KR102560125B1 - 설비통합용 플러그인 제어 시스템 - Google Patents

설비통합용 플러그인 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

설비통합용 플러그인 제어 시스템은 복수의 설비들에 연결되고 설비들로부터 설비신호를 수신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 입력포트와, 설비들에 연결되고 설비들에 제어신호를 송신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 출력포트와, 적어도 하나의 센서로부터 센서신호를 수신할 수 있는 센서수신포트와, 센서의 센서신호에 기초하여 설비들 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어기를 포함한다.

Description

설비통합용 플러그인 제어 시스템{Plug-in control system for integrating equipment}
실시예들은 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 설비들을 하나의 시스템에 플러그인(plug-in)하여 통합적으로 제어할 수 있는 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 관한 것이다.
개인이나 하나의 세대가 거주하는 소규모 건축물, 아파트와 같은 공동주택이나 사무용/상업용 빌딩과 대규모 건축물 등 모든 건축물에는 그 규모와 상관없이 다양한 설비들이 설치된다. 다양한 설비들에는 예를 들어 냉난방장치, 환기장치, 제습장치와 같은 장치들이 포함될 수 있다.
일반적으로 냉난방장치와 환기장치와 같은 설비들은 자체 제어장치를 구비하거나 독립된 제어기에 연결된다. 최근 건축되는 아파트와 빌딩에는 에너지의 효율적인 사용과 관리를 위해서 그리고 사용자의 편의를 제공하기 위한 목적으로 통합 제어 시스템이 적용되기도 한다.
통합 제어 시스템은 각 거주구역의 모든 설비를 통합하여 제어하는 시스템을 의미할 수 있다. 예를 들어 아파트에서는 단위세대에 설치되는 에어컨, 난방장치, 환기장치, 제습장치 등의 여러 가지 설비들이 하나의 통합 제어 시스템에 연결되고, 하나의 통합 제어 시스템이 모든 설비를 통합적으로 관리하고 제어할 수 있다.
대형 건축물의 경우에는 다양한 설비들의 정보를 실시간으로 수집 및 분석을 통해 에너지를 효율적으로 관리해 주는 통합 제어 시스템으로서 BEMS 등이 적용되고 있다. BEMS를 적용하여 평균 5~15%가량의 에너지를 절약할 수 있어서, 그 적용이 점차 증가하고 있다.
이와 같은 통합 제어 시스템을 도입하면 에너지의 효율적인 사용과 관리가 가능한 장점이 있지만, 제어 방식(예를 들어 통신 프로토콜)이 상이하고 신호와 전기 규격 등이 상이한 여러 가지 설비들을 통합하여 관리, 제어하고자 할 때 여러 가지 제한이 발생한다. 예를 들어 에어컨과 보일러와 같은 각 설비의 제조사들은 해당 설비를 제어하기 위한 목적으로 특수한 통신 프로토콜을 적용한 별도의 제어기를 사용한다.
서로 상이한 통신 프로토콜을 사용하여 제어되는 설비들을 통합하여 제어하기 위해서는 각 설비의 제조사가 제공하는 통신 프로토콜과 같은 설비의 작동규격에 관한 정보를 취합한 후에, 취합된 정보를 고려한 제어 시스템을 설계해야 한다. 예를 들어 대형 건설사가 대규모의 주택단지를 건축할 경우에는, 통합 제어 시스템 구축을 위해 최초 설계 시부터 설비의 제조사들의 협조를 구할 수 있을 것이다. 그러나 이와 같은 통합 제어 시스템의 설계 방식에 의하면 제어 시스템이 통합할 수 있는 설비의 다양성과 확장성이 제한된다.
중, 소규모 건축을 시행할 경우에는 서로 상이한 통신 프로토콜에 의해 제어되는 설비들을 통합하여 제어하는 시스템을 구현하기가 어렵다. 만일, 중, 소규모의 건축물에 BEMS 시스템을 적용하고자 한다면, 초기공사비를 증가시키는 문제점이 있다.
실시예들은 건축물에 혼재되어 있는 각종 열원, 냉난방장치, 환기장치, 제습장치 등의 다양한 설비들을 하나의 시스템에 플러그인(plug-in)하여 통합적으로 제어할 수 있는 설비통합용 플러그인 제어 시스템을 제공한다.
실시예들은 또한 건축물에서 소비되는 에너지의 관리를 최적화 및 단순화한 설비통합용 플러그인 제어 시스템을 제공함으로써, 소비자의 에너지 관리의 편의성을 향상하고자 한다.
실시예들은 또한 다양한 설비들을 하나의 시스템에서 통합적으로 관리할 수 있게 하여 에너지 절약을 도모할 수 있게 하며, 설비의 종류에 제한 받지 않고 설비를 제어할 수 있도록 범용성이 향상된 설비통합용 플러그인 제어 시스템을 제공하고자 한다.
일 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 복수의 설비들에 연결되고 설비들로부터 설비신호를 수신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 입력포트와, 설비들에 연결되고 설비들에 제어신호를 송신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 출력포트와, 적어도 하나의 센서로부터 센서신호를 수신할 수 있는 센서수신포트와, 센서의 센서신호에 기초하여 설비들 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어기를 포함한다.
