KR20130120603A - 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법 - Google Patents

실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법 Download PDF

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KR20130120603A
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Abstract

본 발명은 냉방 또는 난방을 수행하는데 있어서, 실내 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 냉방 또는 난방을 위한 실내 환경의 설정 조건을 완화함으로써, 에너지 소비량을 줄이고자 하는 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 실내 설정 온도 및 실내 설정 습도를 포함하는 실내 환경 조건의 완화 가능성을 판단하고, 완화 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 현재의 냉난방 상태 정보에 근거하여, 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하고, 설정된 제어값을 관리자 혹은 냉난방 시스템을 제어하는 설비 제어 장치로 제공함으로써, 과도한 냉난방을 막고 에너지 절감을 도모하는 것이다.

Description

실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법 {Energy managing apparatus and method using moderation of indoor environment terms}
본 발명은 건물의 에너지 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉방 또는 난방을 수행하는데 있어서, 실내 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 냉방 또는 난방을 위한 실내 환경의 설정 조건을 완화함으로써, 에너지 소비량을 줄이고자 하는 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 자원 수급의 해외 의존도가 높은 우리나라는 특히, 초고유가 시기임에도 수입에너지의 소비는 감소하지 않고, 여전히 증가하고 있다. 이러한 실정을 감안해볼 때, 에너지의 절약을 위한 기술개발 및 적용은 매우 중요한 분야로 받아들여지고 있다.
아울러 효율적인 에너지 사용은 국가 기간 산업에도 직접적인 영향을 주는 중요한 요소로써, 이에 대한 기술개발 및 투자가 절실하다.
특히, 냉난방을 위한 열원 설비, 공조 설비, 조명이나 엘리베이터의 가동을 위한 다양한 전기 설비들이 설치되는 건물의 합리적이지 못한 에너지 사용은 건물 내 설비들의 비효율적인 운전 및 관리에도 연관성이 있다. 예를 들어, 여름철 전력수요의 20% 가량이 건물의 총 부하 중에서 냉방부하의 몫이라는 결과는 냉방부하가 피크 전력과 전력예비율에 상당한 영향을 준다는 것을 알 수 있으며, 겨울철 또한 난방부하가 상당한 부분을 차지하고 있다. 이러한 건물에서의 에너지 절약 방법으로는 건축 계획적 접근방법과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전효율을 향상시키는 설비적 접근 방법이 있다. 이러한 접근 방법 중 설비 분야에 있어서는 적절한 환경을 창조하는 것과 동시에 에너지 소비량이나 환경보전을 고려한 설계와 효율적인 설비 시스템의 운용이 요구되고 있다.
특히, 각 건물의 설비 운용 방식이, 냉방 또는 난방을 특정 조건으로 가동시킨 후, 재실자 혹은 운전자의 판단에 따라 출력을 조절하는 방법으로 이루어지고 있기 때문에, 비효율적인 설비 운용에 따른 에너지의 과다 소비가 발생하는 실정이다.
따라서, 각 건물 별로 운용 실적을 고려하여 체계적인 데이터에 근거하여 효율적으로 설비를 가동시킴으로써 에너지 소비량을 감소시킬 필요가 있다.
한편, 재실자가 실내 온도나 습도와 같은 환경 조건을 설정하는데 있어서도, 자신에게 적절한 실내 온도나 습도를 정확히 알 수 없기 때문에, 임의로 설정하는 과정에서, 실내 온도나 습도가 과도하게 높거나 낮게 설정하는 경향이 있으며, 이러한 잘못된 실내 환경 조건의 설정으로 인해 불필요한 에너지가 낭비되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 냉방 또는 난방을 수행하는데 있어서, 실내 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 냉방 또는 난방을 위한 실내 환경의 설정 조건을 완화함으로써, 에너지 소비량을 줄이고자 하는 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 냉방 또는 난방에 있어서, 재실자 혹은 관리자가 실내 환경 조건을 설정하는 과정에서 과도하게 높게 설정하거나 낮게 설정함에 따른 에너지 소모 상태를 분석하여, 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 상기 실내 환경 조건을 완화시킴으로써 에너지를 절감할 수 있도록 하는 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 냉난방 시스템에 있어서, 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 실내 설정 온도 및 실내 설정 습도를 포함하는 실내 환경 조건의 완화 가능성을 판단하고, 완화 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 현재의 냉난방 상태 정보에 근거하여, 실내 환경 조건의 완화를 위한 냉난방 시스템에 대한 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 제어값을 설정하는 제어부; 상기 제어부에서 설정된 제어값을 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템을 제어하는 설비 제어 장치로 제공하는 통신부; 및 상기 과거 및 실시간으로 수집된 냉난방 상태 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치를 제공한다.
