KR20120107930A - 에너지 관리 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20120107930A KR1020127009176A KR20127009176A KR20120107930A KR 20120107930 A KR20120107930 A KR 20120107930A KR 1020127009176 A KR1020127009176 A KR 1020127009176A KR 20127009176 A KR20127009176 A KR 20127009176A KR 20120107930 A KR20120107930 A KR 20120107930A
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KR1020127009176A
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아니루드하 아닐 데사이
주그두트 싱
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라 트로브 유니버시티
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Abstract

일정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하는 방법(300)은 먼저, 상기 장소의 초기 에너지 프로파일(304)을 생성하고 저장하는 단계를 포함한다. 상기 프로파일(304)은, 사용 패턴, 상기 장소의 기능, 지리적 위치, 설치된 기기들(108) 등과 같은, 상기 장소를 특징짓는 정보들을 포함한다. 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량(308)이, 상기 초기 에너지 프로파일(304)에 있는 정보를 근거로, 사전 결정된 기간에 대하여 계산된다. 그 후 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량(312)이 사전 결정된 기간에 걸쳐서 기록되고, 상기 에너지 프로파일(304)이 상기 기록된 에너지 사용량(312)에 근거하여 적응식으로 업데이트된다. 상기 에너지 프로파일(304) 및 실제 에너지 사용량(312)은 상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여 사용된다. 일정 장소에서 상기 방법을 구현하기 위한 설치 가능한 시스템(100) 및 장치(102)도 마찬가지로 제공된다.

Description

에너지 관리 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ENERGY MANAGEMENT}
본 발명은 일반적으로 에너지 소비의 관리에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명은 일정 장소(premises)와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이고, 본 발명의 바람직한 실시예들은 에너지 사용자들로 하여금 자신의 에너지 소비를 더욱 잘 통제할 수 있도록 도와준다.
많은 과학자들, 환경 단체들, 정부들, 기업들, 및 개인들은 에너지 생성 및 소비의 환경에 대한 비용 및/또는 영향에 대하여 갈수록 커지는 우려를 나타내고 있다. 가정 및 사무실들에서의 증가하는 에너지 소비는 탄소 배출(carbon emission)의 중요한 하나의 기여자(contributor)이다. 평균 소비량에 있어서의 증가에 더하여, 가정과 산업 환경에서의 최대 에너지 소비량(peak energy consumption)도 더욱 빠르게 증가하고 있다. 이는 특히 추가적인 걱정거리가 되고 있는데, 만약 정전(power outage) 또는 전력 제한(load shedding)과 같은 심각한 결과들을 피하고자 한다면, 최대 에너지 수요를 충족시키는 것은 곧 기존의 전력 생산 설비들을 업그레이드(upgrade)하고 그리고/또는 새로운 발전소들을 건설할 것을 필요로 하기 때문이다.
따라서, 에너지 생산 및 소비의 점증하는 비용과 온실 가스 배출 및 기후 변화에의 영향들은 지구촌이 당면한 가장 급박한 해결과제들 중의 하나라고 여겨진다. 풍력, 태양력, 조력, 및 기타 기술과, 다른 탄소 절감 기술들과 같은, 저배출 세대(low emission generation) 기술들의 사용과 같은, 탄소 배출을 줄이기 위한 접근방법들은, 그 기술들이 배출량의 상당한 절감을 이루어낼 수 있을 때까지, 많은 개발 시간과 상당한 투자를 필요로 한다. 또 그렇게 되더라도, 점증하는 인구 증가와 개발도상국들의 발전에 당면하여, 에너지 사용에 있어서의 효율성의 향상과 개별적인 에너지 소비에 있어서의 감소는 지속가능한 에너지 시장을 형성하는 데 있어서 필수적이라고 할 수 있다.
이에 따라, 많은 정부들 및 환경 단체들로부터 가정 및 사무실들에서 평균 및 최대 전력 소비를 줄여야 한다는 큰 압력이 있어왔다. 그러나 이는 상세한 에너지 소비의 계측이 없이는 성취하기 어려운 과제이다. 예를 들어, 대부분의 주택 소유자들 및 사무실 관리자들은, 그들로 하여금 어디서 언제 에너지가 소비되고 있는지를 결정할 수 있게 해주는 도구들 또는 설비들을 가지고 있지 않다. 더구나, 소비의 근원이 알려진다고 할지라도, 그 소비가 어떻게 감소될 수 있는지는 명확하지 않을 수 있다. 그러므로, 사용자들로 하여금 소비를 줄이도록 하는 홍보들이 상기 문제에 대한 더욱 널리 퍼진 인식을 가져오기 시작하기는 했지만, 이러한 홍보들에 호응하는 통상적인 소비자들의 능력은 일반적으로 제한되어 있다.
동시에, "구간"(interval) 또는 "사용 시각"(time-of-use) 계측기, 그리고 더욱 정교한 "스마트 계측기"(smart meter)들과 같은, 보다 진보된 계측 시스템들의 분야에서 더욱 많은 활용이 이루어지고 있다. 종래의 계측기들이 어떤 사용 시간도 기록하지 않고 단지 총 소비량을 기록하는 반면에, 상기한 더욱 진보된 계측기들은 에너지 소비를 더욱 상세하게, 예를 들어 한 시간 단위 또는 그 이상 상세한 단위로, 식별하고 기록할 수 있다. 스마트 계측기들은 일반적으로, 적어도 자동 계측 판독(automated meter reading) 기능과 함께 실시간 모니터링(real-time monitoring), 정전 통지(power outage notification), 및/또는 전력 품질 모니터링 등과 같은 다른 기능들도 포함한다는 점에서 종래의 구간 계측기(interval meter)들과 다르다. 특히 자동 계측 판독은, RF(무선) 전송에 기반할 수도 있는 적절한 통신 기술, 전력선 통신 프로토콜들, 및/또는 다른 네트워킹 기술들을 계측기들이 포함하는 것을 필요로 하는데, 이는 모니터링 및 과금(billing)을 위하여 상기 계측기들이 사용 데이터를 전력 공급자에게 다시 전송하는 것을 가능하게 한다.
다른 이점들 중에서도, 스마트 계측 기술은 시간 및/또는 수요 의존적 요금제의 구현을 가능하게 하는데, 이는 사용자로 하여금 그들의 평균 소비를 감소시킬 동기를 부여할 뿐만 아니라, 가능한 경우에는 최대 소비 시간에서의 소비를 피하도록 함으로써, 가정 및 산업의 에너지 소비에 있어서 전체적인 최대 소비를 감소시키는데 기여한다. 그러나, 상기 기술들의 온전한 이점들은, 사용자들이 그들의 에너지 사용에 관한 필요한 정보를 갖추게 되고, 그 정보를 기반으로 효과적으로 행동할 수 있을 때에만 얻어질 수 있다.
따라서, 사용자들로 하여금 그들의 행동을 개선할 수 있도록 해주는 기술적인 사회기반시설이 구축되어가고 있는 동안, 사용자들에게 효과적인 방식으로 얻어진 정보를 검토하고 그에 근거하여 행동하기 위한 효과적인 도구들 및 설비들을 제공할 필요가 남아있다. 거대한 인구의 가정 및 산업적 현장들에서 하나의 해결책이 적용되기 위해서는, 그 해결책이 상대적으로 저비용이어야만 한다. 더구나, 하나의 효과적인 해결책은 최종 사용자에게 있어서 이해하기 쉽고 작동하기 쉬어야 하고, 기존의 배선에 상당한 업그레이드를 필요로 하지 않고도 기존의(과거의) 전자기기(appliance)들과 함께 사용될 때에도 상당한 이점을 제공할 수 있어야만 한다. 본 발명은 이러한 요구사항들을 충족하고자 한다.
하나의 태양으로서, 본 발명은 하나의 장소(premises)와 연관된 에너지 소비를 관리하는 방법을 제공하는데, 이는 다음과 같은 단계들, 즉:
상기 장소를 특징짓는 정보들을 포함한, 상기 장소의 초기 에너지 프로파일을 생성 및 저장하는 단계;
상기 초기 에너지 프로파일에 근거하여 사전 결정된 기간에 걸친 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하는 단계;
사전 결정된 기간 동안 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 기록하는 단계;
상기 기록된 에너지 사용량에 근거하여 상기 에너지 프로파일을 적응식으로 업데이트(adaptively update)하는 단계; 및
상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여 상기 에너지 프로파일 및 실제 에너지 사용량을 사용하는 단계를 포함한다.
그러므로, 유익한 점으로서, 본 발명은 사무실, 가정 주택(domestic residence), 또는 다른 에너지 소비 시설과 같은, 하나의 특정 장소와 연관된 에너지 소비의 "컨텍스트-인식"(context-aware) 관리를 제공한다. 특히, 그러한 장소 각각은 그 자신의 독특한 프로파일에 의하여 특징 지워질 수 있고, 상기 프로파일은 계속되는 실제 사용 패턴에 대응하여 적응식으로 업데이트됨으로써, 상기 장소에 특정된(즉 맞춰진) 에너지 소비의 계속적인 모니터링 및 관리를 가능하게 한다. 다른 이점들 중에서도, 이러한 접근방식은, 자동화된 시스템이 "스마트한"(intelligent) 방식으로 정보를 제시할 뿐만 아니라, 실용적인 에너지 절약 수단들을 제안하는 것을 가능하게 한다. 따라서 사용자들(예를 들어, 주택 소유자들 및 사무실 관리자들)은 상기 장소와 연관된 에너지 소비와 관련된 많은 양의 데이터를 검토하고 분석할 필요 없이, 그들의 에너지 소비와 관련된 결정을 내릴 수 있도록 도움을 받게 된다.
상기 에너지 프로파일 안의 정보는 상기 장소의 지리적 위치, 크기, 내용, 및 상기 장소의 이용 특성, 상기 장소의 통상적인 이용 시간 등과 관련된 다양한 특징적 정보를 포함한다.
예를 들어, 상기 프로파일은, 하루 중 어느 시간에 상기 장소가 점유되는지, 또 점유자들의 수가 어떻게 되는지 등과 같은, 일별 및/또는 주별 점유 패턴들과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 상기 정보는 또한 상기 장소의 크기와, 상기 장소의 레이아웃(layout) 등과 같은 관련된 정보를 포함할 수 있다.
상기 프로파일은 또한 상기 장소의 기능과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로파일은 상기 장소를 하나의 가정, 사무실, 음식점, 또는 다른 종류의 시설로 식별할 수 있다. 이 정보는 상기 장소와 연관된 에너지 소비의 전형적인 다양한 특징들을 유추하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 가정은 일반적으로 주일의 근무 시간 중에는 낮은 점유율을 보이고, 주일의 아침 및 저녁과 주말에는 더 높은 점유율 및 관련 에너지 소비를 보여준다. 반면에, 사무실은 통상적으로 주일 근무 시간 중에 가장 높은 소비가 발생하는 정 반대의 에너지 소비 특성을 가지고 있다. 또한 음식점 및 카페 등도 역시 관련된 전형적인 에너지 소비 패턴을 가지고 있다. 물론, 개별적인 특정 패턴이 반드시 "전형적" 또는 "평균적"인 소비 패턴에 따르는 것은 아니지만, 본 발명의 실시예는, 시간이 지남에 따라 실제 기록된 에너지 사용에 근거한 에너지 프로파일의 적응식 업데이트 과정을 통하여, 이와 같은 편차를 극복(account for)할 수 있다. 그러므로 본 발명의 특별한 하나의 장점은, 본 발명이, 상기 장소와 연관된 에너지 소비의 계속적인 맞춤형 관리를 위한 독특한 프로파일의 생성을 위하여, 초기의 "템플릿"(template) 프로파일을 특정 장소의 구체적 사용 특성에 적응시킬 수 있다는 점이다.
