KR20130092970A - 빌딩 점유자의 열쾌적성 주문기초 제어 - Google Patents

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KR20130092970A
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로메인 누벨
프랑크 알레씨
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 제어방법에 있어서,
점유자의 신진대사량 (met) 및/또는 점유자의 착의량(clo)과 같은 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 이용하여 빌딩의 적어도 한 개의 영역에 대한 이론 열쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하고 상기 HVAC 시스템을 제어하여, 상기 이론 열쾌적성 변수가 만족스런 정도의 쾌적성에 해당하고 미리 정해진 열쾌적성 범위를 향해 수렴하는 단계(12),
점유자의 실제 열감지상태가 만족스럽지 못하면 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 제어방법.

Description

빌딩 점유자의 열쾌적성 주문기초 제어{CUSTOMIZED CONTROL OF THE THERMAL COMFORT OF AN OCCUPANT OF A BUILDING}
본 발명은, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템을 제어하기 위한 방법 및 상기 방법을 이용하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 구현하기 위한 소프트웨어를 포함한 매체(medium)에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 또한 상기 HVAC 시스템을 가진 빌딩에 관한 것이다.
가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화(HVAC) 시스템을 제어하기 위한 가장 널리 알려진 방법은 주요 제어 매개변수로서, "점유자(occupants)"라고 불리는 이용자들에 의해 점유된 특정 밀폐 공간에 존재하는 공기의 온도를 이용한다. 상기 제어방법에 의하면, 상기 점유자 또는 관리자는, 상기 HVAC 시스템을 위한 공기속도 및 온도의 고정 설정값을 결정하고, 상기 HVAC 시스템은 상기 설정값을 달성하도록 제어된다. 상기 제어방법은 빌딩 점유자들의 만족스런 쾌적성을 충족시키지 못하는 것으로 밝혀졌다.
상기 공지된 방법을 개선하기 위해, 더욱 지능화된 제어방법은 HVAC 시스템의 제어를 더욱 복잡한 방법으로 이용하고 빌딩 점유자에 관한 두 가지 매개변수들을 고려하며, 상기 매개변수들은 인체의 열발생을 나타내는 신진대사량(metabolic rate:met)(1 met = 58 W/m2) 및 의복의 단열량을 나타내는 착의량(clothing:clo)(1 clo = 0.155 K. m2/W)을 포함한다. 일반적으로 상기 방법은, 소위 팡거 열감지 모델(Fanger thermal sensation model)을 이용하고, 내부공기의 온도(Ta), 공기 속도(Va), 평균 복사온도(Tr) 및 상대습도(RH)를 포함한 4 개의 환경 매개변수들 및, 상기 신진대사량과 착의량을 포함한 점유자에 관한 상기 두 개의 매개변수들을 기초한 예상 평균 온열감(PMV)으로 알려진 이론 점유자 쾌적성 지수를 계산한다. 따라서, 더욱 세련된 상기 방법에 의하면, 점유자에 관한 매개변수들 및 점유자의 열감지에 영향을 주는 환경 매개변수들의 세트를 고려하여 빌딩 점유자에게 중요한 열현상을 더욱 양호하게 고려할 수 있다.
그러나 상기 방법을 기초한 시스템조차도 다수의 하기 문제점을 가진다.
상기 시스템은, 빌딩의 주어진 영역에 대해 평균값을 이용하여, 모든 점유자들은 동일한 열쾌적성을 경험하는 것으로 간주된다.
상기 시스템은, 점유자들에 관한 매개변수들에 관해 세분화되지 않은 단순 가정을 기초하여 모든 점유자들에 대해 동일한 값이 선택되고 계절에 따라 변화할 수 있는 동일 열 영역의 모든 점유자들에 대해 동일한 값이 선택되며, 형태학(morphology), 일반적인 의복, 대사 사이클과 관련하여 각 개인의 특성을 무시한 상기 방법은, 서로 다른 점유자들의 열감지 기능의 차이를 고려하지 못한다. 모든 점유자들에게 표준 쾌적성이 적용되고 점유자들은 자신의 쾌적성 제어를 원하는 대로 수행하지 못한다.
상기 시스템은, 각 열영역내에 한 명이상의 점유자들이 가지는 (개인적이고 주관적인) 느낌 및 존재를 고려하지 못한다.
상기 시스템은, 문헌 제 US 5170935 호의 지수 V와 같은 일정한 매개변수들(met, clo )을 기초한 선형 쾌적성 지수들을 이용한다.
상기 시스템은, 알고리듬에 의해 계산된 열감지 상태가 점유자의 실제 열감지 상태를 향하도록 만들고 문헌 제 US 5170935호에 설명된 방법과 같이 때때로 장시간의 정규 캘리브레이션(calibration) 과정을 요구하는 복잡한 최적화 계산을 수행하기 위한 고가의 컴퓨터 재원을 요구한다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은, 상기 문제점들을 제거하고 HVAC 시스템을 제어하기 위한 향상된 방법을 제안하는 것이다.
