KR20110109698A - System and method for control of hvac, lighting and skin based on the wire/wireless network - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 실내 온도 정보를 수신하는 HVAC 시스템 제어부; 실내 조도 정보를 수신하는 조명 시스템 제어부; 및 실외 기상 정보를 수신하며, 상기 HVAC 시스템 제어부로부터 상기 실내 온도 정보를 수신하며, 상기 조명 시스템 제어부로부터 상기 실내 조도 정보를 수신하며, 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델에 입력하여 건물의 외피를 운영할 수 있는 건물 외피 시스템 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 의해 건물 외피가 실외 및 실내 환경에 적합하도록 조절되는 운영 모델의 실행에 의해 실내 조건(온도, 조도)가 변경되고, 변경된 실내 조건이 HVAC 시스템, 조명 시스템에 센서를 통해 다시 입력되어 전술한 단계가 반복 실시됨으로써 실내외 조건이 모두 고려된 실시간 연동 제어가 실행될 수 있다. The present invention, the HVAC system control unit for receiving room temperature information; An illumination system controller configured to receive indoor illumination information; And receiving outdoor weather information, receiving the indoor temperature information from the HVAC system control unit, receiving the indoor illuminance information from the lighting system control unit, and inputting the received information into a building envelope operating model. It provides a wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control system, characterized in that it comprises a building skin system control unit operable.
According to the present invention, the indoor condition (temperature, illuminance) is changed by the execution of an operating model in which the building envelope is adjusted to be suitable for outdoor and indoor environments, and the changed indoor condition is inputted again through a sensor to the HVAC system and the lighting system, so that the tactical By repeating one step, real-time interlocking control considering both indoor and outdoor conditions may be performed.
Description
본 발명은 유무선 네트워크 기반 하에 건물을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은, 실내 온도 정보를 수신하는 HVAC 시스템 제어부; 실내 조도 정보를 수신하는 조명 시스템 제어부; 및 실외 기상 정보를 수신하며, 상기 HVAC 시스템 제어부로부터 상기 실내 온도 정보를 수신하며, 상기 조명 시스템 제어부로부터 상기 실내 조도 정보를 수신하며, 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델에 입력하여 건물의 외피를 운영할 수 있는 건물 외피 시스템 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a system and method for controlling a building on a wired or wireless network basis. More specifically, the present invention, the HVAC system control unit for receiving room temperature information; An illumination system controller configured to receive indoor illumination information; And receiving outdoor weather information, receiving the indoor temperature information from the HVAC system control unit, receiving the indoor illuminance information from the lighting system control unit, and inputting the received information into a building envelope operating model. A wired and wireless network based HVAC, lighting and skin control system, characterized in that it comprises an operable building envelope system control.
창호 장치, 차양 장치, 환기 장치와 같은 건물 외피 시스템은 건물 에너지 절감, 쾌적한 실내 환경에 많은 영향을 미친다. 하지만 종래의 건물 외피 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다. Building envelope systems such as windows, sunshades, and ventilation systems have a significant impact on building energy savings and a comfortable indoor environment. However, the conventional building envelope system has the following problems.
현재 건물 외피 제어는 대부분 자동 제어가 아닌 수동 제어이다. 예를 들어, 차양 장치의 경우 사용자가 직접 차양 장치가 있는 장소에 이동하여 수동 조절 장치를 이용하여 일사 유입을 조절한다. 사용자가 실내 조건을 실시간으로 확인하여 실내 환경을 쾌적한 상태로 유지하는 것은 불가능하였다. Currently, building envelope control is mostly manual rather than automatic. For example, in the case of the sunshade device, the user directly moves to the place where the sunshade device is located to adjust the solar inflow by using a manual adjustment device. It was not possible for the user to check the indoor conditions in real time and maintain the indoor environment in a comfortable state.
수동 제어가 아닌 자동 제어의 경우에도, 건물 외피 모델은 HVAC(heating, ventilation, air-conditioning) 시스템이나 조명 시스템과 통합적으로 운영되지 않고 있다. 예를 들어, 실내 환경 조건이 냉방 모드일 때에는 건물 외피 모델은 일사를 유입하여 냉방 부하를 증가시키는 등의 문제점이 발생한다.