제어기가 생성하는 제어신호는 설비들의 적어도 하나를 작동시키기 위한 기동신호와 정지시키기 위한 정지신호를 포함할 수 있다.
제어기가 생성하는 제어신호는 설비들의 적어도 하나의 작동을 변화시키기 위한 아날로그 신호를 더 포함할 수 있다.
제어기는 아날로그 신호의 신호강도의 범위를 복수 개의 강도범위들 중 어느 하나를 선택하여 설정할 수 있게 하는 오프셋 스위치를 포함할 수 있다.
설비들은 공조공간의 온도를 제어하기 위한 냉난방장치를 포함할 수 있다.
설비들은 외부의 공기를 공조공간으로 도입하고 공조공간의 공기를 외부로 배출하며 공기로부터 열을 회수할 수 있는 열회수 환기장치를 더 포함할 수 있다.
열회수 환기장치는 공기를 가열하거나 냉각하기 위한 히트펌프를 포함할 수 있다.
제어기가 생성하는 제어신호는 열회수 환기장치를 작동시키기 위한 기동신호와 정지시키기 위한 정지신호와, 열회수 환기장치의 작동을 변화시키기 위한 아날로그 신호를 포함할 수 있다.
냉난방장치는 공조공간에 복사열을 전달하는 복사 냉난방장치일 수 있고, 센서는 복사 냉난방장치에서 결로가 방지하는 조건을 감지하기 위한 결로감지센서를 포함할 수 있고, 제어기는 결로감지센서에 의해 결로가 방지하는 조건이 감지되면 복사 냉난방장치의 작동을 정지할 수 있다.
설비들은 공조공간의 공기의 습도를 조절할 수 있는 제습장치를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 의하면 건축물에 설치된 각종 열원, 냉난방장치, 환기장치, 제습장치 등의 다양한 설비들을 하나의 시스템에 플러그인(plug-in)하여 통합적으로 제어할 수 있다.
또한 실시예들에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 설비의 종류에 제한 받지 않고 설비를 제어할 수 있어서 그 적용 범위가 크게 확대될 수 있다.
또한 실시예들에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 의하면 다양한 설비들을 하나의 시스템에서 통합적으로 관리할 수 있으므로 건축물의 소비 에너지 효율이 향상될 수 있다.
또한 실시예들에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 의하면 소비자가 건축물에서 소비되는 에너지의 관리를 편리하게 실시할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템과 설비들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템의 작동을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3의 순서도의 환경 제어 설정 단계를 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 3의 순서도의 냉난방 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
도 6은 도 5의 순서도의 복사열 제어모드를 설명하는 순서도이다.
도 7은 도 5의 순서도의 에너지회수환기 제어모드를 설명하는 순서도이다.
도 8은 도 5의 순서도의 에코 제어모드를 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 3의 순서도의 제습 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
도 10은 도 3의 순서도의 환기 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1에 나타난 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)은 온오프 접점방식의 복수의 입력포트(91)와, 온오프 접점방식의 복수의 출력포트(92, 96)와, 센서의 신호를 수신할 수 있는 센서수신포트(94, 95)와, 제어신호를 생성하기 위한 제어기를 포함한다.
도 1에서 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)에는 제어기가 도시되지 않았다. 제어기는 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)의 내부에 장착되는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 적어도 하나의 마이크로프로세서가 장착된 제어용 회로기판, 제어용 회로기판의 일부를 구성하는 제어 논리 회로(control logic circuit), 및 제어용 회로기판의 ROM(read only memory)이나 마이크로프로세서에 탑재되는 제어용 소프트웨어의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
온오프 접점방식의 입력포트(91)와 출력포트(92, 96)는 복수의 설비들에 연결될 수 있는 포트(port)이다. 온오프 접점방식의 입력포트(91)와 출력포트(92, 96)는 설비들과 연결되기 위해 기존의 통신방식(프로토콜 오픈)을 사용하지 않는다. 온오프 접점방식의 입력포트(91)와 출력포트(92, 96)는 간단한 배선 연결, 원터치 커넥터 연결 방식에 의해 설비들에 전기적으로 연결되어 온신호와 오프신호의 단순한 전기신호를 전달할 수 있는 포트이다.
온오프 접점방식의 입력포트(91)와 출력포트(92, 96)를 이용하면 설비들의 제조사가 독자적으로 구축한 설비 자체의 통신용 프로토콜에 제한 받지 않으면서도 설비들의 작동을 효과적으로 제어할 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)의 제어 방식은 전기적 신호(ON/OFF)를 기본으로 제어를 하는 방식이므로 특정 메이커(제조사)의 특정 모델이 구비한 통신 프로토콜에 제한되지 않고 범용 제품들에 적용할 수 있다. 또한 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 설비의 운전 특성과 관련된 필요에 따라 설비에 아날로그 신호를 출력하여 0~100% 비례제어를 할 수 있다. 또한 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 중앙 관제 컴퓨터, PLC(프로그래머블 로직 제어기; programmable logic controller), 서비스 엔지니어의 휴대용 컴퓨터에 통신 가능하게 연결되거나, RS-485 모드버스를 통해 외부의 제어장치와 통신 가능하게 연결될 수 있다.