좀더 정확하게, 본 발명의 목적은 하기 목적을 달성하는 것이다.
본 발명의 제 1 목적은, 동일한 빌딩의 각 열영역내에서 서로 다른 점유자들이 가지는 쾌적성(comfort)을 고려하는 HVAC 시스템을 제어하기 위한 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 빌딩의 점유자 숫자와 무관하게 과도하게 복잡하고 고가인 컴퓨터 수단을 요구하지 않고 HVAC 시스템을 제어하기 위한 방법을 제안하는 것이다.
상기 목적을 위하여 본 발명에 의하면, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 제어방법이,
점유자의 신진대사량 (met) 및/또는 점유자의 착의량(clo)과 같은 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 이용하여 빌딩의 적어도 한 개의 영역에 대한 이론 열쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하고 상기 HVAC 시스템을 제어하여, 상기 이론 열쾌적성 변수가 만족스런 정도의 쾌적성에 해당하고 미리 정해진 열쾌적성 범위를 향해 수렴(convergence)하는 단계,
점유자의 실제 열감지상태가 만족스럽지 못하면 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 상기 제어방법의 단계들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함한 컴퓨터매체에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 장치, 적어도 한 개의 환경 변수를 측정하기 위한 한 개이상의 센서들 및 적어도 한 개의 계산된 설정값의 함수로서 상기 HVAC 시스템의 작동상태를 수정할 수 있는 액추에이터들을 포함한 제어수단을 포함한 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템에 관한 것으로, 적어도 한 명의 점유자의 실제 열 감지상태를 고려하기 위한 수단 및 상기 방법을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 제어방법을 이용하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 빌딩에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템의 사람- 기계 인터페이스에 관한 것이고, 상기 사람- 기계 인터페이스는 빌딩의 점유자가 가지는 실제 열 감지상태를 입력하기 위한 수단을 포함한다.
상기 사람-기계 인터페이스는 세 개의 더운 수준과 세 개의 추운 수준들을 포함한 6 개의 서로 다른 열쾌적성 수준들 중 한 개를 입력할 수 있는 특징 및/또는 점유자의 쾌적성을 개선하기 위한 적어도 한 개의 제안을 표시하는 특징 및/또는 환경 변수값들을 표시하는 특징 및/또는 이론 쾌적성 변수의 값을 표시하는 특징 및/또는 에너지 소비를 표시하는 특징 및/또는 HVAC 시스템의 안정하거나 전이되는 상태를 표시하는 특징을 가진다.
본 발명은 특히 청구범위에 의해 정의된다.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면들을 참고하여 주어진 실시예에 관련되고 본 발명을 제한하지 않는 하기 설명에서 상세히 제공된다.
따라서, 채택된 방법은 본 발명의 목적을 달성하며 하기 장점들을 가진다.
본 발명에 의해 점유자의 실제 쾌적성을 고려하여 빌딩의 점유자들이 가지는 열쾌적성을 개인특성에 따라 제어할 수 있다.
본 발명에 의해 사용자가 쉽게 이용하고 간단하며 과도한 비용의 컴퓨터 수단을 요구하지 않는 구성이 제공된다.
도 1은, 본 발명의 실시예를 구성하는 HVAC 시스템을 포함한 빌딩의 가열영역을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는, 본 발명의 실시예를 구성하는 HVAC 시스템의 인간- 기계 인터페이스(MMI)를 도시한 도면.
도 3은, 본 발명의 실시예를 구성하는 HVAC 시스템 제어방법에서 이용되는 알고리듬을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는, 본 발명의 실시예를 위하여, 점유자와 관련한 알고리듬에 의해 계산된 PMV 및 점유자의 실제 PMV를 포함한 환경 매개변수들의 동절기(winter day)동안 시간변화를 도시한 도면.
도 5는, 본 발명의 실시예를 위하여, 도 4의 시간(t1)에 해당되고 MMI에 의해 점유자가 조정할 때 그래프에서 매개변수(PMV, Ta)들의 변화를 나타내는 도면.
본 발명의 실시예는, 빌딩(1) 및 좀더 일반적으로 차량 및 주거공간 등과 같은 밀폐공간에 적합한 가열 및 공기조화 시스템(3)( 두 가지 기능들이 분리될 수 있다)과 연결된 개별 통풍 시스템(2)을 포함하는 HVAC 시스템을 제공한다. 가열/통풍/공기조화 (HVAC) 시스템의 작동은 가열, 통풍 및 공기조화 시스템의 선택된 작동을 위하여, 온도(Ta) 및 공기속도(Va)와 같은 제어변수들을 이용하고 도면에 도시되지 않은 열 및/또는 공기 유동 액추에이터를 작동시키는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 이용하는 장치에 의해 제어된다. 상기 장치는, 하기 HVAC 시스템의 제어방법을 수행하기 위한 컴퓨터 수단(7)과 연결된 측정센서(6)들을 포함한다.
