KR20130120601A

KR20130120601A - 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치

Info

Publication number: KR20130120601A
Application number: KR1020120043621A
Authority: KR
Inventors: 유병천; 박현주; 하호성; 유응재
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-05

Abstract

본 발명은 외기 냉방 방식을 이용한 건물의 에너지 관리 서비스 방법 및 이를 위한 에너지관리장치에 관한 것으로, 건물의 냉방 시 외기를 통해 실내 온도를 조절함으로써, 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모한다. 네트워크 기반의 건물 에너지 관리 시스템을 구성함으로써, 에너지 관리를 위한 건물 별 구축 비용을 최소화하고, 기능별 세분화 및 모듈화를 통해 단계적 구축이 가능해 진다. 또한, 통합 플랫폼을 통한 실시간 또는 기간별 데이터 분석서비스를 제공하여 여러 건물에 대한 체계적 통합관리를 통해 에너지 절감효과를 극대화하고, 웹 기반의 실시간 또는 기간별 에너지 소비패턴을 분석함으로써, 지속적인 건물 에너지 관리 상태 점검 및 피드백을 통해 에너지 절감활동을 지원할 수 있다. 또한, 냉방 시 건물 내부의 실내온도와 외기온도에 따라 도입되는 외기를 조절함으로써, 열원기기의 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치{Method for managing energy using outdoor air cooling way, system thereof and apparatus thereof}

본 발명은 건물의 에너지 관리 서비스 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 냉방 시 외기를 통해 실내 온도를 조절함으로써, 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치에 관한 것이다.

에너지 자원 수급의 해외 의존도가 높은 우리나라는 배럴당 100달러를 넘는 초고유가 시기임에도 수입에너지의 소비는 감소되지 않고, 여전히 증가하고 있다. 이러한 실정을 감안해볼 때, 에너지 소비 분야 중 건물분야의 에너지 절약에 대한 기술개발과 적용은 매우 중요한 분야로 받아들여지고 있다. 즉, 산업이 발전함에 따라 건물의 수가 늘어나고 있으며, 각 건물은 냉난방 및 시설의 운영에 많은 에너지를 사용하고 있다. 건물에서 소비되는 에너지 사용량은 국내 전체 사용량 중 약 20%를 차지하고 있으며, 해마다 늘어나고 있는 추세이다.

특히, 건물에서의 효율적인 에너지 사용은 건물주의 경제적 측면과 국가 기간산업에도 직접적인 영향을 주는 중요한 요소로써, 이에 대한 기술개발 및 투자가 절실히 요구되고 있다.

또한, 합리적이지 못한 에너지 사용은 건물 내 설비들의 비효율적인 운전 및 관리에도 연관성이 있다.

이러한, 건물에서의 에너지 절약 방법으로는 건축 계획적 접근 방법과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전 효율을 향상시키는 설비적 접근방법이 있다. 설비분야에 있어서는 적절한 환경을 창조하는 것과 동시에 에너지 소비량이나 환경보전을 고려한 효율적인 설비 시스템의 운용이 요구되고 있다.

그리고, 건물 소유주 입장에서 건물의 에너지 소비량은 곧 금전적인 지출과 연계되므로 비효율적인 건물의 에너지 소비는 건물 소유주에게 상당한 금전적 부담을 준다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 건물에서 소비되는 에너지 사용을 효율적이고, 체계적으로 관리하기 위한 개선 방안이 요구된다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 냉방 시 외기온도와 실내온도를 비교하여 필요한 시기에 외기를 이용함으로써, 건물에서 소비되는 에너지를 절약할 수 있는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치를 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치는 적어도 하나의 설비제어장치와 통신하여 냉방 중 공조설비의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수신하고, 설비제어장치로 건물의 냉방에 외기냉방 방식을 적용하기 위한 제어신호를 전송하는 통신모듈 및 설비제어장치로부터 냉방 중 공조설비의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집하여 실내온도와 외기온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 가능 여부를 확인하고, 적용 가능한 경우, 설비제어장치로 외기냉방 방식의 적용을 요청하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치에 있어서, 관리데이터는 공조설비의 시간대별 급기, 배기, 및 외기의 상황을 나타내는 데이터인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치에 있어서, 제어모듈은 외기냉방 방식의 적용을 요청한 후, 열원기기의 에너지 사용량, 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 외기냉방 방식에 대한 외기 도입량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치에 있어서, 제어모듈은 건물의 냉난방 효율 및 실내 쾌적성 저하를 판단하기 위하여, 해당 건물의 실내 온도 및 습도, 연료소비량, 외기온도 및 이산화탄소 농도, 외기풍량, 금기풍량, 실내온도, 전력요금 단가, 월간 소비전력량 중 하나 이상을 포함하는 항목을 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치에 있어서, 제어모듈은 공조설비의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출하고, 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 공조설비의 외기냉방 제어에 대한 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정하고, 특정일에 공조설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보에 따라 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하고, 최종 제어 값으로 공조설비의 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법은 에너지관리장치가 설비제어장치로부터 냉방 중 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집하는 단계와, 에너지관리장치가 관리데이터를 기초로 건물의 실내온도와 외기온도를 비교하는 단계와, 에너지관리장치가 비교 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 여부를 확인하는 단계 및 외기냉방 방식의 적용이 가능하면, 에너지관리장치가 건물의 냉방에 외기냉방 방식을 적용하도록 설비제어장치로 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 비교하는 단계는 에너지관리장치가 건물의 냉방 시 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은지 확인하는 단계 및 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은 경우, 에너지관리장치가 건물에 외기냉방 방식의 적용을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 외기냉방 방식의 적용 후, 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링하는 단계 및 모니터링 결과에 따라 건물의 냉방 효율이 저하되거나 실내 쾌적성이 저하되는 경우, 공조설비의 외기냉방에 대한 외기 도입량을 조절하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 모니터링하는 단계는 에너지관리장치가 실내의 설정온도 및 습도, 공조기를 통한 급기의 설정온도 및 습도를 측정하는 단계 및 에너지관리장치가 측정 결과에 연관하여 실내에서 발생하는 현열 및 잠열에 대한 부하를 확인하고, 이에 대한 패턴을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 모니터링된 항목을 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 외기냉방 방식 적용 후의 실제 에너지 절감 효과를 분석하여 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 공조설비의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출하는 단계와, 에너지관리장치가 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 공조설비의 외기냉방 제어에 대한 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정하는 단계와, 에너지관리장치가 특정일에 공조설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보에 따라 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하는 단계 및 에너지관리장치가 최종 제어 값으로 공조설비의 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 네트워크 기반의 건물 에너지 관리 시스템을 구성함으로써, 에너지 관리를 위한 건물 별 구축 비용을 최소화하고, 기능별 세분화 및 모듈화를 통해 단계적 구축이 가능해 진다.

