KR20110061730A - 차양 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20110061730A
KR20110061730A KR1020090118227A KR20090118227A KR20110061730A KR 20110061730 A KR20110061730 A KR 20110061730A KR 1020090118227 A KR1020090118227 A KR 1020090118227A KR 20090118227 A KR20090118227 A KR 20090118227A KR 20110061730 A KR20110061730 A KR 20110061730A
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KR
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control system
light source
shade
dgi
control
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KR1020090118227A
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English (en)
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박철수
김덕우
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성균관대학교산학협력단
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    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
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    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • E06B9/26—Lamellar or like blinds, e.g. venetian blinds
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Abstract

차양 제어 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 조작 명령에 상응하여 슬랫의 회전 각도 및 차양부의 높이 중 하나 이상을 조절하는 구동부와, 하나 이상의 광 감지 센서 및 안면 인식 센서에 의해 제공되는 정보를 이용하여 산출한 DGI에 상응하는 조작 명령을 생성하여 출력하는 제어부를 포함하는 차양 제어 시스템에 의해, 시쾌적 수준의 정량화 및 객관화에 의한 차양 시스템 제어에 의해 보다 효과적이고 객관적인 성능을 기대할 수 있다.
차양제어, DGI, 현휘

Description

차양 제어 시스템 및 그 제어 방법{Blind control system and control method thereof}
본 발명은 건물 환경 조절에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차양 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
건물에서 커튼월(curtain wall)의 사용이 증가함에 따라 외피를 통한 냉난방 부하가 크게 증가하고 있다. 특히, 사무 공간에서의 시각적 개방감 등을 고려하여 외피에서의 유리 사용 면적이 크게 증가함으로써 여름철 유리를 통한 직달 일사의 실내 유입이 냉방 부하에 큰 영향을 미치고 있다.
뿐만 아니라, 유리를 통해 일사가 실내로 유입됨으로써 실내 공간에서의 과도한 휘도 차이로 인한 현휘가 발생하기 때문에, 대부분의 건물에서는 실내에 차양장치(또는 블라인드 장치)를 설치하여 일사의 유입을 차단하고 주간에도 조명기기를 사용하고 있다.
최근 들어, 에너지 절약 및 실내 환경에 대한 관심이 증대되면서 이러한 일 사에 의한 냉난방 부하 및 실내 환경의 영향을 줄이기 위해 외부 개구율의 축소, 방위에 따른 창의 계획, 차양장치의 설치 등 건축 계획 측면에서 다양한 방법들이 적용되고 있다. 그러나 사무용 건물에서는 외부 개구율의 축소나 방위에 따른 창의 계획이 디자인 측면에서 제한적으로 적용되므로, 차양장치를 통해 실내로 유입되는 일사를 조절하고 있다.
이와 같이 실내에 차양장치를 설치하는 경우, 재실자에 의하여 임의로 조정한다. 그런데, 일반적인 차양의 경우 재실자의 요구와 필요에 따라 차양의 각도와 높이를 조정하도록 되어 있어 실외 일사조건에 즉각적인 대응이 원활하지 않으며 객관화된 데이터에 의해 제어되지 못하는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 시쾌적 수준의 정량화 및 객관화에 의한 차양 시스템 제어에 의해 보다 효과적이고 객관적인 성능을 기대할 수 있는 차양 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 홈 네트워크, 월패드 및 BMS(building management system)등에 차양 제어 알고리즘을 적용하여 개별 공간에서의 최적 시쾌적 유지가 가능한 차양 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 재실자의 위치 및 시야(예를 들어, 방향 벡터)를 고려함으로써 재실자의 시쾌적을 확보할 수 있도록 하는 차양 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 건물의 실외로부터 유입되는 일사량을 조절하기 위해 복수의 슬랫을 가지도록 형성된 차양부를 조작하는 차양 제어 시스템에 있어서, 조작 명령에 상응하여 슬랫의 회전각도 및 차양부의 높이 중 하나 이상을 조절하는 구동부와, 하나 이상의 광 감지 센서 및 안면 인식 센서에 의해 제공되는 정보를 이용하여 산출한 DGI(Daylight Glare Index)에 상응하는 조작 명령을 생성하여 출력하는 제어부를 포함하는 차양 제어 시스템이 제공된다.