Even in the case of automatic control rather than manual control, the building envelope model does not integrate with HVAC (heating, ventilation, air-conditioning) systems or lighting systems. For example, when the indoor environmental condition is in the cooling mode, the building envelope model may have a problem such as inflow of solar radiation to increase the cooling load.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 한국특허출원 제10-2005-0083408호는, 외부온도, 일조량, 빛의 방향 등에 대한 데이터를 감지하여 제어하는 홈 네트워크 시스템을 제안한 바 있다. 그러나 상기 시스템은 기존에 누적된 데이터에 기반하여 감지된 데이터를 매칭하는 방법으로 홈 네트워크를 제어하기에 실질적으로 사용자에게 최적의 건물 환경을 제공하지 못하였다. In order to solve the above problems, Korean Patent Application No. 10-2005-0083408 has proposed a home network system that detects and controls data on an external temperature, the amount of sunshine, and the direction of light. However, the system did not provide an optimal building environment to the user substantially to control the home network by matching the detected data based on the accumulated data.
한국특허출원 제10-2005-0000241호는 실내 환경 상태를 감지한 결과에 따라 기 저장된 알고리즘을 활용하여 실내 환경을 조절하는 방법을 제안한다. 그러나 상기 방법은 건물 외피를 제어하지 못하여 실질적으로 실내 환경을 자동으로 제어하는 이상의 효과를 제공하지 못한다. Korean Patent Application No. 10-2005-0000241 proposes a method of adjusting the indoor environment by using a pre-stored algorithm according to the result of detecting the indoor environmental condition. However, the method does not control the building envelope and thus does not substantially provide the effect of automatically controlling the indoor environment.
일본공개특허 제2007-306608호는 건물 정보를 HTML화하여 무선 인터넷에 기반한 빌딩 관리 장치 제어 방법을 제안한다. 그러나 상기 시스템은 실내외 환경 센싱에 대한 고찰이 없어서 주변 환경을 감안하지 못하는 문제점이 있다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-306608 proposes a method for controlling a building management device based on wireless Internet by HTML-forming building information. However, the system does not consider the surrounding environment because there is no consideration of indoor and outdoor environment sensing.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하도록, 건물 외피 제어 전략을 이용하여 건물 외피 운영 모델(제어기 또는 컨트롤러)과 HVAC 시스템, 조명 시스템 운영 모델간의 실시간 연동 제어를 이루고자 한다.
Therefore, the present invention is to achieve a real-time interlocking control between the building envelope operating model (controller or controller), HVAC system, lighting system operating model using a building envelope control strategy to overcome the problems of the prior art as described above.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 실내 온도 정보를 수신하는 HVAC 시스템 제어부; 실내 조도 정보를 수신하는 조명 시스템 제어부; 및 실외 기상 정보를 수신하며, 상기 HVAC 시스템 제어부로부터 상기 실내 온도 정보를 수신하며, 상기 조명 시스템 제어부로부터 상기 실내 조도 정보를 수신하며, 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델에 입력하여 건물의 외피를 운영할 수 있는 건물 외피 시스템 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템을 제공한다. One embodiment of the present invention for solving the above problems, the HVAC system control unit for receiving room temperature information; An illumination system controller configured to receive indoor illumination information; And receiving outdoor weather information, receiving the indoor temperature information from the HVAC system control unit, receiving the indoor illuminance information from the lighting system control unit, and inputting the received information into a building envelope operating model. It provides a wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control system, characterized in that it comprises a building skin system control unit operable.
또한, 상기 건물 외피 운영 모델은, 규칙 중심 제어 방법, 구배법, 및 소모적 탐색법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 운영되는 모델인 것이 바람직하다.In addition, the building envelope operating model is preferably a model operated by any one method selected from the group consisting of rule-based control method, gradient method, and exhaustive search method.
여기에서, 상기 구배법은에 따른 건물 외피 운영 모델은 시간에 따른 상태 벡터(x(t))에 따라 운영되며, 상기 상태벡터((x(t))는,Here, the building envelope operating model according to the gradient method is operated according to the state vector x (t) over time, and the state vector (x (t)) is
으로 정의되며, 여기에서 t는 시간, u는 입력 변수, A는 상태행렬, b는 부하벡터인 것이 특히 바람직하다. T is time, u is an input variable, A is a state matrix, and b is a load vector.