또한, 통합 플랫폼을 통한 실시간 또는 기간별 데이터 분석서비스를 제공하여 여러 건물에 대한 체계적 통합관리를 통해 에너지 절감효과를 극대화하고, 웹 기반의 실시간 또는 기간별 에너지 소비패턴을 분석함으로써, 지속적인 건물 에너지 관리 상태 점검 및 피드백을 통해 에너지 절감활동을 지원할 수 있다.

또한, 냉방 시 건물 내부의 실내온도와 외기온도에 따라 도입되는 외기를 조절함으로써, 열원기기의 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 공조설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 건물 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 데이터 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 건물의 공조설비의 구성을 나타내는 도면이다.

공조설비(10)는 인위적으로 실내 또는 일정한 공간의 공기 상태(예를 들어, 온도, 습도, 기류 및 청정도)를 사용 목적에 적합한 상태로 조정하는 설비로서, 도 1을 참조하면, 공조설비(10)는 기본적으로, 난방 시에 열원설비에서 가열된 온수를 이용하여 공기를 가열하기 위한 가열 코일(Heating Coil, 11), 냉방 시에 열원설비에서 냉각된 냉수를 이용하여 공기를 냉각 및 감습하기 위한 냉각코일(Cooling Coil, 12) 및 가열 또는 냉각된 공기를 실내로 공급하는 송풍기(Supply Fan, 13)를 포함하여 이루어진다. 이외에 공조기(AHU, Air Handling Unit)에서 냉각 또는 가열된 공기를 실내로 전달하고, 실내에서 오염된 공기를 순환시키기 위한 덕트 설비 등이 포함되며, 더불어, 실내에서 재순환되는 공기와 신선한 외부 공기를 혼합하여 가열코일(11) 혹은 냉각코일(12)로 전달하기 위한 혼합실, 공기 중에 혼합되어 잇는 먼지 등의 불순물을 제거하는 필터, 난방시의 가습을 위해 물이나 증기를 분무하는 가습 노즐 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 공조기는 외부에서 유입된 공기와 실내에서 재순환된 환기를 혼합하여 냉각 또는 가열 시킨 후 실내로 공급하며, 실내에서 오염된 공기 중 일부는 외부로 배출하고 일부는 공조설비(10)로 재순환시켜 사용한다. 특히, 공조기는 냉방 시 건물의 실내온도와 외기온도의 비교에 따른 외기냉방 방식을 적용하기 위하여 에너지관리장치(30)의 제어를 받을 수 있다.

팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit)은 에어필터, 냉온수 코일 및 전동기에 직결된 소형 송풍기를 한 개의 케이싱 속에 넣은 실내용 공조기이다. 여기서, 팬 코일 유닛은 코일에 냉온수를 보내고, 실내공기를 순환시켜서 실내의 부하를 처리한다.

참고로, 이하의 설명에 대한 이해를 돕기 위하여 일부 용어를 정리하면, 외부에서 유입되는 공기를 '외기(OA, Outdoor Air)', 공조설비(10)에서 실내로 공급되는 공기를 '급기(SA, Supply Air)', 실내에서 공조설비(10)로 순환되는 공기를 '환기(RA, Return Air)', 실내에서 외부로 배출되는 공기를 '배기(EA, Exhaust Air)'로 정의하여 사용한다.

본 발명에 따르면, 공조설비(10)는 외기온도와 실내온도를 비교하고, 외기온도가 실내온도 보다 낮은 경우, 외기를 실내로 공급하게 되는데, 외기 조절에 따라 열원기기의 냉방 부하를 최소화하여 에너지 절감을 도모하고자 한 것이다.

이하 상술한 공조설비(10)를 기초로 본 발명에 따른 에너지관리장치(30)에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 건물 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(100)은 공조설비(10), 설비제어장치(20), 에너지관리장치(30) 및 통신망(40)으로 구성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(100)은 건물 내의 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높이기 위하여 도입되는 건물 관리 시스템이다. 이 시스템은 건물 내 설비 시스템의 가동 상태 감시와 자동제어를 수행하며, 에너지 사용량 파악 및 시간대별 환경변수(온도, 습도, 이산화탄소 농도) 등을 종합분석하고, 이를 바탕으로 건물의 에너지 소비를 절감할 수 있는 시스템이다. 특히, 건물 에너지 관리 시스템(100)은 실내 환경과 에너지 성능의 최적화를 도모하기 위한 건물 관리 시스템으로 장비 혹은 시스템의 가동상태 및 에너지 소비량을 수집하여 이에 대한 적절한 평가를 거쳐 최적의 자동제어 구축, 비효율적 운영 장비 파악, 에너지 소비분석을 실시하여 궁극적으로는 에너지 절감을 도모하는 시스템이다.