상기 프로파일은 또한 상기 장소의 지리적 위치와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 지리적 위치로부터는, 날씨 예보 및 실시간 기상 데이터와 같은 관련 단기(short-term) 기상 정보와 함께, 연관된 기후 정보가 얻어질 수 있다. 또다시, 상기 정보의 획득은 상기 장소와 연관된 에너지 소비의 맞춤형 관리를 가능하게 한다.
상기 프로파일은 또한 전자기기들(appliances)과 관련된 정보들, 즉 상기 장소에 설치되어 있는 에너지 관련 기기들(energy appliances)의 개수, 종류 및 특성들과 같은 정보를 포함할 수 있다. 이는, 온방 및/또는 냉방 전자제품들, 컴퓨터들, 냉장고들, 조리기구들 (가정용 및/또는 산업용), 등과 같은, 에너지 소비 기기들의 상세한 정보를 포함할 수 있다. 풍력 및/또는 태양전지 발전기기들과 같은, 에너지 생성 기기들도 특정 장소와 연관될 수 있다. 설치된 기기들과 관련된 정보를 초기 에너지 프로파일에 포함시키는 것이 예상 에너지 사용량의 더욱 정확한 계산을 가능하게 하지만, 또한 상기 장소와 연관된 기기들의 조합은, 에너지 프로파일에 통합되고 실제 에너지 사용량과 함께 상기 에너지 프로파일에 적응식으로 통합되는(adaptively incorporated), 다른 정보들에 근거하여 유추될 수도 있다. 예를 들어, 난방 및 냉방 기기들의 관측된 에너지 소비량과, 일중 최고 및 최저 온도와 같은 기록된 기상 데이터 사이에는 상관관계가 존재한다. 유사하게, 상기 장소의 기능(예를 들어, 가정 주택 또는 음식점)에 따라, 조리 기구들의 사용과 하루 중 시간 사이에도 상관관계가 존재한다. 에너지 생성, 예를 들어 태양 전지판의 에너지 생성도 역시 일 중 기상 기록과 상관관계를 갖는다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 방법은, 상기 장소의 내부 및/또는 외부 온도들에 대한 실시간 모니터링을 수행하는 것을 추가로 포함한다. 유익하게도, 이는 상기 장소 내의 난방 및 냉방 기기들의 설정 및/또는 효율성 평가를 가능하게 하고, 그에 따라 작동 시간 및/또는 설정 온도 등과 같은 작동시 설정치들을 조정함으로써, 상기 기기들과 연관된 계속적인 에너지 소비를 관리할 수 있는 기회를 제공한다.
실제 에너지 사용량을 기록하는 단계 및 상기 에너지 프로파일을 적응식으로 업데이트하는 단계는, 하나 이상의 연속적인 기간(time period)들에 걸쳐서 반복될 수 있다. 특히 바람직한 실시예들에서, 상기 업데이트의 속도 및/또는 양은 최초의 업데이트 주기와 비교했을 때 시간이 지남에 따라 점점 작아진다. 위에서 설명한 것처럼, 상기 초기 에너지 프로파일은, 예를 들어, 상기 장소의 기능 및/또는 지리적 위치와 관련된 하나 이상의 템플릿들에 기반할 수 있다. 따라서, 초기에 상기 프로파일에 더 크고 그리고/또는 더 잦은 업데이트를 가능하게 하는 것은, 상기 템플릿들을 상기 장소의 실제 특성에 적응시키는 것을 돕는다. 이후 순차적으로 추가적인 업데이트의 속도 및/또는 양을 제한하는 것은, 예외적이고 비정상적인 사용 패턴들이 상기 프로파일을 바람직하지 않게 변화시키는 것을 방지한다.
바람직한 실시예들에서, 에너지 소비를 관리하는 것은 비정상적인 이벤트(event)들을 감지하고, 대응하는 경고들을 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 또한 에너지 소비의 관리는, 적절한 기기들이 사용 가능한 경우에, 기기들을 활성화 및 비활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 특정 기기를 활성화 또는 비활성화시키는 단계는, 인간 오퍼레이터에 의한 확인을 요청하는 것을 포함할 수 있고, 또 원격 인터페이스를 통한 상기 기기의 수동 및/또는 자동 작동을 포함할 수도 있다. 추가로 에너지 소비의 관리는, 대기 상태의 전력 소모(standby power consumption)의 감소와 같은, 잠재적인 에너지 절약 전략들을 식별하고 그리고/또는 예측하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 또한, 만약 하나 이상의 기기들이 부주의로 켜진 채로 남겨졌을 때, 인간 조작자에게 경고하는 것을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 에너지 소비 관리는 다음과 같은 단계들, 즉:
오퍼레이터에게 에너지 소비와 관련된 정보 및/또는 비정상 이벤트와 관련된 경고를 (예를 들어, 이메일, SMS 메시지, 특정 원격 소프트웨어 응용프로그램에 전송되는 메시지, 및/또는 다른 수단들을 통하여) 보내는 단계;
상기 오퍼레이터로부터 상기 장소와 연관된 하나 이상의 기기들의 작동을 위한 명령(instruction)을 (예를 들어, 이메일, SMS 메시지, 특정 원격 소프트웨어 응용프로그램에 전송되는 메시지, 및/또는 다른 수단들을 통하여) 수신하는 단계; 및
상기 오퍼레이터 명령에 따라 상기 하나 이상의 기기들을 제어하는 단계를 포함한다.
다른 태양으로서, 본 발명은 특정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한 하나의 시스템을 제공하는데, 상기 시스템은:
상기 장소와 연관된 에너지 사용에 대한 시간 의존적 판독(time-dependent readings)을 제공하도록 구성된 계측 유닛; 및
상기 계측 유닛과 통신하기 위한 하나의 인터페이스를 포함하고, 상기 장소의 에너지 프로파일을 표현하는 정보를 담고 있는 하나의 데이터 저장매체를 구비한, 하나의 마이크로프로세서 기반 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 에너지 프로파일 안의 정보에 기반하여 사전 결정된 기간에 걸친 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하고;
사전 결정된 기간 동안 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 상기 계측 유닛들로부터 전달받아 상기 데이터 저장매체에 기록하고;
상기 기록된 에너지 사용량을 근거로 상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보를 적응식으로 업데이트하며; 그리고
상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여, 상기 장소의 에너지 프로파일을 나타내는 상기 정보와 상기 실제 기록된 에너지 사용량을 사용한다.
상기 시스템은 추가로, 오퍼레이터로 하여금 상기 상기 장소와 연관된 에너지 소비를 나타내는 정보를 검토하고 상기 장소에 설치된 제어기 및/또는 기기들의 작동을 제어할 수 있도록 해주는, 하나의 그래픽 디스플레이 및 적절한 제어 입력기들을 구비한 사용자 인터페이스 장치를 포함할 수 있다. 상기 사용자 인터페이스 장치는, 예를 들어, 상기 장소에 설치된 전용 터치 스크린 단말기일 수 있다. 대안으로는, 또는 추가적으로, 상기 사용자 인터페이스 장치가 상기 장소 또는 다른 장소에 위치한 개인용 컴퓨터에서 실행되는 적절한 소프트웨어 응용프로그램의 형태로 구현될 수도 있다. 상기 장소에 설치된 사용자 인터페이스 장치의 경우에, 선택적으로 상기 제어기와 상기 사용자 인터페이스는 공통의 마이크로프로세서 플랫폼을 통해 구현될 수도 있다. 대안으로서는, 직접적인 직렬 연결 (USB 또는 유사 방식), 근거리 네트워크 연결 (예를 들어, 이더넷(Ethernet), Wi-Fi, 또는 유사 방식), 또는 인터넷을 통하는 것과 같이, 적절한 통신 링크(link)를 통하여, 상기 제어기가 상기 사용자 인터페이스 장치와 통신할 수도 있다.
상기 시스템은 추가로, 인간 오퍼레이터에게 보내는 실시간 경보들, 경고들, 또는 업데이트의 전달을 가능하게 하기 위하여, SMS 또는 다른 메시지 인터페이스와 같은 추가적인 통신 인터페이스들을 포함할 수 있다.
가능한 경우에, 상기 시스템은 상기 장소에 설치된 "스마트"(smart) 기기들과의 인터페이스를 포함할 수 있는데, 이는 하나 이상의 기기간 통신 시스템들을 통하여 상기 제어기에 의해 작동가능하게 된다. 예를 들어, 적절한 네트워크 연결을 통하여 일부 스마트 기기들과 통신하는 것이 가능하다. 일부 장소들에서는, 상기 목적을 위하여 전력선을 통한 통신이 활용될 수 있다.
또 다른 태양으로서, 본 발명은 특정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한 컴퓨터 구현된 장치를 제공하는데, 상기 장치는:
하나의 마이크로프로세서;
상기 마이크로프로세서에 작동상 연계된 적어도 하나의 메모리 장치;
상기 마이크로프로세서에 작동상 연계되고, 상기 장소와 연관된 에너지 사용량에 대한 시간 의존적 판독을 제공하는 계측 유닛과 통신하도록 구성된, 적어도 하나의 입/출력 주변기기 인터페이스를 포함하고,
상기 적어도 하나의 메모리 장치가 상기 장소의 에너지 프로파일를 나타내는 정보를 담고 있는 하나의 데이터 저장매체를 포함하고,
상기 적어도 하나의 메모리 장치가 실행가능한 명령 코드를 추가로 포함하는데, 상기 명령 코드는, 상기 마이크로프로세서에 의하여 실행되는 경우에, 다음의 단계들, 즉:
상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보에 근거하여 사전 결정된 기간에 걸친 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하는 단계;
사전 결정된 기간 동안 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 상기 계측 유닛으로부터 전달받고 상기 데이터 저장매체에 기록하는 단계;
상기 기록된 에너지 사용량을 근거로 상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보를 적응식으로 업데이트하는 단계; 및
상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여, 상기 장소의 에너지 프로파일을 나타내는 상기 정보와 상기 실제 기록된 에너지 사용량을 사용하는 단계를 포함하는 하나의 방법을 구현한다.