DGI는 수학식
Figure 112009074339795-PAT00001
에 의해 산출될 수 있다. 여기서, Ls는 광원의 휘도(cd/m2)이고, Lb는 광원 주위의 휘도이며, ω는 광원의 입체각(sr)이고, n은 광원의 개수이고, Ω는 관찰자 위치를 고려한 광원의 입체각일 수 있다.
광원의 입체각(Ω)은 수학식
Figure 112009074339795-PAT00002
에 의해 산출될 수 있다. 여기 서, p는 관찰자의 위치이고, dw는 그 위치에 따른 미소 입체각일 수 있다.
제어부는 수학식
Figure 112009074339795-PAT00003
(
Figure 112009074339795-PAT00004
)에서 목적함수(J)가 최소화되도록 조작 명령을 생성할 수 있다. 여기서, Y는 계산된 DGI 값이고, θ는 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양부의 높이 중 하나 이상의 조작을 위한 변수이며, Set는 미리 선정된 DGI 기준값이고, lb는 하한 값이며, ub는 상한 값일 수 있다.
광 감지 센서는 휘도계일 수 있고, 안면 인식 센서는 적외선 카메라일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 건물의 실외로부터 유입되는 일사량을 조절하기 위해 복수의 슬랫을 가지도록 형성된 차양부를 조작하기 위한 차양 제어 시스템의 제어 방법에 있어서, 하나 이상의 광 감지 센서 및 안면 인식 센서에 의해 제공되는 정보를 이용하여 DGI(Daylight Glare Index)를 산출하는 단계와, 산출된 DGI를 이용하여 조작 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하되, 조작 명령에 상응하여 슬랫의 회전각도 및 차양부의 높이 중 하나 이상이 조절되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법이 제공된다.
DGI는 수학식
Figure 112009074339795-PAT00005
에 의해 산출될 수 있다. 여기서, Ls는 광원의 휘도(cd/m2)이고, Lb는 광원 주위의 휘도이 며, ω는 광원의 입체각(sr)이고, n은 광원의 개수이고, Ω는 관찰자 위치를 고려한 광원의 입체각일 수 있다.
광원의 입체각(Ω)은 수학식
Figure 112009074339795-PAT00006
에 의해 산출될 수 있다. 여기서, p는 관찰자의 위치이고, dw는 그 위치에 따른 미소 입체각일 수 있다.
조작 명령은 수학식
Figure 112009074339795-PAT00007
(
Figure 112009074339795-PAT00008
)에서 목적함수(J)가 최소화되도록 생성될 수 있다. 여기서, Y는 계산된 DGI 값이고, θ는 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양부의 높이 중 하나 이상의 조작을 위한 변수이며, Set는 미리 선정된 DGI 기준값이고, lb는 하한 값이며, ub는 상한 값일 수 있다.
광 감지 센서는 휘도계일 수 있고, 안면 인식 센서는 적외선 카메라일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시쾌적 수준의 정량화 및 객관화에 의한 차양 시스템 제어에 의해 보다 효과적이고 객관적인 성능을 기대할 수 있는 효과가 있 다.
또한 홈 네트워크, 월패드 및 BMS(building management system)등에 차양 제어 알고리즘을 적용하여 개별 공간에서의 최적 시쾌적 유지가 가능한 효과도 있다.
또한 재실자의 위치 및 시야(예를 들어, 방향 벡터)를 고려함으로써 재실자의 시쾌적을 확보할 수 있도록 하는 효과도 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재될 수 있는 "...부", "...기", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차양 제어 시스템은 변화하는 환경 조건(예를 들어, 휘도), 재실자의 위치 조건 및 의사결정자의 요구조건(예를 들어, DGI(Daylight Glare Index) 등)에 부합하도록 제어 대상인 피제어수단을 제어할 수 있다. 여기서, 피제어수단은 예를 들어 차양 장치의 루버 구동부 등일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차양 제어 시스템은 보다 효율적인 건물 환경 조절이 가능하도록 하기 위해 환기 시스템에 포함되거나, 환기 시스템과 연계하여 기능하도록 구현될 수도 있다.
