KR20040106629A - 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 실에 설치된 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 기능 제어는 물론, 가동중인 에어컨의 총 피크전력이 기입력된 설정 전력값 이내로 한정되도록 각 에어컨의 운전모드를 변환 제어하는 에어컨의 중앙제어 시스템에 관한 것으로서, 공기조화를 위해 건물내 각 실마다 설치되는 다수개의 에어컨과, 상기 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 모니터링 및 제어를 위한 제어명령이 입력되고, 설정된 자동 운전 알고리즘에 따라 상기 다수개의 에어컨의 가동시 소비되는 총 피크전력이 설정 전력값 이내로 한정되도록 총 각 에어컨의 가동을 제어하는 중앙 제어기를 포함하여 구성됨에 따라, 최소한의 냉난방 효과를 유지하면서 총 피크전력값이 설정 전력값을 초과하지 않도록 하여 전력 사용에 따른 비용 부담을 최소화하고, 건물 전체에 전원이 차단되는 위험을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법{Air conditioner's central controlling system and its operating method}

본 발명은 다수개의 에어컨을 중앙 제어할 수 있는 중앙 제어기에 구현된 자동 운전 알고리즘에 따라 가동중인 에어컨의 총 피크전력이 기준이 되는 설정 전력값 이내로 한정되도록 각 에어컨의 운전모드를 변환 제어함으로써 건물내의 총 피크전력 및 이에 따른 전기료 등을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 급격한 소비 전력 상승으로 갑작스러운 전원 차단이 발생되지 않도록 하는 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법에 관한 것이다.

최근 들어 에어컨의 사용이 크게 증가하면서 가정 내의 각 방마다, 또는 건물 내의 사무실마다 에어컨이 설치되고 있다.

종래의 경우 각 실에 설치된 에어컨은 실내기에 부착된 버튼 또는 리모콘에 의해 사용자의 제어명령(온/오프, 냉방, 송풍, 방향, 세기 등)이 입력되었고, 입력된 제어명령에 따라 실내기에 내장된 마이컴은 에어컨의 동작을 제어하여 실내의 공기조화가 수행되도록 하였다.

또한 에어컨이 동작 이상상태인 경우 도 1 과 같이 건물 관리자는 상기 에어컨이 설치된 각 실마다 접근하여 상태를 파악하고 수리 및 유지 관리를 위한 제어명령을 입력하였다.

따라서, 학교 또는 대형 건물에 설치된 여러대의 에어컨(10)을 특정 관리인이 공동 관리하는 경우, 각 실마다 개별 제어 및 개별 관리작업이 수동적으로 이루어질 수 밖에 없었으므로 이를 위한 관리 인력 및 시간이 상당하였고, 각 사용자가 부담하는 관리 비용도 상당하였다.

최근에는 상기 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되는 중앙 제어기를 이용하여 각 에어컨을 통합 제어할 수 있도록 하였으나, 종래의 중앙 제어기는 온/오프 등의 단순 명령의 입력 및 확인 기능만이 구현되어 있었으므로, 각 에어컨과 연결되는 전원 버튼 및 전원 온/오프시마다 점/소등되는 램프가 구비되는 것뿐이었다. 즉, 각 에어컨의 세부 기능 제어가 불가능하므로 동작 오류시에도 각 에어컨에 개별 접근하여 관리를 할 수밖에 없어 이용도가 낮았다.

특히 초기 가동시 그리고 정상 운전시에도 소비 전력이 상당한 에어컨이 건물 내에 다수개 설치되어 있는 경우, 에어컨의 총 피크전력치가 건물 내에 설치된 전원 차단기의 허용 범위를 초과할 우려가 크고, 이 때 전원 차단기에 의해 건물 내 전체 전원이 차단되므로 가동 중인 에어컨은 물론, 기타 전기기기로 물리적 충격을 줄 수 있어 제품의 내구성을 저하시킨다.