본 발명의 특징에 의하면, 상기 HVAC 시스템은 점유자(4)가 조정할 수 있는 수단을 통해 점유자들의 실제 열 감지상태(real thermal sensation)를 고려하기 위한 수단을 추가로 포함한다. 상기 수단은 빌딩(1)의 각 점유자(4)들에게 주어진 사람 기계 인터페이스(5)를 이용하고, 상기 수단에 의해 점유자들은 미리 정해진 복수 개의 선택으로부터 점유자들이 경험하고 있는 열감지를 시작하며, 감지결과가 컴퓨터수단(7)으로 전달된다.
도 2에 예로서 도시되고 하우징 형상을 가진 사람- 기계 인터페이스(MMI)(5)는, 환경 매개변수들, 에너지 소비와 같은 정보 및 상기 HVAC 시스템을 제어하여 구해지는 점유자 열쾌적성의 평가를 표시하기 위한 스크린 및 제어버튼들을 포함한다. 점유자(4)는 상기 사람- 기계 인터페이스(5)에 의해, 원하는 쾌적성에 해당하는 중심값주위에 분포된 6 개의 서로 다른 열감지 상태들의 선택을 가진다. 따라서, 점유자는, 따뜻하거나 덥거나 너무 더운 것을 표시하고 차갑거나 춥거나 매우 추운 감각을 표시할 수 있다. 상기 사람- 기계 인터페이스(5)에 의해 점유자들은, 상기 6 개의 선택을 제공하는 6 개의 제어버튼(8)들을 눌러서 표시할 수 있다. 선택적으로, 상기 사람- 기계 인터페이스는 접촉 감지식 스크린 또는 컴퓨터 적용 또는 전화와 같은 휴대용품의 형태를 가질 수 있다. 점유자가 열쾌적성(thermal comfort)에 만족하는 한, 점유자는 아무것도 하지 않는다.
선택된 실시예에서, 점유자의 열쾌적성에 관한 제어는 상기 팡거 모델을 기초로 한다. 상기 모델은, 쾌적성지수(PMV) 및 열쾌적성에 의해 충족되지 않는 예상 백분율(predicted percentage dissatisfied)(PPD)에 해당하는 7 단계의 열감지 상태를 정의한다.
PMV PPD 관련 열감지
+3 100% 매우 더운
+2 76.8% 더운
+1 26.1% 따뜻한
0 5% 중간
-1 26.1% 차가운
-2 76.8% 추운
-3 100% 매우 추운
열쾌적성 지수(PMV)가 영의 값을 가지는 소위 중간 열감지상태(neutral thermal sensation)는 최적의 쾌적성에 해당한다. ISO 7730에 규정된 열쾌적성의 B 분류를 따르는 범위 ]-0,5;+0,5[에서 PMV는, 열쾌적성에 의해 인원 중 최대 10%의 불만족율을 발생시킨다. 종종 추천되는 상기 쾌적성 범위는 제어 알고리듬의 목표값이다. ISO 7730 표준에 정의되었건 아니건 다른 쾌적성 범위가 동일하게 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예를 구성하는 HVAC 시스템은, 팡거 모델에 의해 정의되는 것처럼 목표로 하는 중립값(neutral value) 근처에서 6 개의 열감지상태에 해당하는 6 개의 제어버튼들을 포함한 사람- 기계 인터페이스(5)를 이용한다. 대신에, 점유자의 열감지 상태(thermal sensation)에 관한 정량화를 가능하게 하는 선택이 제공될 수 있다.
본 발명은, 빌딩의 각 점유자가 가지는 실제 열감지 상태를 고려하는 상기 HVAC 시스템의 제어방법에 관한 것이다. 따라서 상기 실제 열감지 상태는 점유자에 의해 직접 감지되는 상태로 정의되고 점유자에 의해 정량적으로 평가되며 실제 열감지상태로부터 직접 유추되는 실제 열쾌적성과 관련된다. HVAC 시스템의 제어방법은 상기 HVAC 시스템을 효과적이고 적절하게 제어하기 위해, 이론적인 쾌적성 변수를 가능한 경험하는 실제 이론 쾌적성에 근접시킬 목적으로 상기 이론적인 쾌적성 변수의 계산을 이용한다.
상기 목적을 위하여, 상기 제어방법은 미리 정해진 가정에 따라 초기화되는 점유자, 신진대사율(met) 및 착의량(clo)에 관한 매개변수들의 값들을 이용한다. 초기값들은 계절, 실내 활동 유형, 점유자의 습관 등에 의존할 수 있다. 그러나 본 발명에 의하면, 점유자에 의해 점유자의 실제 열감지상태가 목표로 하는 중립값으로부터 벗어난 것으로 표시되면 MMI 버튼을 작동시켜서 점유자에 관한 매개변수들 중 적어도 한 개가 수정되고 정정된다.
