KR102472129B1 - 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 임의의 실내 공간에 대하여 난방열을 공급하거나 냉방열을 공급하는 냉난방 장치, 상기 냉난방장치로 겨울철에 공급될 난방열과 여름철에 공급될 냉방열을 제공하기 위하여 압축기를 통해 고온고압의 열매를 열교환후 열량으로 공급하거나 냉매의 열교환을 통해 냉각열을 공급하는 히트펌프, 상기 냉난방 장치를 통해 난방 또는 냉방되는 실내의 온도 정보와 공기 상태정보를 검출하는 측정수단, 상기 냉난방 장치와 히트펌프의 전력을 공급하기 위한 것으로, 외부 날씨정보 제공서버를 통해 수신되는 현재 날씨에 대한 온도와 습도 정보가 포함된 날씨정보에 따라 태양광 발전량을 높일 수 있도록 운전을 제어하여 생산된 전력을 공급하는 태양광 발전장치, 상기 실내 공간에 대한 온도 정보와 공기 정보를 외부에서 제어하기 위하여 사용자로부터 입력받은 설정값을 제공하는 사용자 단말기 및 상기 측정수단을 통해 검출되는 온도 정보와 공기 상태정보에 해당하는 검출값과 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값에 따라 상기 냉난방 장치와 히트펌프를 제어하되, 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값과 상기 측정수단을 통해 측정된 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 현재 상태 정보 검출값에서 설정값에 도달하기까지 소요되는 시간 정보와 소비 전력량 정보를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 중앙 단말기를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 단말기는 상기 데이터 연산부에서 연산된 소비 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전 여부를 결정하여 운전을 제어하며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력받은 설정값과 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 설정값에 도달하는 시간 정보가 임의의 시간 이하일 경우 실내 환기를 제어하는 환기장치를 운전시키고 임의의 시간 이상일 경우 실내 환기장치를 운전시키지 않고 설정값에 도달했을 경우 기설정된 설정값으로 환기되도록 상기 환기장치를 제어하는 것으로 구성된다.
Description
본 발명은 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 실내 공기 정화를 위한 온도 조건, 습도 조건, 오염 정도를 실시간으로 관리하고 소비 전력량을 효율적으로 개선시킬 수 있는 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
히트펌프 시스템(heat pump system)은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달함으로써, 하나의 장치에서 냉난방을 모두 수행하는 장치를 일컫는 것으로, 최근에는 유가 상승 및 저탄소 녹색성장의 일환으로 화석연료 대신 외부의 공기를 열원으로 하고, 전기를 히트펌프 구동원으로 하는 공기열원 히트펌프 시스템이 많이 사용되고 있다.
최근 현대인들은 주택, 사무실, 지하 공간 등의 실내 공간에서 하루 시간의 대부분을 생활하고 있으며, 이처럼 실내에서 대부분의 시간을 보내는 현대인에게 있어 쾌적한 실내 환경은 일의 효율성을 증대시킬 수 있으며, 더 나아가 건강을 유지하는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 특히, 인간의 생활수준이 향상됨에 따라 개인 스스로 보다 쾌적한 실내 환경에 대한 요구가 높아지고 있다. 일반적으로, 밀폐된 실내의 공기는 내실자의 호흡에 의해 시간이 경과함에 따라 이산화탄소(CO2)의 함량이 증가하고, 또한 사무 자동화와 지가 상승에 따른 조밀화로 인해 사무실내 열부하가 급속히 증가하기 때문에 내실자에게 불쾌감을 유발시키게 된다.
또한, 최근에 이슈가 되고 있는 바와 같은 건축자재 또는 생활용품에서 유발되는 포름알데히드에 의한 실내 공기 오염이 심각한 수준이다.
실내 공기의 오염이란 주택, 학교, 사무실, 공공건물, 병원, 지하시설물, 교통수단 등의 다양한 실내 공간에서 공기가 오염된 상태를 말하며, 그 영향은 실내 거주자들의 생명을 위협할 정도는 아닐지라도 분명히 건강에 악영향을 미치고 있다.
그러나 대부분의 사람들은 실내 오염에 의한 인체 영향이 실외의 대기오염 보다 더욱 심각하다는 사실을 거의 인식하지 못하고 있으며, 실내 오염물질의 성질과 농도에 대해서도 파악하지 못하고 있는 실정이다.
실내 공기의 오염이 대기오염보다 더 심각한 이유는 대기오염은 자연적인 희석률이 크고, 기후의 변화와 함께 자연정화가 가능하며, 최근에 들어 대기오염에 대한 사회적 인식, 각종 규제로 인하여 억제되고 있으나, 실내공기는 한정된 공간 속에서 인공적인 설비를 통하여 오염된 공기가 계속적으로 순환되고 있거나, 아예 그러한 설비자체가 없는 밀폐지역에서 오랫동안 생활함으로써 각종 오염물질에 무방비 상태로 노출되어 있을 뿐만 아니라 그 오염물질의 농도가 시간이 지날수록 누적되어 점점 증가하고 있는 실정이다.