온오프 접점방식(on-off contact terminal type)의 입력포트(91)와 출력포트(92, 96)는 전기적 신호(On signal/Off signal)를 수신하거나 출력하는 기능을 수행할 수 있다.
제어기는 출력포트(92, 96)를 통해 각 설비들에 제어신호를 인가할 수 있다. 출력포트(92, 96)를 통해 설비들에 인가되는 제어신호는 설비들의 적어도 하나를 작동시키기 위한 기동신호와 설비들의 적어도 하나를 정지시키기 위한 정지신호를 포함할 수 있다. 예를 들어 기동신호는 출력포트(92, 96)를 통해 출력되는 온신호일 수 있고 정지신호를 출력포트(92, 96)를 통해 출력되는 오프신호일 수 있다.
또한 출력포트(92, 96) 중 일부인 아날로그 출력포트(96)는 온오프의 전기적 신호에 부가하여, 출력되는 전류값 또는 전압값이 변화될 수 있는 아날로그 전기신호(analog electrical signal, 이하 '아날로그 신호')를 출력할 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)은 아날로그 출력포트(96)가 출력하는 아날로그 신호의 신호강도의 범위를 설정할 수 있게 하는 오프셋 스위치(97)를 포함한다. 오프셋 스위치(97)는 복수 개의 강도범위들 중 어느 하나를 선택하여 아날로그 신호의 신호 강도의 범위를 설정할 수 있다.
오프셋 스위치(97)는 아날로그 신호의 신호강도의 범위를 변경할 수 있게 한다. 아날로그 신호는 예를 들어 4~20mA, 0~20mA 등의 복수의 전류값 범위들의 어느 하나일 수 있고, 또는 1~5V, 0~5V, 2~10V, 0~10V 등의 복수의 전압값 범위들의 어느 하나일 수 있다.
이와 같이 아날로그 신호의 신호강도의 범위를 변경할 수 있게 함으로써 아날로그 신호에 의해 제어 가능한 설비들에 입력될 수 있는 입력신호의 범위가 상이한 경우에 효율적으로 대응할 수 있다. 해외에서 사용하도록 제작된 설비는 국내용 설비를 위한 입력신호와 상이한 입력신호에 의해 작동할 수 있다. 이러한 경우 오프셋 스위치(97)를 이용하면 아날로그 출력포트(96)가 출력하는 아날로그 신호의 전류값 범위, 전압값 범위의 적어도 하나를 변경할 수 있다. 아날로그 출력포트(96)의 아날로그 신호를 모든 설비에 적용할 수 있으므로 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)의 범용성이 확대될 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)은 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)에 디스플레이 신호를 전달하고 사용자의 입력신호를 수신할 수 있는 사용자입력포트(93)를 포함한다. 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)는 예를 들어 건축물의 벽면에 장착될 수 있는 터치 스크린이나 사용자 입력용 키나 버튼을 구비한 디스플레이 등에 의해 구현될 수 있다.
디스플레이 및 사용자 입력장치(20)는 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)에 의해 제어되는 설비들의 작동 상태와 경보(알람), 공조 공간의 온도, 습도, 공기질과 같은 공기상태, 마스터 모드 버스를 통해 제공되는 건물 또는 단지의 중앙 관제 센터로부터 제공되는 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이 및 사용자 입력장치(20)는 또한 각종 설비들의 설정값, 예를 들면 온도, 습도, 작동시간 예약을 위한 시각정보 등을 사용자에게 제공할 수 있다. 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)는 사용자에 의해 선택된 사용자 입력정보를 설비통합용 플러그인 제어 시스템(100)에 전달할 수 있다.
센서수신포트(94, 95)에는 통합 공기질 센서를 포함하는 복합 센서모듈(10)과, 냉난방장치의 결로발생의 조건을 감지하기 위한 결로감지센서(11)와, 냉난방장치의 공급수 온도를 감지하기 위한 공급수 센서(12)가 연결될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템과 설비들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템의 설비들에 연결될 수 있는 제어기(60)를 포함한다. 제어기(60)는 복합 센서모듈(10), 결로감지센서(11), 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)와, 다양한 설비들에 연결될 수 있다.
제어기(60)에 연결될 수 있는 설비들은 예를 들어 냉난방장치(30)와, 열회수 환기장치(40)와, 제습장치(50)를 포함할 수 있다.
제어기(60)는 냉난방 제어기(61)와, 열회수환기 제어기(62)와, 제습 제어기(63)와, 입출력 제어기(64)와, 통신 제어기(65)를 포함할 수 있다.
제어기(60)는 저장 장치(70)와 연결될 수 있다. 저장 장치(70)는 각종 설비들을 제어하기 위한 데이터, 즉 공조공간의 온도, 습도, 공기질 등과 관련되어 설비들을 작동시키기 위한 기준값, 사용자 맞춤형 정보(예를 들면, 공조공간별로 사용자가 선호하는 설비들의 작동모드, 온도값, 습도값, 작동 시간 등에 관한 정보)와, 제어용 프로그램 등을 저장할 수 있다.