도 3을 참고할 때, 본 발명의 실시예를 구성하고 빌딩의 HVAC 시스템을 제어하기 위한 방법을 구성하는 알고리듬이 도시되고, 상기 알고리듬은 점유자당 가열영역들로 분할되는 빌딩에서 각 점유자에게 적용된다. 빌딩의 서로 다른 상기 가열영역들은, 개별 룸(room)이거나 예를 들어 "개방 공간"의 형태를 가지고 파티션(partition)없는 사무실과 같이 내부온도를 제어하기 위한 터미널을 가진 동일공간의 서로 다른 영역들에 해당한다.
제 1 단계(10)에서, 선택된 계산 모델에 따라 신진대사량(met)과 착의량(clo)의 점유자에 관한 두 개의 매개변수들이 상기 설명과 같이 미리 정해진 값으로 초기화된다. 상기 초기값들은 점유자, 계절 등에 의존할 수 있다.
제 2 단계(11)에서, 점유자의 높이에서 내부공기온도(Ta), 평균복사 온도(Tr), 공기속도(Va) 및 상대습도(RH)와 같은 팡거 모델에서 이용되고 점유자의 높이에서 내부 상태(interior ambience)를 나타내는 네 개의 매개변수들이, 관련 가열영역에서 측정되거나 계산모델에 의해 선택적으로 유추된다. 상기 목적을 위하여, 상기 HVAC 시스템은 빌딩의 각 제어영역에 위치한 한 개이상의 센서(6)들을 포함한다. 구해진 측정값들은 선택적으로 계산모델에 의해 수정될 수 있다.
제 3 단계(12)에서, 점유자에 관한 열쾌적성 변수(PMV)는, 종래기술의 팡거 모델에 의해 정의된 방법에 따라 점유자에 관한 두 개의 변수들 및 상기 네 개의 환경변수들을 기초하여 계산된다. 따라서, 상기 열쾌적성 변수는 PMValgo로서 명명된 이론 쾌적성 변수이고 빌딩의 각 점유자에 대해 계산된다.
제 4 단계(13)에서 제어유닛은 빌딩 각 영역의 HVAC 시스템을 위한 설정값(Ta_set; Va_set)들을 계산하여, 점유자와 관련한 상기 PMValgo가 최소 에너지 소비량으로 상기 쾌적성 범위로 수렴된다. 상기 제어유닛에 의해 계산된 상기 Ta_set 은 동일한 가열영역의 모든 점유자들에게 공유되는 반면에, 개별 통풍 시스템의 경우 Va_set은 각 점유자마다 다를 수 있다. 상기 목적을 위하여, 상기 방법은, 상기 HVAC 시스템의 작동을 수정하는 다양한 액추에이터들에 대한 작용에 의해 수정되어야 하는 관련 영역의 환경 매개변수들의 값을 상기 설정값들로 수렴시킬 수 있는 종래기술의 제어과정을 이용한다.
제 5 단계(14)에서, 제어유닛은 관련 가열영역의 환경상태가 안정상태에 도달했는지를 확인하고 즉, 이용된 제어기구가 정해진 설정값을 향해 수령하는 지를 확인한다. 상기 전이위상의 수렴시간(convergence time)은 시스템의 시정수에 해당한다. 상기 시간동안 상기 HVAC 시스템은 전이상태에 있고, 상기 전이상태는 사람 기계 인터페이스에서 "처리중(in processing)"과 같은 메세지로 표시될 수 있다. 상기 상태는 점유자에게, 상기 환경상태가 변화하고 있으며, 점유자들이 현재시점에 불편한 상태의 감지(sensation of discomfort)를 경험하더라도 점유자는 상기 시스템을 조정할 수 없고 기다려야 함을 나타낸다.
상기 수렴과정이 종료될 때, 상기 HVAC 시스템은 안정한 상태를 향해 전이상태로부터 벗어난다. 상기 상태에서, 점유자는 제 6 단계(15)에서 상기 사람- 기계 인터페이스(5)에 의해 점유자의 열 쾌적성이 만족스럽지 못하다는 것을 표시할 수 있다. 상기 상태는 제어방법의 열 쾌적성 입력 매개변수 (PMVmmi)에 반영되고, 상기 열쾌적성 입력 매개변수의 값은 앞서 계산된 이론 쾌적성지수(PMValgo)와 서로 다르며 점유자의 실제 열쾌적성의 예상치에 해당한다. 따라서 하기 설명에서 실제 열쾌적성 변수(real thermal comfort parameter)로서 언급된다.
점유자가 점유자의 쾌적성 수준에 만족하면, 제어방법은 미리 정해진 주기로 상기 단계(11 내지 14)들을 반복한다. 상기 점유자가 점유자의 쾌적성이 만족스럽지 못하다고 표시하면, 제어방법은 하기 단계들을 수행한다.
제 7 단계(16)는, 앞서 계산된 이론 쾌적성 변수(PMValgo) 및 상기 점유자의 실제 열감지 상태를 나타내는 실제 쾌적성 변수사이의 오차를 계산한다.