또한, 에너지 보존을 위한 다양한 산업기술이 만들어 낸 새로운 건축자재가 공공건물뿐만 아니라 일반 주택에도 사용되고 있는데, 이 같은 새로운 건축자재에서 의외의 오염물질이 방출되고 있으며, 다양한 생활용품에서도 뜻밖의 오염물질이 방출되고 있다. 더구나 에너지 절감률을 높이기 위해 건물의 밀폐화가 진행되면서 건물 내 거주자들이 일시적 또는 만성적인 건강과 관련된 증상을 호소하는 사례가 증가되고 있다.
더욱이 최근에는 건축물 실내의 공기 오염에 대한 심각성뿐 아니라, 자동차, 비행기, 선박, 기차 등 사람들이 오랫동안 실내에 머무르게 되는 교통수단에서의 실내 공기의 오염에 대한 대책도 시급한 상황이다.
종래의 기술에 따른 실내 환경 검출 장치는, 단순히 실내 공기질만을 측정하여 환기시설을 가동하는 데에는 어느 정도 위험이 따를 수 있다. 예를 들어, 실내 공기 질 상태가 악화되어 창문을 열게 되는 경우를 가정할 때, 만일 외부 공기 질 상태가 더욱 오염된 상태라면 실내 공기질의 정화가 더욱 어려워질 수 있기 때문이다.
일반적으로 공기질을 측정하기 위해서 대기환경기준에서 말하는 항목들은 사람의 건강 보호와 쾌적한 환경 조성을 위하여 설정되어 있는 항목들을 의미하며, 이러한 기준은 환경정책기본법에 규정되어 있다. 공기 질 측정장치는 상기 항목들에 영향을 주는 공기에 포함된 오염물질들을 측정하는 것인데 이러한 오염물질은 대표적으로 미세먼지(초미세먼지), 온도, 습도, 이산화탄소(CO2), 아황산가스(SO2), 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 납(Pb)과 벤젠 등을 포함한다.
공기질 측정장치는 이러한 오염물질을 측정하는 센서들을 포함하여 구성된다. 즉, 각각의 오염물질을 측정하는 복수의 센서들이 조립된 하나의 센서모듈이 장착되는 형태로 구성된다.
대부분의 도시민은 건축물 내에서 하루의 대부분을 보내기 때문에, 실내 공기질은 도시민의 건강에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 즉, 한정된 공간 속에서 인공적인 설비를 통하여 계속적으로 순환되는 오염된 공기에 노출되거나, 환기설비가 없는 밀폐된 공간에서 오랫동안 생활함으로써 각종 인체 유해 오염물질들을 흡입하게 됨으로써 각종 호흡기 관련 질환에 시달리고 있는 현대인이 증가하고 있다.
최근 실내 환경문제가 국민건강의 주요 이슈로 부각되면서 주요 오염물질에 대한 실시간 관리의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 최근 경제적 수준과 과학의 발달에 따라 복잡하고 다양한 생활용품, 건축 내장재 등으로부터 다양한 오염물질이 방출되는 등 실내공간에서 생활하는 거주자들로부터 빌딩 증후군 증상을 호소하는 사례가 증가하고 있다.
실내공기질 관리법에 포함되는 법적 대상 시설인 주요 다중이용시설을 대상으로 2006년부터 국립환경과학원과 한국환경공단에서 실내공기 질 자동측정망(TMS)을 운영하여 측정결과를 실시간으로 제공하고 있다. 그러나 대형건물에서 오염도를 측정할 수 있는 지점 한정되어 있으며, 실내공기 질을 예측할 수 있는 프로그램 등이 마련되어 있지 않고 있는 실정이다.
깨끗한 공기, 균일한 온도 및 적정한 습도는 실내 환경의 질을 결정하는 주요한 요소이다. 다만, 산업화, 도시화로 인해 실외 공간 뿐 만 아니라 실내 공간에도 다양한 형태의 유해물질, 미세 먼지, 세균 등이 증가하고 있다. 따라서, 많은 사람들은 이러한 유해물질, 미세 먼지, 세균 등에 노출된 상태로 시간을 보냄으로서 건강의 위협을 받고 있다. 이러한 유해물질 등은 인체에 축적되거나 직접적으로 영향을 미쳐 면역성을 약화시키고, 만성기관지염, 폐기능 손상 등을 야기하는 등 각종 질환의 원인이 되며, 각종 전염성 질환을 일으키고, 생명을 직접적으로 위협하는 요인이 되고 있다.
