KR20130077120A

KR20130077120A - 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20130077120A
Application number: KR1020110145664A
Authority: KR
Inventors: 윤동원; 홍성민; 성남철
Original assignee: 가천대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-09

Abstract

본 발명은 복수의 공간의 구획되어 있는 건물 내에서 각 구획된 공간을 효율적으로 환기시킬 수 있는 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 복수의 적외선 센서가 각각의 공간에 재실자가 있는지 검출하는 재실자검출단계와, 상기 복수의 적외선 센서 중 재실자를 검출한 적외선 센서가 상기 재실자가 검출된 공간에 설치된 댐퍼를 작동시켜 상기 재실자가 검출된 공간에 대한 덕트를 개방하는 덕트개방단계와, 상기 덕트를 개방하게 한 적외선 센서가 상기 컨트롤러로 상기 덕트의 개방사실을 송신하는 덕트개방송신단계와, 상기 덕트의 개방사실을 수신하였을 때 상기 컨트롤러가 상기 송풍기의 작동을 시작시키는 송풍기작동단계를 포함하여 이루어진다.

Description

적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법 {METHOD FOR CONTROLLING VANTILATION SYSTEM OF DWELLING SPACE USING INFRARED SENSOR}

본 발명은 주거공간용 환기 장치의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 공간의 구획되어 있는 건물 내에서 각 구획된 공간을 효율적으로 환기시킬 수 있는 적외선 센서를 이용한 환기 장치의 제어방법에 관한 것이다.

주거용 건물에서는 건축마감재나 가구 등에서 휘발성 유기화합물(VOCs) 또는 포름알데히드와 같은 화학물질이 다량으로 방출되어 실내오염농도가 상승하게 되고, 재실자의 활동에 의한 CO₂ 농도의 상승과 부유분진이나 곰팡이를 비롯한 미생물 등 오염물질이 증가할 경우에 재실자의 건강을 악화시키는 원인이 된다. 더욱이 건물의 에너지 절약을 위한 단열기능 향상과 더불어 기밀성능의 유지가 요구되는 현재의 건축기술이 실내의 오염물질 상승을 부추기고 있다. 주거용 건물에서 환기가 부족한 경우 실내오염물질의 농도가 증가하여 새집증후군과 같은 피해가 발생하며, 거주자에게서 환경성 질환의 유병률이 증가하게 된다. 이는 국가 차원의 잠재적 보건 위생의 악화로 인한 의료비용의 증가와 더불어 사회적 비용의 증가를 초래하게 된다.

근년 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에 따라 공동주택, 학교, 다중이용시설 등에 대하여 자연환기 또는 기계환기설비의 설치가 의무화되었다. 신축되는 100가구 이상 공동주택은 시간당 0.7회 이상의 24시간 환기성능을 확보할 수 있어야 한다.

이러한 요구에 따라 기준치 이상의 환기량을 도입할 수 있는 다양한 종류의 환기장치가 개발되어 설치되고 있다. 상업용 건물에서 주로 이용하는 수요기반 환기량 조절법(Demand-Controlled Ventilation, DCV)으로는 CO₂센서를 이용하여 외기도입량을 추산한 뒤 설정농도를 유지하는 방법(등록특허 제10-0577216호 등)과 재실인원에 기초하여 필요 환기량을 도입하는 방법이 있다. 특히, 재실인원을 이용한 방법으로는 다음과 같은 방법이 알려져 있다.

1. 재실자 스케줄을 이용하는 방법 (등록특허 제10-1077369호 등)

사무용 건물처럼 시간별 재실 스케줄을 쉽게 예측할 수 있을 경우, 도입 외기량을 재실자 스케줄에 연동시켜 제어하는 것으로서, 정확한 실시간 환기수요를 바탕으로 하는 방법은 아니나 비교적 높은 에너지 절약효과를 얻을 있는 방법이다.

2. 적외선 동작감지 센서를 이용하는 방법 (공개특허 제10-2009-0047227호 등)

실내에 재실자가 있을 경우 해당 실에 설치된 적외선 센서가 이를 감지하여 재실자 수에 따른 환기량(또는 사용자가 임의로 설정한 환기량)을 공급하도록 하는 방법으로서, 시간에 따른 환기수요의 변화가 크지 않는 건물에 효과적인 방법이다.