또한, 여기에서 상기 구배법에 따른 건물 외피 운영 모델은 추가하여 목적함수(J)에 따라 운영되며, 상기 목적함수(J)는,In addition, here the building envelope operating model according to the gradient method is additionally operated according to the objective function (J), the objective function (J),
으로 정의되며, 여기에서 J에너지는 실내로 유입되는 일사량(Qsol,trans), 실내측 유리창 표면에서 일어나는 대류 및 복사 열전달에 의한 실내측 열획득과 열손실(Qconv, Qrad), 자연채광으로 인한 인공조명 에너지의 감소량(QDA), 및 중공층이 존재하는 경우 중공층 공기의 제어로 인한 실내측 열획득(Qair)의 합이며, J시쾌적은 평균 자연 채광 조도(Eavg), 자연 채광의 균제도(U), 자연 채광에 의한 불쾌 현휘값(DGI)의 합이며, J열쾌적은 예상 평균 온열감(PMV)이며, J환기는 외피를 통한 외기 도입량(CMH)인 것이 특히 바람직하다.Where J energy is the solar radiation (Q sol, trans ) entering the room, the indoor heat gain and heat loss (Q conv , Q rad ) due to convective and radiant heat transfer from the interior window surface, and natural light when this decrease amount (Q DA), and the hollow layer of artificial light energy present due to the sum of the hollow layer obtained indoor heat due to the control of the air (Q air), J sikwae ever average natural light illumination (E avg) Is the sum of natural light's uniformity (U), natural light's unpleasant clarity (DGI), J thermal comfort is the expected mean heat sensation (PMV), and J ventilation is the air intake through the skin (CMH). Do.
또한, 상기 건물 외피 시스템 제어부에 의해 운영되는 건물의 외피는, 창호 장치, 차양 장치, 환기 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the envelope of the building operated by the building envelope system control unit is any one or more selected from the group consisting of window devices, sun shade devices, and ventilation devices.
또한, 상기 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템은 사용자 단말기를 더 포함하며, 상기 사용자 단말기는 상기 건물 외피 시스템 제어부와 무선으로 연계되는 것이 바람직하다.In addition, the HVAC, lighting and envelope control system further comprises a user terminal, the user terminal is preferably wirelessly associated with the building envelope system control unit.
여기에서, 상기 사용자 단말기는 상기 건물의 외피를 운영하는 제어 신호를 상기 건물 외피 시스템 제어부에 수신할 수 있는 것이 특히 바람직하다.Here, the user terminal is particularly preferably able to receive a control signal for operating the envelope of the building to the building envelope system control unit.
또한, 상기 실내 온도 정보는 상기 HVAC 시스템 제어부와 연계된 실내 온도 센서에 의해 측정되며, 상기 실내 조도 정보는 상기 조명 시스템 제어부와 연계된 실내 조도 센서에 의해 측정되며, 그리고 상기 실외 기상 정보는 상기 건물 외피 시스템 제어부와 연계된 실외 기상 센서에 의해 측정되는 것이 바람직하다.
In addition, the indoor temperature information is measured by an indoor temperature sensor associated with the HVAC system control unit, the indoor illuminance information is measured by an indoor illuminance sensor connected to the lighting system control unit, and the outdoor weather information is measured by the building It is preferably measured by an outdoor weather sensor in conjunction with an enclosure system control.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, HVAC 시스템 제어부가 실내 온도 정보를 수신하고, 조명 시스템 제어부가 실내 조도 정보를 수신하고, 그리고 건물 외피 운영 모델이 실외 기상 정보를 수신하는 단계; 상기 건물 외피 운영 모델이 상기 실내 온도 정보 및 상기 실내 조도 정보를 수신하는 단계; 및 상기 건물 외피 운영 모델이 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델이 입력하여 건물 외피를 운영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 방법을 제공한다.
In another embodiment of the present invention for solving the above problems, the HVAC system control unit receives the room temperature information, the lighting system control unit receives the indoor illuminance information, and the building envelope operating model receives the outdoor weather information step; Receiving, by the building envelope operating model, the indoor temperature information and the indoor illuminance information; And operating the building envelope by inputting the received information to the building envelope operating model by the building envelope operating model. The wired / wireless network-based HVAC, lighting and envelope control method is provided.