또한, 전력공급사(한국전력)에서는 시즌별/건물별/사업자별로 상이한 전력 상한치를 제공하는데, 만약 상기 전력 상한치를 초과하게 되면 누진적으로 전기세가 과세되어 전기 관리비용의 부담이 상당하다는 문제점이 있다. 따라서 실온이 적절치 않아 냉방 또는 난방이 필요한 경우에도 에어컨의 운전을 제한되어 이용도가 저하된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 건물 내에 설치된 다수개의 에어컨의 각 소비전력을 저장하는 데이터베이스를 갖춘 중앙 제어기가 이를 기초로 현재 가동중인 에어컨의 총 피크전력이 설정 전력치 이내로 한정되도록 자동 운전 알고리즘에 따라 다수개의 에어컨 운전이 중앙 제어되므로 관리자의 제어 편의성을 향상시키는 동시에 다수개의 에어컨의 소비전력의 안정적 관리가 가능한 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법을 제공하는데 있다.

도 1 은 종래 발명의 에어컨의 제어 시스템의 구성도,

도 2 는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 구성도,

도 3 은 본 발명에 의한 운전 스케줄을 예시한 도면,

도 4 는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 다수개의 에어컨 110: 실내기

120: 실외기 200: 중앙 제어기

210: 에어컨 통신부 220: 데이터베이스

230: 피크운전 처리부 240: 에어컨 제어부

250: 스케줄 갱신부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 에어컨의 중앙제어 시스템은, 공기조화를 위해 건물내 각 실마다 설치되는 다수개의 에어컨과, 상기 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 모니터링 및 제어를 위한 제어명령이 입력되고, 설정된 자동 운전 알고리즘에 따라 상기 다수개의 에어컨의 가동시 소비되는 총 피크전력이 설정 전력값 이내로 한정되도록 총 각 에어컨의 가동을 제어하는 중앙 제어기를 포함하여 구성되는 것을 제 1 특징으로 한다.

또한 본 발명의 에어컨 중앙제어 시스템의 동작방법은 현재 가동중인 다수개의 에어컨의 총 피크전력값과 기입력된 설정 전력값을 비교하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계의 비교 결과, 상기 총 피크전력값이 상기 설정 전력값을 초과하는 경우 가동중인 에어컨 중 일부개를 정상 운전모드로 유지하고, 나머지를 송풍모드로 전환하는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계에서 전환된 모드를 따라 운전된 시간이 기설정된 모드전환주기를 초과하면, 각 에어컨의 운전 스케줄을 갱신하는 제 3 단계와, 상기 갱신된 운전 스케줄에 따라 에어컨의 운전이 제어된 후 제 1 단계로 복귀하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템의 구성이 도시된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 건물 내 각 실에는 다수개의 에어컨(100)이 설치되는데, 본 명세서에서는 상기 에어컨을 단일의 실내기(110)-실외기(120)로 구성되는 싱글형 에어컨을 예시하나, 에어컨의 종류에 의해서 본 발명의 기술사상이 한정되지 않음을 명시한다. 또한 상기 에어컨(100)은 냉방 전용 에어컨 또는 난방도 겸용되는 히트펌프식 에어컨이 이용될 수 있다.

중앙 제어기(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 상태를 모니터링하고, 제어를 위한 제어명령을 전송함으로써 각 에어컨의 동작을 중앙 제어할 수 있다.

기본적으로, 본 발명의 중앙 제어기(200)는 제어명령이 입력되는 입력부(미도시)와, 제어상태가 디스플레이되는 화면부(미도시)를 포함하여 구성되며, 생산자에 따라 상기 입력부 및 화면부가 단일 기기에 통합되는 터치스크린 방식의 모니터로 구현될 수도 있다.

상기 중앙 제어기(200)는 기본적으로 네트워크망을 통해 에어컨의 상태를모니터링할 수 있도록 다수개의 에어컨과 데이터를 송수신하는 에어컨 통신부(210)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 중앙 제어기(200)는 총 피크전력이 일정범위 이내로 한정되도록 각 에어컨을 제어하기 위하여 상기 에어컨 각각에 대한 개별적인 최대 소비전력값이 저장되는 데이터베이스(220)를 가진다. 각 실에 설치된 에어컨은 그 종류/모델에 따라 상이 또는 동일한 소비전력값을 가지며, 일반적으로 생산자에 의해 에어컨 일측에 상기 최대 소비전력값이 기재되어 있다.