이에 따라, 최근에 대다수의 사람들은 자신들이 머무르는 실내 공간에 공기 청정기를 배치하여 사용하고 있다. 이러한 공기 청정기는 실내 공기의 오염을 정화하는 수단으로 이용되고 있다. 다만, 종래의 공기 청정기는 그 구조상 실내 공기를 효과적으로 정화시키지 못한다는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 가정에 설치된 히트펌프 방식의 냉난방기의 효율적인 제어와 함께 태양광 발전장치와 연동하여 냉방 및 난방효율을 높일 수 있는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 청정에너지원을 적절하게 적용할 수 있도록 하며, 이를 위하여 태양광 발전장치를 통한 발전 에너지를 히트펌프 냉난방장치에 최적화되도록 운전시킬 수 있는 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉/난방 구현과 동시에 실내 공기질 개선을 위한 환기 장치의 연동을 통한 최적화된 실내 공기 환경을 개선시킬 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 임의의 실내 공간에 대하여 난방열을 공급하거나 냉방열을 공급하는 냉난방 장치, 상기 냉난방장치로 겨울철에 공급될 난방열과 여름철에 공급될 냉방열을 제공하기 위하여 압축기를 통해 고온고압의 열매를 열교환후 열량으로 공급하거나 냉매의 열교환을 통해 냉각열을 공급하는 히트펌프, 상기 냉난방 장치를 통해 난방 또는 냉방되는 실내의 온도 정보와 공기 상태정보를 검출하는 측정수단, 상기 냉난방 장치와 히트펌프의 전력을 공급하기 위한 것으로, 외부 날씨정보 제공서버를 통해 수신되는 현재 날씨에 대한 온도와 습도 정보가 포함된 날씨정보에 따라 태양광 발전량을 높일 수 있도록 운전을 제어하여 생산된 전력을 공급하는 태양광 발전장치, 상기 실내 공간에 대한 온도 정보와 공기 정보를 외부에서 제어하기 위하여 사용자로부터 입력받은 설정값을 제공하는 사용자 단말기 및 상기 측정수단을 통해 검출되는 온도 정보와 공기 상태정보에 해당하는 검출값과 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값에 따라 상기 냉난방 장치와 히트펌프를 제어하되, 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값과 상기 측정수단을 통해 측정된 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 현재 상태 정보 검출값에서 설정값에 도달하기까지 소요되는 시간 정보와 소비 전력량 정보를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 중앙 단말기를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 단말기는 상기 데이터 연산부에서 연산된 소비 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전 여부를 결정하여 운전을 제어하며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력받은 설정값과 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 설정값에 도달하는 시간 정보가 임의의 시간 이하일 경우 실내 환기를 제어하는 환기장치를 운전시키고 임의의 시간 이상일 경우 실내 환기장치를 운전시키지 않고 설정값에 도달했을 경우 기설정된 설정값으로 환기되도록 상기 환기장치를 제어하는 것으로 구성된다.
또한, 상기 측정수단은, 상기 실내 공간 온도 정보(온도값)를 검출하는 온도센서, 상기 실내 공간 습도 정보(습도값)를 검출하는 습도센서 및 상기 실내 공간 공기의 오염 정보를 검출하는 공기센서를 포함하여 구성되고, 상기 온도센서를 통해 검출된 실내 온도값과 상기 사용자 단말기를 통해 설정받은 설정값을 비교하여 설정값 이하일 경우 상기 중앙 단말기가 상기 히트펌프와 냉난방장치를 운전시켜 설정값에 도달할 때까지 운전 제어하며, 상기 설정값에 따라 실내 공간의 온도값 설정이 완료되면, 상기 습도 센서와 공기센서에서 검출되는 공기 상태정보에서 기설정된 습도 정보와 오염 정보가 임의의 값 이상으로 검출될 경우 상기 중앙 단말기로부터 상기 환기장치를 제어하여 실내 공간의 환기를 실시하되, 환기가 실시되는 시간동안 상기 설정값(온도값)에 따른 온도값이 떨어질 경우 상기 히트펌프와 냉난방장치를 동시에 운전시키되, 상기 환기장치가 동작하는 시간동아 상기 히트펌프와 냉난방장치가 소비하는 소비 전력을 상기 태양광 발전장치의 발전량으로부터 모두 공급받아 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중앙 단말기는, 계절별, 날씨별, 일자별, 시간별로 태양광의 일사량 정보와 일사량 예측 정보를 상기 날씨정보 제공서버로부터 제공받으며, 상기 일사량 정보와 일사량 예측 정보에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전을 결정하는 추적기를 제어하고, 상기 데이터 연산부는, 상기 환기장치가 운전 중인 상태에서 상기 냉난방장치와 히트펌프가 동작할 때 사용되는 소비 전력량을 일자별, 시간별로 예측 전력량을 저장한 후 상기 예측 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치에서 발전되는 전력량을 저장하는 축전지에 충전될 전력량을 사전에 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은, 우선적으로 인공지능 환경에서 냉난방을 제어하기 때문에 냉방 및 난방효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 냉난방 구동에 필요한 히트펌프 장치의 소비 전력을 태양광 발전장치로부터 공급받되, 소비 전력이 높은 여름철의 경우 사전에 예측된 소비 전력량 데이터에 기초하여 충분한 전력 확보를 통해 외부 전력을 사용하지 않고 태양광 발전량만으로 사용하여 전력 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 냉난방 환경 구동에 있어 필수적으로 필요한 환기 장치를 동시에 구동하고 설정값에 따른 환기 구동과 더불어 공기질을 효과적이고 능동적으로 제어함으로써 쾌적한 실내 공간을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 또 다른 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 세부 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템의 운전 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템에서 전력 공급의 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 또 다른 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 세부 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템의 운전 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템에서 전력 공급의 흐름을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템은, 임의의 실내 공간에 대하여 난방열을 공급하거나 냉방열을 공급하는 냉난방 장치, 상기 냉난방장치로 겨울철에 공급될 난방열과 여름철에 공급될 냉방열을 제공하기 위하여 압축기를 통해 고온고압의 열매를 열교환후 열량으로 공급하거나 냉매의 열교환을 통해 냉각열을 공급하는 히트펌프, 상기 냉난방 장치를 통해 난방 또는 냉방되는 실내의 온도 정보와 공기 상태정보를 검출하는 측정수단, 상기 냉난방 장치와 히트펌프의 전력을 공급하기 위한 것으로, 외부 날씨정보 제공서버를 통해 수신되는 현재 날씨에 대한 온도와 습도 정보가 포함된 날씨정보에 따라 태양광 발전량을 높일 수 있도록 운전을 제어하여 생산된 전력을 공급하는 태양광 발전장치, 상기 실내 공간에 대한 온도 정보와 공기 정보를 외부에서 제어하기 위하여 사용자로부터 입력받은 설정값을 제공하는 사용자 단말기 및 상기 측정수단을 통해 검출되는 온도 정보와 공기 상태정보에 해당하는 검출값과 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값에 따라 상기 냉난방 장치와 히트펌프를 제어하되, 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값과 상기 측정수단을 통해 측정된 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 현재 상태 정보 검출값에서 설정값에 도달하기까지 소요되는 시간 정보와 소비 전력량 정보를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 중앙 단말기를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 단말기는 상기 데이터 연산부에서 연산된 소비 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전 여부를 결정하여 운전을 제어하며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력받은 설정값과 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 설정값에 도달하는 시간 정보가 임의의 시간 이하일 경우 실내 환기를 제어하는 환기장치를 운전시키고 임의의 시간 이상일 경우 실내 환기장치를 운전시키지 않고 설정값에 도달했을 경우 기설정된 설정값으로 환기되도록 상기 환기장치를 제어하는 것으로 구성된다.