상기 제어부는, 상기 냉난방 상태 정보를 실시간으로 수집하는 모니터링 모듈; 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통하여 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템에 대한 제어값을 예측하는 시뮬레이션 모듈; 및 상기 냉난방 시스템의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 시뮬레이션 모듈에서 예측된 제어값을 보정하고, 보정된 제어값을 1차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용한 후에 상기 모니터링 모듈을 통해 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 제어값을 재보정하고 재보정된 제어값을 2차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용시키는 실내 환경 조건 완화 모듈을 포함할 수 있다.
더하여, 상기 모니터링 모듈은, 상기 실시간으로 수집하는 냉난방 상태 정보를 상기 저장부에 누적 저장할 수 있다.
여기서, 냉난방 상태 정보는 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 냉난방 부하율, 재실률, 냉온수 사용량, CO2 농도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 실내 환경 조건 완화 모듈은, 상기 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 냉난방 시스템의 오프 시점 이후의 실내 온도 변화 추이를 분석하고, 상기 분석 결과를 기반으로 상기 냉난방 시스템의 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 상기 제어값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 효과를 분석하고, 이에 따라서 에너지 절감 보고 데이터를 생성하여 상기 관리자 혹은 상기 설비 제어 장치로 제공할 수 있다.
더하여, 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 냉난방 시스템의 운용에 있어서, 과거 누적된 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 상기 냉난방 시스템 운용 중의 실내 환경 조건 완화 가능성을 판단하는 단계; 완화 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 상기 냉난방 시스템에 대한 냉난방 상태 정보에 근거하여, 상기 냉난방 시스템의 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 제어값을 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템을 제어하는 설비 제어 장치로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 방법을 제공한다.
상기 에너지 관리 방법에 있어서, 상기 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는 단계는, 수학적 모델링에 기초한 시뮬레이션을 통해 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템의 제어값을 예측하는 단계; 상기 냉난방 시스템의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 예측한 제어값을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 제어값을 1차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용한 후, 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 제어값으로 재보정하는 단계를 포함할 수 있다.
더하여, 상기 에너지 관리 방법은, 상기 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 보고 데이터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공조설비를 통해 실내의 냉방 및 난방을 수행하는데 있어서, 외기 조건 및 실내 조건 등 상기 냉방 및 난방과 관련된 다양한 정보를 실시간 및 기간별로 모니터링하고 분석하여, 비효율적으로 설정된 실내 환경 조건(실내 온도 및 실내 습도 등)을 검출하고, 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 상기 실내 환경 조건을 완화시킴으로써, 사용자의 만족도 및 에너지 절감을 모두 만족시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 냉난방을 위한 냉난방 시스템의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실내 온도 조건의 완화에 따른 냉난방 시스템에서의 냉수 소비 열량의 관계를 보인 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 시스템을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 방법을 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 발명이 적용되는 냉난방 설비로서, 냉난방 시스템(100)의 구조를 예시한 도면이다.