상기 중앙 제어기(200)의 피크운전 처리부(230)는 상기 에어컨 통신부(210)를 통해 현재 가동중인 에어컨을 파악하고, 상기 데이터베이스(220)에 저장된 각 에어컨의 최대 소비전력값을 참고하여 현재 가동중인 에어컨에 의한 총 피크 전력값을 산정한다.

그리고, 에어컨 가동으로 인한 총 피크 전력값이 설정 전력값 이내로 한정되도록 운전 스케줄 및 상기 자동 운전 알고리즘에 따라 각 에어컨의 운전모드를 결정한다.

여기서, 상기 설정 전력값이란 한국전력에서 제시한 시즌별/건물별/사업자별로 상이한 전력 상한치를 고려하여 에어컨 관리자가 입력할 수 있는 전력값 수치로서, 상기 설정 전력값을 초과하면 피크모드로 진입하여 자동 운전 알고리즘이 적용되며, 설정 전력값 이내이면 정상 운전모드를 유지하는 기준이 되는 값이다.

에어컨 제어부(240)는 각 에어컨의 상태 모니터링 및 제어에 관한 신호 흐름을 제어하는 것은 물론, 상기 피크운전 처리부(230)에서 결정된 운전모드에 따라에어컨이 동작되도록 해당 에어컨으로 제어신호를 발령한다.

즉, 가동중인 에어컨의 총 피크전력값이 설정 전력값 이내인 경우에는 상기 피크운전 처리부(230)에 의한 에어컨 제어는 수행되지 않으나, 상기 설정 전력값을 초과하는 경우에는 피크운전 처리부(230)에 의해 자동 운전 알고리즘에 의한 해당 에어컨의 운전모드(정상운전모드<->송풍모드)가 결정되어 상기 에어컨 제어부(240)는 운전모드 전환을 위한 제어신호를 발령하게 되는 것이다.

여기서, 관리자는 상기 입력부를 통해 총 피크전력을 한정하기 설정 전력값을 입력할 수 있음은 물론, 상기 피크운전 처리부(230)에 의한 각 에어컨의 운전모드가 전환되는 모드전환 주기가 입력될 수 있다.

상기 피크운전 처리부(230)는 상기 총 피크 전력값이 상기 설정 전력값을 초과하는 경우 온(on) 상대의 다수개의 에어컨 중 일부개만을 정상 운전모드로 결정(냉방 또는 난방기능 수행)하고, 비선택된 나머지 에어컨은 송풍모드로 운전되도록 하는 자동 운전 알고리즘이 구현되어 있다. 특히 비선택된 나머지 에어컨의 운전이 오프(off)되는게 아니라, 송풍모드로 운전됨에 따라 실내온도가 급증 또는 급감되는 현상을 방지할 수 있다.

이러한 피크운전 처리부(230)는 모드전환 주기마다 갱신되는 운전스케줄에 의해 해당 에어컨의 운전모드를 변환시키는데, 이는 운전스케줄 갱신부(250)에 의해 운전 스케줄이 조정된다.

상기 운전스케줄 갱신부(250)는 먼저 송풍모드에 진입된 에어컨이 먼저 정상 운전모드에 진입하는 FIFO(First In First Out)방식으로 에어컨의 운전 스케줄을갱신하여 상기 피크운전 처리부(230)로 전송할 수 있다.

또한, 상기 운전스케줄 갱신부(250)는 각 에어컨이 설치된 실내의 온도변화량을 감지하여 온도변화량이 큰 순서대로 먼저 정상 운전모드에 진입하는 방식으로 에어컨의 운전 스케줄을 갱신할 수도 있다.

생산자는 상기한 방식 중 어느 한 방식을 선택적으로 적용하거나 또는 두 방식 모두를 병행 적용할 수 있으며, 상기 운전스케줄 갱신부(250)는 상기 입력부를 통해 입력된 모드전환 주기마다 상기 각 에어컨의 운전 스케줄을 갱신한다.

도 3 은 운전스케줄 갱신부에 의해 정해지는 운전 스케줄 테이블을 예시적으로 도시한 도면이다.

운전 스케줄이 갱신되는 과정을 설명하기 위해 본 실시예의 조건을 다음과 같이 한정하기로 한다.

1) 동일한 최대 소비전력(P)을 가지는 에어컨 n 대가 각 실에 설치되어 있으므로 최대 피크전력치는 [n X P]W 가 된다.