본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템은, 인공지능 기반의 실내 온도와 공기 상태를 실시간으로 제어할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하며, 이와 더불어 히트펌프에서 소비되는 소비 전력을 태양광 발전장치로부터 공급받아 전력 공급의 안정성과 효율성을 동시에 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
이와 더불어 본 발명은 히트펌프 시스템을 통한 실내 공기 제어를 구현함에 있어서, 공기 제어에 필수적인 환기 운전을 동시에 연동시킴으로써 최적화된 실내 공기를 관리할 수 있으며, 환기 장치와 히트펌프의 구동 연동성을 통해 효율적인 전력관리를 수행할 수 있는 것을 주요 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명은 겨울철, 여름철에 따른 실내 공간으로 냉난방열을 공급하는 냉난방장치(100)와 히트펌프(200)로 구성되는 하나의 열원 공급 수단과 상기 냉난방장치(100)와 히트펌프(200)의 운전을 인공지능 환경에서 제어하는 중앙 단말기(400)와, 실내 공기 환기를 위해 동작하는 환기 장치(600)와 실내 공기 상태 정보를 검출하는 측정수단(500) 그리고 사용자로부터 실내 공기 제어를 위해 설정값을 입력받는 사용자 단말기(700)로 크게 구성된다.
도 1은 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템은, 히트펌프의 열원을 공급받아 냉난방 기능을 수행하는 하나의 열원 공급수단을 중심으로 다양한 실내 공기 상태를 제어하여 쾌적한 실내 공기 상태를 만들 수 있도록 인공지능 기반으로 종합적인 청정 공기 제어를 위한 시스템을 구현하기 위한 목적이 있다.
도 1에 도시된 바와 냉난방 장치(100)와 히트펌프(200)는 하나의 열원 공급 수단으로써, 본 발명에서 상기 냉난방 장치(100)의 별도의 냉난방 기능을 갖는 장치가 아니라, 히트펌프와 일체로 동작하는 하나의 냉난방기기(실내기)에 해당하며, 상기 히트펌프로부터 열원을 공급받아 실내 공간으로 공급된 열원을 공급하기 위한 공급팬 역할을 구현한다. 즉, 냉난방 장치와 히트펌프가 하나로 구성되어 실내 냉난방을 구현하는 시스템에 해당하는 것이다.
냉난방 장치(100)는 임의의 실내 공간에 설치되고 히트펌프에서 열교환을 통해 공급되는 냉방열이나 난방열을 상기 냉난방 장치에 구성된 송풍팬을 통해 실내 냉난방을 구현하게 된다.
이때, 상기 히트펌프(200)는 공지의 기술로써, 압축기와 열교환부를 통해 생성되는 냉방열 또는 난방열을 생성하고, 여기서 생성된 열원을 상기 냉난방 장치(실내기 ; 100)를 통해 실내 냉난방열을 공급한다.
다음의 도면에서 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명에서는 상기 히트펌프의 효율적이고 생산적인 제어를 구현하기 위해 인공지능 환경의 구동 메커니즘을 갖고 운전하게 되며, 이를 위하여 본 발명에서는 하나의 중앙단말기(400)를 통해 본 발명에 따른 히트펌프 시스템을 통합 제어하게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 중앙 단말기(400)와 온라인망으로 접속하여 원격에서 제어할 수 있는 사용자 단말기(700)를 포함하여 구성되며, 상기 사용자 단말기(700)는 일반적으로 사용자가 휴대하는 스마트폰, 테블릿 PC 등에 해당될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 히트펌프 시스템을 통한 냉난방 기능을 수행함과 동시에 실내 공기질 개선을 위하여 공기 상태 정보(습도, 산소, 오염 정보 등)를 검출하기 위해 다수의 센서들로 구성된 하나의 측정수단(500)을 더 포함하며, 상기 측정수단에서 검출된 공기 상태 정보를 이용하여 상기 히트펌프(200), 환기장치(600)를 인공지능 환경에서 제어할 수 있다.