건물 외피가 실외 및 실내 환경에 적합하도록 조절되는 운영 모델의 실행에 의해 실내 조건(온도, 조도)이 변경되고, 변경된 실내 조건이 HVAC 시스템, 조명 시스템에 센서를 통해 다시 입력되어 전술한 단계가 반복 실시됨으로써 실내외 조건이 모두 고려된 실시간 연동 제어가 실행될 수 있다. Indoor conditions (temperature, illuminance) are changed by the execution of an operating model in which the building envelope is adapted to the outdoor and indoor environment, and the changed indoor conditions are re-entered via sensors to the HVAC system and lighting system, repeating the above steps. By implementing, real-time interlocking control considering both indoor and outdoor conditions can be executed.
이러한 실시간 연동 제어에 따라 건물 사용자에게 최적의 에너지 효율, 최적의 시쾌적과 열쾌적 및 최적의 환기를 제공할 수 있다. This real-time interlock control can provide building users with optimal energy efficiency, optimal comfort and heat comfort, and optimal ventilation.
또한, 규칙 중심 제어 방법, 구배법, 또는 소모적 탐색법을 활용함으로써 건물 사용자에게 적합하도록 건물 외피가 운영될 수 있다. In addition, the building envelope may be operated to suit the building user by utilizing rule-based control methods, gradient methods, or exhaustive search methods.
또한, 건물 정보가 건물 내 또는 건물 외의 사용자 단말기에 효과적으로 전달될 수 있어서 사용자 편의성이 증가한다.
In addition, building information can be effectively delivered to a user terminal inside or outside the building, thereby increasing user convenience.
도 1은, 본 발명에 따른 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 방법의 순서도이다. 1 is a schematic diagram of a wired and wireless network based HVAC, lighting and envelope control system according to the present invention.
2 is a flowchart of a wired / wireless network-based HVAC, lighting and envelope control method according to the present invention.
본 발명에 따른 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템의 구체적 설명Detailed description of the HVAC, lighting and skin control system according to the invention
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템 및 그 방법을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a wired / wireless network-based HVAC, lighting and envelope control system and method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a wired / wireless network based HVAC, lighting and skin control system according to the present invention.
본 발명에 따른 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템은, 건물 외피 시스템 제어부(100)와 HVAC 시스템 제어부(200)와 조명 시스템 제어부(300)를 포함한다. 바람직한 일 실시예에서, 사용자 단말기(400)를 더 포함할 수 있다. The HVAC, lighting and envelope control system according to the present invention includes a building
건물 외피 시스템 제어부(100)에는 실외 기상 센서(510)가 연결되어 실외 기상에 대한 정보를 수신받을 수 있다. 실외 기상에 대한 정보는 온도, 풍향, 풍속, 일사량 등일 수 있으나, 이에 제한됨 없이 센서의 종류를 다르게 함으로써 다양한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 실외 기상 센서(510)의 개수 역시 제한이 없음은 물론이다. The
HVAC 시스템 제어부(200)에는 실내 온도 센서(520)가 연결되어 실내 온도에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 조명 시스템 제어부(300)는 실내 조도 센서(530)가 연결되어 실내 조도에 대한 정보를 획득할 수 있다. 실내 온도 센서(520)와 실내 조도 센서(530)의 개수에 제한이 없음은 물론이다. An
상기 센서들(510, 520, 530)은 각 제어부들(100, 200, 300)과 유무선으로 연결될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 와이파이(Wi-Fi), 지그비(Zigbee) 등을 이용한 무선 네트워크 기술을 이용하는 것이 바람직하다.The
건물 외피 시스템 제어부(100)는 HVAC 시스템 제어부(200) 및 조명 시스템 제어부(300)로부터 각각 실내 온도 및 실내 조도에 대한 정보를 수신받는다. 연결 방식은 유무선 어떠한 방식도 가능하다. The building envelope
이에 따라 건물 외피 시스템 제어부(100)는 실외 기상 정보, 실내 온도 정보 및 실내 조도 정보를 모두 수신할 수 있으며, 건물 외피 운영 모델에 상기 정보들을 입력하여 건물(10)의 건물 외피(11)를 운영할 수 있다. Accordingly, the building
건물 외피는 창호 장치, 차양 장치, 환기 장치 등일 수 있는데, 전술한 바와 같이 건물 외피 시스템 제어부(100)가 건물 외피(11)를 제어함으로써 건물을 제어하게 된다. The building envelope may be a window device, a sunshade device, a ventilation device, or the like. As described above, the building envelope
사용자 단말기(400)는 건물 외피 시스템 제어부(100)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 특히, 무선으로 연결되는 경우 사용자 단말기(400)가 반드시 건물(10) 내에 위치할 필요가 없으며, 건물(10) 외에서도 건물 외피(11)를 운영하여 건물을 제어할 수 있다. 사용자 단말기(400)는 PC. PDA, 휴대폰, 스마트폰, 월패드 등 제한이 없으며 데이터를 처리할 수 있는 기기면 족하다.