또한, 건물 에너지 관리 시스템(100)의 주요 대상으로는 건물에 있어서의 열원설비, 공조설비, 위생설비, 환기설비, 전기설비, 조명설비, 방재설비, 보안설비 등 건축 설비들이며, 이러한 설비들을 각종 센서 및 계기에 의해 실내 환경이나 설비의 상황의 모니터링 및 운전관리, 자동제어를 수행하게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(100)의 통신망(40)은 설비제어장치(20) 및 에너지관리장치(30) 사이의 데이터 전송 및 정보 교환을 위한 일련의 데이터 송수신 동작을 수행한다. 이때, 설비제어장치(20)는 통신망(40)을 통해 에너지관리장치(30)에 접속할 수 있다. 또한, 설비제어장치(20)는 통신망(40)에 접속을 지원하는 프로토콜에 따라 다양한 방식으로 접속할 수 있다. 예컨대, 설비제어장치(20)는 DSL(Digital Subscriber Line), 케이블 모뎀(cable modem), 이더넷(Ethernet) 등의 고정 접속(Fixed Access) 방식을 통해 통신망(40)에 접속할 수 있다. 또한, 설비제어장치(20)는 이동 접속(Mobile Access) 방식을 통해 통신망(40)에 접속할 수 있다. 그리고, 설비제어장치(20)는 WLAN(Wireless Local Area Network), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 등의 무선 접속(Wireless Access) 방식을 통해 통신망(40)에 접속할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서 설비제어장치(20)는 건물의 열원설비 및 공조설비(10)에 대한 전반적인 기능을 제어하는 것으로서, 에너지관리장치(30)로 건물의 냉방 시 외기냉방 방식을 제어하기 위한 관리데이터를 제공한다. 이후, 설비제어장치(20)는 에너지관리장치(30)로부터 건물의 냉방 시 외기냉방 방식의 적용이 요청되면, 에너지관리장치(30)에서 설정된 제어 값에 따라서 공조설비(10)를 제어한다. 그리고, 설비제어장치(20)는 에너지관리장치(30)로부터의 모니터링 요청에 따라 지정된 다수의 공조설비 운용 항목들에 대한 모니터링을 실시하고, 모니터링된 정보를 에너지관리장치(30)로 전송한다. 더 구체적으로, 설비제어장치(20)는 외기냉방 방식의 제어에 따른 에너지 절감 효과를 분석하기 위해 필요한 건물의 실내온도 및 습도, 연료소비량, 외기온도 및 이산화탄소 농도, 외기풍량, 급기풍량, 실내온도, 전력요금 단가, 월간 소비전력량 등에 대한 항목을 모니터링 한다.

에너지관리장치(30)는 다수의 건물에 대한 에너지 효율을 모니터링하고, 이를 토대로 해당 건물의 설비제어장치(20)의 제어 값을 관리한다. 즉, 에너지관리장치(30)는 각 건물의 에너지 절감을 위해 요구되는 설비의 제어 값을 설정하고, 이를 토대로 설비제어장치(20)가 각 설비를 제어하도록 한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 각 건물의 내부에 위치하는 설비제어장치(20)와 통신망(40)을 통해 통신한다. 특히, 에너지관리장치(30)는 설비제어장치(20)로부터 건물의 외기냉방 방식에 대한 관리데이터를 수집한다. 외기도입량에 대한 관리데이터는 구체적으로 시간대별 급기, 배기, 외기에 대한 관리 데이터를 의미한다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 공조설비(10)에 대한 정보를 분석하여, 건물에 대한 다수의 공조설비 항목들을 모니터링 한다.

에너지관리장치(30)는 상술한 분석 결과를 기반으로, 건물의 외기냉방 적정성을 판단한다. 여기서, 외기냉방 방식은 건물의 냉방 시 필요한 외기량을 최소한으로 하여 공조 관리하는 방식과는 달리, 외기온도가 실내온도 보다 낮은 경우 또는 냉방 송풍 온도와 비슷한 경우에 유입 외기량을 많게 하거나, 창문을 열어 에너지 절감을 도모할 수 있는 방식이다. 이때, 외기냉방 방식은 업무시간 때에 실시하는 것을 기준으로 한다. 또한, 외기냉방 방식은 공조기를 가동하지 않는 상태에서 외기만 유입하여 난방을 실시하는데 이용될 수도 있다.

에너지관리장치(30)는 냉방 시 외기냉방에 따른 실내온도 및 습도, 연료소비량, 외기온도 및 이산화탄소 농도를 기초로 외기냉방 방식의 제어를 적용할 수 있는 지를 판단한다. 판단 결과, 외기냉방 방식이 적용 가능하면, 에너지관리장치(30)는 외기냉방 방식의 적용에 따른 에너지 절감 효과 및 실내 쾌적성 변화를 확인하고, 외기와 실내의 엔탈피 비교 등을 통하여, 외기냉방 방식의 적용 여부를 최종적으로 판단한다. 판단 결과, 외기냉방 방식이 적용 가능하다고 판단되면, 에너지관리장치(30)는 설비제어장치(20)로 외기냉방 방식의 제어를 요청하고, 이후 외기냉방 방식의 제어에 따른 열원기기 에너지 사용량 및 도입 외기량을 통해 실제 에너지 절감 효과를 확인한다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(30)는 공조설비(10)의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출한다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 공조설비(10)의 외기냉방 제어에 대한 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정한다. 이후, 에너지관리장치(30)는 특정일에 공조설비(10)의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보와 현장 상황에 따라 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하고, 최종 제어 값으로 공조설비(10)의 제어를 수행한다.