제 8 단계(17)에서, 상기 HVAC 시스템은 점유자에 관한 매개변수들로부터 형성된 검증될 수 없는 가설들과 관련된 오차로부터 발생되고 적어도 한 개의 상기 매개변수의 수정을 위한 계산에 영향을 주어서, 제 3 단계(12)에서처럼 상기 팡거모델을 이용한 열쾌적성 변수(PMValgo)의 새로운 계산은, 점유자의 실제 쾌적성과 일치하는 이론적인 열쾌적성 매개변수(PMValgo)를 제공하고 즉, PMValgo = PMVmmi 이고, 쾌적성 범위(comfort range)로 귀환시킬 수 있는 온도 및/또는 공기속도가 미래에 변화한 후에도 점유자가 경험하게 되는 상기 PMValgo 및 PMV의 일치는 지속된다.
선택된 실시예에서, 상기 제어방법은 단지 신진대사량(met)을 결과 신진대사량(resultant met)으로 설명되는 새로운 값(met*)으로 수정하고 착의량(clo)은 불변상태로 남겨둔다. 신진대사량 변수는, 특히 점유자에 의존하고 개인, 개인의 나이, 성별, 비만상태, 신장, 건강상태 등에 매우 의존하기 때문에 조정 개인 변수(adjustment personal parameter)로서 선택되는 반면에, 착의량 변수(clo)는 점유자가 아니라 계절 및 기후와 더욱 관련된다. 그러나 상기 방법은 단지 착의량 변수 또는 단지 두 개의 변수들(met, clo)에 의해서만 수행될 수도 있다. 모든 경우에서, 알고리듬이 고려하는 점유자에 관한 새로운 변수들, 상기 실시예에서 met* 및 clo 가 점유자에 관한 실제 매개변수와 상이할지라도, 상기 조정변수들에 의해 동일한 상태( PMValgo = PMVmmi)에 도달하고 쾌적성 범위로 돌아갈 수 있게 하는 온도 및/또는 공기속도가 변화된 후에 점유자가 경험하는 PMValgo과 쾌적성 PMV사이의 매우 양호한 일치상태(coincidence)를 유지할 수 있다.
상기 새로운 신진대사량(met*)은, 하기 일련의 산술식을 이용하는 반복적 방법에 의해 구해진다. metp +1 = metp + p 이고, 초기값(met0)은 점유자에 의해 MMI가 작동하기 전에 존재하는 값에 해당되며, p는 상기 PMV가 met 의 증가함수(increasing function)이라는 사실을 고려한 단계를 표시한다. 예를 들어 p = 0.01*sign (PMVmmi - PMValgo(metn). 각 단계에서, 열쾌적성에 관한 새로운 값 PMValgo(metp)가 구해진다. 열쾌적성 값 PMValgo ≒/= PMVmmi 이 도달할 때까지 상기 반복적인 과정이 계속된다. 상기 값이 도달되면, 새로운 신진대사량 값(met*)이 고정되어, 하기 해당 관계식이 구해진다. PMValgo = PMVmmi = PMV(met*)
본 발명의 실시예에서, 상기 HVAC 시스템은 점유자에 의해 형성되는 과도한 요구량을 감지하는 제 9 단계(18)를 포함한다. 상기 목적을 위하여, 상기 단계는, 점유자에 관한 새로운 매개변수가 미리 정해진 합리적인 범위내에 유지하는 지를 확인한다. 따라서, 새로운 신진대사량(met*)이 미리 정해진 범위[metlow; methigh]를 벗어나면, 점유자가 요구하는 것은 과도한 것으로 간주한다. 상기 상태가 사람- 기계 인터페이스에 의해 점유자에게 표시되고, 제어방법은 이전의 신진대사량(met)을 유지한다. 그렇지 않으면, 새로운 값(met*)은 이전 값을 대체한다. 또한 요구가 과도한 경우에, 점유자에게 사람- 기계 인터페이스에 의해 자동 시스템(automatic system)이 형성되는 것이 제안될 수 있다. 상기 제안은 점유자의 의복에 관련되고 예를 들어 점유자가 자켓을 벗을 것을 제안한다. 또한, 상기 제안은 점유자의 에너지 소비에 관한 경고를 포함할 수 있다. 과도한 요구가 있는 경우에, 작동여부는 점유자가 결정한다. 제어방법은 점유자의 매개변수를 변경하지 않는다.
상기 단계가 종료할 때, 상기 HVAC 시스템의 제어방법은 제 2 단계(11)로부터 시작되는 단계들을 계속하고 반복한다. 신진대사량(met)이 변화하면, 이론 쾌적성 지수(PMValgo)도 변화하고, 상기 방법은 시스템을 제어하여 초기 안정상태를 수정하고 상기 이론 열 쾌적성 변수가 미리 정해진 쾌적성 범위로 돌아간다.