The
본 발명에 따른 건물 외피 운영 모델의 설명Description of the building envelope operating model according to the present invention
건물 외피 운영 모델은, 규칙 중심 제어 방법, 구배법, 및 소모적 탐색법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 운영되는 모델일 수 있다.
The building envelope operating model may be a model operated by any one method selected from the group consisting of rule-based control methods, gradient methods, and exhaustive search methods.
(1) 규칙 중심 제어(rule-based control)(1) rule-based control
규칙 중심 제어 방법은 외피 사용자(거주자)의 경험이나 직관에 의해 이미 정해진 규칙에 따라서 제어하는 방식이다. Rule-based control is a method of controlling according to rules already determined by the experience or intuition of the envelope user (resident).
예를 들어, 태양 일사가 150W/m2 이상이면 차양 장치가 닫히기 시작하여 650W/m2에 도달하면 완전히 도달하도록 규칙을 지정하였다면, 실외 기상 센서(510)로부터 실외의 태양 일사량를 감지하고, 상기 규칙에 따라 건물 외피 시스템 제어부(100)가 건물 외피(11) 중 차양 장치를 제어할 수 있다.
For example, if the sun solar radiation is 150 W / m 2 or more, if the sunshade starts closing and reaches 650 W / m 2 , a rule is specified to reach the sun, the
(2) 구배법(gradient method)(2) gradient method
구배법은, 각 센서들(510, 520, 530)로부터 입력받은 정보를 바탕으로 건물 외피 시스템의 반응을 예측하는 시뮬레이션 모델을 실행시키고, 모델을 이용하여 시스템 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 목적함수(J)를 계산하며, 이에 따라 목적함수(J)를 최적화하는 제어 변수를 결정하여, 상기 제어 변수에 따라 건물 외피를 제어하는 방법이다. The gradient method executes a simulation model that predicts the response of the building envelope system based on information received from the
시뮬레이션 모델은 다음의 (a) 수식으로 표현될 수 있다. The simulation model can be expressed by the following equation (a).
(a) (a)
여기에서, x는 상태 벡터(state vector), u는 입력 변수(input variable), A는 상태행렬(state matrix), b는 부하벡터(load vector)이며, t는 시간을 의미한다. 상태 벡터에 따라 시뮬레이션 모델을 구성하게 된다. Here, x is a state vector, u is an input variable, A is a state matrix, b is a load vector, and t is time. The simulation model is constructed according to the state vector.
목적함수(J)는 다음의 (b) 수식으로 표현될 수 있다. The objective function J can be expressed by the following formula (b).