그러므로 본 발명의 다양한 실시예들에서, 본 발명은 특정 장소와 연관된 에너지 사용에 대한 맞춤형 관리를 가능하게 하는 컨텍스트-인식형(context-aware) 방법, 시스템, 또는 장치를 제공할 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 본 발명은, 예를 들어 필요한 때에 관련된 경고들, 경보들, 및 에너지 사용 업데이트들을 제공하고 상기 오퍼레이터로 하여금 에너지 소비에 긍정적인 효과를 가지는 즉각적이고 효과적인 의사결정을 내릴 수 있게 함으로써, 인간 오퍼레이터들과 상호작용한다. 이러한 경보들 및 기타 메시지들의 즉시성(immediacy) 및 구체성(specificity)은 인간 오퍼레이터에게 있어서 설득력도 있으면서(persuasive) 동시에 자율권을 부여(empowering)한다. 따라서 본 발명은 이상적으로 소비자로 하여금 그들의 기기들 및 에너지 소비에 대하여 실시간으로 효과적인 제어를 할 수 있게 해준다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예들 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이어지는 상세한 설명을 통하여 본 발명의 분야의 통상의 기술자들에게 자명하게 이해될 수 있을 것이며, 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 청구범위의 청구항들에서 정의된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는데, 도면들에서 유사한 도면 부호들은 유사한 특징부들을 지칭한다.
도 1은, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 특정 장소와 연관된 에너지 소비의 관리를 위한 하나의 시스템을 개략적으로 보여주는 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 시스템을 위한 하나의 제어기에 대한 블록 다이어그램이다.
도 3은, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 특정 장소와 연관된 에너지 소비의 관리 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 방법 안에서 소비 관리 프로세스(consumption management process)를 더욱 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 일간 에너지 소비 보고(daily energy consumption report)의 화면을 보여주는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 빌딩 에너지 소비 보고(building energy consumption report)의 화면을 보여주는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 월간 소비 비용 및 예상치(monthly consumption cost and projection)의 화면을 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 현장설치(on-site) 장치 및 다른 유틸리티(utility) 제어를 나타내는 화면을 보여주는 도면들이다.
도 9a 및 도 9b는, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 예시적으로 각각 여름 및 겨울 동안의 일간 에너지 소비 보고(daily energy consumption report)들의 화면들을 보여주는 도면들이다.
도 10은, 본 발명의 한 가지 실시예에 따른, 월간 비교 보고(monthly comparision report)의 화면을 보여주는 도면이다.
도 1은 본 발명을 구현하는 하나의 시스템(100)을 개략적으로 도시하고 있다. 이러한 시스템(100)은 특정 장소, 본 명세서의 예에서는 다수의 서로 다른 입주자들을 포함한 하나의 사무용 빌딩과 같은 하나의 빌딩과 연관된 에너지 소비를 관리하도록 설계되고 구성된다. 따라서, 상기 시스템(100)은, 전체로서의 상기 빌딩 영역 안에서 뿐만 아니라, 개별적인 다수의 입주자들에 대하여 전력 사용, 기기들, 유틸리티 등등을 개별적으로 모니터링하고 관리하는 능력을 갖추고 있다. 그러나, 본 발명이 공장들 및 그와 유사한 장소들과 같은 더 큰 장소들에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 개개의 사무실 또는 가정 주택과 같은 소수의 입주자들을 갖는 더 작은 장소들에도 동일하게 적용 가능하다는 것도 쉽게 이해될 수 있다.
상기 예시적인 시스템(100)은 하나의 마이크로프로세서 기반 제어기(102)를 포함하는데, 상기 제어기의 기능은 도 2를 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되고 있다. 상기 제어기(102)는 하나 이상의 계측 유닛(104)들과의 인터페이스를 갖추고, 상기 계측 유닛들은 적어도 에너지 소비의 시간 의존적 판독(즉, 사용시각 또는 구간 계측기 등과 같이)을 제공하지만, 또한 상기 제어기(102)의 제어 하에서 작동 가능한 보다 진보된 기능들(즉 스마트 계측기들)을 가질 수도 있다. 전력은 계측 유닛(104)들을 통하여 상기 장소 안의 다양한 입주구역(suite)들에 공급(106)된다. 특히, 각각의 입주자는 조명, 난방 및/또는 냉방 기기들, 컴퓨터들 및 주변기기들 등과 같은 다수의 에너지 소비 기기(108)들을 가지고 있다. 또한 상기 사무용 빌딩은 통상적으로 공동 구역들 안에, 조명, 난방, 냉방 등과 같은 공용 시스템들 및 기기들을 포함한다. 일반적으로, 일정 장소는 또한 지붕 장착 태양 전지판들과 같은 에너지 생성 기기들을 포함할 수도 있다. 이러한 모든 기기들은, 상기 전력 공급 시스템(106)을 통해 연결되어서, 상기 시스템(100) 내에서 모니터링되고 관리될 수 있다.
또한 상기 제어기(102)는, 물, 가스 등과 같은 다른 유틸리티(110)들과 연계된 계측기들 및/또는 제어 유닛들에 연결될 수 있다. 태양 전지판, 풍력 발전기, 및 유사 설비 등과 같은 에너지 생성 설비들 또는 기기들을 모니터링하고 그리고/또는 제어하기 위한, 추가적인 인터페이스들도 역시 상기 제어기(102)에 제공될 수 있다. 일반적으로, 상기 인터페이스(110)들은 상기 제어기(102)에게 다양한 유틸리티들 및 다른 설비들의 작동에 관련된 추가적인 정보들과 상기 유틸리티들 및 설비들을 제어하는 능력을 제공한다.
또한 하나의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 장치(112)로의 인터페이스가 상기 제어기(102)에 제공된다. 상기 GUI는, 예를 들어 종래의 PC 또는 단말기 인터페이스이거나, 평판 터치 스크린 디스플레이일 수 있다. 후자의 경우가 가정 및 사무실 환경에서 특히 선호되는데, 이는, 오퍼레이터(예를 들어, 입주자 또는 다른 빌딩 사용자)가 상기 장소 안의 에너지 소비를 모니터링하고 제어할 수 있도록 해주는 편리한 수단을 제공할 수 있도록, 상기 평판이 벽에 장착될 수 있기 때문이다. 상기 GUI(112)를 통하여 제공될 수 있는 많은 예시적인 화면들이 도 5 내지 도 10을 참조하여 도시되고 아래에서 설명되고 있다.
또한 상기 제어기(102)는 많은 수의 추가적인 통신 인터페이스(114)들과 작동상 연계(operatively associated)된다. 이는 근거리 네트워크들, 전화 네트워크들(예를 들어, SMS), 및/또는 인터넷과의 인터페이스들을 포함할 수 있다. 상기 통신 인터페이스(114)들은 하나 이상의 대응되는 통신 네트워크(116)들을 통하여, 다양한 원격 장치(118)들에의 접근을 제공한다. 상기 원격 장치(118)들은, 상기 제어기(102)와 상호작용하기 위하여 사용자에 의해 원격 위치에서 작동 가능한, 예를 들어 전화기들, 개인용 컴퓨터들, PDA들 등을 포함할 수 있다. 상기 원격 장치(118)들은, 사용자로 하여금 현장에서 떨어져 있으면서도, 상기 GUI(112)의 피쳐(feature)들을 통해 대응되는 피쳐들에 접근할 수 있도록 해준다. 추가로, 상기 제어기(102)는 경보들 및 다른 메시지들을 다양한 종류의 원격 장치(118)에 보낼 수 있고, 오퍼레이터들에 의하여 상기 원격 장치(118)들로부터 보내진 명령들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(102)는 SMS 메시지를 통하여 하나의 경보를 원격의 이동전화에 보낼 수 있고, 동일한 방식으로 오퍼레이터로부터 개별 기기들의 작동을 위한 명령들을 수신받을 수 있다. 이러한 기능들은 특히 도 4를 참조하여 이어지는 실시예 1 내지 실시예 3에서 더욱 자세히 설명된다.
도 2를 참조하면, 하나의 마이크로프로세서 기반 제어기(102)의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 상기 제어기(102)는, 하나 이상의 내부 통신 및/또는 데이터 버스(204)들과의 인터페이스로 연결되는 하나의 마이크로프로세서(202)를 포함한다. (단순한 설명을 위하여, 오직 하나의 예시적인 버스(204)가 도 2에 도시되었지만, 종래의 마이크로프로세서 아키텍쳐에서는 내이티브(native) 마이크로프로세서 주소 및 데이터 버스들과, PCI, IDE 등과 같은 주변기기 버스들을 포함하여, 많은 수의 서로 다른 통신 및 데이터 버스들이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.)
상기 마이크로프로세서(202)는, 하나 이상의 하드 디스크 드라이브들과 같은, 하나의 고용량, 비휘발성(non-volatile) 메모리/저장 장치(206)과의 인터페이스를 갖는다. 상기 저장 장치(206)는 상기 제어기(102)의 작동을 위하여, 또한 바람직한 실시예에 따라, 상기 제어기의 기능을 구현하는 다양한 소프트웨어 요소들의 구현 및 작동을 위하여 필요한 프로그램들 및 데이터를 저장하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 저장 장치(206)는 또한 상기 장소 내의 에너지 소비의 관리와 연관된 데이터의 단기 및 장기 저장매체로서 사용될 수도 있다. 이는, 도 3을 참조하여 아래에서 상세하게 설명하고 있는 것처럼, 프로파일 데이터, 예상 에너지 소비 데이터, 및 실제 기록된 에너지 소비 데이터를 포함할 수 있다.
상기 제어기(102)는 추가로, 상기 제어기(102)의 작동과 관련된 프로파일 명령들 및 일시적 데이터를 보관하기 위하여, 하나 이상의 추가적인 저장 장치(208)들, 통상적으로 적절하게는 RAM(Random access memory)과 같은 휘발성 메모리인 저장 장치들을 포함할 수 있다.
상기 제어기(102)는 추가로, 유선 네트워크(예를 들어, 인터넷) 및/또는 무선 네트워크와 같은, 근거리 통신망(local area network)에 연결되는 하나의 인터페이스(210)을 포함한다.
또한, GUI 장치(112)에 연결하기 위하여, 예를 들어 키보드 및/또는 마우스 입력, 그래픽 카드 및 화면 출력, 및/또는 터치 스크린 인터페이스와 같은, 사용자 인터페이스 요소(212)들이 제공된다.
또한, USB 인터페이스(214)와 같은 다른 주변기기 인터페이스들도 선택적으로 제공되고, 예를 들어 다양한 기기(108)들 및/또는 다른 유틸리티(110)들에 연결하기 위하여 사용될 수 있다. 물론, 일부 기기(108)들 및 유틸리티(110)들은 그들 자신이 근거리 통신망에 연결 가능한 것일 수 있고, 따라서 상기 인터페이스(210)을 통하여 접근 가능할 수 있다. 서로 다른 기기(108)들 및/또는 유틸리티(110)들에 인터페이스를 제공하기 위한 다양한 기타 수단들, 즉 전력선 통신 인터페이스(216) 및 하나 이상의 전용 맞춤형 인터페이스(218)들과 같은 수단들이 제공될 수 있다. 이해할 수 있듯이, 상기 제어기(102)가 하나의 기기(108) 또는 유틸리티(110)와 통신하기 위한 특정 방식은, 특정 기기 또는 유틸리티의 구성에 주로 의존한다. 그러나 관련된 인터페이스 방식들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 기술자가 활용 가능한 범위 안에 존재한다.