에너지관리장치(30)는 설정된 제어 값으로 변경 후, 냉방 부하량, 송풍기 전력소비량, 송풍온도, 실내온도 등의 변화를 모니터링한다. 또한, 에너지관리장치(30)는 외기 도입 후, 외기 도입량에 따른 공조설비(10) 및 냉동설비의 전체적인 에너지 소비량에 대한 변경 전후의 에너지 효율을 분석한다.

이를 통해, 네트워크 기반의 건물 에너지 관리 시스템을 구성함으로써, 에너지 관리를 위한 건물 별 구축 비용을 최소화하고, 기능별 세분화 및 모듈화를 통해 단계적 구축이 가능해 진다. 또한, 통합 플랫폼을 통한 실시간 또는 기간별 데이터 분석서비스를 제공하여 여러 건물에 대한 체계적 통합관리를 통해 에너지 절감효과를 극대화하고, 웹 기반의 실시간 또는 기간별 에너지 소비패턴을 분석함으로써, 지속적인 건물 에너지 관리 상태 점검 및 피드백을 통해 에너지 절감활동을 지원할 수 있다. 또한, 냉방 시 건물 내부의 실내온도와 외기온도에 따라 도입되는 외기를 조절함으로써, 열원기기의 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 3은 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(20)는 제어부(21), 저장부(22) 및 통신부(23)로 구성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(20)는 통신망(40)에 연결되어 에너지관리장치(30)와 건물의 에너지 관리를 위한 데이터를 송수신하는 장치가 된다.

통신부(23)는 에너지관리장치(30)와 통신망(40)을 통해 데이터를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 여기서, 통신부(23)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신 수단과 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신 수단 등을 포함한다. 이러한 통신부(23)는 무선통신 모듈(미도시) 및 유선통신 모듈(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선통신 모듈은 무선 통신 방법에 따라 데이터를 송수신하기 위한 구성이며, 설비제어장치(20)가 무선 통신을 이용하는 경우, 무선망 통신 모듈, 무선랜 통신 모듈 및 무선팬 통신 모듈 중 어느 하나를 이용하여 데이터를 에너지관리장치(30)로 전송하거나, 수신할 수 있다. 한편, 유선통신 모듈은 유선으로 데이터를 송수신하기 위한 것이다. 유선통신 모듈은 유선을 통해 통신망(40)에 접속하여, 에너지관리장치(30)에 데이터를 전송하거나, 수신할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 통신부(23)는 에너지관리장치(30)와 통신하여 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 전송하고, 외기냉방 방식을 적용하기 위한 제어 신호를 수신한다.

저장부(22)는 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 설비제어장치(20)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장부(22)는 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 설비제어장치(20)는 사용자의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어부(21)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 영역은 설비제어장치(20)를 부팅시키는 운영체제, 건물의 실내온도와 외기온도를 모니터링하는 프로그램, 외기냉방 방식을 적용하기 위하여 공조설비(10)를 제어하는 프로그램 등을 저장한다. 또한, 데이터 영역은 설비제어장치(20)의 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역이다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 영역은 건물의 연간 실내온도 및 외기온도에 대한 외기도입량에 대한 데이터를 저장한다.

제어부(21)는 운영 체제(OS, Operation System) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있다. 예컨대, 제어부(21)는 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)가 될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(21)는 에너지관리장치(30)의 요청에 따라 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 제공한다.

제어부(21)는 에너지관리장치(30)로부터 건물의 외기냉방 적용이 요청되면, 공조설비(10)를 제어한다. 그리고, 제어부(21)는 에너지관리장치(30)로부터 냉방 시 실내온도와 외기온도에 대한 모니터링이 요청되면, 실내온도와 외기온도에 대한 모니터링을 실시한다. 이후, 제어부(21)는 모니터링된 정보를 에너지관리장치(30)로 전송한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(20)는 건물의 에너지 관리를 위한 데이터 입력 기능과 표시 기능을 수행한다. 이때, 설비제어장치(20)는 입력부(미도시)와 표시부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 입력부는 숫자 및 문자 정보 등의 다양한 정보를 입력 받고, 각종 기능을 설정 및 설비제어장치(20)의 기능 제어와 관련하여 입력되는 신호를 제어부(21)로 전달한다. 또한, 입력부는 사용자의 터치 또는 조작에 따른 입력 신호를 발생하는 키패드와 터치패드 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 입력부는 표시부와 함께 하나의 터치패널(또는 터치스크린)의 형태로 구성되어 입력과 표시 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 입력부는 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱 등과 같은 입력 장치 외에도 향후 개발될 수 있는 모든 형태의 입력 수단이 사용될 수 있다.

또한, 표시부는 설비제어장치(20)의 기능 수행 중에 발생하는 일련의 동작상태 및 동작결과 등에 대한 정보를 표시한다. 또한, 표시부는 설비제어장치(20)의 메뉴 및 사용자가 입력한 사용자 데이터 등을 표시할 수 있다. 여기서, 표시부는 LCD(Liquid Crystal Display), TFT-LCD(Thin Film Transistor LCD), OLED(Organic Light Emitting Diodes), 발광다이오드(LED), AMOLED(Active Matrix Organic LED), 플렉시블 디스플레이(Flexible display) 및 3차원 디스플레이(3 Dimension) 등으로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(30)는 제어모듈(31), 저장모듈(32) 및 통신모듈(33)로 구성된다.