상기 냉난방 시스템(100)은 공조기(10)를 포함한다. 공조기(10)는 인위적으로 실내 또는 일정한 공간의 공기 상태(예를 들어, 온도, 습도, 기류 및 청정도)를 사용 목적에 적합한 상태로 조정하는 설비로서, 기본적으로, 냉방 시에 열원설비에서 냉각된 냉수를 이용하여 공기를 냉각 및 감습하기 위한 냉각코일(Cooling Coil)(11), 난방 시에 열원 설비에서 가열된 온수를 이용하여 공기를 가열하기 위한 가열 코일(Heating Coil)(12) 및 가열 또는 냉각된 공기를 실내로 공급하는 송풍기(Supply Fan)(13)를 포함한다. 이외에 상기 공조기(10)에서 냉각 또는 가열된 공기를 실내로 전달하고, 실내에서 오염된 공기를 순환시키기 위한 덕트 설비 등이 포함되며, 더불어, 상기 실내에서 재순환되는 공기와 신선한 외부 공기를 혼합하여 상기 냉각코일(11) 혹은 가열코일(12)로 전달하기 위한 혼합실, 공기 중에 혼합되어 있는 먼지 등의 불순물을 제거하는 필터, 난방시의 가습을 위해 물이나 증기를 분무하는 가습 노즐 등이 더 포함될 수 있다.
상기 공조기(10)는 외부에서 유입된 공기와 실내에서 재순환된 환기를 혼합하여 냉각 또는 가열 시킨 후 실내로 공급하며, 실내에서 오염된 공기 중 일부는 외부는 배출하고 일부는 공조기(10)로 재순환시켜 사용한다.
한편, 상술한 공조기(10) 이외에, 각 실내에 개별적으로 공기 조화를 위한 팬코일유니트(Fan Coil Unit)(50)이 구비될 수 있으며, 이러한 팬코일유니트(50)는 통상 재실자에 의해 개별적으로 제어된다.
참고로, 이하의 설명에 대한 이해를 돕기 위하여 일부 용어를 정리하면, 외부에서 유입되는 공기를 '외기', 공조기(10)에서 실내로 공급되는 공기를 '급기', 실내에서 공조기(10)로 순환되는 공기를 '환기', 실내에서 외부로 배출되는 공기를 '배기'로 정의하여 사용한다.
상술한 냉난방 시스템(100)은, 실내 설정 온도와, 실내 측정 온도의 비교를 통해서 실내 측정 온도가 실내 설정 온도를 유지하도록 제어한다.
한편, 이러한 냉난방 시스템(100)을 운영하는데 있어서, 적절하지 못한 실내 설정 온도로 인한 과잉 냉난방은 큰 에너지 손실로 이어질 뿐만 아니라 재실자의 환경 위생이나 건강을 위해서도 좋다고 할 수 없다. 일반적으로도, 냉난방을 위한 실내 설정 온도를 1도씩 완화시킬 경우 열원으로 소비되는 에너지를 약 10% 정도 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
도 2는 실내 온도 조건의 완화에 따른 냉난방 시스템에서의 냉수 소비 열량의 관계를 보인 그래프로서, 도시된 바와 같이, 냉방시의 실내 설정 온도를 24.5도에서 26도로 완화시킴에 따라서, 냉방을 위한 냉수 소비 열량이 낮아지는 것을 알 수 있다.
이에, 본 발명은 재실자의 쾌적성에 크게 영향을 미치지 않는 범위 내에서, 냉난방시의 실내 설정 온도를 완화시켜, 에너지 절감을 도모하고자 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 장치(300)는 통신망을 통해 하나 이상의 건물에 구비된 하나 이상의 냉난방 시스템(100) 및 상기 냉난방 시스템(100)의 운전을 제어하는 설비 제어 장치(200) 중에서 하나 이상과 연동하여 동작할 수 있다.
본 발명에 의한 에너지 관리 장치(300)는, 건물 내의 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높이기 위하여 건물 내 설비의 최적 운용 방법을 제공하기 위하여 적용된다. 상기 에너지 관리 장치(300)는 건물 내 다양한 설비(열원설비, 공조설비, 위생설비, 반송설비, 전기설비 등)의 운전 상태 감시 및 자동제어를 수행하며, 이를 통해 실시간 또는 기간별 에너지 사용 상태 및 환경변수(온도, 습도, 이산화탄소 농도) 등을 종합분석하고, 그 결과 해당 건물의 에너지 소비를 절감할 수 있는 각 설비의 운전 방안이나 제어값을 포함하는 시나리오를 도출하여 제공한다. 더 구체적으로, 에너지 관리 장치(300)는 단순한 장애 분석 수준이 아니라, 비효율적으로 운영되는 설비를 파악하여 에너지 절감 포인트를 도출하고, 이를 기반으로 에너지를 절감할 수 있는 운전 시나리오를 도출한다.