냉난방 제어기(61)는 냉난방장치(30)를 제어한다. 열회수환기 제어기(62)는 열회수 환기장치(40)를 제어한다. 제습 제어기(63)는 제습장치(50)를 제어한다. 입출력 제어기(64)는 각종 설비들로부터 입력되는 설비신호를 수신하고, 각종 설비들에 제어신호를 송신하는 기능과, 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)에 정보를 전달하거나 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)로부터 입력되는 사용자 입력정보를 수신하는 기능을 수행할 수 있다.
통신 제어기(65)는 외부의 제어장치와 통신을 수행할 수 있다. 외부의 제어장치는 예를 들어 건물이나 단지의 중앙 관제 컴퓨터, PLC(프로그래머블 로직 제어기; programmable logic controller), 서비스 엔지니어의 휴대용 컴퓨터 등일 수 있다. 통신 제어기(65)는 예를 들어 RS-485 모드버스를 통해 외부의 제어장치와 통신 가능하게 연결될 수 있다.
냉난방장치(30)는 공조공간의 온도를 제어하기 위한 기능을 수행하는 장치이다. 냉난방장치(30)는 공조공간에 복사열을 전달하는 복사 냉난방장치일 수 있다. 복사 냉난방장치는 천장 또는 바닥에 설치되는 복사열 패널을 이용하는 장치일 수 있다.
열회수 환기장치(40)는 공조공간의 공기를 외부로 배출하고 외부의 공기를 공조공간으로 도입하는 환기 기능, 더운 공기와 차가운 공기의 사이의 열교환을 통해 공기로부터 열을 회수할 수 있는 열회수 기능, 공조공간으로 공급되는 공기를 가열하거나 냉각하는 냉방 및 난방 기능의 적어도 하나를 실행할 수 있는 장치이다.
열회수 환기장치(40)는 환기 기능과 열회수 기능과 냉방 및 난방 기능을 실행하기 위해 팬 코일 유닛(fan coil unit; FCU), 전열유닛, 히트펌프(heat pump)를 포함할 수 있다. 히트펌프는 예를 들어 냉매가 순환하는 응축기, 증발기, 압축기, 팽창밸브 등을 포함할 수 있다.
제습장치(50)는 예를 들어 제습제가 표면에 부착되어 공기 통로에 회전하도록 배치된 제습로터를 포함할 수 있다. 제습장치(50)는 공조공간에 공급되는 공기를 가습하거나 공기의 습기를 제거함으로써 공조공간의 습도를 조절할 수 있다.
복합 센서모듈(10)은 공조공간의 공기질을 통합적으로 측정할 수 있는 통합 공기질 센서를 포함한다. 복합 센서모듈(10)에 의하면 예를 들어 7가지 종류의 실내 공기질(온도, 습도, CO2, PM1.0, PM2.5, PM10, VOC)을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같은 설비통합용 플러그인 제어 시스템에 의하면 자동으로 냉방 및 난방과 환기, 제습운전을 할 수 있다. 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 냉/난방과 환기, 제습운전을 실행하기 위하여 온오프 접점 방식으로 설비들을 제어할 수 있다. 따라서 특정 메이커(제조사)의 특정 모델이 구비한 통신 프로토콜에 의해 제한 받지 않고 모든 제품들(설비들)을 간편하게 연결하여 여러 가지 설비들을 통합적으로 제어할 수 있다.
사용자는 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)에 표시된 정보를 통해 7가지 종류의 실내 공기 질(온도, 습도, CO2, PM1.0, PM2.5, PM10, VOC)의 상태를 한눈에 확인할 수 있다.
또한 사용자는 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)를 이용하여 상황에 따라 냉/난방 운전과 제습운전과 환기운전 등의 각종 설비의 제어를 위한 설정값을 입력할 수 있다. 설비의 제어를 위해 사용자가 설정할 수 있는 설정값은 예를 들어 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 미세먼지의 오염도 기준, 운전을 위한 시작 시간, 운전의 지속 시간, 종료 시간 등에 관련될 수 있다.