상기 메모리 장치(208)는, 첨부된 이후의 도면들을 참조하여 아래에서 더욱 자세하게 설명하고 있는 것처럼, 본 발명의 다양한 소프트웨어-구현 기능들을 실시하는 프로그램 명령들(220)의 본체(body of program instructions)를 저장한다. 일반적으로, 상기 기능들은 모니터링, 분석, 제어, 디스플레이, 통신, 그리고 상기 장소와 연관된 에너지 소비의 관리를 위한, 그리고 상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하도록 인간 오퍼레이터들을 돕기 위한 관련 기능들을 포함한다. 이러한 상기 기능들은, 아래에서 설명하는 다양한 알고리즘들 및 흐름도들에 따라, 종래의 소프트웨어 개발 기법들을 이용하여 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 바람직한 실시예에 따른, 상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하는 방법을 설명하는 하나의 흐름도(300)가 도시되어 있다. 상기 방법(300)은 먼저 일반적인 용어들로 설명된 후, 도 4를 참조하여 순차적으로 설명되는 소비 관리(consumption management), 도 5 내지 도 10을 참조하는 GUI(112)를 통한 오퍼레이터와의 상호작용들, 그리고 많은 실시예들을 참조하여 설명되는 에너지 프로파일들의 사용 및 적응(adaptation)과 관련하여 더욱 자세하게 설명된다.
구체적으로, 상기 방법(300)의 제1 단계(302)는, 상기 장소에 대한, 그리고/또는 각각의 입주자, 방 및/또는 상기 장소 내의 다른 하부 유닛들에 대한 초기 에너지 프로파일을 생성하고 저장하는 것이다. 상기 프로파일의 통상적인 내용은 아래의 많은 실시예들을 참조하여 더욱 상세하게 설명되고 있다. 그러나, 현 단계에서는, 상기 프로파일은 상기 장소의 특성을 나타내는 하나의 자료 구조(또는 데이터의 다른 집합물(collection))이자, 관련되고 연계된 소프트웨어 요소들이라고 할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로파일은, 사용 패턴(occupancy pattern)들(예를 들어, 일중/주중 시간 별 사용자의 수), 상기 장소의 크기 및 구조(layout), 상기 장소의 통상적인 기능(예를 들어, 가정 주택, 사무실, 음식점 등), 상기 장소의 지리적 위치, 기후 또는 다른 기상 정보, 그리고 상기 장소에서 작동 중인 알려진 기기들에 관한 정보 등을 포함하는, 상기 장소의 특성 정보(characteristic information) 및/또는 파라미터(parameter)들을 포함할 수 있다. 상기 프로파일은 에너지 사용을 관리하기 위한 관련 알고리즘 및/또는 실행 가능한 프로파일 코드를 가질 수도 있고, 또는 특정 프로파일 파라미터들이 "내재적"(generic) 알고리즘들 또는 상기 제어기(102)의 일반적인 운영 프로파일들 내에서 사용되는 실행가능한 소프트웨어 코드와 함께 활용될 수도 있다. 상기 시스템(100)의 주요 특징(key feature)은, 상기 저장된 프로파일을 사용함으로써, 의미 있는 관리 및 제어 정보를 제공할 수 있도록, 그 작동상의 컨텍스트(context), 즉 상기 장소의 구체적인 특성들을 이해할 수 있는 능력이라고 할 수 있다. 예를 들어, 한냉 기후에 위치한 한 가정 주택을 위한 에너지 소비 패턴은, 반대로 열대 기후에 위치한 비슷한 크기의 주택을 위한 에너지 소비 패턴과는 많이 다르다는 것을 이해할 수 있다. 더 나아가, 사무용 빌딩의 에너지 소비 패턴들 및 특성들은 가정 주택 또는 음식점의 그것과는 크게 다르다. 이러한 모든 서로 다른 특성들이 상기 장소를 위한 프로파일을 통해 얻어질 수 있다. 상기 흐름도(300)에서 보인 바와 같이, 상기 장소를 위한 프로파일은 저장 장치(206)에 위치한 하나의 프로파일 저장소(profile store)(304) 안에 보관된다.
단계 306에서는, 사전 결정된 기간(예를 들어, 일, 주, 및/또는 월)에 걸친 예상 에너지 사용량이 계산된다. 상기 예상 사용 데이터는, 예를 들어 상기 저장 장치(206)의, 하나의 예상된 사용량 저장소(308) 안에 저장될 수 있다. 그러나 일부 실시예들에서는, 저장된 상기 프로파일(304) 및 상기 제어기(102)가 사용할 수 있는 다른 관련 정보를 근거로 하여 상기 어떤 기간에 걸친 예상 사용량이라도 원칙적으로 계산할 수 있기 때문에, 별도의 예상 사용량 저장소(308)를 유지하는 것이 불필요할 수도 있다. 에너지 소비 관리의 관점에서, 예상 에너지 사용량의 예측은 중요한데, 이는 상기 예측이 상기 제어기(102)로 하여금 기대되는 소비량으로부터의 편차를 식별할 수 있도록 하고, 상기 편차가 관련 경고와 경보들을 생성하기 위한, 그리고 에너지 소비를 줄이기 위하여 하나 이상의 기기들에 제어를 가하기 위한 근거로서 사용될 수 있기 때문이다.
단계 310에서는, 계측 유닛(104)들에 의하여 상기 제어기(102)에 공급된 정보를 이용하여, 실제 에너지 사용량이 모니터링되고 기록된다. 상기 기록된 사용 정보를 보관하기 위하여 하나의 실제 소비량 저장소(312)가 사용된다. 바람직하게는 상기 사용 정보(312)가 비휘발성 저장매체(206) 안에 보관되고, 이후 다양한 서로 다른 목적들을 위하여 사용 가능하도록 제공된다. 예를 들어, 과거 사용이력(historical usage)은 상기 프로파일(304)을 적응시키기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 또한 상기 과거 사용이력 데이터를 유지 관리하는 것은, 오퍼레이터로 하여금 과거 기간 동안의 실제 에너지 소비량을, 예를 들어 비교목적으로, 검토할 수 있게 해준다. 이러한 이유로, 과거 사용이력 데이터(312)는 상대적으로 긴 기간 동안, 심지어는 수년간 저장될 수 있다.
단계 314에서는, 상기 제어기(102)가 상기 프로파일(304)과, 사전 결정된 관련 기간에 걸친 상기 예상 에너지 사용량(308) 및 실제 에너지 사용량(312)을 검토하고, 상기 프로파일(304)을 적응식으로 업데이트하기 위하여 필요한 상기 정보를 사용한다. 상기 프로파일(304)에 적응식 업데이트를 제공하는 것은 본 시스템(100)의 또 다른 주요 특징(feature)이다. 구체적으로, 단계 302에서 생성된 초기 프로파일은, 관리되는 특정 장소의 종류 및 위치와 같은 상기 장소의 대표적 특성들에 근거한 것이기 때문에, 어느 정도 "내재적"(generic)일 수 있다. 그러나, 동일한 일반적 종류 및 위치를 갖는다고 할지라도, 모든 개별적인 장소들은 서로 다른 에너지 사용 특성들을 갖는다. 예를 들어, 동일한 수의 거주자들을 가지고 서로 인접하게 위치하는 동일한 두 개의 가정 주택들조차도, 서로 다른 사람들은 서로 다른 거주 패턴(occupancy pattern)(예를 들어, 근무 시간)을 갖고, 서로 다른 기기들은 소로 다른 사용 패턴(예를 들어, 어떤 사람들은 다른 사람들에 비해서 더 많거나 적은 요리, TV 시청을 할 수 있고, 또 편하게 느끼는 온도 범위가 다를 수 있다)을 가짐으로 인하여, 서로 다르게 된다. 그러므로 상기 시스템(100)은 "하나의-사이즈로-모든-경우에-맞춤"(one-size-fits-all) 식의 접근 방식을 버리고, 컨텍스트-인식 방식을 택하여, 상기 프로파일의 계속적인 적응, 즉 단계 314를 통하여, 상기 시스템이 특정 장소의 전형적인 사용 패턴을 효과적으로 "배우도록"(learn) 한다.
상기 프로파일의 적응(314)는, 원칙적으로, 연속적으로 계속되는 프로세스로서, 즉 상기 방법(300)은 이후에 단계 306, 단계 310, 및 단계 314를 무한히 반복한다는 점을 이해할 필요가 있다. 그러나 실제 적용에 있어서는, 상기 적응의 속도 및 정도가 시간에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 초기에 상대적으로 높은 적응 속도가 사용될 수 있고, 그리고/또는 상기 프로파일(304)의 파라미터들이 수정되는 정도도 상대적으로 클 수 있다. 이는 상기 프로세스(300)가 내재적인 프로파일을 적응시켜서 비교적 빠른 속도로 상기 장소의 실제 특성을 반영할 수 있도록 한다. 그러나 이러한 초기 기간 후에는, 개개의 특이한 사용상의 이벤트들에 불필요하게 민감하게 되지 않으면서도, 시간의 경과에 따라 상기 장소에서의 사용 패턴의 가능한 변화를 반영할 수 있도록, 적응의 속도 및 정도가 감소될 수 있다.
상기 적응 프로세스와 병행하여, 역시 일반적으로 상기 프로파일(304), 예측된 사용량(308), 및 실제 사용량(312)에 근거하여, 계속적인 소비량 관리 프로세스(316)이 수행되는데, 이는 도 4에서 더욱 자세하게 설명되고 있다.
더욱 구체적으로, 도 4는, 전체 에너지 소비 관리 방법(300)의 일부를 형성하는, 소비량 관리 프로세스(316)를 설명하는 흐름도를 보여주고 있다. 상기 소비량 관리는 상기 제어기(102)에 의해 수행되는 자동화된 기능들과 한 명 이상의 인간 오퍼레이터들에 의하여 시작되는(initiated) 부분적 또는 전체적 수동 기능들을 모두 포함하는데, 이러한 소비량 관리는 상기 프로파일(304)로부터의 관련 정보 입력값(402), 예측된 사용량(308), 및 실제 사용량(312)에 근거하게 된다. 개략적이고 예시적으로 표현된 도 4에서 보인 것처럼, 상기 소비량 관리에는 두 가지 병행하는 태양들이 존재한다. 도 4에서 단계 404 내지 단계 414로 구성된, 상기 태양들 중 하나는 전체로서 및/또는 부분적으로 자동화된 "이벤트-기반"(event-based) 관리를 포함한다. 단계 416 내지 단계 422로 표현된 다른 하나의 태양은 정보의 분석 및, 예를 들어 GUI 장치(112)를 통한, 사용자에게로의 정보의 디스플레이를 포함하는데, 이는 상기 장소의 에너지 소비에 대한 모니터링을 지원하고, 사용자로 하여금 에너지 소비 패턴을 더 잘 이해할 수 있도록 하며, 사용자로 하여금 에너지 소비의 절감을 가져올 의사 결정들 및 행동양식의 변화를 이루어낼 수 있는 기회를 제공한다.