특히, 본 발명에 있어서 에너지 관리 장치(300)는 해당 건물의 냉난방 상태 정보를 모니터링하고, 이를 기 설정된 실내 환경 관리 지수와 비교하여, 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 실내 환경 설정 조건의 완화 가능성을 판단하고, 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보와 실시간으로 수집된 상기 건물의 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 실내 환경 조건의 완화를 위한 적정 제어값을 설정하고, 설정된 제어값을 상기 냉난방 시스템에 적용하여 냉난방 상태를 완화하도록 제어한다. 여기서, 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값은, 상기 냉난방 시스템(100)의 공조기(10) 또는 열원 설비에 대한 온/오프 시점 및 간격으로 나타낼 수 있다.
아울러, 상기 냉난방 상태 정보는, 외기조건으로서 외기온도, 외기 습도 및 이슬점 중에서 하나 이상을 포함할 수 있으며, 실내 조건으로서 실내 온도, 실내 습도, 재실율, 냉난방 부하율, 냉온수 사용량, 이산화탄소 농도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 에너지 관리 장치(300)는 이러한 냉난방 상태 정보를 참조하여, 상기 냉난방 시스템(100)에 있어서, 공조기(10)의 전원 오프 후, 실내 온도 변화 추이를 일정 단위(예를 들어, 섭씨 1도 단위)로 관리 및 분석함으로써, 최적의 실내 환경 제공을 위한 공조기(10)(또는 열원 설비)의 전원 온/오프 시점을 관리할 수 있으며, 더불어, 이러한 실내 온도 변화 추이를 매일 또는 매주 등 일정 단위로 분석함으로써, 최적의 냉난방 설비의 전원 온/오프 시간 및 간격을 도출할 수 있다.
이때, 상기 에너지 관리 장치(300)은 통신망을 통해서 해당 건물의 냉난방 시스템(100) 및 설비 제어 장치(200) 중 하나 이상과 통신하여, 냉난방 상태 정보를 수집할 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉난방 시스템(100)을 제어하는 설비 제어 장치(200)가 통신망(40)을 통해 에너지 관리 장치(300)에 연결되어, 에너지 관리 장치(300)로 냉난방 시스템(100)의 냉난방 상태 정보를 수집하여 제공한다. 아울러, 상기 설비 제어 장치(200)는 상기 에너지 관리 장치(300)에서 도출된 적정 제어값을 전달받아, 냉난방 시스템(100)의 운전에 적용할 수 있다. 즉, 완화된 실내 설정 온도 및/또는 실내 설정 습도로 냉난방 시스템(100)을 운전한다.
더불어, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 냉난방 상태 정보를 수집하는데 있어서, 현재의 실시간 상태 정보뿐만 아니라 일정 기간(예를 들어, 요일별, 일자별, 월별, 계절별)의 과거 상태 정보도 함께 수집할 수 있으며, 이를 위해서, 상기 에너지 관리 장치(300)는 실시간으로 수집되는 실내 환경 정보 및 냉난방 운전 상태 정보를 누적 저장할 수 있다.
이때 상기 에너지 관리 장치(300)와 설비 제어 장치(200) 또는 냉난방 시스템(100)을 연결하는 통신망은 유선 통신망 및 무선 통신망 등 현재 사용되거나 향후 적용 가능한 모든 종류의 통신망을 의미한다.