통신모듈(33)은 설비제어장치(20)와 통신망(40)을 통해 데이터를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 여기서, 통신모듈(33)은 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신 수단과 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신 수단 등을 포함한다. 이러한 통신모듈(33)는 무선통신 모듈(미도시) 및 유선통신 모듈(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무선통신 모듈은 무선 통신 방법에 따라 데이터를 송수신하기 위한 구성이며, 에너지관리장치(30)가 무선 통신을 이용하는 경우, 무선망 통신 모듈, 무선랜 통신 모듈 및 무선팬 통신 모듈 중 어느 하나를 이용하여 설비제어장치(20)와 데이터를 송수신할 수 있다. 한편, 유선통신 모듈은 유선으로 데이터를 송수신하기 위한 것이다. 유선통신 모듈은 유선을 통해 통신망(40)에 접속하여, 설비제어장치(20)와 데이터를 송수신할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈(33)은 설비제어장치(20)와 통신하여 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수신하고, 외기냉방 방식을 적용하기 위한 제어신호를 전송한다.

저장모듈(32)은 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 에너지관리장치(30)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장모듈(32)은 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 에너지관리장치(30)는 사용자의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어모듈(31)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 영역은 에너지관리장치(30)를 부팅시키는 운영체제, 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 분석하는 프로그램, 건물의 실내온도 및 외기 온도에 대한 연간 동향을 분석하는 프로그램, 실내온도와 외기온도를 비교하는 프로그램 및 외기냉방 방식을 적용하는 프로그램 등을 저장한다. 또한, 데이터 영역은 에너지관리장치(30)의 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역이다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 영역은 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터와, 냉방 시 외기냉방 방식을 적용하기 위한 실내온도 및 외기온도에 대한 데이터를 저장한다.

제어모듈(31)은 운영 체제(OS) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있다. 예컨대, 제어모듈(31)은 중앙처리장치(CPU)가 될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 제어모듈(31)은 설비제어장치(20)로부터 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집한다.

제어모듈(31)은 수집된 관리데이터를 기초로 실내온도 및 외기온도에 대한 연간 동향을 분석한다. 여기서, 관리데이터는 공조설비(10)의 시간대별 급기, 배기, 및 외기의 상황을 나타내는 데이터가 될 수 있다. 그리고, 제어모듈(31)은 관리데이터를 통해 건물의 시간대별 급기, 배기, 외기에 대한 데이터를 확인한다. 이때, 제어모듈(31)은 분석 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 가능 시기를 판단하고, 외기냉방 방식의 적용기간을 결정한다. 예를 들어, 외기온도가 약 15~20℃인 경우에 외기냉방 방식의 적용이 가능하며, 냉방에 부하가 많이 걸리지 않는 기간에는 20℃ 이상의 외기온도 라도 외기냉방이 가능할 수 있다. 즉, 외기온도가 높지 않은 때에는 20℃의 실내온도에도 재실자에게 쾌적감을 제공할 수 있다.

외기냉방 방식은 건물의 냉방 시 필요한 외기량을 최소한으로 하여 공조 관리하는 방식과는 달리, 외기온도가 실내온도 보다 낮은 경우 또는 냉방 송풍 온도와 비슷한 경우에 유입 외기량을 많게 하거나, 창문을 열어 에너지 절감을 도모할 수 있는 방식이다. 이때, 외기냉방 방식은 업무시간 때에 실시하는 것을 기준으로 한다. 또한, 외기냉방 방식은 공조기를 가동하지 않는 상태에서 외기만 유입하여 난방을 실시하는데 이용될 수도 있다.

제어모듈(31)은 건물의 에너지 관리에 외기냉방 방식을 적용하기 위하여 다수의 공조설비 항목들을 모니터링 한다. 여기서, 제어모듈(31)은 실내의 설정온도 및 습도와, 공조기를 통한 급기의 설정온도 및 습도를 측정하고, 측정 결과에 연관하여 실내에서 발생하는 현열 및 잠열에 대한 부하를 확인하고, 이에 대한 패턴을 분석한다. 이때, 현열은 특정 물체가 가지고 있는 열이며, 잠열은 수증기가 물이나 얼음덩어리로 응결하면서 방출하는 열이 된다.

제어모듈(31)은 실내온도와 외기온도를 비교한다. 이때, 제어모듈(31)은 건물의 냉방 시 실내 엔탈피(Enthalpy)가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은지 확인하고, 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은 경우, 외기냉방 방식 적용을 결정한다. 여기서, 엔탈피는 열역함수의 하나로서, 내부 에너지, 압력, 부피의 곱으로 연산될 수 있다. 이때, 엔탈피는 특정 물질이 일정한 압력하에서 생성되는 동안에 그 물질 속에 축적된 열함량이 될 수 있다. 즉, 제어모듈(31)은 공조설비(10)의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출한다. 그리고, 제어모듈(31)은 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 공조설비(10)의 외기냉방 제어에 대한 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정한다.

제어모듈(31)은 비교 결과에 따라 설비제어장치(20)로 외기냉방 방식의 적용을 요청하고, 실내온도와 외기온도를 알람관리 항목으로 등록하여 관리한다. 즉, 제어모듈(31)은 특정일에 공조설비(10)의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보와 현장 상황에 따라 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하고, 최종 제어 값으로 공조설비(10)의 제어를 수행한다. 여기서, 제어모듈(31)은 설비제어장치(20)로 등록된 알람관리 항목에 대한 모니터링을 요청하고, 요청에 상응하여 모니터링 정보를 수신한다. 그리고, 제어모듈(31)은 모니터링 정보를 확인하여 에너지 절감 효과를 분석한다.

제어모듈(31)은 외기냉방 방식의 적용을 요청한 후, 열원기기의 에너지 사용량, 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링 한다. 그리고, 제어모듈(31)은 모니터링 결과에 따라 외기냉방 방식에 대한 외기 도입량을 조절한다.