(b) (b)
여기에서 J에너지는 실내로 유입되는 일사량(Qsol,trans), 실내측 유리창 표면에서 일어나는 대류 및 복사 열전달에 의한 실내측 열획득과 열손실(Qconv, Qrad), 자연채광으로 인한 인공조명 에너지의 감소량(QDA), 및 중공층이 존재하는 경우 중공층 공기의 제어로 인한 실내측 열획득(Qair)의 합이며, J시쾌적은 평균 자연 채광 조도(Eavg), 자연 채광의 균제도(U), 자연 채광에 의한 불쾌 현휘값(DGI)의 합이며, J열쾌적은 예상 평균 온열감(PMV; predicted mean vote)이며, J환기는 외피를 통한 외기 도입량(CMH; cubic meter per hour)이다. Here, J energy is the amount of solar radiation (Q sol, trans ) flowing into the room, indoor heat gain and heat loss (Q conv , Q rad ) due to convection and radiant heat transfer from the glass window surface, and artificial lighting due to natural light. reduction in energy (Q DA), and if the hollow layer is present and the sum of the obtained room-side heat (Q air) due to the control of the hollow layer air, J sikwae ever average natural light illumination (E avg), the natural light The uniformity (U), the sum of the unpleasant luminosity value (DGI) due to natural light, J heat comfort is predicted mean vote (PMV), J ventilation is the cubic meter per hour through the skin (CMH) )to be.
최적화 알고리즘을 이용하여 목적함수(J)를 최소화하는 제어 변수를 결정한다. 예를 들어 차양 장치만 설치된 건물 외피에서는 차양 장치의 슬랫 각도(φ)를 변수로 설정하여 min J(φ)를 찾을 수 있으며, 또는 다른 실시예에서 차양 장치와 환기 장치가 설치된 건물 외피에서는 기류 모드(AFR) 또는 환기댐퍼 개구율(OR) 등을 변수로 설정하여 min J(φ, AFR, OR)을 찾을 수 있다. An optimization algorithm is used to determine the control variables that minimize the objective function (J). For example, in a building envelope where only the sunshade is installed, min J (φ) can be found by setting the slat angle (φ) of the sunshade as a variable, or in another embodiment in a building envelope where the sunshade and the ventilation system are installed, in the airflow mode. You can find min J (φ, AFR, OR) by setting (AFR) or ventilation damper opening ratio (OR) as a variable.
이러한 방법으로 목적함수(J)와 제어 변수를 결정하여 건물 외피를 제어한다.
In this way, the building envelope is controlled by determining the objective function and control variables.
(3) 소모적 탐색법(exhaustive search method)(3) exhaustive search method
소모적 탐색법은 제어 변수의 모든 가능한 조합에 대해 비용 함수를 계산하고, 비용 함수를 최소로 하는 제어 변수를 찾는 방법이다. 제어 변수는 전술한 바와 같이, 슬랫 각도(Φ), 기류 모드(AFR), 환기댐퍼 개구율(OR) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. The exhaustive search method is a method of calculating a cost function for all possible combinations of control variables and finding a control variable that minimizes the cost function. As described above, the control variable may be the slat angle Φ, the airflow mode AFR, the ventilation damper opening ratio OR, but the present invention is not limited thereto.
만약 전술한 바와 같이 3개의 제어 변수가 선택되었다면, 예를 들어 하기의 표와 같은 조합이 가능하다. 하기의 예에서는 슬랫 각도가 90도인 경우와 80도인 경우만을 예시적으로 설명하나, 유사한 방식으로 0도 내지 90도가 가능하기에 그 개수는 기하급수적으로 증가한다.
If three control variables are selected as described above, for example, a combination as shown in the following table is possible. In the following example, only the case where the slat angle is 90 degrees and 80 degrees will be exemplarily described. However, the number increases exponentially because 0 to 90 degrees are possible in a similar manner.
상기와 같은 방법으로 목적함수(J)의 최적화 문제의 해를 구하는 (b) 수식 해결 과정이 생략되어 수학적으로 간단해짐과 동시에 시뮬레이션 모델인 상태벡터 x를 구하는 과정에 기반하기에 동특성을 고려할 수 있다는 장점이 있다.
(B) The solution to solving the optimization problem of the objective function (J) is omitted in this way, so that the equation can be simplified, and the dynamic characteristics can be considered based on the process of obtaining the state vector x, which is a simulation model. There is an advantage.
본 발명에 따른 건물 외피 운영 방법의 설명Description of the building envelope operating method according to the present invention
도 2를 참조하여 본 발명에 따른 건물 외피 운영 방법을 설명한다. Referring to Figure 2 will be described the building envelope operating method according to the present invention.