상기 설비 제어 장치(200)는 해당 건물에 설치된 다양한 설비(열원설비, 공조설비, 위생설비, 전기설비 등)에 대한 전반적인 기능을 제어하는 것으로서, 특히 본 발명에 있어서 상기 설비 제어 장치(200)는 냉난방 시스템(100)의 동작을 제어할 뿐만 아니라, 센서 등을 이용하여 다양한 냉난방 상태 정보를 측정하여 상기 에너지 관리 장치(300)로 제공할 수 있다.
아울러, 상기 설비 제어 장치(200)는 상기 에너지 관리 장치(300)의 냉난방 상태 정보 및 실내 환경 변화의 분석에 기초하여 설정된 냉난방 시스템(100)의 온/오프를 위한 제어값을 수신하여, 수신한 제어값에 따라서 동작하도록 상기 냉난방 시스템(100)의 구동 상태를 제어함으로써, 상기 냉난방 시스템(100)의 열원에 의해 소비되는 에너지를 절감할 수 있도록 한다. 한편, 상기 에너지 관리 장치(300)에서 도출된 제어값은 건물주 혹은 상기 냉난방 시스템(100)을 관리하는 관리자에게 제공되어, 상기 냉난방 시스템(100)의 실내 환경 조건을 변경하도록 할 수도 있다.
상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 냉난방 시스템(100)에서의 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값(냉난방 시스템(100)의 공조기(10) 또는 기타 다른 열원 설비의 온/오프 시점 및 간격)을 설정하는데 있어서, 축적된 과거의 냉난방 상태 정보를 기반으로 상기 냉난방 시스템(100)에서의 실내 환경 조건 완화 가능성을 판단하고, 완화 가능성이 있는 경우, 상기 축적된 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 냉난방 정보에 근거하여, 실내 환경 조건의 완화를 위한 적정 제어값(예를 들어, 실내 설정 온도)를 설정한다. 구체적으로, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 재실률, 냉난방 부하율, 이산화탄소 농도 등을 참조하여, 냉난방 시스템(100)의 공조기(10) 또는 열원 설비의 오프 후의 실내 온도 변화 추이를 일정 단위(예를 들어, 섭씨 1도 단위)로 분석함으로써, 냉난방 시스템(100)의 온/오프 시점 및 간격을 설정할 수 있다.
또한, 상기 적정 제어값의 설정은, 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해서 적절한 온/오프 시점에 대한 제어값을 예측하고, 상기 축적된 과거 냉난방 상태 정보에 대한 통계 데이터에 이용하여 상기 예측된 제어값을 보정하고, 상기 제어값을 보정한 후, 실시간으로 수집한 냉난방 상태 정보를 기반으로 상기 제어값을 재보정하여 상기 실내 환경 조건의 완화를 위한 최적의 제어값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 실내 환경 조건의 완화 가능성을 판단하는데 있어서, 축적된 과거의 냉난방 상태 정보를 요일별, 일자별, 주별, 월별, 계절별로 구분하고, 각 구분된 기간별로 외부 환경(예, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점)와 실내 환경(실내 온도, 실내 습도, 재실률, 냉난방 부하율, 이산화탄소 농도 등)을 비교하여, 실내 환경 조건에 완화 가능성이 있는 지를 판단한다. 이때, 국가나 기관 등 신뢰할 수 있는 단체에서 권장하는 실내 환경(예, 실내 온도)를 참조할 수 있다. 예를 들어, 신뢰할 수 있는 단체에서 지정한 권장 온도 대비 실내 냉방 온도가 너무 낮거나 실내 난방 온도가 너무 높은 경우, 실내 환경 조건의 완화 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다.