제어모듈(31)은 건물의 냉난방 효율 및 실내 쾌적성 저하를 판단하기 위하여, 해당 건물의 실내 온도 및 습도, 연료소비량, 외기온도 및 이산화탄소 농도, 외기풍량, 급기풍량, 실내온도, 전력요금 단가, 월간 소비전력량 등에 해당하는 항목을 실시간으로 모니터링 한다. 그리고, 제어모듈(31)은 모니터링된 데이터를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장한다.

제어모듈(31)은 설정된 제어 값으로 변경 후, 냉방 부하량, 송풍기 전력소비량, 송풍온도, 실내온도 등의 변화를 모니터링한다. 또한, 제어모듈(31)은 외기 도입 후, 외기 도입량에 따른 공조설비(10) 및 냉동설비의 전체적인 에너지 소비량에 대한 변경 전후의 에너지 효율을 분석한다.

또한, 상술한 바와 같이 구성되는 에너지관리장치(30)는 서버 기반 컴퓨팅 기반 방식 또는 클라우드 방식으로 동작하는 하나 이상의 서버로 구현될 수 있다. 특히, 클라우드 컴퓨팅 장치를 이용하여 건물 에너지 관리에 이용되는 데이터는 인터넷 상의 클라우드 컴퓨팅 장치에 영구적으로 저장될 수 있는 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing) 기능을 통해 제공될 수 있다. 여기서, 클라우드 컴퓨팅은 데스크톱, 태블릿 컴퓨터, 노트북, 넷북 및 스마트폰 등의 디지털 단말기에 인터넷 기술을 활용하여 가상화된 IT(Information Technology) 자원, 예를 들어, 하드웨어(서버, 스토리지, 네트워크 등), 소프트웨어(데이터베이스, 보안, 웹 서버 등), 서비스, 데이터 등을 온 디맨드(On demand) 방식으로 서비스하는 기술을 의미한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 건물 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 데이터 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 외기냉방 방식을 이용한 건물 에너지 관리 방법은, 먼저, 에너지관리장치(30)는 S11 단계에서 설비제어장치(20)로 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 요청한다. 그리고, 설비제어장치(20)는 S13 단계에서 에너지관리장치(30)로 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 전송한다.

에너지관리장치(30)는 S15 단계에서 수집된 관리데이터를 기초로 실내온도 및 외기온도에 대한 연간 동향을 분석한다. 여기서, 관리데이터는 공조설비(10)의 시간대별 급기, 배기, 및 외기의 상황을 나타내는 데이터가 될 수 있다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 관리데이터를 통해 건물의 시간대별 급기, 배기, 외기에 대한 데이터를 확인한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 분석 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 가능 시기를 판단하고, 외기냉방 방식의 적용기간을 결정한다. 예를 들어, 외기온도가 약 15~20℃인 경우에 외기냉방 방식의 적용이 가능하며, 냉방에 부하가 많이 걸리지 않는 기간에는 20℃ 이상의 외기온도 라도 외기냉방이 가능할 수 있다. 즉, 외기온도가 높지 않은 때에는 20℃의 실내온도에도 재실자에게 쾌적감을 제공할 수 있다.

에너지관리장치(30)는 실내의 설정온도 및 습도와, 공조기를 통한 급기의 설정온도 및 습도를 측정하고, 측정 결과에 연관하여 실내에서 발생하는 현열 및 잠열에 대한 부하를 확인하고, 이에 대한 패턴을 분석한다. 이때, 현열은 특정 물체가 가지고 있는 열이며, 잠열은 수증기가 물이나 얼음덩어리로 응결하면서 방출하는 열이 된다.

에너지관리장치(30)는 S17 단계에서 실내온도와 외기온도를 비교한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 건물의 냉방 시 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은지 확인하고, 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은 경우, 외기냉방 방식 적용을 결정한다. 여기서, 엔탈피는 열역함수의 하나로서, 내부 에너지, 압력, 부피의 곱으로 연산될 수 있다. 즉, 엔탈피는 특정 물질이 일정한 압력하에서 생성되는 동안에 그 물질 속에 축적된 열함량이 될 수 있다.

건물의 실내온도가 외기온도 보다 높은 경우, 에너지관리장치(30)는 S19 단계에서 설비제어장치(20)로 외기냉방 방식의 적용을 요청한다. 외기냉방 방식의 적용 요청에 따라, 설비제어장치(20)는 S21 단계에서 외기냉방 방식을 적용한다. 즉, 설비제어장치(20)는 에너지관리장치(30)로부터 건물의 외기냉방 적용이 요청되면, 공조설비(10)를 제어한다.

에너지관리장치(30)는 S23 단계에서 설비제어장치(20)로 실내온도 및 외기온도에 대한 모니터링을 요청하고, S25 단계에서 요청에 상응하여 모니터링 정보를 수신한다. 즉, 설비제어장치(20)는 에너지관리장치(30)로부터 냉방 시 실내온도와 외기온도에 대한 모니터링이 요청되면, 실내온도와 외기온도에 대한 모니터링을 실시하고, 모니터링된 정보를 에너지관리장치(30)로 전송한다.

에너지관리장치(30)는 S27 단계에서 모니터링 정보를 확인하여 에너지 절감 효과를 분석한다. 외기냉방 방식의 적용을 요청한 후, 열원기기의 에너지 사용량, 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 외기냉방 방식에 대한 외기 도입량을 조절한다.

에너지관리장치(30)는 설비제어장치(20)로부터 모니터링된 정보를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 관리한다.