사용자는 또한 각종 설비들의 운전이 자동적으로 실행되게 하는 자동제어모드와, 설비들의 운전 모드들 중 사용자의 선호도에 따라 우선 순위를 부여할 수 있는 수동제어 모드를 선택할 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템은 설비들을 제어하는 중에 설비의 이상으로 인한 고장을 감지할 수 있다. 고장이 감지되는 경우 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)에 이상 경보 및 경보내역을 표시함과 동시에 고장이 감지된 설비의 동작을 중단할 수 있다. 사용자는 디스플레이 및 사용자 입력장치(20)를 통해 이상이 감지된 설비의 고장내역을 확인하고 조치를 취할 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템에 의하면 설비 별로 경보 조건(경보가 발생할 경우 신호를 출력하는 조건)이 발생할 경우 경보 신호를 출력하는 접점의 작동 방식이 상이한 경우 입력 접점의 작동 방식을 설정하고 입력 감지 시간을 설정하여 해당 설비의 접점방식의 조건과 설비의 작동 환경에 맞추어 경보 감지 기능을 설정할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 관한 설비통합용 플러그인 제어 시스템의 작동을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 센서 데이터를 취득하는 단계(S100), 환경 제어 설정 단계(S110), 자동제어 모드와 수동제어 모드 중 하나를 선택하는 단계(S120)와, 냉난방 운전 단계(S200)와 제습운전 단계(S300)과 환기운전 단계(S400)의 적어도 하나를 실행할 수 있다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템이 공조공간(실내)의 환경을 제어할 때에는 냉방, 난방, 제습. 환기의 적어도 4가지의 환경요소를 복합적으로 제어할 수 있다. 복합 제어의 우선 순위는 예를 들어 냉/난방 제어 > 제습 제어 > 환기 제어의 순으로 정해질 수 있다. 즉 복합 제어 시 실내의 온도제어, 습도 제어, 공기질 제어의 순으로 우선 순위를 부여하는 제어가 실행된다.
설비통합용 플러그인 제어 시스템은 미리 설정된 제어 기준을 이용하여 설비들을 자동으로 제어하여 실내 환경을 사용자가 원하는 환경 조건에 맞게 유지할 수 있다.
복합 제어를 위한 제어 기준은 실내 온도, 습도, 미세먼지, 및 이산화 탄소 농도 등일 수 있다. 제어 기준은 사용자에 의해 설정되거나 공조 공간의 현 상태에 기초하여 설비통합용 플러그인 제어 시스템이 자동적으로 제어 기준을 조정할 수 있다.
냉/난방 제어, 제습 제어, 환기 제어 등의 각 제어 동작은 설비통합용 플러그인 제어 시스템이 스스로 설정하는 조건에 맞추어 자동으로 실행될 수 있는데, 이러한 제어 동작을 '자동제어 모드'라고 한다.
또한 설비통합용 플러그인 제어 시스템은 사용자의 요구조건에 따라 수동으로 작동하여 사용자가 원하는 환경 조건을 우선적으로 제어할 수 있는데, 이러한 제어 동작을 '수동제어 모드'라고 한다.
센서 데이터를 취득하는 단계(S100)는 제어기가 공조공간의 공기질을 통합적으로 측정할 수 있는 통합 공기질 센서를 포함하는 복합 센서모듈로부터 신호를 전달받아 센서 데이터를 취득하는 단계일 수 있다. 복합 센서모듈에 의하면 예를 들어 7가지 종류의 실내 공기질(온도, 습도, CO2, PM1.0, PM2.5, PM10, VOC)을 측정할 수 있다.
환경 제어 설정 단계(S110)는 복합 센서모듈에서 취득된 센서 데이터에 기초하여 공조공간의 현재의 상태와 사용자가 미리 설정한 온도, 습도 등에 관한 기준 데이터 등을 고려하여, 공조공간의 냉난방 부하, 공조부하 등을 산출하고 실행할 운전모드를 결정하는 단계일 수 있다.
자동제어 모드와 수동제어 모드 중 하나를 선택하는 단계(S120)는 사용자에 의해 선택될 수 있다. '수동제어 모드'는 사용자가 먼저 실행되기 원하는 설비를 설정하거나 먼저 실행되어야 할 운전의 종류를 선택한 상태에 해당한다. '자동제어 모드'는 설비통합용 플러그인 제어 시스템이 자율적으로 복합 제어를 실행할 수 있는 상태에 해당한다.
그 이후, 냉난방 운전 단계(S200)와 제습운전 단계(S300)과 환기운전 단계(S400)의 적어도 하나가 실행될 수 있다. 즉 냉난방 운전 단계(S200)와 제습운전 단계(S300)과 환기운전 단계(S400) 중 냉난방 운전 단계(S200)와 제습운전 단계(S300)가 동시에 실행되거나 냉난방 운전 단계(S200)와 환기운전 단계(S400)가 동시에 실행되거나, 냉난방 운전 단계(S200)와 제습운전 단계(S300)와 환기운전 단계(S400) 중 하나만이 실행될 수 있다.
도 4는 도 3의 순서도의 환경 제어 설정 단계를 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면 환경 제어 설정 단계는 냉난방 부하 및 냉난방 부하 감소율을 산출하는 단계(S111)와, 공조부하(가습/제습/환기 부하) 및 공조부하 감소율을 산출하는 단계(S113)와, 부하와 부하 감소율 등에 기초하여 냉난방 운전모드를 결정하는 단계(S112)와, 제습운전모드 및 환기운전모드를 결정하는 단계(S114)를 포함한다.
냉난방 부하 및 냉난방 부하 감소율을 산출하는 단계(S111)는 실내의 온도와 사용자가 설정한 온도에 기초하여 달성해야 할 목표온도를 설정하고, 목표온도에 도달하기 위해 필요한 냉난방 부하 및 목표온도에 도달하기에 필요한 소요시간 등을 고려한 냉난방 부하 감소율을 산출할 수 있다.