이하, 차양 제어 시스템이 이중외피 시스템을 포함하는 환기 시스템에 포함되는 경우를 예로 들어 본 발명의 실시예에 따른 차양 제어 시스템 및 그 제어 방 법을 설명하기로 한다. 물론, 독립적으로 구현되는 차양 제어 시스템에 대해서도 본 발명의 실시예에 따른 기술적 사상이 제한없이 적용될 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템을 포함하는 환기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 차양 제어 시스템을 포함하는 환기 시스템은 피제어수단인 이중외피 시스템(100), 제어장치(150) 및 사용자 단말기(170)를 포함할 수 있고, 제어장치(150) 및 사용자 단말기(170)는 유/무선 네트워크를 통해 상호 연결될 수 있다.
실내외의 환경변수와 사용자의 기호에 따라 실시간으로 최적의 실내 환경조건을 생성하도록 하기 위한 이중외피 시스템(100)은 센서부(101), 제1 외피(110), 제1 환기댐퍼(112), 제1 환기댐퍼 구동부(114), 제2 외피(120), 제2 환기댐퍼(122), 제2 환기댐퍼 구동부(124), 중공층(130), 루버(132), 루버 구동부(134)를 포함할 수 있다.
건물의 실내외 환경변수에 따른 이중외피 시스템(100)의 제어를 위해, 센서부(101)가 건물 또는 제1 및 제2 외피(110, 120) 중 하나 이상에 설치되고, 센서부(101)는 센싱한 센싱신호(측정신호)를 유선 또는 무선 전송 방식으로 제어장치(150)로 전송한다. 센서부(101)에 의해 측정된 환경 정보는 환경 시스템 제어를 위한 최적 제어값 연산을 위한 알고리즘에 따른 제어변수 결정시 이용될 수 있다. 여기서, 환경 정보는 센서에 의해 측정되지 않고 미리 설정된 시뮬레이션 모델에 의해 계산되어질 수도 있다.
센서부(101)는 환경 정보(예를 들어, 실내의 이산화탄소 농도, 실내외의 공기 온도, 벽체나 천장 등의 표면 온도, 조도, 휘도 등 중 하나 이상)를 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 센서부(101)에 포함되는 각종 센서는 측정하고자 하는 값에 대응하여 적절한 위치에 설치될 수 있다. 센서부(101)는 예를 들어 광원의 휘도(luminance of the glare source, Ls) 및 광원 주위의 휘도(average luminance of the background without the luminance of the glare source, Lb)를 측정하기 위해 적절한 위치에 구비되는 센서를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 건물의 실내측에 설치되는 제1 외피(110), 제1 외피(110)에 이격되어 중공층(130)을 형성하면서 제1 외피(110)의 실외측에 설치되는 제2 외피(120)가 구비된다. 제1 외피(110)의 상부 및 하부에는 제1 환기댐퍼(112)가 설치되고, 제2 외피(120)의 상부 및 하부에는 제2 환기댐퍼(122)가 설치된다. 중공층(130)에는 루버(132)가 설치된다.
이중외피 시스템(100)은 각 외피에 설치되는 환기댐퍼(112, 122)의 개폐정도와 중공층(130)에 설치되는 루버(132)의 경사각을 제어하여 일사량의 유입여부 및 중공층(130)에서 완충된(buffered) 기류의 실내유입 또는 실외배출 여부를 조절함으로써 건물의 실내 환경을 제어한다.
이중외피 시스템(100)은 최적의 실내 환경을 조성하기 위한 제어장치(150)와 유선 또는 무선 네트워크에 의해 연결된다. 즉, 제어장치(150)는 이중외피 시스 템(100)의 구동부(114, 124, 134)에 직접 연결될 수도 있으나, 유/무선 인터넷, 인트라넷 등의 네트워크를 통해 연결될 수도 있다.