한편, 상기 사용자 단말기(700)는 외부에서 가정집, 사무실 등에 설치된 히트펌프 시스템을 원격으로 제어할 수 있는 단말 장치로써, 일반적으로 온라인망으로 상기 중앙 단말기(400)에 접속하여 원격에서 실내 온도 제어, 실내 공기 상태 모니터링 등 다양한 기능을 수행할 수 있는 것이다. 이때, 상기 사용자 단말기는 웹기반 또는 앱기반의 제어 솔루션(제어 플랫폼)이 설치되어 있으며, 제어 솔루션에서 희망하는 입력값을 입력함으로써 이를 상기 중앙 단말기가 수신하여 히트펌프, 환기장치, 측정수단 등을 통합 제어한다.
도 2는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 또 다른 전체 구성도이다. 도 2는 본 발명의 또 다른 주요 기술에 해당하는 실시예로써, 히트펌프 시스템은 일반적으로 압축기와 열교환기의 동작에서 상당히 높은 전력 소모가 일어나기 때문에 전기세 비용이 상당히 크다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 효율적인 히트펌프 시스템 운영을 구현하고자, 태양광 발전장치(300)와 연동되는 히트펌프 시스템을 구현한다. 특히 본 발명에서 상기 태양광 발전장치도 마찬가지로 인공지능 기반으로 상기 중앙 단말기에서 통합 제어함으로써, 효율적인 전력 생산, 전력 소비를 구현할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 태양광 발전장치의 효율적인 구현을 위하여 날씨정보를 제공하는 외부 날씨정보 제공서버(800)로부터 날씨 정보를 실시간으로 제공받으며, 날씨정보를 제공받은 상기 중앙 단말기에서는 날씨정보에 기초하여 효율 높은 전력 생산량 달성과 함께 생산된 전력의 최적화된 소비 프로세스를 구현하게 되는 것이다.
상기 날씨정보 제공서버(800)는 바람직하게 국가 날씨 정보를 제공하는 공공기관 서버 또는 기상 정보를 제공하는 기상 업무를 담당하는 민간기업 서버에 해당될 수 있으며, 상기 날씨정보 제공서버(800)를 통해 기본적으로 계절별, 일자별, 시간별 온도정보, 기상정보, 습도정보, 공기정보(미세먼지, 이산화탄소, 일산화탄소 농도 등의 공기질 정보)를 실시간으로 제공받을 수 있으며, 상기 날씨정보 제공서버(800)에서 제공하는 날씨정보를 기반으로 히트펌프 시스템을 운전한다.
한편, 상기 중앙 단말기(400)는 히트펌프(200), 환기장치(600), 측정수단(500), 그리고 태양광 발전장치(300)를 통합적으로 제어하고 인공지능 기반의 최적화된 운전 제어를 구현하기 위하여 운전 제어 데이터값을 실시간으로 연산, 저장하는 데이터 연산부(410)를 더 포함한다.
상기 데이터 연산부(410)는 냉난방 장치와 히트펌프의 동작 제어, 날씨정보 제공서버(800)로부터 날씨정보 데이터 수집 및 가공, 저장 그리고 날씨정보에 따른 태양광 발전장치의 운전 제어신호 출력, 환기장치의 구동 제어신호를 출력하기 위하여 입력된 신호값을 기반으로 연산하여 제어 신호를 상기 중앙 단말기(400)에 제공한다.
우선, 상기 측정수단(500)을 통해 검출되는 온도 정보와 공기 상태정보에 해당하는 검출값과 상기 사용자 단말기(700)로부터 입력받은 설정값에 따라 상기 냉난방 장치와 히트펌프를 제어한다. 최초 사용자가 단말기를 통해 희망 온도 설정값을 수신 받으면, 사용자가 희망하는 설정값과 현재 측정값을 비교하여 히트펌프의 운전을 결정하고 설정 온도값까지 도달하기 위해 히트펌프와 냉난방 장치를 운전시킨다. 이때, 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값과 상기 측정수단을 통해 측정된 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 현재 상태 정보 검출값에서 설정값에 도달하기까지 소요되는 시간 정보와 소비 전력량 정보를 상기 데이터 연산부에서 연산한다. 이 과정은 히트펌프를 비교적 오랜 시간 가동해야 할 경우 외부 전력원 사용을 최소화시키고 태양광 발전장치로부터 발전되는 전력을 최대한 사용하여 히트펌프를 운전시키기 위함이다. 따라서, 상기 데이터 연산부에서 연산하는 소요 시간 정보에 따라 상기 태양광 발전장치로부터 전력 공급 여부를 결정하고 운전을 실시한다. 여기서 상기 태양광 발전장치는 축전기를 포함하고 있으면, 여기서 평상시 생산된 전력원 충전하고 있기 때문에 태양광 발전장치로부터 전력 공급을 결정하면 제어에 따라 해당 전력을 히트펌프로 송전하도록 제어시키는 것이다.