공조부하(가습/제습/환기 부하) 및 공조부하 감소율을 산출하는 단계(S113)에서는 실내의 습도 및 온도 조건과 사용자가 설정한 습도 및 온도 등의 정보에 기초하여 달성해야 할 목표습도 및 목표온도를 설정하고, 목표습도 및 목표온도에 도달하기 위해 필요한 공조부하, 즉 가습과 제습을 위해 필요한 가습 부하나 환기를 위해 필요한 환기 부하 등을 산출한다. 공조부하가 산출되면 목표습도와 목표온도에 도달하기에 필요한 소요시간 등을 고려한 공조부하 감소율을 산출할 수 있다.
냉난방 운전모드를 결정하는 단계(S112)는 산출된 냉난방 부하와 냉난방부하 감소율에 기초하여 실행해야 할 냉난방 운전모드를 결정한다. 또한 제습운전모드 및 환기운전모드를 결정하는 단계(S114)는 산출된 공조 부하와 공조부하 감소율에 기초하여 실행해야 할 제습운전모드 및 환기운전모드를 결정한다.
도 5는 도 3의 순서도의 냉난방 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
냉난방 운전 단계는 복사열 제어모드(S210)와, 에너지회수환기 제어모드(S250)와, 에코 제어모드(ECO control mode; S280)의 어느 하나를 실행하는 단계이다.
복사열 제어모드(S210)는 복합 센서모듈을 통해 측정된 실내 온도와 사용자가 설정한 온도 등을 고려하여 복사열 방식으로 난방운전 또는 냉방운전을 실행하는 단계이다. 예를 들어 복사열 제어모드(S210)가 냉방 기능을 실행할 경우, 실내 공기의 온도가 미리 설정된 편차온도 보다 높은 경우 냉방운전을 실행하고 실내 공기의 온도가 사용자가 설정한 목표온도로 내려가면 냉방운전이 정지한다.
에너지회수환기 제어모드(S250)는 환기 기능과 열회수 기능과 냉방 및 난방 기능을 실행할 수 있는 열회수 환기장치를 작동시킬 수 있다. 에너지회수환기 제어모드(S250)에 의하면 공조공간의 온도 및 습도 조건과 계절의 상황에 맞추어 공조공간의 실내 공기와 외부의 공기를 이용하여 공조공간을 냉방하거나 난방할 수 있다.
열회수 환기장치는 팬 코일 유닛(fan coil unit; FCU), 전열유닛, 히트펌프(heat pump)를 포함할 수 있다. FCU의 송풍기(fan)은 제어기의 출력포트를 통해 출력되는 전기적 제어신호인 기동신호에 의해 작동을 개시하고 정지신호에 의해 작동을 정지할 수 있다. 또한 FCU의 송풍기는 제어기의 출력포트를 통해 출력되는 아날로그 신호에 의해 정밀하게 제어될 수 있다.
에코 제어모드(S280)는 복사열 냉난방장치의 운전과 열회수 환기장치의 운전을 동시에 실행할 수 있다. 에코 제어모드(S280)에 의하면 복사열 냉난방장치로부터 공조공간으로 복사열이 전달됨과 동시에 열회수 환기장치에 의해 공조공간의 공기의 냉방 또는 난방이 실행될 수 있다.
도 6은 도 5의 순서도의 복사열 제어모드를 설명하는 순서도이다. 도 6에 도시된 순서도는 복사열 냉난방장치에 의해 냉방 운전의 단계들을 개략적으로 도시한다.
복사열 제어모드에 의해 실행되는 냉난방 운전은 결로감지센서로부터 데이터를 취득하는 단계(S211)와, 결로 발생조건이 충족된 것인지를 결정하는 단계(S212)와, 결로가 발생하는 조건인 경우 냉방 운전을 정지하고 결로가 발생하는 조건이 아닌 경우 냉난방 제어신호를 복사열 냉난방장치에 인가하는 단계(S213)와, 복사열 방출을 위한 파이프(냉수관, 온수관)의 밸브를 개방하는 밸브온(On) 신호를 단계(S214)와, 펌프를 구동하기 전 준비를 위한 시간 지연을 대기하는 단계(S215)와, 펌프를 구동시키는 단계(S216)와, 냉난방 목표가 충족된 것인지를 결정하는 단계(S217)와, 냉난방 목표가 충족된 경우 냉난방 운전을 정지하고 냉난방 목표가 충족되지 않는 경우 냉난방 운전을 계속 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
결로 발생조건이 충족된 것인지를 결정하는 단계(S212)에서 결로가 발생하는 조건인 경우 냉방 운전을 정지하는 동작에 부가하여 강제로 제습장치와 열회수 환기장치의 적어도 하나를 작동시켜 제습운전을 실행할 수 있다.
동절기에 난방 운전을 실행할 때에는 도 6에 도시된 결로감지센서로부터 데이터를 취득하는 단계(S211)와, 결로 발생 조건이 충족된 것인지를 결정하는 단계(S212)가 생략될 수 있다.
도 7은 도 5의 순서도의 에너지회수환기 제어모드를 설명하는 순서도이다.