2) 관리자는 설정 전력값을 [0.4 X n X P]W로 설정하여 가동되는 에어컨의 총 피크 전력치가 상기 설정 전력값 이내로 한정되도록 한다.

3) 관리자는 피크운전 처리부에 의한 모드전환주기를 15분으로 설정하였다.

4) 상기 n=10으로 한다.

위와 같은 조건으로 도 3의 테이블을 참조하면 10시~10시15분까지는 가동중인 에어컨(AC#1~#3)에 의한 총 피크전력치가 [3 X P]W 로서 설정 전력값 이내이다. 따라서 피크운전 처리부(230)의 운전모드 전환없이 현재의 운전상태를 유지한다.

10시15분에는 10대의 에어컨이 전부 가동된 상태이다. 따라서 상기 피크운전 처리부(230)에 의해 각 에어컨의 운전모드가 변환되는데, 이때 운전스케줄 갱신부(250)는 FIFO방식에 의해 AC#4 내지 AC#7까지의 에어컨을 정상 운전모드(냉방 또는 난방모드)로 결정하고, 나머지 에어컨은 송풍모드로 전환시킨다. 실선은 정상 운전모드를, 점선은 송풍모드를 의미한다.

모드전환주기(15분)가 경과된 후 상기 운전스케줄 갱신부(250)는 다시 각 에어컨의 스케줄을 조정하며, 마찬가지로 AC#8, AC#9, AC#10, AC#1의 에어컨은 정상 운전모드로, 나머지 에어컨은 송풍모드로 전환시킨다.

이렇게 운전스케줄 갱신부(250)는 모드전환주기마다 운전 스케줄을 갱신하고, 이를 기초로 피크운전 처리부(230)는 운전모드를 전환시켜 실온을 어느 정도 유지하는 범위 내에서 가동중인 에어컨의 총 피크전력치가 설정 전력값 [4 X P]W를 초과하지 않도록 한다.

상기와 같이 구성되는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법을 도 4에 도시된 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 에어컨 통신부는 네트워크망에 연결된 에어컨의 상태를 모니터링함으로써 현재 가동중인 에어컨을 선별한다. (S1)

그리고, 현재 가동중인 다수개의 에어컨이 소비하는 총 피크전력값을 산정하여, 이를 관리자에 의해 기입력된 설정 전력값과 비교한다. (S2)

비교결과, 상기 총 피크전력값이 상기 설정 전력값을 초과하는 경우 가동중인 에어컨 중 일부개를 정상 운전모드로 유지하고, 나머지를 송풍모드로 전환하는 피크모드로 진입하고, 상기 총 피크전력값이 상기 설정 전력값 이하이면 이전의 가동상태를 유지시킨다. (S3)

전환된 모드에 따라 운전된 시간이 기설정된 모드전환주기를 초과하는지를 비교한다. (S4)

상기 비교결과, 운전시간이 모드전환주기를 초과하면 운전 스케줄을 갱신하고, 모드전환주기에 도달하지 않았으면 지속적으로 가동상태를 모니터링한다.(S5)

이때, 상기 운전 스케줄은 두가지 방식이 선택적 또는 혼용되어 갱신될 수 있는데, 먼저 송풍모드에 진입된 에어컨이 먼저 정상 운전모드에 진입하는 FIFO(First In First Out)방식과, 각 에어컨이 설치된 실내의 온도변화량이 큰 순서대로 정상 운전모드에 진입하는 방식이 이용될 수 있다.

갱신된 운전 스케줄에 따라 에어컨의 운전이 제어되며, 이후 지속적으로 가동상태(즉, 총 피크전력값의 변동상태)를 모니터링하는 초기단계로 복귀한다.(S6)

이상과 같이 본 발명에 의한 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용이 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 에어컨의 중앙제어 시스템 및 그 동작방법은 복수개의 에어컨을 중앙 제어할 수 있는 중앙 제어기 또는 상기 중앙 제어기와 인터넷망을 통해 연결되는 원격 제어기기에서 입력되는 제어명령 및 운전 스케줄에 따라 복수개의 에어컨을 통합 제어할 수 있어 사용자의 제어 편의성을 제공하는 동시에, 복수개의 에어컨이 동시 가동되는 경우 소비되는 전력의 급증을 방지하기 위하여 각각의 가동 시각이 상이하도록 운전 스케줄이 자동 조정됨에 따라 제어의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 공기조화를 위해 건물내 각 실마다 설치되는 다수개의 에어컨과,

