리폴리머를 일정한 비율로 섞은 액정 고분자 복합체에 UV를 조사하여 광경화함으로써 형성되며, 이때, 액정과 프리폴리머 조성물의 혼합비는 1:99 ~ 99:1인 것이 바람직하다. 폴리머 분산 액정 레이어(213)는 고분자 물질의 매트릭스 안에 미세한 액정방울들이 형성되어 외부에서 인가되는 전압에 반응하여, 전압이 인가된 상태에서는 액정이 인가되는 전계 방향에 따라 정렬되어 스마트 윈도우를 투과하는 빛의 방향과 일치하게 되어 빛을 투과시키고, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정이 불규칙하게 배열되어 스마트 윈도우를 투과하는 빛의 진행 방향에 따라 배열되지 않기 때문에 빛을 산란시키게 된다.
제1전극 레이어(214), 제2 전극 레이어(215a), 제3 전극 레이어(215b), 제4전극레이어(215c)는 10 내지 1600Å 의 두께로 박막 적층되며, 그래핀, ITO, FTO, 은 나노와이어, 은 나노메쉬, PEDOT:PSS 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 소재의 투명한 도전성 금속 물질로 이루어진다. 전극 레이어는, 스핀(spin) 코팅, 롤(roll) 코팅, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로(flow) 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade)와 디스펜싱(dispensing), 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 스크린 프린팅, 패드(pad) 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소(flexography) 프린팅, 스텐실 프린팅, 임프린팅(imprinting), 제로그라피(xerography) 및 리소그라피(lithography) 방법 중 하나 이상을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 전극 레이어(214), 제2 전극 레이어(215a), 제3 전극 레이어(215b) 각각은 컨트롤러(220)의 제어에 따라 전압이 인가된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르면 제3 전극 레이어(215c)와 제4 전극레이어(215d)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 제3 전극 레이어(215c)와 제4 전극레이어(215d)는 투명 도전성 금속 물질의 전극이 패터닝된다. 도전성 전극 패턴은 제3 전극 레이어(215c)와 제4 전극레이어(215d)에서 서로 겹치지 않도록 패터닝되고, 제3전극 레이어(215c)와 제4 전극레이어(215d)의 전극 패턴은 스마트 윈도우용 필름 전체 면적의 40%를 커버하도록 형성된다. 전극 패턴은 가로 또는 세로 스트라이프를 형성할 수 있다. 제3전극 레이어(215)에만 전압이 인가될 경우 스마트 윈도우(200)의 40%가 투명이 되고, 제3전극 레이어(215c)와 제4전극 레이어(215d) 모두에 전압이 인가될 경우 스마트 윈도우(200)가 80% 투명이 되고, 제2전극 레이어(215b)에 전압이 인가될 경우 100% 투명이 되어 투명 면적 비율에 따라 빌딩 내부로 투과되는 태양광의 양을 조절할 수 있게 된다.
절연 레이어(160)는 무기 절연 물질, 유기 절연 물질 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 무기절연 물질로는 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiON), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 하프늄 산화물(HfO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), BST(Barium Strontium Titanate), PZT(Lead Zirconate-Titanate) 등이 사용될 수 있으며, 유기 절연 물질로는 일반 범용고분자(PMMA,PS), 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 조합이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 절연 레이어(160)는 제1 무기층/유기층/제2 무기층, 또는 제1 유기층/무기층/제2 유기층과 같은 다층 구조로 형성될 수 있으며, 절연층의 두께는 10 nm 내지 100 nm인 것이 바람직하다.