에너지회수환기 제어모드에 의해 실행되는 냉난방 운전은 열회수 환기장치에 냉난방 제어신호를 인가하는 단계(S251)와, FCU에 온신호(기동신호)를 인가하는 단계(S252)와, FCU에 아날로그 신호를 인가하는 단계(S253)와, 냉난방 목표가 충족된 것인지를 결정하는 단계(S254)와, 냉난방 목표가 충족된 경우 냉난방 운전을 정지하고 냉난방 목표가 충족되지 않는 경우 냉난방 운전을 계속 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8은 도 5의 순서도의 에코 제어모드를 설명하는 순서도이다.
에코 제어모드에 의해 실행되는 냉난방 운전은 냉난방 제어신호를 복사열 냉난방장치에 인가하는 단계(S281) 및 열회수 환기장치에 냉난방 제어신호를 인가하고 FCU에 온신호(기동신호)를 인가하는 단계(S286)와, 복사열 방출을 위한 파이프(냉수관, 온수관)의 밸브를 개방하는 밸브온(On) 신호를 단계(S282)와, 펌프를 구동하기 전 준비를 위한 시간 지연을 대기하는 단계(S283)와, 펌프를 구동시키는 단계(S284)와, 냉난방 목표가 충족된 것인지를 결정하는 단계(S285)와, 냉난방 목표가 충족된 경우 냉난방 운전을 정지하고 냉난방 목표가 충족되지 않는 경우 냉난방 운전을 계속 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
냉난방 제어신호를 복사열 냉난방장치에 인가하는 단계(S281) 및 열회수 환기장치에 냉난방 제어신호를 인가하고 FCU에 온신호(기동신호)를 인가하는 단계(S286)는 동시에 실행되거나 순차적으로 실행될 수 있다. 필요에 따라 복사열 냉난방장치가 먼저 작동하거나 열회수 환기장치가 먼저 작동할 수 있다.
도 8에서 생략되었지만, 냉방 운전을 실행할 때에는 결로감지센서로부터 데이터를 취득하는 단계와, 결로 발생조건이 충족된 것인지를 결정하는 단계와, 결로가 발생하는 조건인 경우 냉방 운전을 정지하는 단계가 실행될 수 있다.
또한 도 8에서 생략되었지만, FCU를 정밀하게 제어하기 위하여 FCU에 아날로그 신호를 인가하는 단계가 부가적으로 실행될 수 있다.
도 9는 도 3의 순서도의 제습 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
제습 운전 단계는 복합 센서모듈을 통해 측정된 현재 실내 습도가 미리 설정된 목표습도 값보다 높은 경우 공조공간의 습도를 낮추기 위해 실행될 수 있다. 공조공간의 습도를 낮추기 위해 제습장치가 독립적으로 작동할 수 있고, 또는 제습장치와 열회수 환기장치가 함께 연계하여 작동할 수도 있다.
제습운전 단계는 열회수 환기장치에 기동신호를 인가하여 환기운전의 실행을 지시하는 단계(S301)와, 댐퍼의 작동 시간을 고려하여 지연시간을 대기하는 환기지연단계(S302)와, 송풍기에 기동신호(환기장치 온신호)를 인가하는 단계(S303)와, 제습장치에 기동신호(제습장치 온신호)를 인가하는 단계(S304)를 포함한다.
제습운전을 정지하기 위해서는 상술한 단계들을 반대로 실행하여 제습장치에 정지신호(제습장치 오프신호)를 인가하는 단계와, 댐퍼의 작동시간을 고려하여 지연시간을 대기하는 환기오프지연단계와, 송풍기에 정지신호(송풍기 오프신호)를 인가하는 단계가 순차로 실행될 수 있다.
제습 운전이 실행되어야 할 조건이 되어도 사용자에 의해 선택된 작동모드에 따라 또는 설비통합용 플러그인 제어 시스템이 자율적으로 결정한 우선순위에 따라 실내 온도제어(냉/난방 제어)가 우선적으로 실행될 수 있다. 따라서 제습 운전이 실행되는 중이라도 실내 온도가 설정온도보다 낮은 경우 자동으로 제습운전이 정지되고 냉난방 운전(온도제어)이 실행될 수 있다.
또한 제습운전 방식 중 냉방제습운전이 선택될 경우에는 실내 온도가 미리 설정된 목표온도(제습정지온도)보다 낮은 경우 제습정지 기능이 실행되어 제습운전을 정지될 수 있다. 그 이후 현재 온도가 제습정지온도+섭씨3도보다 높아지면 다시 제습운전이 재개될 수 있다.
또한 제습장치를 운전하는 동안 제습운전을 통해 발생하는 응축수를 외부로 배출하기 위한 응축수 배출 단계가 실행될 수 있다. 구체적으로 제습운전 중 응축수의 배출을 위해 배수관 밸브의 기동신호(배수관 밸브온 신호)와 정지신호(배수관 밸브오프 신호)를 주기적으로 생성함으로써, 응축수 배출 작동을 주기적으로 실행할 수 있다.