먼저, HVAC 시스템 제어부(200)가 실내 온도 센서(520)를 통해 실내 온도 정보를 수신하고, 조명 시스템 제어부(300)가 실내 조도 센서(530)를 통해 실내 조도 정보를 수신하고, 건물 외피 시스템 제어부(100)가 실외 기상 센서(510)를 통해 실외 기상 정보를 수신한다(S710). First, the HVAC
HVAC 시스템 제어부(200)가 수신한 실내 온도 정보와 조명 시스템 제어부(300)가 수신한 실내 조도 정보는 건물 외피 시스템 제어부(100)에 유무선 네트워크를 통해 송신된다.The indoor temperature information received by the HVAC
건물 외피 시스템 제어부(100)는 건물 외피 운영 모델에 상기 수신된 정보들을 입력한다(S720). 건물 외피 운영 모델은, 규칙 중심 제어 방법, 구배법, 및 소모적 탐색법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 운영된다. The building
건물 외피 운영 모델에 의해 건물 외피(11)가 운영됨으로써 건물이 제어된다(S730).The building is controlled by operating the
상기와 같은 S710 내지 S730 단계는 실시간으로 이루어짐은 물론이며 반복적용된다. 즉, 건물 외피(11)가 실외 및 실내 환경에 적합하도록 조절되는 운영 모델의 실행에 의해 온도, 조도와 같은 실내 정보가 변경되고, 변경된 실내 조건이 HVAC 시스템 제어부, 조명 시스템 제어부에 각각의 센서들을 통해 다시 입력되어 전술한 단계가 반복 실시됨으로써 실내외 조건이 모두 고려된 실시간 연동 제어가 반복 실행된다.
Steps S710 to S730 as described above are made in real time and is repeatedly applied. That is, indoor information such as temperature and illuminance is changed by execution of an operating model in which the
이상에서 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 고안은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 고안에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 고안의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment. That is, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications may be made. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
10: 건물
11: 건물 외피
100: 건물 외피 시스템 제어부
200: HVAC 시스템 제어부
300: 조명 시스템 제어부
400: 사용자 단말기
510: 실외 기상 센서
520: 실내 온도 센서
530: 실내 조도 센서10: building
11: building envelope
100: building envelope system control unit
200: HVAC system control
300: lighting system control unit
400: user terminal
510: outdoor weather sensor
520: room temperature sensor
530: ambient light sensor
Claims (9)
실내 조도 정보를 수신하는 조명 시스템 제어부; 및
실외 기상 정보를 수신하며, 상기 HVAC 시스템 제어부로부터 상기 실내 온도 정보를 수신하며, 상기 조명 시스템 제어부로부터 상기 실내 조도 정보를 수신하며, 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델에 입력하여 건물의 외피를 운영할 수 있는 건물 외피 시스템 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
A heating, ventilation, air-conditioning (HVAC) system control unit for receiving room temperature information;
An illumination system controller configured to receive indoor illumination information; And
Receives outdoor weather information, receives the indoor temperature information from the HVAC system control unit, receives the indoor illuminance information from the lighting system control unit, and inputs the received information into a building envelope operating model to operate a building envelope. Characterized in that it comprises a building envelope system control unit,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 건물 외피 운영 모델은,
규칙 중심 제어 방법, 구배법, 및 소모적 탐색법으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 방법에 의해 운영되는 모델인 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method of claim 1,
The building envelope operating model,
Characterized in that the model is operated by any one method selected from the group consisting of rule-based control method, gradient method, and exhaustive search method,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 구배법은에 따른 건물 외피 운영 모델은 시간에 따른 상태 벡터(state vector)(x(t))에 따라 운영되며,
상기 상태벡터((x(t))는,
으로 정의되며,
여기에서 t는 시간, u는 입력 변수(input variable), A는 상태행렬(state matrix), b는 부하벡터(load vector)인 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method of claim 2,
The building envelope operating model according to the gradient method is operated according to a state vector (x (t)) over time,
The state vector (x (t)) is
Is defined as
Wherein t is time, u is an input variable, A is a state matrix, and b is a load vector.