따라서, 상기 데이터 연산부(410)는 상기 히트펌프(200)의 동작 여부와 사용자의 희망 온도값에 따라 전력량을 계산하고, 이를 활용하여 상기 태양광 발전장치로부터 전력을 사용함으로써, 외부 전력 소모에 따라 비용 절감을 실현하고 실내 공간의 냉난방을 제어할 수 있는 것이다.
또한, 상기 중앙 단말기(400)는 상기 데이터 연산부(410)에서 연산된 소비 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전 여부를 결정하여 운전을 제어하는데 여기서 운전 여부는 도 5에서 보충 설명하겠지만, 태양광 발전 효율의 극대화를 위하여 발전장치에 포함된 하나의 추적기와 축전기를 제어한다.
한편, 상기 데이터 연산부(410)는 상기 사용자 단말기를 통해 입력받은 설정값과 현재 상태 정보 검출값(측정수단으로부터의 검출값)을 비교하여 설정값에 도달하는 시간 정보가 임의의 시간 이하일 경우 실내 환기를 제어하는 환기장치를 운전시키고 임의의 시간 이상일 경우 실내 환기장치를 운전시키지 않고 설정값에 도달했을 경우 기설정된 설정값으로 환기되도록 상기 환기장치를 제어한다.
즉, 이것은 설정값과 현재 검출값 사이의 도달 시간이 짧은 경우(즉 범위의 간격이 좁음)에는 상기 환기장치(600)를 가동시켜 충분히 환기가 이루어지도록 하면서 실내 공기질을 개선시키는 것이며, 도달 시간이 길 경우(즉 범위의 간격이 클 경우) 환기 장치 구동 시 도달 시간이 더 연장되기 때문에 이때는 환기장치를 동작시키기 않고 설정값 목표를 우선시 하기 위함이다.
다시 말해, 범위 간격이 좁을 경우(ex. 현재 검출값에서 설정값까지 도달 시간이 3분 내외)에는 충분히 환기를 시키고 히트펌프를 운전시켜 설정값으로 온도를 맞추고, 범위가 클 경우(ex. 도달 시간이 15분 이상)에는 환기 장치로 인한 열손실을 피하고 설정값에 도달할 때까지 히트펌프를 가동시킨 후 설정값을 초과하면 환기장치를 제어하여 실내 공기가 환기 될 수 있도록 제어하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템의 세부 구성도이다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 측정수단(500)에는 크게 온도 정보를 검출하는 온도센서(510), 습도 정보를 검출하는 습도센서(520) 그리고 공기의 질 정보를 검출하는 공기센서(530)를 포함하며, 공기질은 이산화탄소, 일산화탄소, 미세먼지, 각종 가스 농도를 검출하는 검출센서로써, 상기 각각의 센서를 통해 실내 공기 정보를 검출하고 여기서 검출된 정보에 따라 냉난방 장치와 환기 장치를 제어하게 된다.
여기서, 상기 온도센서(510)를 통해 검출된 실내 온도값과 상기 사용자 단말기를 통해 설정받은 설정값을 비교하여 설정값 이하일 경우 상기 중앙 단말기(400)가 상기 히트펌프와 냉난방장치를 운전시켜 설정값에 도달할 때까지 운전 제어하게 되는데, 상기 설정값에 따라 실내 공간의 온도값 설정이 완료되면, 상기 습도 센서와 공기센서에서 검출되는 공기 상태정보에서 기설정된 습도 정보와 오염 정보가 임의의 값 이상으로 검출될 경우 상기 중앙 단말기로부터 상기 환기장치를 제어하여 실내 공간의 환기를 실시하되, 환기가 실시되는 시간동안 상기 설정값(온도값)에 따른 온도값이 떨어질 경우 상기 히트펌프와 냉난방장치를 동시에 운전시키되, 상기 환기장치가 동작하는 시간동아 상기 히트펌프와 냉난방장치가 소비하는 소비 전력을 상기 태양광 발전장치의 발전량으로부터 모두 공급받아 운전되도록 제어한다. 이것은 환기장치가 구동되는 동안 환기가 이루어지기 때문에 열손실에 따른 전력 소모량이 크게 발생한다. 따라서, 이때는 외부 전력(기본 전력)을 사용하지 않고 상기 태양광 발전장치에서 발전되는 전력으로만 소비 전력으로 공급함으로써, 전력 소모를 절감시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명의 주요 특징으로 히트펌프의 동작에 따른 전력 소모 발생 시 태양광 발전장치의 발전 전력으로 전환시킴으로써, 소비 전력을 절감시킬 수 있고, 실내 공기 상태에 따라 환기 동작과 냉난방 동작을 구현시킴으로써 신속하게 설정값 목표에 도달시킬 수 있으며, 이와 동시에 쾌적한 실내 환경을 만족시킬 수 있는 이점을 갖고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템의 운전 흐름도이다.
최초 중앙 단말기에 구성된 데이터 연산부(410)에서는 실시간으로 현재까지 운영된 설정값(또는 사용값)을 반복 학습하여 시간별(또는 날짜별) 사용자가 희망하는 설정값을 기초로 가장 효율적인 운전 데이터를 저장하고 있게 되며, 이와 함께 측정수단과 날씨정보 제공서버를 통해 현재 실내 공기 상태의 정보를 수집하고 날씨정보에 따른 태양광 발전장치의 발전 운전값을 수집한다. 그리고 상기 중앙 단말기(400)는 이를 통해 태양광 발전장치의 운전값을 제어하여 효율적인 발전을 위한 태양광 발전장치를 제어한다.