상술한 제습운전의 조건과 제습정지 기능의 실행을 위한 조건은 이하의 식으로 표현될 수 있다.
-제습운전 조건
제습운전 ON: 현재습도 ≥ 습도설정 + 제습편차
제습운전 OFF: 현재습도 ≤ 습도설정
-제습정지 기능 실행 조건
저온제습정지설정: 현재온도 ≤ 제습정지온도
저온제습정지해제: 현재온도 ≥ 제습정지온도 + 섭씨3도
도 10은 도 3의 순서도의 환기 운전 단계를 설명하는 순서도이다.
환기운전은 열회수 환기장치의 송풍기만을 작동시켜 공조공간의 실내 공기를 외부로 배출하고 외부의 공기를 흡입하여 정화한 후 공조공간으로 공급하는 운전이다.
환기운전은 복합 센서모듈을 통해 측정된 현재 실내의 이산화탄소 농도, 미세먼지 PM2.5농도의 적어도 하나가 미리 설정된 기준값보다 높은 경우 실행될 수 있다.
상술한 환기운전의 조건은 이하의 식으로 표현될 수 있다.
-미세먼지 조건(PM)
환기운전 ON: 현재PM2.5 ≥ PM설정 + PM편차
환기운전 OFF: 현재PM2.5 ≤ PM설정
-이산화탄소 농도 조건
환기운전 ON: 현재CO2 ≥ CO2설정 + CO2편차
환기운전 OFF: 현재CO2 ≤ CO2설정
환기를 위한 조건이 달성되어 환기운전을 실행하는 중에도 사용자에 의해 선택된 작동모드에 따라 또는 설비통합용 플러그인 제어 시스템이 자율적으로 결정한 우선순위에 따라 실내 온도제어(냉/난방 제어) 또는 제습 제어가 우선적으로 실행될 수 있다. 따라서 환기운전이 실행되는 중이라도 실내 온도가 설정온도보다 낮은 경우 또는 실내 습도가 설정습도보다 높거나 낮아진 경우 자동으로 환기운전이 정지되고 냉난방 운전(온도제어)이나 제습 운전의 적어도 하나가 실행될 수 있다.
환기운전은 열회수 환기장치에 기동신호를 인가하여 환기운전의 실행을 지시하는 단계(S401)와, 송풍기에 기동신호(환기장치 온신호)를 인가하는 단계(S402)를 포함한다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 설비통합용 플러그인 제어 시스템 63: 제습 제어기
11: 결로감지센서 64: 입출력 제어기
12: 공급수 센서 65: 통신 제어기
20: 디스플레이 및 사용자 입력장치 70: 저장 장치
30: 냉난방장치 91: 입력포트
40: 열회수 환기장치 92, 96: 출력포트
50: 제습장치 93: 사용자입력포트
60: 제어기 94, 95: 센서수신포트
61: 냉난방 제어기 96: 아날로그 출력포트
62: 열회수환기 제어기 97: 오프셋 스위치

Claims (10)

  1. 복수의 설비들에 연결되고 상기 설비들로부터 설비신호를 수신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 입력포트;
    상기 설비들에 연결되고 상기 설비들에 제어신호를 송신할 수 있는 온오프 접점방식의 복수의 출력포트;
    적어도 하나의 센서로부터 센서신호를 수신할 수 있는 센서수신포트; 및
    상기 센서의 상기 센서신호에 기초하여 상기 설비들 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어기;를 포함하고,
    상기 제어기가 생성하는 상기 제어신호는 상기 설비들의 적어도 하나를 작동시키기 위한 기동신호와 정지시키기 위한 정지신호를 포함하고,
    상기 제어기가 생성하는 상기 제어신호는 상기 설비들의 적어도 하나의 작동을 변화시키기 위한 아날로그 신호를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 아날로그 신호의 신호강도의 범위를 복수 개의 강도범위들 중 어느 하나를 선택하여 설정할 수 있게 하는 오프셋 스위치를 포함하는 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설비들은 공조공간의 온도를 제어하기 위한 냉난방장치를 포함하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설비들은 외부의 공기를 공조공간으로 도입하고 공조공간의 공기를 외부로 배출하며 공기로부터 열을 회수할 수 있는 열회수 환기장치를 더 포함하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열회수 환기장치는 상기 공기를 가열하거나 냉각하기 위한 히트펌프를 포함하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어기가 생성하는 상기 제어신호는 상기 열회수 환기장치를 작동시키기 위한 기동신호와 정지시키기 위한 정지신호와, 상기 열회수 환기장치의 작동을 변화시키기 위한 아날로그 신호를 포함하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 냉난방장치는 공조공간에 복사열을 전달하는 복사 냉난방장치이고,
    상기 센서는 상기 복사 냉난방장치에서 결로가 방지하는 조건을 감지하기 위한 결로감지센서를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 결로감지센서에 의해 결로가 방지하는 조건이 감지되면 상기 복사 냉난방장치의 작동을 정지하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 설비들은 공조공간의 공기의 습도를 조절할 수 있는 제습장치를 더 포함하는, 설비통합용 플러그인 제어 시스템.
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Citations (3)

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