더하여, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 설정된 제어값이 상기 냉난방 시스템(100)에 적용된 후, 실내의 쾌적성 저하 여부를 더 모니터링하여, 쾌적성이 저하되는 경우, 상기 제어값을 조정할 수 있다. 여기서, 쾌적성 저하 여부는, 실내 환경에 대한 재실자의 클레임 발생 여부로 판단할 수 있으며, 상기 재실자의 클레임 발생 여부는 상기 냉난방 시스템(100)의 관리자로부터 수집할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 설정한 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 시스템(100)의 에너지 절감 효과를 분석하고, 이에 대한 에너지 절감 보고 데이터를 생성하여 상기 관리자 혹은 상기 설비 제어 장치(200)로 제공할 수 있다. 이를 통해서, 상기 에너지 관리 장치(300)에서 제공하는 에너지 관리 서비스에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 여기서, 에너지 절감 효과는, 예를 들어, 공조기(10)에서의 냉/온수 사용량, 평균 실내 온도를 동일 일, 월, 년의 과거 데이터와 비교함으로써 산출할 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 에너지 관리 장치(300)의 구성 및 작용을 더 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 장치(300)의 구성을 나타낸 블록도로서, 이를 참조하면, 에너지 관리 장치(300)는 통신부(310)와, 제어부(320)와, 저장부(330)와, 출력부(340) 및 입력부(350)를 포함할 수 있다.
상기 통신부(310)는 통신망을 통해서 냉난방 시스템(100)을 관리하는 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템(100)과 직접 또는 상기 냉난방 시스템(100)을 제어하는 설비 제어 장치(200)와 통신하기 위한 수단이다. 더 구체적으로, 상기 통신부(310)를 통해서 상기 냉난방 시스템(100) 또는 설비 제어 장치(200)로부터 냉난방 상태 정보를 수신하고, 상기 냉난방 상태 정보에 대한 분석에 기초하여 도출된 실내 환경 조건 완화를 위한 제어값을 상기 관리자 혹은 냉난방 시스템(100) 혹은 설비 제어 장치(200)로 전송한다.
상기 제어부(320)는 본 발명에 의한 에너지 관리 장치(300)의 판단 및 제어를 담당하는 수단으로서, 구체적으로, 상기 냉난방 시스템(100)에 대하여 누적된 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 상기 냉난방 시스템(100)에서의 실내 환경 조건 완화 가능성을 판단하고, 완화 가능성이 있다고 판단되면, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 상기 냉난방 시스템(100)에 대한 냉난방 상태 정보에 근거하여, 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정한다.
여기서, 과거 냉난방 상태 정보는, 상기 냉난방 시스템(100)의 관리자로부터 획득하여 저장하거나, 일정 기간 동안 상기 냉난방 시스템(100)의 상태 및 외부 환경 정보를 모니터링하여 수집함으로써 획득할 수 있다.
더하여, 상기 냉난방 상태 정보는, 실내 온도, 실내 습도, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 재실율, 냉난방 부하율, 냉온수 사용량, 이산화탄소 농도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
더하여, 상기 제어부(320)는 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는데 있어서, 상기 건물에서 관리되는 쾌적성 지수를 나타내는 실내 환경 관리 지수를 참조할 수 있다. 예를 들어, 상기 실내 환경 관리 지수를 기준으로, 재실자가 쾌적성 저하를 체감할 수 없는 정도로 실내 환경 조건을 완화할 수 있다.
상기 제어부(320)는 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는데 있어서, 상술한 냉난방 상태 정보, 즉, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 재실율, 냉난방 부하율, 냉온수 사용량, 이산화탄소 농도 등을 참조하여, 냉난방 시스템(100)의 공조기(10) 또는 열원 설비의 오프 후, 실내 온도의 변화 추이를 섭씨 1도 단위를 분석하며, 이러한 분석을 토대로, 상기 실내 환경 관리 지수를 유지하는 범위 내에서, 냉난방 시스템(100)의 온/오프 시점 및 간격을 설정한다.
더하여, 상기 제어부(320)는, 상기 설정한 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 시스템(100)에 대한 냉난방 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 효과를 분석하고, 이에 대한 에너지 절감 보고 데이터를 생성하여 상기 관리자 혹은 상기 설비 제어 장치(200)로 제공할 수 있다.
이러한 제어부(320)는 모니터링 모듈(321)과, 시뮬레이션 모듈(322)과, 실내 환경 조건 완화 모듈(323)을 포함할 수 있다.