점착 레이어(170)는 본 발명의 실시예에 따른 필름을 윈도우에 탈, 부착할 수 있도록 하기 위한 것으로, 일반적으로 실리콘계 점착제, 아크릴계 점착제, 에폭시계 점착제, 우레탄계 점착제와 같은 광학용 점착제로 형성될 수 있다. 광 특성 및 내구성이 우수한 아크릴 점착제를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
점착 레이어(170) 표면에 이형 필름(180)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이형 필름은 점착제, 접착제, 점약제 등의 접착면을 보호하기 위해 사용되는 필름으로, 이형 필름을 부착하면 점착 레이어의 부착력 저하를 막고, 이물질 등이 흡착되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 운반 및 보관이 용이하다는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 일반 유리 외관이 빌딩도 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우용 필름(210)을 부착하는 것으로 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리가 가능하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 빌딩 에너지 관리 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
빌딩의 태양광을 받는 각면을 존(zone)으로 나누어 각 존에 배치된 자외선 감지기와 일사량 감지기의 감지 신호가 DDC(110)를 통해 에너지 관리서버(300)에 인가된다. 에너지관리서버(300)는 방위별 일사량을 누적 수집하고, 냉방부(130)와 난방부(140)의 소요 전력값을 수집하고 시뮬레이션을 통한 절감 전력을 표시한다. DDC(110)는 설정 시간 간격으로 도 4에 도시되는 바와 같이, 각 존(Zone) 별 일사량 평균값을 도출한다. 존 별 일사량 평균값에 따라 각 존 별로 팬코일 냉난방 밸브 출력값을 도출한다. DDC(110)는 설정 시간 간격의 일사량 평균값과 자외선 감지값, 외기온도, 실내온도에 따라 각 존 별 스마트 윈도우(200)의 투과율과 팬코일 냉난방 밸브 출력값을 조정한다. 외기온도가 설정 온도 이하에서는 각 존 별 자외선 감지값에 따라 스마트 윈도우(200)의 태양광 투과율을 조정하고, 설정 온도 이상에서는 각 존별 누적 일사량에 따라 스마트 윈도우(200)의 태양광 투과율을 조정한다.
즉, DDC(110)는 센서부(200)의 감지 신호에 따라 필요한 태양광 투과량을 연산하고 이에 따라 제2 전극 레이어(215a), 제3 전극 레이어(215c)와 제4 전극레이어(215d)의 전압 인가 여부를 결정하여 태양광 투과량을 조정한다.
따라서, 글라스 타워로 구분되는 빌딩의 경우 태양광 투과율을 적절히 조정하여 냉난방 기기의 가동을 최소화하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
Claims (3)
- 빌딩의 에너지를 관리하는 빌딩 에너지 관리 시스템에 있어서,
빌딩의 태양광을 받는 각면을 존(zone)으로 나누어 각 존에 각각 설치되는 복수개의 일사량 감지기와 자외선 감지기를 포함하는 센서부;
상기 각 존 별로 구획된 영역으로 냉난방을 공급하는 냉방부 및 난방부;
상기 빌딩의 외면을 커버하고, 빌딩 내부로 투과되는 태양광의 투과량을 조정하는 스마트 윈도우; 및
상기 일사량 감지기로부터 일사량 순시값을 입력 받아 각 존의 일사량의 평균 순시값을 산출하고, 일사량 평균 순시값과 자외선 감지값에 따라 상기 구획된 영역 별로 냉난방 공급을 위한 밸브 및 상기 스마트 윈도우의 태양광 투과량을 제어하는 직접디지털제어기;를 포함하고,
상기 스마트 윈도우는 상기 빌딩의 윈도우 유리에 부착되는 스마트 윈도우용 필름을 포함하고,
상기 스마트 윈도우용 필름은 투명 고분자 하부 기재, 상기 투명 고분자 하부 기재 상에 적층되는 제1 전극 레이어, 상기 제1 전극 레이어 상에 적층되는 폴리머 분산 액정(PDLC) 레이어, 상기 폴리머 분산 액정 레이어 상에 적층되는 제2 전극 레이어, 상기 제2 전극 레이어 상에 적층되는 제1절연 레이어, 상기 제1절연 레이어 상에 적층되는 제3 전극 레이어, 상기 제3 전극 레이어 상에 적층되는 제2절연 레이어, 제2 절연 레이어 상에 적층되는 제4 전극 레이어, 제4 전극 레이어 상에 적층되는 투명 고분자 상부기재를 포함하고,
상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어는 투명 도전성 금속 물질의 도전성 전극 패턴이 형성되고, 상기 도전성 전극 패턴은 가로 또는 세로 스트라이프로 형성되고 상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어가 서로 겹치지 않도록 패터닝되고,
상기 제3 전극 레이어와 제4 전극레이어의 상기 전극 패턴은 상기 스마트 윈도우용 필름 전체 면적의 40%를 커버하도록 각각 형성되고,
상기 제3전극 레이어에만 전압이 인가될 경우 상기 스마트 윈도우 면적의 40%가 투명이 되고, 상기 제3전극 레이어와 제4전극 레이어 모두에 전압이 인가될 경우 스마트 윈도우 면적의 80% 투명이 되고, 상기 제2전극 레이어에 전압이 인가될 경우 상기 스마트 윈도우 면적의 100% 투명이되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 빌딩 에너지 관리 시스템.
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