먼저 상기 이벤트 기반 관리를 살펴보면, 비정상적인 이벤트가 감지되었을 때, 단계 404에서 시작된다. 상기 비정상적 이벤트는, 상기 과거 사용이력 패턴(312) 및/또는 상기 프로파일(304)에 근거한 예상 패턴(308)에 일관되지 않는, 흔치 않거나 예상하지 못했던 어떠한 에너지 소비도 포함할 수 있다. 상기 제어기(102)는 이러한 비정상적 이벤트의 구체적 원인을 식별 및/또는 유추하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어 상기 제어기(102)는, 상기 프로파일(304)에 따르면 상기 장소가 보통 사용중이지 않거나 특정 기기가 사용되지 않는 시간에 상기 기기가 켜져 있는지를 감지하도록, 프로그램 및 구성될 수 있다.
단계 406에서는, 감지된 특정 비정상적 이벤트에 대하여 자동화된 반응이 존재하는지를 상기 제어기(102)가 결정한다. 예를 들어, 특정 기기들의 경우에 상기한 바와 같은 상황에서, 상기 제어기(102)가 해당 기기를 자동으로 활성화 및/또는 비활성화하도록 프로그램될 수 있다. 이와 관련된 의사결정은 단계 408에서 이루어진다. 예를 들어, 에어컨과 같은 특정 기기가 하루 중 특정 시간에 예상치 못하게 활성화되거나 그리고/또는 특정한 날씨 상황에서, 상기 제어기(102)는, 상기 프로파일(304)에 저장된 정보에 따라, 상기 기기를 자동으로 끄도록 프로그램될 수 있다.
자동화된 반응이 존재하지 않는 경우에는, 단계 410에서 상기 제어기(102)는 한 명 이상의 인간 오퍼레이터들에게 전달되는 경보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(102)는 비정상적 이벤트를 알려주기 위하여 하나 이상의 이동 전화 번호들로 SMS 메시지를 보내도록 프로그램될 수 있다. 그러므로 인간 오퍼레이터는 상기 이벤트에 대한 경보를 수령하게 되고, 만약 보증된다면(warranted), 적절한 바로잡는 행동을 취할 수 있게 된다. 따라서 단계 412에서 상기 제어기(102)는 예를 들어 SMS 메시지를 통하여, 또는 웹 인터페이스나 기타 유사한 수단을 통하여, 특정 기기의 제어를 위한 명령을 수신할 수 있다. 만약 제어 명령이 제공되거나, 자동화된 제어가 식별된 경우에는, 의사결정 단계 408은 단계 414로 넘어가게 되고, 상기 제어기(102)는 요구되는 상기 제어를 관련 기기에 적용시킨다.
적절한 시스템의 "훈련"(training), 즉 상기 프로파일(304)이 상기 장소의 x통상적인 사용 패턴(usage pattern)에 적절히 적응된 경우, 오퍼레이터 경보(410)의 수는 최소화될 수 있고, 정말로 비정상적인 그리고/또는 예상치 못한 이벤트들이 발생한 경우에만 그러한 경보들은 생성되게 된다. 만약 특정 비정상 이벤트에 대응하여 어떠한 행동도 취해지지 않은 경우에는, 상기 제어기(102)는 적절한 시간 간격으로 경보들을 반복하도록 프로그램될 수도 있다. 그러나 일반적으로, 경보가 오퍼레이터에게 성가신 것이 되어버려서 오퍼레이터가 이후의 경보를 꺼버리거나 그리고/또는 무시하는 경우가 생기지 않도록, 과도한 수의 경보들이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 프로파일(304)의 계속적인 적응을 통하여, 불필요한 경보들의 수가 최소화되고, 유용한 경보들의 수가 최대화되어, 사용자는 상기 시스템이 설득력 있으면서도(즉, 경보에 대응하여 행위를 취할 것을 권장함) 자율권을 준다(즉, 에너지 소비에 있어서 더욱 크고 편리한 제어를 제공함)는 사실을 발견할 것이다.
병행하여, 오퍼레이터들 또는 사용자들은, 인터넷 및/또는 기타 통신 네트워크를 통하여 상기 제어기 기기(102)에 접근 가능한 GUI(112) 또는 하나의 PC 또는 기타 장치(118)을 이용한 유용한 정보 디스플레이를 통해, 관련된 정보 및 제어기들로의 접근을 제공받을 수 있다. 단계 416에서는, 상기 제어기(102)가 해당 오퍼레이터에게 유용 및/또는 활용성 있는 다양한 정보 디스플레이들을 생성하도록 프로그램되어 있다. 일부 예들이 도 5 내지 도 10을 참조하여 아래에서 설명되고 있다.
단계 418에서, 상기 사용자 인터페이스는 또한 오퍼레이터가 상기 제어기(102)에 제어 입력을 제공할 수 있도록 해준다. 예를 들어, 오퍼레이터는 특정 기기들을 켜거나 끌 수 있고, 기기 설정을 바꿀 수도 있으며, 상기 제어기(102)의 기타 작동들을 제어(direct)할 수 있다. 상기 설비는, 사용중이지 않은 기기들을 끄거나, "정상" 사용 기간들 또는 패턴들 이외에 필요할 수 있는 기기들을 활성화시킴으로써, 전력 소비를 줄이는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 주중에 몸이 좋지 않아 집에 머무르게 된 사람을 위하여 난방 및/또는 기타 기기들을 활성화시키고, 그러한 기기들의 비정상적 사용으로 인하여 경보들이 제공되는 것을 피하고자 할 수 있다. 만약 상기 사용자가 제어 명령을 내리기 위하여 그래픽 인터페이스를 사용한다면, 상기 의사결정 단계 420은 단계 422로 흘러가고, 여기서 상기 제어기(102)는 필요한 제어들을 적용시킨다.
도 5 내지 도 10은, 소비 관리 프로세스(316)의 단계 416 내지 단계 422과 관련된, 많은 예시적인 디스플레이 화면들을 보여주고 있다. 이 화면들은 대략 일 년의 기간 동안에 예시적인 특정 장소 내에서의 에너지 소비를 모니터링하는 중에 기록된 데이터들에 근거한 것이라는 점을 유의할 필요가 있다. 상기 데이터는, 일부 초기의 예시적인 프로파일들 및 알고리즘들의 개발을 포함하는, 프로토타입 시스템(prototype system)의 개발과정에서 수집되고 사용된 것들이다. 본 발명의 일반적인 원칙들은 이러한 특정 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 빌딩 내 "입주자 31"을 위한 일간 에너지 소비의 화면을 보여준다. 상기 입주자는 카페이다. 일간 에너지 소비 보고는 오전 7:30과 8:00 사이에 시작되고 오후 3:00부터 3:30 사이에 종료되는 높은 에너지 소비 기간을 명확하게 보여주고 있다. 높은 소비는 이른 아침, 그리고 또한 늦은 오전과 관련되어 있고, 점심시간을 통하여 계속되고 있다. 이는 해당 빌딩 내 다른 입주자들이 그들의 차 및/또는 점심 휴식을 취하는 시간과 일치하고 있다. 직원이 도착하여 다양한 카페 기기들을 켜는 시간과, 하루 일을 마치고 해당 기기들이 꺼지는 시간은, 아침에서의 비교적 급격한 증가와 저녁에서의 감소에서 명확히 드러난다. 상당히 일정한 야간의 에너지 소비는, 변질성 제품(perishable)들을 보존하기 위해 해당 카페에서 사용하는, 냉장 시설을 반영하고 있다.
도 5에 보인 것처럼, 상기 일간 에너지 소비 정보가 해당 입주자로 하여금 에너지 사용량을 모니터링하고 절약할 수 있는 기회를 찾을 수 있게 해줄 뿐만 아니라, 카페 또는 음식점 사업을 수행하는 일정 장소를 위한 적절한 프로파일을 개발할 수 있는 기초를 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6은 빌딩 에너지 소비의 또 다른 화면으로서, 입주자 별로, 특정 일자의 축적량을 보여주는 도면이다. 이는 각각 입주자의 사용량이 검토되고 비교되는 것을 가능하게 한다.
비록 흑백 이미지에서는 명확하게 드러나지 않을 수 있지만, 바람직한 실시예들에서는 소량, 중간, 및 대량 에너지 소비 기간들을 표시하기 위하여 에너지 소비 화면들이 칼라로 구별되어 표시(color coding)된다. 예를 들어, 도 5에 보인 일간 에너지 소비 보고 그래프의 아래 영역을 채우기 위하여 점진적인 칼라 코딩(graduated color coding)이 사용될 수도 있고, 도 6에서 보인 것처럼 화면상에서 소량, 중간, 대량 에너지 소비 입주자들을 표시하기 위하여 서로 다른 색상들이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 도 6에 보인 막대 차트(bar chart)의 특정 막대를 선택함(즉 마우스 클릭이나 터치 스크린의 터치를 통해)으로써 도 5와 같은 화면을 볼 수 있도록 함으로써, 상기 GUI가 오퍼레이터로 하여금 특정 입주자에 대한 일간 소비 데이터로 더욱 자세히 검토해 들어갈 수 있도록 하는 것이 좋다.
도 7은, 예상 비용 및 잠재적인 절감 비용의 예측을 포함하는, 월간 에너지 소비 비용의 화면을 보여주고 있다. 특히 상기 그래프의 처음 부분(702)는 해당 월의 첫 며칠간의 실제 사용량을 보여준다. 제1 예측(704)은 실제 과거의 행동에 근거한 계상 사용량을 보여준다. 제2 예측(706)은 만약에 대기 전력 소비에 있어서 현실적인 절감이 이루어지는 경우에 성취될 수 있는 잠재적인 절약을 도시하고 있다. 아래의 예 2 및 예 3은 상기 예측들(704, 706)이 적절한 프로파일들 및 분석을 근거로 하여 만들어지는 방식을 더욱 상세히 설명하고 있다.
도 8a 및 도 8b는 프로토타입 시스템에서 제공되는 현장설치 장치 및 기타 유틸리티 제어기를 묘사하는 예시적 도면을 보여주고 있다. 더욱 자세하게는, 도 8a는 빌딩 내 특정 입주자("입주자 19")를 위한 장치 제어판(device control pane)(802)를 보여준다. 상기 입주자에 의해 작동되는 다수의 에너지 소비 장치들 및 기기들이 상기 제어기(102)를 통하여 제어 가능하도록 적응되었다. 상기 화면(802)은 각각 장치의 현재 상태를 보여주고, 오퍼레이터로 하여금 하나의 장치를 선택하여 그 상태를 변경, 예를 들어, 그 장치를 켜거나 끄는 등의 작업을 할 수 있도록 해준다. 위에서 설명한 바와 같이, 전력선 통신, 근거리 통신망 통신, 그리고 해당 기기들(108)과 상기 제어기(102) 사이에 구현된 기타 사용 가능한 제어 인터페이스를 포함하여, 다양한 메커니즘들이 장치들 및 기기들의 제어를 위하여 사용될 수 있다.
도 8b는 실시간 소비 측정량 판(real-time consumption measurement pane)(804)를 보여주는데, 이는 오퍼레이터로 하여금 다양한 현재 계측기 판독 결과들을 검토할 수 있도록 해준다. 따라서 상기 측정량 판은, 상기 장치 제어판(802)과 함께, 오퍼레이터로 하여금 다양한 장치들 및 기기들을 제어할 수 있도록 하고, 또 실시간 또는 거의 실시간으로 전력 소모에 있어서의 효과를 관찰할 수 있도록 해준다.