다음으로 사용자 단말기(700)를 통해 희망 설정값을 입력 받으면, 사이 중앙 단말기는 수신된 설정값에 따라 실제 운전할 설정값을 연산한 후 해당 제어 신호를 히트펌프와 환기장치에 각각 제공하여 운전 명령을 실시하게 된다. 히트펌프와 환기장치 구동 여부 결정에 따라 각각의 장치에 운전 신호를 제공함으로써 실내 공기 상태를 설정값에 도달할 때까지 제어하게 되며, 이후 측정수단을 통해 실시간으로 실내 공기 상태정보를 측정하여 상기 중앙 단말기로 피드백 신호를 제공하여 운전 중지, 운전 계속 등의 명령을 통해 설정값에 도달할 때까지 제어한다. 이때 수신 받은 측정값은 실시간으로 사용자 단말기에 제공되어 사용자가 자신이 희망한 설정값에 도달했는지 여부를 모니터링 할 수 있다.
이러한 과정을 통해 상기 중앙 단말기는 실시간으로 히트펌프와 냉난방장치(실내기)를 제어하여 실내 공간의 온도를 능동적으로 제어할 수 있으며, 나아가 상기 측정수단을 통해 측정되는 온도값 외에 습도 정보와 공기 상태 정보를 검출하여 실내 공기를 환기시킬지 여부를 결정하고 환기 필요 시 환기장치를 운전시켜 실내 공기를 쾌적하게 제공한다.
또한, 히트펌프, 환기 장치에서 사용되는 소비 전력은 각각의 장치 구동 상태에 따라 태양광 발전장치로부터 운전 전력 공급 여부를 결정하여 공급함으로써 전력 소비를 최적화시킬 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 에어케어 장치와 연동하는 인공지능 환경의 히트펌프 시스템에서 전력 공급의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 5에서는 태양광 발전장치를 운전을 상세히 나타낸 것으로써, 외부로부터 날씨정보를 제공하는 날씨정보 제공서버(800)를 통해 계절별, 날씨별, 일자별, 시간별로 태양광의 일사량 정보와 일사량 예측 정보를 실시간 제공받는다.
여기서, 상기 태양광 발전장치는 시간대별 일사량을 최대화시키기 위한 추적기(태양광을 따라 태양광 패널의 방향을 제어하는 장치 ; 310))와 축전기(충전모듈 ; 320))를 포함하여 구성되는데, 우선적으로 수신된 날씨정보에 따라 상기 추적기를 제어하여 발전량이 최대화될 수 있도록 운전한다.
이는 상기 날씨정보 제공서버(800)로부터 수신 받는 일사량 정보와 일사량 예측정보에 따라 상기 태양광 발전장치의 발전량을 극대화시킬 수 있도록 제어하게 되며, 생산된 전력은 상기 축전기(320)에 저장한다.
그리고 상기 데이터 연산부에서는 상기 환기장치가 운전 중인 상태에서 상기 냉난방장치와 히트펌프가 동작할 때 사용되는 소비 전력량을 일자별, 시간별로 예측 소비 전력량을 저장한 후 상기 예측 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치에서 발전되는 전력량을 저장하는 축전지에 충전될 전력량을 사전에 충전되도록 제어하는 것이다.
예를 들어 장마 기간에 해당하는 여름철에는 환기와 실내 냉난방을 동시에 구현하여 쾌적한 실내 공기를 제공할 수 있도록 운전하여야 하는데, 이때 높은 소비전력이 발생함으로써, 상기 데이터 연산부는 특정 일자(또는 기간)에 예측 소비 전력량을 저장하고 있다가 해당 일자에 태양광 발전장치의 축전기로부터 환기장치와 히트펌프에 소비되는 전력을 사용할 수 있도록 00% 축전량을 해당 기간 동안 확보할 수 있도록 전력 소비를 제어하는 것이다.