3. 재실자 수 측정을 통한 방법 (공개특허 제10-2005-0018888호 등)

각 실의 입구에 들어오는 사람과 나가는 사람을 분리하여 감지하는 카운터를 설치하거나 출입문의 개폐를 통하여 재실자 수를 검출하여 환기량 조절에 사용하는 방법으로, 인원에 따른 환기량을 제공하는 방법이다.

그런데, 이런 환기 장치의 사용실태 조사에 따르면 에너지 비용 증가 등의 이유로 아예 사용되지 않거나, 사용되더라도 1일간 2시간 미만에 그치는 것으로 나타난다. 이는 현재 사용중인 환기 장치의 에너지 효율이 높지 않다는 점에 가장 큰 요인이 있는데, 예를 들어 주거용 건물에서는 재실자의 스케쥴이 규칙적이지 않으므로 위 1번의 재실자 스케쥴을 이용하는 방법은 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한 위 2번의 적외선 동작감지 센서를 이용하는 방법의 경우 재실자가 실내에서 움직이거나 센서의 감지범위의 경계에 있다거나 태양광이나 열원의 영향을 받는 경우 등 적외선 센서가 오작동할 개연성이 높으므로 실제 상황과 다르게 환기 장치가 작동될 가능성이 있으며, 위 3번의 재실자 수 측정을 통한 방법에서도 출입문만 개폐되고 실제 사람은 드나들지 않는 등의 실제 상황들이 적절하게 반영되기가 어렵다는 문제가 있다.

요컨대, 관련 법령에 의거하여 실내 환경 개선을 위해 설치되는 환기장치가 특히 에너지 효율에 따른 비용 문제로 인해 제대로 활용되지 않고 있는 실정이다. 나아가서, 공동주택과 같은 경우 환기 장치들이 대부분 거주자가 직접 운전하기는 어렵다는 점도 환기 장치가 제 역할을 하는 것을 어렵게 한다.

등록특허 제10-0577216호 등록특허 제10-1077369호 공개특허 제10-2009-0047227호 공개특허 제10-2005-0018888호

본 발명의 목적은 센서 기반의 DCV를 환기 장치에 적용하여 환경개선과 에너지부담의 경감할 수 있는 방법을 찾는 데에 있다. 아울러 그 방법으로 주택에 다양하게 적용되고 있는 적외선(Infrared, IR)센서를 이용한 전략에 대하여 시뮬레이션을 통해 적용성을 평가하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어방법은, 서로 구획된 복수의 공간을 구비한 건물에 설치된 송풍기와, 상기 송풍기를 제어하기 위한 컨트롤러와, 상기 송풍기로부터 상기 복수의 공간을 각각 연결하는 복수의 덕트와, 상기 복수의 덕트를 각각 개폐하는 복수의 댐퍼와, 상기 복수의 공간에 각각 설치되며 상기 복수의 댐퍼를 각각 작동시키는 적외선 센서를 포함하는 환기 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 복수의 적외선 센서가 각각의 공간에 재실자가 있는지 검출하는 재실자검출단계와, 상기 복수의 적외선 센서 중 재실자를 검출한 적외선 센서가 상기 재실자가 검출된 공간에 설치된 댐퍼를 작동시켜 상기 재실자가 검출된 공간에 대한 덕트를 개방하는 덕트개방단계와, 상기 덕트를 개방하게 한 적외선 센서가 상기 컨트롤러로 상기 덕트의 개방사실을 송신하는 덕트개방송신단계와, 상기 덕트의 개방사실을 수신하였을 때 상기 컨트롤러가 상기 송풍기의 작동을 시작시키는 송풍기작동단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어방법에 있어서, 상기 덕트개방송신단계 이후에, 상기 덕트가 개방된 공간의 수 및 개방된 공간에 대하여 미리 정해진 풍량으로부터 필요한 전체 풍량을 상기 컨트롤러가 연산하는 풍량연산단계를 더 포함하고, 상기 송풍기작동단계는 상기 풍량연산단계에서 연산된 풍량에 따라 상기 컨트롤러가 상기 송풍기의 작동을 시작시키는 것이 바람직하다. 이를 통해 송풍기의 즉각적인 대응이 가능해지고 정확한 풍량을 토출하게 됨으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 재실자검출단계는, 상기 적외선 센서가 재실자를 10분 이상 검출하였을 때 재실자가 존재하는 것으로 판단하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조치를 통해 적외선 센서의 오작동을 최소화할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 환기 장치는 상기 송풍기에 전력을 공급하는 인버터를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 인버터를 통해 상기 송풍기를 작동시키며, 상기 인버터에는 상기 풍량연산단계에서 연산된 풍량에 대응하는 주파수가 미리 입력되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 재실자 여부를 파악함에 있어서 적외선 센서를 활용함으로써 낮은 비용과 높은 신뢰성으로 환기 장치를 제어할 수 있다. 또한 적외선 센서의 오작동을 최소화할 수 있으므로 환기 장치 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러, 컨트롤러가 각 실에 필요한 풍량을 연산하게 하거나, 인버터에 송풍기 모터의 회전수를 제어하기 위한 주파수를 미리 입력해둠으로써, 송풍기의 즉각적인 대응이 가능해지고 정확한 풍량을 토출하게 됨으로써 역시 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어방법의 일실시예의 개략도이다.