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 구배법에 따른 건물 외피 운영 모델은 추가하여 목적함수(J)에 따라 운영되며,
상기 목적함수(J)는,
으로 정의되며,
여기에서 J에너지는 실내로 유입되는 일사량(Qsol,trans), 실내측 유리창 표면에서 일어나는 대류 및 복사 열전달에 의한 실내측 열획득과 열손실(Qconv, Qrad), 자연채광으로 인한 인공조명 에너지의 감소량(QDA), 및 중공층이 존재하는 경우 중공층 공기의 제어로 인한 실내측 열획득(Qair)의 합이며, J시쾌적은 평균 자연 채광 조도(Eavg), 자연 채광의 균제도(U), 자연 채광에 의한 불쾌 현휘값(DGI)의 합이며, J열쾌적은 예상 평균 온열감(PMV)이며, J환기는 외피를 통한 외기 도입량(CMH)인 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method of claim 3, wherein
Building envelope operating model according to the gradient method is additionally operated according to the objective function (J),
The objective function (J),
Is defined as
Here, J energy is the amount of solar radiation (Q sol, trans ) flowing into the room, indoor heat gain and heat loss (Q conv , Q rad ) due to convection and radiant heat transfer from the glass window surface, and artificial lighting due to natural light. reduction in energy (Q DA), and if the hollow layer is present and the sum of the obtained room-side heat (Q air) due to the control of the hollow layer air, J sikwae ever average natural light illumination (E avg), the natural light The uniformity (U), the sum of the unpleasant luminosity value (DGI) due to natural light, J heat comfort is the expected average warmth (PMV), J ventilation is characterized in that the amount of air introduced through the skin (CMH),
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 건물 외피 시스템 제어부에 의해 운영되는 건물의 외피는,
창호 장치, 차양 장치, 환기 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The envelope of the building operated by the building envelope system control unit,
At least one selected from the group consisting of a window device, a sunshade device, a ventilation device,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템은 사용자 단말기를 더 포함하며,
상기 사용자 단말기는 상기 건물 외피 시스템 제어부와 무선으로 연계되는 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The HVAC, lighting and skin control system further includes a user terminal,
The user terminal is characterized in that the wireless communication with the building envelope system control unit,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 사용자 단말기는 상기 건물의 외피를 운영하는 제어 신호를 상기 건물 외피 시스템 제어부에 수신할 수 있는 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method according to claim 6,
The user terminal may receive a control signal for operating the envelope of the building to the building envelope system control unit,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
상기 실내 온도 정보는, 상기 HVAC 시스템 제어부와 연계된 실내 온도 센서에 의해 측정되며,
상기 실내 조도 정보는, 상기 조명 시스템 제어부와 연계된 실내 조도 센서에 의해 측정되며, 그리고
상기 실외 기상 정보는, 상기 건물 외피 시스템 제어부와 연계된 실외 기상 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 4,
The room temperature information is measured by an indoor temperature sensor associated with the HVAC system control unit,
The indoor illuminance information is measured by an indoor illuminance sensor associated with the lighting system controller, and
The outdoor weather information is measured by an outdoor weather sensor associated with the building envelope system control unit,
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and skin control systems.
(b) 상기 건물 외피 운영 모델이 상기 실내 온도 정보 및 상기 실내 조도 정보를 수신하는 단계; 및
(c) 상기 건물 외피 운영 모델이 상기 수신된 정보들을 건물 외피 운영 모델이 입력하여 건물 외피를 운영하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
유무선 네트워크 기반 HVAC, 조명 및 외피 제어 방법.(a) the HVAC system control unit receiving indoor temperature information, the lighting system control unit receiving indoor illuminance information, and the building envelope operating model receiving outdoor weather information;
(b) the building envelope operating model receiving the indoor temperature information and the indoor illuminance information; And
(c) operating the building envelope by inputting the received information to the building envelope operating model by the building envelope operating model;
≪ / RTI >
Wired and wireless network-based HVAC, lighting and envelope control methods.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2024143730A1 (en) * | 2022-12-29 | 2024-07-04 | 한국전기연구원 | Apparatus and method for data-based estimation of parameters of hvac system model |
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KR100722008B1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-05-28 | 박철수 | Building envelope system |
-
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- 2010-03-31 KR KR1020100029536A patent/KR101102686B1/en not_active IP Right Cessation
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WO2024143730A1 (en) * | 2022-12-29 | 2024-07-04 | 한국전기연구원 | Apparatus and method for data-based estimation of parameters of hvac system model |
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