상기 제어방법의 단계들과 병행하여, 상기 제어방법은 상기 설명과 같이 빌딩의 각 점유자와 상호작용하는 추가 단계들을 이용한다. 따라서, 불편한 상태(discomfort)인 경우에, 시스템이 안정상태에 도달할 때 상기 설명과 같이 점유자는 단계(22)동안 사람- 기계 인터페이스에 의해 HVAC 시스템의 제어를 수행할 수 있다. 다음에 단계(22)동안 점유자가 HVAC 시스템의 제어를 수행한 후에, 점유자의 요구가 과도한 경우 단계(23)동안 점유자에게 제안이 이루어질 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 HVAC 시스템은 실제 열감지 상태를 고려하여 시스템의 작동을 수정하고 열 쾌적성이 점유자를 만족시키는 새로운 안정한 상태를 향해 수렴한다.
상기 제어방법이 예를 들어 도시된다. 본 발명의 개념내에서 상기 제어방법은 빌딩의 일부영역 또는 심지어 점유자들 중 단지 일부에게 적용될 수 있다. 또한, 상기 제어방법은, 최적의 개인별 쾌적성을 구할 수 있어서 유리한 개별 통풍 장치 및 가열 및 공기 조화장치로 구성된 시스템에 적용될 수 있다. 그러나, 상기 제어방법은 예를 들어 , 하절기 또는 동절기 전용 시스템에 대해서 가열장치 또는 공기조화장치 없이 제공될 수 있다. 유사하게, 단순화된 형태로서, 상기 제어방법은 통풍장치의 제어기능없이 제공되거나 선택적으로 단지 통풍장치를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 추가로, 가열시스템의 매개변수들 중 적어도 한 개가 가변 설정값(variable set point)을 이용하여 제어되는 가열시스템에 제공될 수 있다.
도시된 본 발명의 제어방법이 팡거 가열모델에 적용된다. 당연히, 상기 제어방법은 상기 모델 또는, 점유자의 쾌적성을 예측하는 매개변수를 계산하기 위해 빌딩의 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 이용하는 다른 모델의 변형예에 적용될 수 있다. 따라서, 팡거 모델의 적용시 다수의 단순화가 가능하다. 예를 들어, 상대습도의 PMV값이 상대습도에 관한 권장 쾌적성 범위[30%;70%]내에 유지되면, 상대습도의 PMV에 대한 영향이 쾌적한 온도에 근사한 온도에 대해 낮고(ISO 7730을 참고), 상기 값은 온도범위에서 50%로 일정한 값으로 선택될 수 있다. 일반적으로 공기속도는, PMV/PPD의 유효범위(range of validity)내에 유지하고 통풍(draft)을 방지하여 국소 불쾌적성을 방지하기 위해 1m/s의 최대값(ceiling)을 가진다.
따라서, 본 발명은 가열시스템을 형성하는 하기 두 개의 필수단계들에 의해 표현되는 사상에 의존한다:
점유자의 신진대사량 (met) 및/또는 점유자의 착의량(clo)과 같은 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 이용하여 빌딩의 적어도 한 개의 영역에 대한 이론 열쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하고 상기 HVAC 시스템을 제어하여, 상기 이론 열쾌적성 변수가 만족스런 정도의 쾌적성에 해당하고 미리 정해진 열 쾌적성 범위를 향해 수렴하는 단계(12),
점유자의 실제 열감지상태가 만족스럽지 못하면 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계(17).
상기 제 2 단계(17)는, 다른 계산 매개변수 또는 매개변수들이 고려되는 방법을 수정하지 않고 상기 매개변수를 수정하거나 점유자에 관한 매개변수들을 수정하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 제어방법에 의해, 동일 영역의 복수의 점유자들에 대한 이론 열 쾌적성 변수(PMValgo)가 계산되고 다음에 상기 영역의 한 명이상의 점유자들을 위한 수정단계가 수행될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 HVAC 시스템의 실시예는, (통풍시스템이 작동하지 않는) 동절기 날 동안, 두 개의 특정 매개변수들, (제어알고리듬에 알려지지 않은) metreal 및 cloreal 과 열감지상태(PMVreal)를 가지는 점유자를 위한 제어방법을 도시한다.
도 4에서, 곡선(30, 31)들은 점유자의 이론 열감지상태(PMValgo) 및 실제열감지상태(PMVreal)(그래프의 해독을 향상시키기 위해 10을 곱한다)에 관한 시간의 변화를 각각 나타내고, 상기 두 개의 지수들은 당연히 점유자가 없는 시간 즉, t< t0 인 오전, t> t2 인 저녁에 영이다. 곡선(32,33,34)들은 각각 공기온도(Ta), 실내에서 평균복사온도(Tr) 및 외부온도(Text)의 시간에 대한 변화를 나타낸다.