도 9a 및 도 9b는 예시적으로 각각 여름 및 겨울의 특정일 동안에 일간 에너지 소비의 화면들을 비교하여 보여주고 있다. 또 다시, 상기 화면들은 카페("입주자 31")에 대응하는 것들이다. 그리고 또 다시, 상기 화면들은 인간 오퍼레이터들로 하여금 시간의 흐름에 따른 에너지 소비를 검토하고 비교할 수 있게 해주는데, 이는 소비를 절약할 수 있도록 하는 기회들을 찾는 것을 도와줄 수 있다. 추가로, 상기 구체적인 차트(chart)들은 특정 장소에 대한 에너지 프로파일 내에서 기후의 효과를 고려하는 것의 중요성을 보여주고 있다. 여름 중의 해당 카페의 소비 패턴 및 수준인 겨울 동안의 소비 패턴 및 수준과는 현저하게 다르다. 특히, 심야의 소비 수준에 해당하는 에너지 소비의 "기본" 수준이, 더운 날씨에서 냉장설비의 사용으로 인하여, 여름에 더 높아진다. 이는, 상기 장소의 위치가 상기 프로파일 내에 포함되어 있어서, 상기 제어기(102)로 하여금 예를 들어 관련 기상청 또는 유사 기관으로 부터의 기상 정보와 같은, 관련 기후 정보, 날씨 예보 정보, 그리고 실시간 날씨 업데이트를 획득할 수 있게 함으로써 처리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제어기(102)는 또한, 실내 및 실외 모두에서 온도 및 습도와 같은 관련 정보를 측정하는, 상기 장소에 위치한 장치들과 인터페이스를 가질 수도 있다.
도 9a 및 도 9b에 보인 에너지 소비의 주요 기간들 사이에 한 시간의 이동, 즉 대략 여름 동안의 오전 6:00부터 오후 2:00까지와 비교하여 겨울 동안의 오전 7:00부터 오후 3:00까지의 차이가 명백히 나타나고 있는 것을 볼 수 있다. 이는 "실제"로 발생하는 차이는 아니고, 상기 차트들 모두가 해당 실험 장소에서의 표준 시간에 근거하여 작성됨에 따라서 관련 기간 동안의 서머 타임(즉 일광 절약 시간)에 대한 조정이 포함되지 않았다는 사실을 반영하는 것이다. 물론 본 발명이 실시예들은, 필요한 경우에는 상기 차트들 및 기타 정보를 표시하는 시간에 적절한 조정을 함으로써, 서머 타임을 반영할 수 있다.
도 10은 해당 빌딩을 위한 월별 비교 보고의 예시적인 화면을 보여주고 있다. 상기 보고는 총 에너지 소비량과 함께, 해당 빌딩의 총 CO2 배출량을 월 단위로 보여준다. 도 10의 차트가 오직 총량만을 보여주지만, 일부 실시예들에서 상기 제어기(102)는 상기 정보를 더욱 상세한 정보, 예를 들어 난방 및 냉방 부하를 다른 소비로부터 분리하여 보여주는 것처럼 상세 정보로 구별하여 보여줄 수 있는, 충분한 정보를 활용할 수 있다. 이러한 정보는 시간이 지남에 따라, 입주자들 및 빌딩 관리자들로 하여금 에너지 소비 절감을 가져올 수 있는 행동 습관들을 식별하고 택하도록 하는 데에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
이제, 에너지 프로파일의 내용 및 이용과, 관련된 알고리즘들이 예시적인 방법으로 추가 설명된다.
실시예 1 - 난방/냉방
본 실시예에서는, 난방 및 냉방 설비들의 관리와 관련하여, 가정 주택을 위한 프로파일의 내용 및 이용이 설명된다. 가정 주택을 위한 초기 프로파일 안에 필요한 정보들은 다음과 같은 내용들, 즉:
- 해당 주택 및/또는 개별적인 방들의 관련 크기;
- 해당 주택에 배치된 난방 및 냉방 기기들의 종류 및 특성과 관련된 정보;
- 지역 기상 예보 및 관측 데이터를 이용하여 정기적으로 업데이트될 수 있는 기후 정보(사전 입력 또는 인터넷을 통해 다운로드 됨)와 연관될 수 있는, 해당 주택의 위치 정보;
- 통상적인 재택 및 외출 시간(주중과 주말은 보통 서로 다른 파라미터들을 갖는다는 점을 고려하여, 일간 및 주간 단위로)을 포함한다.
필수적이지는 않지만 선택적으로, 가정 주택을 위한 제어기는 실시간 실내 온도 데이터를 제공하는 센서 및/또는 온도계를 이용 가능하도록 할 수도 있다.
이로써 난방 및 냉방과 관련된 에너지 소비의 예측량이 계산될 수 있다. 특히, 에너지 소비는, 목표 온도, 날씨 예보/관측치들, 및 재택 시간에 근거한 예상 사용량과 함께, 난방 또는 냉방이 되어야 할 해당 주택 또는 개별 방들의 크기 정보로부터 얻어질 수 있다.
실제 사용량은 사전 결정된 기간 동안, 예를 들어 하루 하루의 단위로, 모니터링될 수 있다.
이후 프로파일 적응(profile adaptation)이 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다. 주중에는 오전 8:00부터 오후 6:00까지 외출시간, 그리고 주말에는 계속적인 재택 상태라고 가정하고, 통상적인 주중 및 주말 재택 패턴이 초기 "내재적" 프로파일 안에 제공될 수 있다. 상기 프로파일은 또한 "활동"(awake) 및 "수면" 시간을 구별하고, 가장 높은 에너지 소비는 해당 주택에 입주자가 머무르고 그 입주자가 깨어있을 때 발생한다고 가정할 수도 있다. 난방/냉방 에너지 소비의 실제 패턴들은 예상된 결과와 다를 수 있고, 상기 프로파일 안에 있는 대응된 시간들이 그에 따라 적응된다. 바람직하게는, 설치 초기에 상기 값들이 더욱 빠르게 그리고/또는 더 큰 증감값으로 조정되지만, 상기 값들을 조정하기 시작한 몇 주 후에는 작은 정도로만 변경될 수 있다.
예상 및 실제 사용량 간 편차의 감소에 의해 결정되는 충분한 적응 기간 후에는, 명백한 사용 패턴의 어떠한 변화도, 도 4를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 사용자에게 적절한 경보 메시지를 제공하는 것과 같은, 소비 관리 수단들을 위한 근거로서 사용될 수 있다. 사용자는 또한, 상기 프로파일에 보관된 파라미터들을 덮어쓰거나 수정하는 정보를 일시적으로 또는 영구적으로 상기 시스템에 제공할 수도 있다. 예를 들어, 만약 사용자가 특정 기간 동안에 부재중이게 된 경우, 또는 일정 적응기간 후에 특정 패턴에 더 이상의 적응이 발생하지 않는 것을 원하는 경우에, 상기 GUI를 통하여 상기 시스템을 조작(advise)할 수도 있다.
상기 시스템은 또한 에너지 효율을 향상시키기 위한 제안들을 사용자에게 제공하고, 그리고/또는 그러한 전략들을, 즉 다음과 같은 전략들을 구현하기 위한 자동화된 제어기들을 제공할 수 있다:
- 오프라인/온라인 기후 정보에 근거하여, 최적 온도 설정값이 계산될 수 있다, 예를 들어 여름에 실내 온도를 오직 일 도 또는 이 도 높게 설정함으로써 상당한 에너지 절감이 이루어질 수 있다는 것을 사용자에게 제안할 수 있다;
- 특정 일자의 특정 조건들을 위한 난방 및/또는 냉방을 최적화하기 위하여, 습도 데이터를 이용하여 체감 온도(apparent temperature)가 계산될 수 있다;
- 상기 시스템은 통상적인 복귀 시간들에 근거하여 사전 난방 및/또는 사전 냉방을 구현함으로써, 거주자의 복귀 후에 온전한 복원 난방/냉방(ballast heating/cooling)의 필요를 제거할 수 있다.
- 상기 시스템은 여름 또는 겨울에 거주자의 부재 시 블라인드 및 커튼의 개폐와 같은 전략들을 추천하고, 에너지 절감량의 예측치를 제공함으로써 상기 전략들을 강화할 수 있다; 그리고
- 상기 시스템은, 원하는 설정 온도로부터의 적절한 작은 편차를 허락함으로서 상당한 절약이 얻어질 수 있는지에 따라, 사전 결정된 범위 내에서, 에너지 효율과 목표 온도 사이에서 받아들일 수 있는 타협을 이루도록 주택 내의 목표 온도를 적응식으로 설정하도록 구성될 수 있다.
실시예 2 - 가전 기기들
본 실시예에서는, 대기 전력을 감소시킴으로써 성취되는 잠재적인 절약을 고려한다.
초기 프로파일은 다음과 같은 값들을 (예를 들어, 난방 및 냉방, 그리고 에너지 소비의 다른 측면들과 관련된 기타 정보에 추가로) 포함할 수 있다:
- 방들 및/또는 주택의 크기, 그리고 (서로 다른 종류의 기기들의 사용량을 예측하는 데 도움을 줄 수도 있는) 거주자들의 인구통계학적인 관련 상세정보;
- 해당 주택 내에 존재하고 사용되는 통상적인 장치들/기기들의 목록과, 해당 기기들의 알려진 그리고/또는 유추된 특성들; 및
- 거주자들의 통상적인 재택 및 외출 시간 (주중과 주말 별도).
에너지 소비량의 예측은 실시예 1에서의 난방/냉방과 유사한 방식으로, 즉 거주자 재택 시간과 해당 주택과 관련된 다양한 장치들 및 기기들의 관련 특성들에 근거하여 수행된다.
그러나, 위에 언급한 모든 필요한 정보들이 얻어지지 않을 수도 있고, 또 그 정보가 불완전할 수도 있어서, 프로파일의 적응은 주택의 크기, 장치들의 개수 및 종류 등과 같은 추정값들을 향상시키는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로파일의 적응은 측정된 난방 및 냉방 정보를 근거로 해당 주택의 크기에 대한 추정값을 향상시키는 것을 포함할 수 있다. 재택 및 외출 시간들은 총 에너지 소비량의 증가/감소 시간을 근거로 추정될 수 있다. 프로파일 안에 저장되는 많은 파라미터들이 이러한 메커니즘의 작동 및 정확도를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로파일은, 거주자의 출발 및 도착을 나타내는 것으로 여겨지게 될 소비량의 "스텝"(step) 증가량 또는 감소량을 나타내는 문턱값(threshold)을 포함할 수 있다. 추가로, 증가된/감소된 소비량의 최소 기간을 지정한 하나의 파라미터가 포함되어, 거주자들의 도착 또는 출발에 대응하는 것으로 여겨지기 위해서는 일정 증가 또는 감소가 얼마만큼 오래 지속되어야 하는지 결정할 수 있도록 할 수도 있다.