이로써, 이중외피 시스템(100)은 사용자(거주자 또는 관리자 등)가 재실 중인 경우뿐 아니라 원격지에서도 실시간 제어될 수 있다. 아울러, 사용자는 사용자 단말기(170)를 이용하여 네트워크를 통해 제어장치(150)에 접속함으로써 웹상에서 제어장치(150)에 의한 시뮬레이션 결과, 제어 결과, 피제어수단의 동작 결과 상태, 적응최적제어모델에 따른 결정 결과 등을 확인할 수 있고, 사용자가 원하는 제어모드로의 전환 설정 등을 제어할 수도 있다.
여기서, 환기 시스템의 운전모드는 에너지 절약모드, 시쾌적모드, 이산화탄소 농도에 따른 자동모드 등으로 분류될 수 있으며, 사용자는 하나 이상을 선택하여 지정된 운전모드로 동작되도록 지정할 수 있다. 사용자는 조건(예를 들어, 시간대별 조건 등)에 따라 구분되도록 복수개의 운전모드를 일괄 선택하여 부합되는 조건에 따라 지정된 운전모드로 개별 동작되도록 할 수도 있다.
환기 시스템은 센서부(101)로부터 센싱되어 입력되는 센싱신호를 이용하여 건물의 환경변수 및 사용자의 기호에 따른 운전모드에 따른 환기 처리를 위해 제1 및 제2 환기댐퍼(112, 122)의 개폐여부, 개폐 정도 등을 제어한다.
사용자의 기호에 따른 운전모드로 이중외피 시스템(100)을 제어하기 위해, 환기 시스템에는 건물의 사용자의 기호를 기준으로 각 운전모드에 관한 설정값들이 미리 저장될 수 있다.
또한, 환기 시스템은 사용자에 의해 선택된 소정의 운전모드에 대응하여 건 물의 필요 냉난방에너지, 필요 환기량, 배기팬의 작동 유무 등 중 하나 이상을 계산하며, 이 값들에 근거하여 제1 환기댐퍼(112) 및 제2 환기댐퍼(122)의 개폐여부 및 개폐정도를 계산한다.
환기 시스템에는 비용함수가 미리 설정되어 있으며, 비용함수는 각 실내 환경 요소에 대해 쾌적 범위를 벗어나거나 에너지 사용량이 증가함에 따라 비용이 증가하는 것으로 처리할 수 있다. 환기 시스템에서는 센서부(101)의 입력값과 이에 기초하여 환기 시스템에서 수행된 시뮬레이션 결과 및 적응최적제어모델에 따라 비용함수를 최소화하는 제어변수를 결정함으로써 피제어수단의 제어비용이나 환기처리 비용을 최소화하도록 한다.
한편, 일반적으로 건물에는 HVAC 시스템 등이 설치되어 냉난방이 이루어지며, 이 경우에는 이중외피 시스템(100)에 의해서만 실내 환경이 조절되는 것이 아니므로, 환기 시스템은 HVAC 시스템 등에 의해 공급되는 환기량을 고려하여 이중외피 시스템(100)에 의해 제공되어야 하는 필요 환기량을 계산할 수도 있다.
그러나 만일, 선택된 소정의 운전모드에 대응하여 건물의 필요 환기량이 제어장치(150)에 의해 계산되는 경우, 제어장치(150)는 네트워크를 통해 제공받은 계산값들에 근거하여 제1 환기댐퍼(112) 및 제2 환기댐퍼(122)의 개폐여부 및 개폐정도를 계산하여 제어신호를 전송할 수도 있다.
제어장치(150)로부터 전송된 제어신호에 대응하여 루버(132), 제1 환기댐퍼(112) 및 제2 환기댐퍼(122)와 같은 제어대상을 작동시키기 위해 제어대상마다 각각 구동모터를 포함하는 구동부(114, 124, 134)가 결합될 수 있다. 제어대상에 따른 구동부(114, 124, 134)의 구체적인 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
루버(132) 등 각 제어대상에 구동부(114, 124, 134)가 결합되면, 제어장치(150)는 각 구동부(114, 124, 134)에 구동신호를 전송하고 구동부(114, 124, 134)는 이를 적절한 신호로 변환하여 루버(132)가 계산된 경사각을 이루도록 작동시키고 제1 환기댐퍼(112) 및 제2 환기댐퍼(122)가 각각 계산된 개폐정도가 되도록 작동시킨다. 물론, 각 구동부(114, 124, 134)에 대한 제어를 위한 구동 제어부가 이중외피 시스템(100)에 더 구비될 수 있으며, 이 경우 구동 제어부는 제어장치(150)로부터 수신된 제어신호에 따라 각 구동부에 구동신호를 입력할 수도 있다.