본 발명에 따른 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어방법의 일례가 도 1에 개략적으로 예시되어 있다.

복수의 서로 구획된 공간을 구비한 건물 내부를 환기시키기 위하여 환기 장치가 설치된다. 환기 장치는 송풍기와, 이 송풍기의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러(미도시)와, 송풍기로부터 각 공간을 연결하여 공기흐름의 통로 역할을 하는 덕트(미도시)와, 각 덕트를 개폐하기 위한 댐퍼와, 각 공간에 구비되어 댐퍼를 작동시키는 적외선(IR) 센서를 포함하여 이루어진다. 도 1의 실시예에서 건물 내부의 각 공간이 실1, 실2, 실3 및 거실로 예시되어 있다.

먼저 실1, 실2, 실3 및 거실(이하 '각 실')에 각각 설치된 적외선 센서들이 각 실에서 재실자의 존재여부를 검출한다(재실자검출단계). 적외선 센서는 공동주택에서 현관이나 방범용으로 이미 널리 적용 중이고, 가격이 저렴하고 오동작이 비교적 적다는 장점이 있다. 한편, 재실자의 잦은 움직임이나 태양광, 열원 등에 의한 적외선 센서의 오검출 또는 오작동을 최소화하기 위해, 적외선 센서는 적어도 10분간 재실자가 존재하는 것으로 검출될 때에 재실자가 존재하는 것으로 판단하도록 한다. 예컨대, 실1에 설치된 적외선 센서는 실1 내부에 재실자가 적어도 10분 이상 검출되는 경우에 재실자가 존재하는 것으로 판단하는 것이다.

만일 각 실에 재실자가 존재하는 것이 검출된다면, 해당하는 실, 즉 재실자가 존재하는 실의 적외선 센서는 해당하는 실의 댐퍼를 작동시켜 해당하는 실의 덕트가 개방되도록 한다(덕트개방단계). 예컨대, 실1의 적외선 센서가 재실자를 검출하였다면, 실1에 설치된 댐퍼를 작동시켜 실1에 연결된 덕트를 개방시키는 것이다.

덕트가 개방되면, 그 사실은 적외선 센서를 통해 컨트롤러로 전달된다(덕트개방송신단계).

덕트가 개방되었다는 사실이 수신되면, 컨트롤러가 송풍기를 작동시킨다(송풍기작동단계). 그러면 송풍기로부터 압송되는 공기는 개방된 덕트를 통해 해당 실로 진입하여 실내를 환기시키게 된다. 물론 복수 개의 덕트가 개방되어 있다면, 송풍기로부터 공급되는 공기는 복수의 실로 나뉘어 진행하게 된다. 이 경우 덕트가 개방된 각 실이 충분히 환기될 수 있도록 하기 위하여, 송풍기가 공급하는 풍량을 적절히 조절할 필요가 생긴다. 이를 위하여 각 실에 대해 환기에 필요한 풍량을 미리 정해두고, 컨트롤러는 덕트가 개방된 것으로 보고된 실의 수와 각 실에 필요한 풍량으로부터 송풍기가 공급해야하는 전체 풍량을 연산하도록 한다(풍량연산단계). 앞서 송풍기작동단계는 이 풍량연산단계에서 연산된 풍량에 따라 송풍기의 작동을 제어하게 된다.