   상기 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 모니터링 및 제어를 위한 제어명령이 입력되고, 설정된 자동 운전 알고리즘에 따라 상기 다수개의 에어컨의 가동시 소비되는 총 피크전력이 설정 전력값 이내로 한정되도록 총 각 에어컨의 가동을 제어하는 중앙 제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에어컨은 단일의 실내기 및 실외기로 구성되는 싱글형 에어컨인 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 네트워크망을 통해 다수개의 에어컨의 상태를 모니터링하는 에어컨 통신부와;

   상기 에어컨 각각에 대한 최대 소비전력값이 저장되는 데이터베이스와;

   상기 데이터베이스에 저장된 각 에어컨의 최대 소비전력값을 참고하여 총 피크 전력값을 산정하고, 에어컨 가동으로 인한 상기 총 피크 전력값이 상기 설정 전력값 이내로 한정되도록 운전 스케줄 및 상기 자동 운전 알고리즘에 따라 각 에어컨의 운전모드를 결정하는 피크운전 처리부와;

   상기 피크운전 처리부에서 결정된 운전모드에 따라 해당 에어컨이 동작되도록 제어신호를 발령하는 에어컨 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 다수개의 에어컨 제어를 위한 제어명령이 입력되는 입력부와;

   상기 에어컨 제어부에 의해 동작 제어되는 각 에어컨의 상태정보가 표시되는 표시부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입력부는 총 피크 전력을 한정하기 위한 설정 전력값 또는 상기 피크운전 처리부에 의한 각 에어컨의 운전모드가 전환되는 모드전환 주기가 입력되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 피크운전 처리부는 상기 총 피크 전력값이 상기 설정 전력값을 초과하는 경우 상기 다수개의 에어컨 중 일부개만을 정상 운전모드로 결정하고, 비선택된 에어컨은 송풍모드로 운전되도록 하는 자동 운전 알고리즘이 구현되어 있는 것을특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 먼저 송풍모드에 진입된 에어컨이 먼저 정상 운전모드에 진입하는 FIFO(First In First Out)방식으로 에어컨의 운전 스케줄을 갱신하여 상기 피크운전 처리부로 전송하는 운전스케줄 갱신부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 중앙 제어기는 각 에어컨이 설치된 실내의 온도변화량이 큰 순서대로 정상 운전모드에 진입하는 방식으로 에어컨의 운전 스케줄을 갱신하여 상기 피크운전 처리부로 전송하는 운전스케줄 갱신부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 운전스케줄 갱신부는 상기 입력부를 통해 입력된 모드전환 주기마다 상기 각 에어컨의 운전 스케줄이 갱신되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템.
10. 다수개의 에어컨과 네트워크망을 통해 연결되어 각 에어컨의 동작 제어가 가능한 중앙 제어기를 포함하는 에어컨의 중앙제어 시스템에 있어서,

    현재 가동중인 다수개의 에어컨의 총 피크전력값과 기입력된 설정 전력값을 비교하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계의 비교 결과, 상기 총 피크전력값이 상기 설정 전력값을 초과하는 경우 가동중인 에어컨 중 일부개를 정상 운전모드로 유지하고, 나머지를 송풍모드로 전환하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 전환된 모드를 따라 운전된 시간이 기설정된 모드전환주기를 초과하면, 각 에어컨의 운전 스케줄을 갱신하는 제 3 단계와; 상기 갱신된 운전 스케줄에 따라 에어컨의 운전이 제어된 후 제 1 단계로 복귀하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 3 단계는 먼저 송풍모드에 진입된 에어컨이 먼저 정상 운전모드에 진입하는 FIFO(First In First Out)방식으로 각 에어컨의 운전 스케줄이 갱신되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 3 단계는 각 에어컨이 설치된 실내의 온도변화량이 큰 순서대로 정상 운전모드에 진입하는 방식으로 각 에어컨의 운전 스케줄이 갱신되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 중앙제어 시스템의 동작방법.