사용자 단말기(170)는 유/무선 네트워크를 통해 제어장치(150)에 접속함으로써 관련 데이터들(예를 들어, 시뮬레이션 결과, 피제어수단의 제어 상황, 적응최적제어모델에 따른 결정 결과 등 중 하나 이상)을 제공받을 수 있다. 또한, 사용자 단말기(170)는 네트워크를 통해 접속된 제어장치(150)로 사용자 조작 명령(예를 들어, 운전모드 선택 등의 제어 명령)을 전송하여 피제어수단이 제어되도록 할 수 있다.
사용자 단말기(170)는 모니터링을 위한 표시부와 조작 패널을 구비할 수 있다. 사용자 단말기(170)는 네트워크를 통해 제어장치(150)에 접속하여 필요한 동작을 수행할 수 있는 장치이면 충분하며, 예를 들어 컴퓨터 장치, PDA(Personal Digital Assistant), 이동통신단말기 등이 이에 해당될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 환기 시스템은 근래에 건물에서 사용 빈도가 증가되고 있는 홈네트워크와 연계하여 구성될 수 있다. 이 경우 사용자는 인터넷 등 네 트워크에 연결된 사용자 단말기(170)를 통하여 자신의 기호를 반영하는 가중치 또는/및 운전모드 선택정보 등을 입력하고, 이는 사용자 단말기(170)에 네트워크로 연결된 홈네트워크 서버로 전달된다.
통상 홈네트워크 서버에는 실내외 환경변수 측정을 위한 센서 연결부가 형성될 수 있으며, 이 경우 홈네트워크 서버는 본 실시예에 따른 환기 시스템의 일부가 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템에 의한 차양 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 차양 제어 시스템은 차양 장치(200) 및 차양 제어장치(205)를 포함한다.
차양 장치(200)는 차양부(202), 루버 구동부(134) 및 안면 인식 센서(210)를 포함할 수 있다.
차양부(202)는 건물의 실외로부터 유입되는 일사량을 조절하는 슬랫(slat)을 가지도록 형성된다.
루버 구동부(134)는 차양부(202)가 내려진 상태에서 슬랫이 회전되어 실내로 유입되는 일사량을 차단한 경우, 차양부(202)를 상부로 이동시키지 않고도 슬랫의 각도를 조절(즉, 슬랫의 회전 조작)함으로서 실내로 유입되는 일사량을 조절하도록 기능한다. 루버 구동부(134)는 슬랫의 회전각도 조절 및 차양부(202)의 높이 조절 중 하나 이상에 대한 조작을 위해 예를 들어 구동 모터를 포함할 수 있다.
안면 인식 센서(210)는 재실자의 위치를 감지하고, 재실자의 시야 방향(예를 들어, 방향 벡터)을 추출하기 위한 정보를 생성한다. 안면 인식 센서(210)는 예를 들어 적외선 카메라일 수 있다.
차양 제어장치(205)는 제어부(220), 저장부(230) 및 통신부(240)를 포함할 수 있다. 차양 제어장치(205)는 제어장치(150)의 일 구성요소로 포함될 수도 있다.
제어부(220)는 광 감지 센서로부터 센싱되어 입력되는 센싱 정보를 이용하여 창의 휘도(Ls) 및 주위 휘도(Lb)를 인식하고, 안면 인식 센서(210)로부터 입력되는 촬상 정보를 이용하여 재실자의 위치(p) 및 이에 따른 광원의 입체각(Ω)을 해석하여 DGI 계수를 도출한 후 차양 장치(200) 조작을 위한 조작 명령을 생성하여 루버 구동부(134)로 입력한다. 여기서, 광 감지 센서는 예를 들어 휘도계일 수 있다. DGI 계수는 하기 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112009074339795-PAT00009
여기서, Ls는 광원의 휘도(cd/m2)이고, Lb는 광원 주위의 휘도이며, ω는 광원의 입체각(sr)이고, n은 광원의 개수이고, Ω는 관찰자 위치를 고려한 광원의 입체각이다.