이를 위하여, 에너지관리장치(30)는 예냉 및 예열 시간에 대한 외기도입량, 급기 풍량, 실내온도, 급기 온도, 전력 요금 단가, 월간 소비전력량의 데이터를 관리한다. 만일, 해당 건물에 축적된 과거 데이터가 존재하지 않을 경우, 소정 기간 동안 데이터를 측정하여 수집할 수 있다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 상기 데이터를 기반으로 공조기 부하를 다음의 수학식 1과 같이 산출한다.

상기에서, 혼합온도는 공조설비(10)로 유입되는 공기, 즉, 외기와 실내에서 재순환되는 환기의 혼합 온도로서, 본 발명에 따른 외기냉방 방식의 적용 후에는, 외기가 차단되므로, 상기 혼합온도는 공조설비(10)로 재순환된 환기 온도와 같게 적용될 수 있다.

에너지관리장치(30)는 상기 수학식 1을 이용하여, 본 발명에 따른 외기냉방 방식의 적용 전과 후의 공조기 부하를 산출하고, 이를 비교하여 절감 열량을 산출하고, 절감 열량을 이용하여 소비전력 절감량을 구할 수 있다. 이후, 에너지관리장치(30)는 소비전력 절감량 및 적용 기간에 대한 가동 시간, 전력 사용 단가를 이용하여, 에너지 유입 제어에 따른 에너지 절감 금액을 산출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(30)는 S41 단계에서 설비제어장치(20)로부터 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집한다.

에너지관리장치(30)는 S43 단계에서 수집된 관리데이터를 기초로 실내온도 및 외기온도에 대한 연간 동향을 분석한다. 여기서, 에너지관리장치(30)는 관리데이터를 통해 건물의 시간대별 급기, 배기, 외기에 대한 데이터를 확인한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 분석 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 가능 시기를 판단하고, 외기냉방 방식의 적용기간을 결정한다. 예를 들어, 외기온도가 약 15~20℃인 경우에 외기냉방 방식의 적용이 가능하며, 냉방에 부하가 많이 걸리지 않는 기간에는 20℃ 이상의 외기온도 라도 외기냉방이 가능할 수 있다. 즉, 외기온도가 높지 않은 때에는 20℃의 실내온도에도 재실자에게 쾌적감을 제공할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(30)는 하기에 도시된 <표 1>과 같이, 건물의 에너지 관리에 외기냉방 방식을 적용하기 위하여 공조설비 항목들을 모니터링 한다.

No	항목	측정값(Unit)
1	실내 온도/습도	℃
2	연료소비량	KWh
3	외기온도	℃
4	이산화탄소 농도	ppm
5	외기풍량	㎥/s
6	급기풍량	㎥/s
7	실내온도	℃
8	전력요금 단가	원/kwh
9	월간 소비전력량	kwh

<표 1>을 참조하면, 에너지관리장치(30)는 모니터링 항목 중 실내 온도 및 습도를 확인한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 외기냉방 시 실내 환경의 쾌적성을 확인한다. 또한, 에너지관리장치(30)는 모니터링 항목 중 연료소비량을 확인한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 건물 관리 시스템(100)을 적용하기 전/후의 열원기기에 대한 연료소비량을 분석한다. 또한, 에너지관리장치(30)는 건물의 외기온도를 모니터링 한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 건물 관리 시스템(100)의 적정성을 판단한다. 또한, 에너지관리장치(30)는 모니터링 항목 중 이산화탄소 농도를 확인한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 건물 관리 시스템(100) 적용 전의 이산화탄소 농도를 허용 기준값과 비교하여 에너지 절감 가능성을 판단한다.

즉, 에너지관리장치(30)는 공조설비(10)의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출한다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 공조설비(10)의 외기냉방 제어에 대한 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정한다.

에너지관리장치(30)는 S45 단계에서 실내온도와 외기온도를 비교한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 건물의 냉방 시 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은지 확인하고, 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은 경우, 외기냉방 방식 적용을 결정한다. 여기서, 엔탈피는 열역함수의 하나로서, 내부 에너지, 압력, 부피의 곱으로 연산될 수 있다. 즉, 엔탈피는 특정 물질이 일정한 압력하에서 생성되는 동안에 그 물질 속에 축적된 열함량이 될 수 있다.

비교 결과, 건물의 실내온도가 외기온도 보다 높은 경우, 에너지관리장치(30)는 S47 단계에서 설비제어장치(20)로 외기냉방 방식의 적용을 요청한다. 즉, 에너지관리장치(30)는 특정일에 공조설비(10)의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보와 현장 상황에 따라 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하고, 최종 제어 값으로 공조설비(10)의 제어를 수행한다. 그리고, 에너지관리장치(30)는 S49 단계에서 실내온도와 외기온도에 대한 모니터링을 요청하고, 요청에 상응하여 모니터링된 정보를 수신한다.

에너지관리장치(30)는 S51 단계에서 모니터링 정보를 확인하여 에너지 절감 효과를 분석한다. 이때, 에너지관리장치(30)는 설비제어장치(20)로부터 수신되는 알람관리 항목에 대한 모니터링 정보를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 관리한다.