따라서, 본 발명은 히트펌프 운전과 실내 공기 제어를 위한 에어케어 시스템을 구현하고 여기에 더불어 전력 소비를 동시에 제어함으로써 만족도 높은 냉난방 시스템을 구축할 수 있는 이점이 있는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 우선적으로 인공지능 환경에서 냉난방을 제어하기 때문에 냉방 및 난방효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명은 냉난방 구동에 필요한 히트펌프 장치의 소비 전력을 태양광 발전장치로부터 공급받되, 소비 전력이 높은 여름철의 경우 사전에 예측된 소비 전력량 데이터에 기초하여 충분한 전력 확보를 통해 외부 전력을 사용하지 않고 태양광 발전량만으로 사용하여 전력 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 냉난방 장치
200 : 히트펌프
300 : 태양광 발전장치
310 : 추적기
320 : 축전지
400 : 중앙단말기
410 : 데이터 연산부
500 : 측정수단
510 : 온도센서
520 : 습도센서
530 : 공기센서
600 : 환기장치
700 : 사용자 단말기
800 : 날씨정보 제공서버
200 : 히트펌프
300 : 태양광 발전장치
310 : 추적기
320 : 축전지
400 : 중앙단말기
410 : 데이터 연산부
500 : 측정수단
510 : 온도센서
520 : 습도센서
530 : 공기센서
600 : 환기장치
700 : 사용자 단말기
800 : 날씨정보 제공서버
Claims (3)
- 임의의 실내 공간에 대하여 난방열을 공급하거나 냉방열을 공급하는 냉난방 장치;
상기 냉난방장치로 겨울철에 공급될 난방열과 여름철에 공급될 냉방열을 제공하기 위하여 압축기를 통해 고온고압의 열매를 열교환후 열량으로 공급하거나 냉매의 열교환을 통해 냉각열을 공급하는 히트펌프;
상기 냉난방 장치를 통해 난방 또는 냉방되는 실내의 온도 정보와 공기 상태정보를 검출하는 측정수단;
상기 냉난방 장치와 히트펌프의 전력을 공급하기 위한 것으로, 외부 날씨정보 제공서버를 통해 수신되는 현재 날씨에 대한 온도와 습도 정보가 포함된 날씨정보에 따라 태양광 발전량을 높일 수 있도록 운전을 제어하여 생산된 전력을 공급하는 태양광 발전장치;
상기 실내 공간에 대한 온도 정보와 공기 정보를 외부에서 제어하기 위하여 사용자로부터 입력받은 설정값을 제공하는 사용자 단말기; 및
상기 측정수단을 통해 검출되는 온도 정보와 공기 상태정보에 해당하는 검출값과 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값에 따라 상기 냉난방 장치와 히트펌프를 제어하되, 상기 사용자 단말기로부터 입력받은 설정값과 상기 측정수단을 통해 측정된 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 현재 상태 정보 검출값에서 설정값에 도달하기까지 소요되는 시간 정보와 소비 전력량 정보를 연산하는 데이터 연산부를 포함하는 중앙 단말기;를 포함하여 구성되고,
상기 중앙 단말기는 상기 데이터 연산부에서 연산된 소비 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전 여부를 결정하여 운전을 제어하며, 상기 사용자 단말기를 통해 입력받은 설정값과 현재 상태 정보 검출값을 비교하여 설정값에 도달하는 시간 정보가 임의의 시간 이하일 경우 실내 환기를 제어하는 환기장치를 운전시키고 임의의 시간 이상일 경우 실내 환기장치를 운전시키지 않고 설정값에 도달했을 경우 기설정된 설정값으로 환기되도록 상기 환기장치를 제어하는 것으로 구성되는 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 측정수단은,
상기 실내 공간 온도 정보(온도값)를 검출하는 온도센서;
상기 실내 공간 습도 정보(습도값)를 검출하는 습도센서; 및
상기 실내 공간 공기의 오염 정보를 검출하는 공기센서;를 포함하여 구성되고,
상기 온도센서를 통해 검출된 실내 온도값과 상기 사용자 단말기를 통해 설정받은 설정값을 비교하여 설정값 이하일 경우 상기 중앙 단말기가 상기 히트펌프와 냉난방장치를 운전시켜 설정값에 도달할 때까지 운전 제어하며,
상기 설정값에 따라 실내 공간의 온도값 설정이 완료되면, 상기 습도 센서와 공기센서에서 검출되는 공기 상태정보에서 기설정된 습도 정보와 오염 정보가 임의의 값 이상으로 검출될 경우 상기 중앙 단말기로부터 상기 환기장치를 제어하여 실내 공간의 환기를 실시하되, 환기가 실시되는 시간동안 상기 설정값(온도값)에 따른 온도값이 떨어질 경우 상기 히트펌프와 냉난방장치를 동시에 운전시키되, 상기 환기장치가 동작하는 시간동아 상기 히트펌프와 냉난방장치가 소비하는 소비 전력을 상기 태양광 발전장치의 발전량으로부터 모두 공급받아 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 중앙 단말기는,
계절별, 날씨별, 일자별, 시간별로 태양광의 일사량 정보와 일사량 예측 정보를 상기 날씨정보 제공서버로부터 제공받으며,
상기 일사량 정보와 일사량 예측 정보에 따라 상기 태양광 발전장치의 운전을 결정하는 추적기를 제어하고,
상기 데이터 연산부는, 상기 환기장치가 운전 중인 상태에서 상기 냉난방장치와 히트펌프가 동작할 때 사용되는 소비 전력량을 일자별, 시간별로 예측 전력량을 저장한 후 상기 예측 전력량에 따라 상기 태양광 발전장치에서 발전되는 전력량을 저장하는 축전지에 충전될 전력량을 사전에 충전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210178295A KR102472129B1 (ko) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210178295A KR102472129B1 (ko) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102472129B1 true KR102472129B1 (ko) | 2022-11-30 |
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ID=84234364
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| KR1020210178295A KR102472129B1 (ko) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 에어케어 장치와 연동되는 인공지능 기반의 히트펌프 시스템 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102472129B1 (ko) |
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| KR101103439B1 (ko) | 2009-06-18 | 2012-01-09 | 주식회사 귀뚜라미 범양냉방 | 히트펌프 시스템 |
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2021
- 2021-12-14 KR KR1020210178295A patent/KR102472129B1/ko active IP Right Grant
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