광원의 입체각(Ω)은 하기 수학식 2에 의해 산출될 수 있다. 수학식 2에 나나는 바와 같이, 광원의 입체각 산출을 위해서는 관찰자의 위치(p)와 그 위치에 따른 미소 입체각(dw)이 고려된다.
Figure 112009074339795-PAT00010
제어부(220)는 하기 수학식 3에 나타나는 바와 같이, 수학적 모델(Y)과 설정된 DGI 기준 값(Set)에 따른 목적함수(J)가 최소화되도록 차양 장치(200)의 조작을 수행한다.
Figure 112009074339795-PAT00011
Figure 112009074339795-PAT00012
여기서, Y는 계산된 DGI 값이고, θ는 블라인드 슬랫 각도이거나 차양부(202)의 올림/내림을 위한 바이너리(binary) 변수이며, Set는 재실자가 선정한 DGI 기준 값이고, lb는 하한 값이며, ub는 상한 값이다.
저장부(230)는 예를 들어 차양 제어 시스템의 구동을 위한 프로그램, 설정 조건 정보 등을 저장한다.
통신부(240)는 통신망을 통해 사용자 단말기(170)와 정보를 송수신한다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말기(170)를 이용하여 통신망을 통해 차양 제어장치(205)에 접속함으로써 관련 정보(예를 들어, 루버 구동부(134) 조작 결과 등)를 열람하거나 차양 제어 시스템의 제어모드 변경 등을 위한 제어 명령을 입력할 수 있다.
이하 도 3을 참조하여 차양 제어 방법을 간략히 설명한다.
단계 310에서 제어부(220)는 광 감지 센서로부터 센싱되어 입력되는 센싱 정보를 이용하여 광원과 주위(background)의 휘도 값을 측정/저장한다.
단계 320에서 제어부(220)는 안면 인식 센서(210)로부터 입력되는 촬상 정보를 이용하여 재실자의 위치(p) 및 이에 따른 광원의 입체각(Ω)을 해석한다. 현휘는 재실자가 광원을 바라보는 벡터에 따라서 값이 크게 달라지므로, 재실자와 광원간의 좌표 모델(geometry modelling)이 필요하다. 이때 안면 인식 센서(예를 들어, 적외선 카메라 등)로부터 제공되는 촬상 정보를 이용하여 사람의 위치(좌표)와 시야 방향(예를 들어 방향 벡터)이 해석될 수 있으며, 해석된 정보는 좌표 모델을 구체화시키는데 이용될 수 있다. 즉, 재실자가 창을 바라볼 때, 안면 인식 센서(210)는 이에 대한 촬상 정보를 제어부(220)로 제공하고, 제어부(220)는 재실자가 위치하는 좌표와 방향 벡터를 계산한다. 계산된 좌표와 방향벡터는 p(포지션 인덱스)를 도출하기 위한 수학적 모델(mathematical model)의 입력값이 되고, 또한 재실자의 위치는 광원의 입체각을 계산하는데 이용된다. 안면 인식 센서에 의한 촬 상 정보를 이용하여 관련 정보를 해석하는 방식이나 포지션 인덱스를 도출하기 위한 수학적 모델의 구성 방식은 다양하며, 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
전술한 단계 310 및 단계 320은 반드시 시계열적 순서에 의해 수행되도록 제한되지 않으며, 각 단계는 동시에 수행되거나 선후를 변경하여 수행될 수도 있다.
이어서, 제어부(220)는 단계 330에서 전술한 수학식 1을 이용하여 DGI 계수를 산출하고, 단계 340에서 목적함수를 최소로 하는 θ(블라인드 슬랫 각도이거나 차양부(202)의 올림/내림을 위한 바이너리 변수)를 산출한다.