에너지관리장치(30)는 외기냉방 방식 적용 후의 실제 에너지 절감 효과를 분석하여 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(100)을 적용하는 과정에서 에너지관리장치(30)는 외기온도가 많이 낮을 경우에 공조설비(10) 또는 공기조화장치(50)를 이용하여 외기를 공급하게 되면, 실내 온도가 낮아서 추위를 느낄 수 있기 때문에 극도로 건조한 상태를 초래할 수 있다. 따라서, 외기온도를 실시간으로 확인하고 나서, 외기냉방 방식을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 에너지관리장치(30)는 건물의 재실자수는 요일이나, 시간대에 따라 실내온도가 변동하므로, 상황에 따라 실내온도를 재 측정하는 것이 필요하다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명은 건물의 냉방 시 외기를 통해 실내온도를 조절하여 에너지를 절약하기 위한 것으로, 네트워크 기반의 건물 에너지 관리 시스템을 구성함으로써, 에너지 관리를 위한 건물 별 구축 비용을 최소화하고, 기능별 세분화 및 모듈화를 통해 단계적 구축이 가능해 진다. 또한, 통합 플랫폼을 통한 실시간 또는 기간별 데이터 분석서비스를 제공하여 여러 건물에 대한 체계적 통합관리를 통해 에너지 절감효과를 극대화하고, 웹 기반의 실시간 또는 기간별 에너지 소비패턴을 분석함으로써, 지속적인 건물 에너지 관리 상태 점검 및 피드백을 통해 에너지 절감활동을 지원할 수 있다. 또한, 냉방 시 건물 내부의 실내온도와 외기온도에 따라 도입되는 외기를 조절함으로써, 열원기기의 냉방 부하를 줄여 에너지 절약을 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다. 이는 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.

10: 공조설비 20: 설비제어장치 30: 에너지관리장치
40: 통신망 21: 제어부 22: 저장부
23: 통신부 31: 제어모듈 32: 저장모듈
33: 통신모듈 11: 가열코일 12: 냉각코일
13: 송풍기 14: 이산화탄소 센서 15, 16, 17: 온도계
100: 건물 에너지 관리 시스템

Claims

적어도 하나의 설비제어장치와 통신하여 냉방 중 공조설비의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수신하고, 상기 설비제어장치로 건물의 냉방에 외기냉방 방식을 적용하기 위한 제어신호를 전송하는 통신모듈; 및
상기 설비제어장치로부터 냉방 중 공조설비의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집하여 실내온도와 외기온도를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 가능 여부를 확인하고, 적용 가능한 경우, 상기 설비제어장치로 외기냉방 방식의 적용을 요청하는 제어모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치.
제1항에 있어서, 상기 관리데이터는
상기 공조설비의 시간대별 급기, 배기, 및 외기의 상황을 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치.
제1항에 있어서, 상기 제어모듈은
상기 외기냉방 방식의 적용을 요청한 후, 열원기기의 에너지 사용량, 상기 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 따라 상기 외기냉방 방식에 대한 외기 도입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치.
제1항에 있어서, 상기 제어모듈은
상기 건물의 냉난방 효율 및 실내 쾌적성 저하를 판단하기 위하여, 해당 건물의 실내 온도 및 습도, 연료소비량, 외기온도 및 이산화탄소 농도, 외기풍량, 금기풍량, 실내온도, 전력요금 단가, 월간 소비전력량 중 하나 이상을 포함하는 항목을 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치.
제1항에 있어서, 상기 제어모듈은
상기 공조설비의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출하고, 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 상기 공조설비의 외기냉방 제어에 대한 상기 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정하고, 특정일에 공조설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보에 따라 상기 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하고, 상기 최종 제어 값으로 공조설비의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지관리장치.
에너지관리장치가 설비제어장치로부터 냉방 중 건물의 외기도입량에 대한 관리데이터를 수집하는 단계;
상기 에너지관리장치가 상기 관리데이터를 기초로 상기 건물의 실내온도와 외기온도를 비교하는 단계;
상기 에너지관리장치가 상기 비교 결과에 따라 외기냉방 방식의 적용 여부를 확인하는 단계; 및
상기 외기냉방 방식의 적용이 가능하면, 상기 에너지관리장치가 상기 건물의 냉방에 외기냉방 방식을 적용하도록 상기 설비제어장치로 요청하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제6항에 있어서, 상기 비교하는 단계는
상기 에너지관리장치가 상기 건물의 냉방 시 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은지 확인하는 단계; 및
상기 실내 엔탈피가 외기 엔탈피 보다 높거나 같은 경우, 상기 에너지관리장치가 상기 건물에 외기냉방 방식의 적용을 결정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제6항에 있어서,
상기 에너지관리장치가 상기 외기냉방 방식의 적용 후, 상기 건물의 냉방 효율 및 실내 쾌적성 저하 여부를 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링 결과에 따라 건물의 냉방 효율이 저하되거나 실내 쾌적성이 저하되는 경우, 상기 공조설비의 외기냉방에 대한 외기 도입량을 조절하도록 제어하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제6항에 있어서, 상기 모니터링하는 단계는
상기 에너지관리장치가 실내의 설정온도 및 습도, 공조기를 통한 급기의 설정온도 및 습도를 측정하는 단계; 및
상기 에너지관리장치가 상기 측정 결과에 연관하여 실내에서 발생하는 현열 및 잠열에 대한 부하를 확인하고, 이에 대한 패턴을 분석하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제9항에 있어서,
상기 에너지관리장치가 상기 모니터링된 항목을 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제6항에 있어서,
상기 에너지관리장치가 상기 외기냉방 방식 적용 후의 실제 에너지 절감 효과를 분석하여 제공하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.
제6항에 있어서,
상기 에너지관리장치가 상기 공조설비의 외기냉방 제어를 위한 시뮬레이션을 통해 제1 제어 값을 도출하는 단계;
상기 에너지관리장치가 축적되는 기간별 기본 데이터와 과거의 통계 데이터를 비교하여 상기 공조설비의 외기냉방 제어에 대한 상기 제1 제어 값을 보정함에 의해 제2 제어 값을 설정하는 단계;
상기 에너지관리장치가 특정일에 공조설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 모니터링 정보에 따라 상기 제2 제어 값으로부터 외기냉방의 최종 제어 값을 설정하는 단계; 및
상기 에너지관리장치가 상기 최종 제어 값으로 공조설비의 제어를 수행하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외기냉방 방식을 이용한 에너지 관리 방법.