점유자가 오전에 t= t0 사무실에 도착하고, 점유자가 사무실에 도착하기 30분 전에 HVAC 시스템의 작동이 개시되어, 점유자가 도착할 때 점유자는 만족스런 열쾌적성을 제공받게 된다. t= t1이 될 때까지, 점유자는 열감지상태 PMVreal≒ -0.9를 경험하고, 제어알고리듬은 점유자를 위해 쾌적 범위(PMValgo≒ 0)의 열감지상태를 계산하며, 상기 불일치는 점유자에 관한 실제 매개변수 (metreal; cloreal)와 제어유닛내에 프로그램된 매개변수(met0;clo0)에 기인한다.
시간 t= t1 일 때, 점유자는 MMI를 이용하여 PMVmmi= -1에 해당하는 "추운" 버튼을 작동시켜서 점유자의 열 감지상태에 관한 점유자의 느낌을 나타낸다. 다음에, 상기 시스템은 신속하게 반응하여, 점유자가 시간 t= t2일 때 저녁에 사무실을 떠날 때까지 실내온도는 상대적으로 높은 값으로 상승하고, 점유자의 실제 열감지상태가 쾌적 범위로 돌아간다.
도 5는, 본 발명에 의해 그래프(PMV, Ta)에서 수행되는 수정기구를 상세히 나타낸다. 상대습도와 공기속도는, 과정동안 일정(RH= 50%, Va= 0.1m/s)한 것으로 간주된다.
시간 t1 바로 전에, 계산된 이론 열쾌적성 변수(PMValgo0)는 점유자에게 이론적으로 만족스런 쾌적성에 해당하는 값, 0을 가진다. 상기 계산은, 신진대사량 변수 met0= 1.3 및 착의량 변수 clo0= 1을 가정하여 수행된다. 대기 변수(ambiance parameter)는, Ta= 22℃, Va= 0.1m/s, Tr= 19.5℃이다. 상기 HVAC 시스템은 따라서 제 1 안정상태에 있다.
그러나, 빌딩의 점유자는 계산모델에 의해 선택된 가정과 상이한 실제 특성을 가진다. metreal= 1.1 및 cloreal= 0.75. 따라서, 점유자는 춥게 느껴지고 열적 불쾌적성을 경험하며, 점유자들이 경험하는 실제 쾌적성 지수는 PMVreal0= -0.85이고, 다음에 점유자는 사람- 기계 인터페이스의 "콜드(cold)" 버튼을 작동시킨다. 그 결과 PMVmmi= -1의 값에서 제어방법의 실제 열쾌적성 변수의 평가가 이루어진다.
다음에, 상기 제어방법은 수정된 신진대사량 값(met*)을 계산하여 met*= 0.94이다. 상기 값을 위해 상기 제어방법은, PMValgo1= PMVmmi인 상태를 만족시키는 이론 열쾌적성 변수의 상이한 불만족 값 PMValgo1을 구한다. 결과적으로, 상기 방법은 새로운 신진대사량 변수(met*)의 함수로서 상기 시스템의 설정값(Ta_set)(Va= 0.1m/s일 때 이미 최저값에서 Va_set이 일정한 값으로 남겨짐)을 수정하여, 쾌적성 변수(PMValgo)는 영과 근사한 만족스런 값(PMValgo2)를 향해 수렴한다. 실내공기의 온도를 증가시키기 위해 상기 HVAC 시스템의 설정값에 대한 변화는 가열 액추에이터에 대한 명령에서 구체적으로 반영된다. 상기 마지막 안정상태에서, 대기변수는 Ta= 25.5℃, Va= 0.1m/s, Tr= 21℃; RH= 50%이다.
상기 알고리듬에 의해 고려되는 특정 변수들은, met= 0.94; clo= 1의 값을 가진다. 상기 값들은 실제 특정 변수와 다르지만, 점유자의 실제 열감지상태(PMVreal2)에 관한 매우 양호한 예상치를 제공한다.
상기 경우에 있어서, 미리 한계값 metlow= 1이 정해지면, 과도한 에너지 소비라고 할 수 있는 높은 가열온도에 도달하는 것이 방지될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 점유자에 관한 특정 열 매개변수를 실제로 알 필요없이 점유자가 경험하는 실제 쾌적성의 표시를 이용하여 만족스런 정도의 쾌적성으로 수렴될 수 있다. 따라서, 점유자의 실제 매개변수 metreal= 1.1, cloreal= 0.75와 서로 다른 점유자의 열 매개변수 값 met= 0.94, clo= 1을 구하기 위해 단지 신진대사량 변수를 수정하여, 본 발명은 점유자의 실제 열쾌적성을 구해냈다. 수행된 계산에 의하면, 단지 신진대사량 값을 수정하는 방법에 의해 사무실(tertiary offices)이 전형적으로 가지는 온도와 공기속도의 범위에 대하여 점유자의 실제 쾌적성 정도와 근사한 정도의 쾌적성을 향해 수렴된다.