이어서, 제어부(220)는 단계 350에서 산출된 θ에 상응하도록 슬랫이 조작되도록 하기 위한 조작 명령을 생성하여 루버 구동부(134)로 전송한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 차양 제어 시스템은 측정된 창의 휘도, 주위 휘도, 재실자의 위치 및 이에 따른 광원의 입체각을 바탕으로 DGI 계수를 도출하고, 도출된 결과가 재실자의 시쾌적을 만족하도록 차양 장치(예를 들어, 블라인드 또는 루버)를 실시간으로 적응(adaptation)시키는 특징을 가진다.
또한, 본 실시예에 따른 차양 장치(200)는 차양 제어장치(205) 및/또는 사용자 단말기(170) 등에 내장된 수학적 모델이 안면 인식 센서 및 휘도계 등과 연동되어 실시간으로 DGI 계수에 따른 제어가 가능한 특징을 가진다.
상술한 차양 시스템 제어 방법은 소프트웨어 프로그램 등으로 구현될 수도 있다. 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템을 포함하는 환기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차양 제어 시스템에 의한 차양 제어 방법을 나타낸 순서도.

Claims (13)

  1. 건물의 실외로부터 유입되는 일사량을 조절하기 위해 복수의 슬랫을 가지도록 형성된 차양부를 조작하는 차양 제어 시스템에 있어서,
    조작 명령에 상응하여 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양부의 높이 중 하나 이상을 조절하는 구동부; 및
    하나 이상의 광 감지 센서 및 안면 인식 센서에 의해 제공되는 정보를 이용하여 산출한 DGI(Daylight Glare Index)에 상응하는 상기 조작 명령을 생성하여 출력하는 제어부를 포함하는 차양 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DGI는 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템.
    Figure 112009074339795-PAT00013
    여기서, Ls는 광원의 휘도(cd/m2)이고, Lb는 광원 주위의 휘도이며, ω는 광원의 입체각(sr)이고, n은 광원의 개수이고, Ω는 관찰자 위치를 고려한 광원의 입 체각임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원의 입체각(Ω)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템.
    Figure 112009074339795-PAT00014
    여기서, p는 관찰자의 위치이고, dw는 그 위치에 따른 미소 입체각임.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수학식에서 목적함수(J)가 최소화되도록 상기 조작 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템.
    Figure 112009074339795-PAT00015
    Figure 112009074339795-PAT00016
    여기서, Y는 계산된 DGI 값이고, θ는 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양 부의 높이 중 하나 이상의 조작을 위한 변수이며, Set는 미리 선정된 DGI 기준값이고, lb는 하한 값이며, ub는 상한 값임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 감지 센서는 휘도계인 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안면 인식 센서는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템.
  7. 건물의 실외로부터 유입되는 일사량을 조절하기 위해 복수의 슬랫을 가지도록 형성된 차양부를 조작하기 위한 차양 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    하나 이상의 광 감지 센서 및 안면 인식 센서에 의해 제공되는 정보를 이용하여 DGI(Daylight Glare Index)를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 DGI를 이용하여 조작 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 조작 명령에 상응하여 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양부의 높이 중 하나 이상이 조절되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 DGI는 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
    여기서, Ls는 광원의 휘도(cd/m2)이고, Lb는 광원 주위의 휘도이며, ω는 광원의 입체각(sr)이고, n은 광원의 개수이고, Ω는 관찰자 위치를 고려한 광원의 입체각임.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원의 입체각(Ω)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
    Figure 112009074339795-PAT00018
    여기서, p는 관찰자의 위치이고, dw는 그 위치에 따른 미소 입체각임.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조작 명령은 하기 수학식에서 목적함수(J)가 최소화되도록 생성되는 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
    Figure 112009074339795-PAT00019
    Figure 112009074339795-PAT00020
    여기서, Y는 계산된 DGI 값이고, θ는 상기 슬랫의 회전각도 및 상기 차양부의 높이 중 하나 이상의 조작을 위한 변수이며, Set는 미리 선정된 DGI 기준값이고, lb는 하한 값이며, ub는 상한 값임.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광 감지 센서는 휘도계인 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 안면 인식 센서는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 차양 제어 시스템의 제어 방법.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 하나에 기재된 차양 제어 시스템의 제어 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.
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