예컨대, 건물 내에 실1, 실2, 실3 및 거실을 포함한 4개의 공간이 구획되어 있고, 각 실에 대한 환기 요구를 충족하기 위해 미리 정해진 풍량이 각각 30, 30, 60, 80이라고 한다면, 다음 표 1과 같은 경우의 수가 생긴다.

경우의 수	실1	실2	실3	거실	송풍기 풍량
1	30	30	60	80	200
2	30	30	60		120
3	30	30		80	140
4	30	30			60
5	30		60	80	170
6	30		60		90
7	30			80	110
8	30				30
9		30	60	80	170
10		30	60		90
11		30		80	110
12		30			30
13			60	80	140
14			60		60
15				80	80
16					0

즉, 컨트롤러에는 각 실에 필요한 풍량이 미리 정해져 입력되어 있으며, 재실자가 어느 실에 존재하는지에 따른 각 경우의 수에 대하여 필요한 송풍기 풍량을 연산하여야 한다. 예컨대, 각 실에 모두 재실자가 존재하는 경우 필요한 송풍기 풍량은 200이며, 실2, 실3 및 거실에 재실자가 존재하는 경우 필요한 풍량은 90이 되는 식이다. 여기서 필요한 송풍기 풍량은 상대적인 무차원 수이며 절대적인 유속을 의미하지는 않는다.

한편 컨트롤러가 송풍기의 작동을 제어함에 있어서, 필요한 풍량을 토출하도록 하기 위해 인버터를 더 포함하는 것이 바람직하다. 인버터는 송풍기에 공급되는 전력을 제어하는 것으로, 필요한 풍량에 따라 송풍기의 모터에 공급할 주파수가 미리 입력되어 있다. 예컨대, 컨트롤러로부터 필요한 송풍기 풍량이 80이라고 연산된 경우, 컨트롤러는 인버터로 이와 같은 제어신호를 송신하고, 인버터는 미리 입력되어 있는 주파수 중에서 풍량 80에 대응하는 것으로 미리 입력되어 있는 주파수의 전원을 송풍기 모터로 공급함으로써 송풍기가 필요한 풍량을 공급하도록 하는 것이다.

Claims

서로 구획된 복수의 공간을 구비한 건물에 설치된 송풍기와, 상기 송풍기를 제어하기 위한 컨트롤러와, 상기 송풍기로부터 상기 복수의 공간을 각각 연결하는 복수의 덕트와, 상기 복수의 덕트를 각각 개폐하는 복수의 댐퍼와, 상기 복수의 공간에 각각 설치되며 상기 복수의 댐퍼를 각각 작동시키는 적외선 센서를 포함하는 환기 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 복수의 적외선 센서가 각각의 공간에 재실자가 있는지 검출하는 재실자검출단계와,
상기 복수의 적외선 센서 중 재실자를 검출한 적외선 센서가 상기 재실자가 검출된 공간에 설치된 댐퍼를 작동시켜 상기 재실자가 검출된 공간에 대한 덕트를 개방하는 덕트개방단계와,
상기 덕트를 개방하게 한 적외선 센서가 상기 컨트롤러로 상기 덕트의 개방사실을 송신하는 덕트개방송신단계와,
상기 덕트의 개방사실을 수신하였을 때 상기 컨트롤러가 상기 송풍기의 작동을 시작시키는 송풍기작동단계를 포함하여 이루어진 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 덕트개방송신단계 이후에,
상기 덕트가 개방된 공간의 수 및 개방된 공간에 대하여 미리 정해진 풍량으로부터 필요한 전체 풍량을 상기 컨트롤러가 연산하는 풍량연산단계를 더 포함하고,
상기 송풍기작동단계는 상기 풍량연산단계에서 연산된 풍량에 따라 상기 컨트롤러가 상기 송풍기의 작동을 시작시키는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 재실자검출단계는, 상기 적외선 센서가 재실자를 10분 이상 검출하였을 때 재실자가 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 환기 장치는 상기 송풍기에 전력을 공급하는 인버터를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 인버터를 통해 상기 송풍기를 작동시키며,
상기 인버터에는 상기 풍량연산단계에서 연산된 풍량에 대응하는 주파수가 미리 입력되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 주거공간용 환기 장치의 제어 방법.