1...빌딩,
2...통풍 시스템,
3...가열 및 공기조화 시스템,
4....점유자,
5....인터페이스,
6....측정센서,
7...컴퓨터 수단,

Claims (19)

  1. 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 제어방법에 있어서,
    점유자의 신진대사량 (met) 및/또는 점유자의 착의량(clo)과 같은 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 이용하여 빌딩의 적어도 한 개의 영역에 대한 이론 열쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하고 상기 HVAC 시스템을 제어하여, 상기 이론 열쾌적성 변수가 만족스런 정도의 쾌적성에 해당하고 미리 정해진 열쾌적성 범위를 향해 수렴하는 단계(12),
    점유자의 실제 열감지상태가 만족스럽지 못하면 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 점유자에 관한 적어도 한 개의 변수를 수정하는 상기 단계(17)는, 점유자에 관한 이론 열쾌적성 변수를 계산할 때 점유자에 관한 한 개이상의 매개변수를 수정하는 과정만을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 한 개의 영역은 복수의 점유자들을 포함하고, 이론 열쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하는 단계(12)는 각각의 점유자를 위해 수행되며, 상기 수정하는 단계(17)는 적어도 한 명의 점유자를 위해 수행되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 제어방법이 시작될 때, 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수가 자동으로 초기화되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  5. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수는 점유자의 신진대사량(met) 및/또는 점유자의 착의량(clo)인 것을 특징으로 하는 제어방법.
  6. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 실제 열 쾌적성 변수(PMVmmi)의 값을 구하기 위해(단계(15)) 점유자의 실제 열 감지상태를 사람-기계 인터페이스를 이용하여 입력하는 단계(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템이 안정상태를 향해 수렴해가는 전이상태이면, 점유자의 실제 열 감지상태를 사람-기계 인터페이스를 이용하여 입력하는 단계(22)가 차단되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계를 포함하여,
    가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템이 점유자를 만족시키는 실제 열 쾌적성을 구하는 동안, 상기 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템은 이론 열 쾌적성 변수가 만족하는 쾌적성 수준에 해당하고 미리 정해진 쾌적성 범위를 향해 수렴하는 새로운 안정상태를 향해 수렴하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  9. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 환경 변수들을 측정 및/또는 예측하고 이론 열 쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하기 위해 상기 측정값 및/또는 예측값을 고려하는 단계(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  10. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이론 열 쾌적성 변수(PMValgo)를 계산하는 단계는, 실내온도(Ta), 평균복사 온도(Tr), 공기속도(Va), 상대습도(RH), 신진대사율(met) 및 착의량(clo)을 기초한 팡거(Fanger) 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수를 수정하는 단계(17)는 신진대사량(met)만을 수정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  12. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 점유자에 관한 적어도 한 개의 매개변수의 수정값(met*)을 미리 정해진 범위([metlow;methigh])와 비교하여, 수정값이 범위밖에 있으면 상태가 과도한 것으로 판단하고, 상기 상태에서 점유자에 관한 매개변수의 값(met)은 수정되지 않는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 점유자에게 과도한 상태로 판단한 것을 알리고 점유자가 점유자의 쾌적성을 개선하거나 에너지소비를 감소시키기 위한 작용을 제안하는 메세지를 표시하는 단계(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  14. 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템을 제어하기 위한 전 항들 중 어느 한 항을 따르는 제어방법의 단계들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함한 컴퓨터매체.
  15. 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 장치(2), 적어도 한 개의 환경 변수를 측정하기 위한 한 개이상의 센서(6)들 및 적어도 한 개의 계산된 설정값의 함수로서 상기 HVAC 시스템의 작동상태를 수정할 수 있는 액추에이터들을 포함한 제어수단을 포함한 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템에 있어서,
    적어도 한 명의 점유자의 실제 열 감지상태를 고려하기 위한 수단 및 제 1 항내지 제 13 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템.
  16. 전 항에 있어서, 적어도 한 명의 점유자의 실제 열 감지상태를 고려하기 위한 상기 수단은, 사람-기계 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템.
  17. 전 항에 있어서, 상기 사람-기계 인터페이스는 세 개의 더운 수준과 세 개의 추운 수준들을 포함한 6 개의 서로 다른 열쾌적성 수준들 중 한 개를 입력할 수 있는 특징 및/또는 점유자의 쾌적성을 개선하기 위한 적어도 한 개의 제안을 표시하는 특징 및/또는 환경 변수값들을 표시하는 특징 및/또는 이론 쾌적성 변수의 값을 표시하는 특징 및/또는 에너지 소비를 표시하는 특징 및/또는 HVAC 시스템의 안정하거나 전이되는 상태를 표시하는 특징을 가지는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 HVAC 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항을 따르는 제어방법을 이용하는 가열 및/또는 통풍 및/또는 공기조화 시스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 빌딩.
  19. 전 항에 있어서, 모든 점유자(4)들의 실제 열감지상태를 고려하는 것을 특징으로 하는 빌딩.
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