다양한 장치들 및 기기들의 사용량의 식별 및 예측은 구체적인 특성들에 근거할 수 있다. 예를 들어, 냉장고는 심야의 지속적인 소비로 특징 지워지는데, 이는 계절에 의존적(즉, 따뜻한 날씨 중에는 더 높고 추운 날씨 중에는 낮음)이다. 상기 소비량의 수준은 상기 냉장고의 크기를 추정하는데 사용될 수 있다. 서로 다른 종류의 난방 및 냉방 시스템들도 또한, 해당 주택의 온도를 원하는 값으로 조절하기 위하여 걸리는 시간과의 상관관계가 감안된, 특징적인 소비 수준을 갖게 된다. 전자레인지(microwave oven)들은, 재택 시간 중에 짧은 기간 동안, 갑작스럽게 높은 소비량의 패턴을 갖는다. 전력 소비와 같은, 스마트 계측기로부터 얻어질 수 있는 다른 정보들도 역시 특정 기기들의 존재를 식별하는 데 유용하게 사용될 수 있다.
TV와 같은 많은 기기들의 경우에는, 사용중이지 않을 때에 해당 기기가 대기 상태로 남겨질 이유가 없기 때문에, 대기 전력 소비를 완전히 제거할 수 있다. 냉장고와 같은 다른 기기들의 경우에는, 일정 수준의 "대기중" 전력 소비를 피할 수 없다. 보안 시스템들도 역시, 특히 거주자가 부재중인 기간 중에, 완전히 비활성화시킬 수는 없다.
그러나, 다양한 소비 관리 행위들이 식별되고 구현될 수 있다. 예를 들어 다리미, TV, 또는 거주자가 실제로 집에 있는 경우에만 필요한 기타 장비과 같은 특정 기기가 켜져 있는지 식별하는 것이 가능하다. 사용자는 그러한 이벤트의 경우에 사례별로(on a case by case basis) 경보를 받을 수 있고, 그리고/또는 상기 시스템이 특정 기기들이 사용되지 않을 때에도 계속 켜져 있는지를 식별한 경우에 경보를 받을 수도 있다. 사용자는 예를 들어 이동 전화, PDA, 원격 PC, 또는 기타 장치로부터 상기 기기들을 원격으로 끌 수 있도록 지원될 수 있다. 또한 GUI(112)가, 예를 들어 집을 떠나거나 밤에 그만 잠자리에 들고자 하는 경우에, TV 및 오락 시스템들과 같은 적절한 기기들의 대기 소비를 원터치(one-touch)로 끌 수 있도록 해주는 도구(facility)를 제공할 수도 있다. 불필요한 대기 소비량, 즉 필수적 사용 (예를 들어, 냉장고, 보안 시스템, 및 기타) 이외의 모든 측정된 소비량을 제거함으로써, 상기 GUI는 예를 들어 도 7에 도시된 형태로 예상되는 절감량을 보여줄 수 있다.
실시예 3 - 사무실 사용
본 실시예는 사무실 환경에서 전력 소비의 관리에 관한 것이다.
본 실시예에서, 초기 프로파일은 오전 8:30에서 오후 5:30 사이의 통상적인 예상 사용 시간(예상 상태변화 시간 프레임(expected change-of-state time frame))에 근거하게 된다.
상기 프로파일의 적응을 위하여, 오전 7:30부터 오전 9:30까지, 그리고 오후 4:30부터 오후 6:30까지의 대응하는 주변 기간 내에서의 변화들(즉 실제 사용량 데이터에서의 차이(gradient) 또는 기울기(slope))이 상세하게 또는 더 큰 가중치를 가지고 분석된다. 유익하게도, 다른 시간대에서의 분석 주기(frequency)/분해능(resolution)은 감소될 수 있어서, 전체 컴퓨팅 부하를 줄일 수 있다. (실시예 1 및 실시예 2에서 논의된 바와 같이 다른 주거 시간대를 고려함으로써, 가정 주거환경에서도 유사한 분석 방식이 적용될 수 있다는 점을 유의할 필요가 있다.)
상기 프로파일의 바람직한 파라미터들에 따라, 평균 대기 소비량(AvStandby)이 오전 12:00과 오전 4:00 사이의 기간에 걸쳐 계산된다. 바람직하게는 상기 계산이 각각의 입주자별로, 그리고 전체 빌딩에 대하여도 역시 계산된다.
추정된 입주자 도착시간(아침)은 전체 빌딩에 대하여 소비가 AvStandby의 150%를 초과한 시간으로 결정된다. 예를 들어, 시험 사이트(trial site)에서, 과거 데이타에 의거하여 95% 이상의 주중에, 평균 30분 대기 사용량이 전체 빌딩에 대하여 약 5 kWh인 경우, 소비량이 평균 전력의 1.5 배에 이를 때에 해당 빌딩은 사용중(occupied)인 것으로 여겨질 수 있다.
과거의 소비 패턴의 분석/검토를 통하여, 입주자 출발시간(저녁)은 불규칙적이라는 사실이 발견되었다. 이는 사람들이 아침에 도착하는 시간과 비교했을 때, 사람들이 하루 일을 마치고 되돌아 가는 시간은 불규칙적이기 때문이다. 선호되는 프로파일 파라미터들에 의거하여, 추정된 출발 시간은, 예상되는 기간(오후 4:30부터 오후 6:30까지) 내에서 해당 빌딩에 대한 소비량이 평균 대기 소비량의 25% 내지 35%가 되는 시간으로 계산된다.
상기 빌딩에 대한 계산치들은 또한 개별적인 입주자들을 위한 기준으로 사용될 수 있다.
과거 관측값들에 근거하여, 개별적인 입주자들을 위해서는 서로 다른 계산을 하는 것이 더욱 적절하다는 것이 발견되었다. 대부분의 입주 구역들의 경우에, 두 번의 연속적인 판독에 있어서 오직 10% 내지 15%의 증가/감소는 사용/불사용 상태의 변화를 가리킨다. 그러나, 일반적으로 대기 소비량에 대한 상대적으로 큰 편차(예를 들어 10% 또는 그 이상)로 식별될 수 있는, 상기 "규칙"의 예외들은 실제 도착/출발 시간들을 감추어 버릴 수 있다. 그러한 경우에는, 해당 구역이 사용중인지 불사용중인지를 결정하기 전에, 소비량에 있어서의 큰 변화가 관측되어야 한다. 예를 들어, "전체 빌딩" 파라미터들이 적용, 즉 소비량이 아침/오후의 관련된 시간 프레임 안에서 해당 입주자에 대하여 AvStandby의 25% 내지 35% 사이에 도달하게 된 경우에, 해당 입주자의 구역이 사용중/불사용중인 것으로 추정될 수 있다.
상기 값들은 초기에 사전 설정되고, 적응 과정(adaptation process)을 거쳐서 후에 개선된다. 설치 후 첫 3 주 동안에는 상기 시스템을 빠르게 조정하기 위하여 각각 80%, 70%, 및 60%의 가중치가 적용된다. 그 이후로는, 경보가 생성되고, 그리고/또는 한 주 넘게 일관되도록 10% 이상(두 시간 관측치들에 근거함)의 편차가 관측되는 경우에 추가적인 적응이 수행된다. 추가로, 상기 도착/출발 시간들에 대한 1회의 변화는, 첫 3 주 후에는 최대 30분으로 제한된다.
일단 상기 프로파일이 실제 사용 기간들을 반영하도록 적응되고 나면, 잠재적인 대기 절약량이 다음과 같은 방식으로 계산될 수 있다.
원칙적으로 대기 소비량은 불사용중인 모든 기간 동안의 소비량이다. 그러나, 하나의 바람직한 프로파일에서는 하나의 완충(buffer) 파라미터, 예를 들어 25%가, 하루 하루 행위들에 있어서의 편차에 따른 에러를 줄이기 위하여, 추정 도착 시간의 직전 시간 및 추정 출발 시간의 직후 시간을 제거하는 데 사용된다. 예를 들어, 대기 소비량은 오후 5:30부터 오전 7:30까지 대신에, 오후 7:00부터 오전 7:00까지 소비된 전력으로서 계산될 수 있다. 전체 빌딩에 대해서는, 모든 개별 입주자들 값들의 평균에 총 시간을 곱한 값으로 계산될 수 있다.
바람직한 프로파일에서, 모든 대기 소비량을 제거할 수는 없기 때문에, 보다 현실적인 추정치를 제공하기 위하여, 추정된 절감량은 총 대기 소비량의 80%로서 계산된다. 이러한 감소율도 마찬가지로 프로파일의 한 가지 변경 가능한 파라미터이고, 추가적인 예로서, 가정 주택에서는 더 많은 부분의 대기 전력이 제거될 수 있기 때문에, 가정 주택에서는 더 높은 값의 상기 감소율을 사용하는 것이 적절하다는 것을 실제 소비 절감량의 관측이 보여주고 있다.
데이터의 그래픽 화면을 위한 칼라 코딩(color coding)(예를 들어, "대량"의 경우 붉은색, "중간"의 경우 노란색, "소량"의 경우 녹색)이 다음과 같은 방식으로 계산될 수 있다.
평균 면적 및 다양한 입주자들의 소비량에 대한 비교를 고려한 과거 소비량 데이터의 분석은, 칼라 코딩을 위한 초기 프로파일 값들의 설정을 가능하게 하는데, 이 값들은 시간이 지남에 따라 큰 구역들 및 사용 경향(usage trend)에 근거하여 적응될 수 있다. 이러한 상기 초기 값들은 각 입주자들에 대한 30분 판독값들을 위한 문턱값(threshold)로서, 예를 들어 0.5 kWh는 녹색, 0.5와 0.9 kWh 사이는 오렌지색, 그리고 1 kWh 이상은 붉은색을 띠게 된다.
이후 상기 값들은 상기 화면의 생성 시에 실제로 사용 가능한 판독값들의 수에 근거하여 문턱값들을 생성하는 데 사용된다. 예를 들어, 오전 9:00에 한 입주자 18을 위하여 차트를 생성할 때, 해당 일자에 18 개의 30분 측정값들, 즉 15 개의 대기 시간 측정값들과 3 개의 사용기간 측정값들이 사용 가능하고, 대응하는 문턱값이 '0.8 × 15 + 3 × 문턱값'으로서 계산될 수 있다. 상기 배수 0.8 (즉, 대기 시간에 대한 20% 감소)의 목적은 즉각적인 "붉은색" 또는 "오렌지색" 표시를 없애는 것이다. 본 실시예에서 대기 시간은 초기 프로파일에 근거하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 적응 후에는, 해당 입주 구역에 대하여 실제 대기 시간이 사용된다.
월간 소비량 및 잠재적 절감량의 추정(예를 들어 도 7에 보인 바와 같은)은 다음과 같은 방식으로 계산될 수 있다.
통상적인 월간 소비는, 해당 입주자에 대한 해당 월의 평균 일간 소비량과 잔여 일 수를 곱한 값으로 추정된다. 상기 평균값은 과거 일자들에 대한 데이터들을 이용하여 계산되는데, 정확성을 위하여 모든 과거 데이터들이 사용 가능하도록 한다. 만약 해당 월의 과거 일자들이 7 일보다 작거나, 또는 해당 월에 당시까지의 주중 및 주말의 비율이 실제 장기간 사용량을 대변하지 못하는 때(즉 2:5 보다 큰 경우)에는, 데이터의 균형을 맞추기 위하여 전월로부터의 평균 소비량이 사용될 수 있는데, 예를 들어 추정 평균 일간 사용량은 0.6 × 전월 평균 + 0.4 × 당월의 당시까지 평균으로 계산될 수 있다.
이후 위에서 설명한 바와 같이 대기시간 절감량이 추정되고, 다양한 예측치들이 생성되고 화면에 나타내어진다.
소비와 관련된 (예를 들어, 도 10에 보인 바와 같은) 비용/배출이, 사용량(kWh)을 가격 및 배출과 연계시키는 적절한 파라미터들을 이용하여, 계산될 수 있다. 상기 적절한 파라미터들은 공급자들로부터, 그리고 http://www.sedo.energy.wa.gov.au/pages/emission.asp에서 얻을 수 있는 것처럼 배출 관련 연구들로부터 얻어질 수 있다.
예를 들어, 시험 빌딩(trial building)에서, 1 kWh 소비당 1 kg의 이산화탄소(주요 온실 가스)는 {그리드(grid) = 0.992, 천연가스 = 0.219, LPG = 0.242, 목재 = 0.329}이고, 비용은 공급자의 표준 SME 비율인 17.5 cents/kWh이다. 시간대별(time-of-day) 및/또는 "실시간" 에너지 시장의 다양한 비율들이 적용되는 경우, 이 정보도 역시 비용의 계산에 반영될 수 있다는 사실을 이해할 수 있을 것이다.
난방/냉방의 조절을 통한 예상 절감량도 역시 추정되고 사용자에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 사무실 단지들에서 난방 및 냉방은 약 40% 내지 60%의 소비량을 차지한다. 통상적인 설정값들은 섭씨 22 도 내지 24 도의 범위 내에 있다. 그러나, 설정 온도를 섭씨 20 도 내지 25 도로 조정하는 것이 약 25%의 소비량 절감을 가져온다는 사실이 알려져 있다. 이는, 보수적으로(conservatively) 해석하더라도, 총 소비량의 10%의 절감에 해당한다. 상기 잠재적인 절감량을 사용자에게 시각적으로 제시하는 것은 행동 방식의 변화를 위한 강력한 수단이 된다.
결론
특정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하는 시스템 및 방법이 설명되었다. 구체적으로, 이는 상기 장소의 에너지 프로파일의 사용에 기반하는데, 상기 에너지 프로파일은 실제 사용량 및 기타 요인들(예를 들어, 사용자의 입력값)에 따라 적응식으로 업데이트되어서, 상기 시스템이 "컨텍스트-인식"이며 상기 장소의 구체적인 특성들에 자동으로 맞추어질 수 있도록 한다. 상기 시스템은 또한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하는데, 이는 사용자로 하여금 실제 에너지 소비 데이터를 검토할 수 있도록 함은 물론, 예측값들이 계산되고 예상되는 절감 방안이 시스템에 의하여 제시될 수 있도록 한다. 상기 시스템은 또한 사용자들에게 예상치 못하거나 비정상적인 에너지 소비 이벤트들과 관련된 실시간 경보들을 제공하고, 사용자들로 하여금 기기들 및 기타 에너지 소비 장치들 또는 에너지 생성 장치들의 제어를 위한 원격 명령들을 전달할 수 있도록 해준다. 그러므로 상기 시스템은 단기적으로 에너지 소비를 줄이기 위한 효과적인 조치를 가능하게 하는 시기적절하고 설득력 있는 대응수단(prompt)을 제공하고, 또한 장기적으로 행동양식의 변화를 돕는다. 상기 시스템은 사용자들로 하여금 그들 자신의 에너지 소비에 대하여 더욱 큰 제어와 책임을 가질 수 있도록 힘을 실어준다.
상기 설명들이 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다양한 예시적 특징들을 제시하고 있지만, 이것이 본 발명의 다양한 실시예들에서 제공되는 모든 가능한 기능들 및 특징들을 전부 나열한 것이라고는 할 수 없다는 점은 자명하다. 그러므로 상기 실시예들에서 설명된 다양한 특징들 및 기능들의 조합을 포함하여, 다양한 변형 형태들이 가능하며, 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위의 청구항들에서 정의된 바에 의한다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (20)

  1. 일정 장소(premises)와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한 방법으로서,
    다음의 단계들, 즉:
    상기 장소를 특징짓는 정보들을 포함하는, 상기 장소의 초기 에너지 프로파일(initial energy profile)을 생성하고 저장하는 단계;
    상기 초기 에너지 프로파일의 정보를 근거로, 사전 결정된 기간 동안의 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하는 단계;
    사전 결정된 기간 동안에 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 기록하는 단계;
    기록된 에너지 사용량에 근거하여 상기 에너지 프로파일을 적응식으로 업데이트(adaptively update)하는 단계; 및
    상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여, 상기 에너지 프로파일 및 실제 에너지 사용량을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 프로파일의 정보가 상기 장소의 지리적 위치, 크기, 상기 장소의 내용 및 성격, 상기 장소의 통상적인 사용 시간과 관련된 다양한 특징적 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일이 상기 장소의 기능(function)과 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기능과 관련된 정보가, 상기 장소와 연관된 에너지 소비의 통상적인 특징들을 유추하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일이, 상기 장소에 설치된 에너지 기기들(energy applicances)의 개수, 종류, 및 특징과 같은, 기기들과 관련된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장소와 연관된 기기들에 관한 상기 정보가 상기 프로파일 안의 정보 및 실제 에너지 사용량을 근거로 유추되고, 상기 에너지 프로파일 안에 적응식으로 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장소의 난방 및 냉방 기기들의 설정 및 그 효율성의 평가를 가능하도록 하기 위하여, 상기 장소의 내부 및/또는 외부 온도들에 대한 실시간 모니터링의 수행을 추가로 포함하고, 이에 따라 작동 시간 및/또는 설정 온도들과 같은 작동상의 설정값들을 조정함으로써 상기 기기들과 관련된 계속적인 에너지 소비를 관리할 수 있는 기회를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실제 에너지 사용량을 기록하는 단계 및 상기 에너지 프로파일을 업데이트하는 단계가, 이어지는 한 번 이상의 기간 동안에 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 업데이트의 속도(rate) 및/또는 정도(magnitude)가 시간이 지남에 따라 최초의 업데이트 주기와 비교하여 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 소비 관리가 비정상적 이벤트들을 감지하고, 대응하는 경보들을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 소비 관리가 기기들의 활성화 및 비활성화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기기의 활성화 및 비활성화 단계가 인간 오퍼레이터에 의한 확인을 요구하고, 원격 인터페이스를 통한 상기 기기의 수동 및/또는 자동 작동을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 소비 관리가, 대기 전력 소비량의 절감과 같은, 잠재적인 에너지 절감 전략들을 식별하고 그리고/또는 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 기기들이 부주의로 켜진 채로 남겨진 경우에, 인간 오퍼레이터에게 경보를 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 소비 관리 단계가:
    에너지 소비와 관련된 정보 및/또는 비정상적 이벤트들과 관련된 경보들을 오퍼레이터에게 (예를 들어, 이메일, SMS 메시지, 특정 원격 소프트웨어 응용프로그램을 사용하여 전송된 메시지들, 또는 기타 다른 수단들을 통하여) 보내는 단계;
    상기 오퍼레이터로부터 상기 장소와 연관된 하나 이상의 기기들을 위한 명령을 (예를 들어, 이메일, SMS 메시지, 특정 원격 소프트웨어 응용프로그램을 사용하여 전송된 메시지들, 또는 기타 다른 수단들을 통하여) 수신하는 단계; 및
    상기 오퍼레이터 명령들에 따라 상기 하나 이상의 기기들을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 일정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은:
    상기 장소와 관련된 에너지 사용량의 시간 의존적(time-dependent) 판독값들을 제공하도록 구성된 계측 유닛; 및
    상기 계측 유닛과 통신하기 위한 인터페이스, 그리고 상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보를 보관하는 하나의 데이터 저장매체를 포함하는 하나의 마이크로프로세서 기반 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는:
    상기 에너지 프로파일의 정보를 근거로, 사전 결정된 기간 동안에 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하고;
    사전 결정된 기간 동안에 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 상기 계측 유닛으로부터 수신하여 상기 데이터 저장매체에 기록하고;
    기록된 에너지 사용량에 근거하여 상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보를 적응식으로 업데이트 하고; 그리고
    상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여, 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보 및 실제 에너지 사용량을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템
  17. 제16항에 있어서,
    하나의 그래픽 디스플레이 및 적절한 제어 입력기들을 구비하고, 사용자로 하여금 상기 장소와 연관된 에너지 소비를 표현하는 정보를 검토하고 상기 제어기 및/또는 상기 장소에 설치된 기기들의 작동을 제어할 수 있도록 해주는, 하나의 사용자 인터페이스 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    인간 오퍼레이터에게 실시간 경보들, 경고들, 또는 업데이트(update)들의 전달을 가능하게 하기 위하여, SMS 또는 기타 메시징 인터페이스(messaging interface)와 같은 추가적인 통신 인터페이스들을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    하나 이상의 기기 간 통신 시스템들을 통하여 상기 제어기에 의해 작동될 수 있는, 상기 장소와 연관된 기기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 일정 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위한, 컴퓨터로 구현된 장치로서,
    하나의 마이크로프로세서;
    상기 마이크로프로세서에 작동상 연계된 적어도 하나의 메모리 장치;
    상기 마이크로프로세서에 작동상 연계되고, 상기 장소와 연관된 에너지 사용량에 대한 시간 의존적 판독(time-dependent readings)을 제공하는 계측 유닛과 통신하도록 구성된, 적어도 하나의 입/출력 주변기기 인터페이스를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 메모리 장치가 상기 장소의 에너지 프로파일를 나타내는 정보를 담고 있는 하나의 데이터 저장매체를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 메모리 장치가 실행가능한 명령 코드를 추가로 포함하는데, 상기 명령 코드는, 상기 마이크로프로세서에 의하여 실행되는 경우에, 다음의 단계들, 즉:
    상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보에 근거하여 사전 결정된 기간에 걸친 상기 장소와 연관된 예상 에너지 사용량을 계산하는 단계;
    사전 결정된 기간 동안 상기 장소와 연관된 실제 에너지 사용량을 상기 계측 유닛으로부터 전달받고 상기 데이터 저장매체에 기록하는 단계;
    상기 기록된 에너지 사용량을 근거로 상기 장소의 상기 에너지 프로파일을 나타내는 정보를 적응식으로 업데이트하는 단계; 및
    상기 장소와 연관된 에너지 소비를 관리하기 위하여, 상기 장소의 에너지 프로파일을 나타내는 상기 정보와 상기 실제 기록된 에너지 사용량을 사용하는 단계를 포함하는 하나의 방법을 구현하는 것을 특징으로 하는 장치.
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