상기 모니터링 모듈(321)은 상기 냉난방 시스템(100)에 대한 냉난방 상태 정보를 실시간으로 수집한다. 여기서 수집은 통신망을 통해 냉난방 시스템(100) 또는 설비 제어 장치(200)로부터 냉난방 상태와 관련된 제어값 및 측정값 등을 수신하는 형태로 이루어질 수 있다. 더하여, 상기 모니터링 모듈(321)은 실시간으로 수집한 냉난방 상태 정보를 상기 저장부(330)에 누적 저장한다. 이렇게 저장부(330)에 일정 기간 동안 누적 저장된 냉난방 상태 정보는 상기 과거 냉난방 상태 정보로서 이용될 수 있다. 또한, 상기 모니터링 모듈(321)은 알람 모니터링 기능을 더 수행할 수 있는데, 구체적으로는 상기 제어부(320)에서 설정된 제어값을 상기 냉난방 시스템(100)에 적용한 후, 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 시스템(100)의 실시간 상태 정보 중에서 기 설정된 알람 항목(예를 들어, 실내 온도, 실내 습도, 외기 온도, 외기 습도 등)이 적정 범위를 유지하는 지를 모니터링하여, 적정 범위를 벗어나는 경우 쾌적성이 저하될 수 있으므로, 이를 경고한다. 이렇게 적정 범위를 벗어나는 경우, 쾌적성 유지를 위해서 즉시 냉난방 시스템(100)의 상태 복귀가 이루어져야 한다.
상기 시뮬레이션 모듈(322)은 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해서 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템(100)의 온/오프 제어값(제어시점 및 간격)을 예측한다.
상기 실내 환경 조건 완화 모듈(323)은 상기 시뮬레이션 모듈(322)을 통해 예측된 상기 실내 환경 조건 완화를 위한 제어값을 상기 냉난방 시스템(100)의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 보정한다. 이는 수학적 모델링과 각 냉난방 시스템 간의 오차를 보정하기 위한 것이다. 이어서, 상기 실내 환경 조건 완화 모듈(323)은 상기 보정된 제어값이 상기 냉난방 시스템(100)에 적용된 후 상기 모니터링 모듈(321)을 통해 실시간으로 수집한 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 제어값을 재보정함으로써, 상기 실내 환경 조건 완화를 위한 최적의 제어값을 도출한다. 예를 들어, 과거 데이터를 기초로 실내 냉방 온도를 2도 올리는 것으로 설정하였으나, 실시간 모니터링 결과, 재실율이 과거 데이터보다 더 높거나 외기 온도가 과거 보다 높은 경우에는 상기 실내 냉방 온도의 완화 정보를 조금 낮추어 1도만 올리도록 제어값을 설정할 수 있다.
더하여, 상기 실내 환경 조건 완화 모듈(323)은, 상기 모니터링 모듈(321)을 통한 알람 모니터링 결과에 따라서, 쾌적성이 저하되는 것으로 판단되는 경우 관리자에게 통지하여 적절한 점검 또는 조치를 취할 수 있도록 하거나, 상기 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 제어값을 다시 조정하여 상기 설비 제어 장치(200) 또는 냉난방 시스템(100)에 제공할 수 있다.
다음으로, 저장부(330)는 에너지 관리 장치(300)의 동작에 필요하거나 동작에 의해 생성된 데이터를 저장하는 수단으로서, 구체적으로는 상기 과거 및 실시간으로 수집된 냉난방 상태 정보를 저장한다.
그리고, 출력부(340) 및 입력부(350)는 본 발명에 의한 에너지 관리 장치(300)의 관리자를 위한 사용자 인터페이스 수단으로서, 출력부(340)는 상기 에너지 관리 장치(300)의 동작 결과, 예를 들어, 모니터링 데이터, 시뮬레이션 결과, 실내 환경 조건 완화를 위한 제어값을 출력하여 상기 관리자가 확인할 수 있도록 하며, 상기 입력부(350)는 상기 에너지 관리 장치(300)의 동작 중 데이터 혹은 명령을 입력할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이 구성되는 에너지 관리 장치(300)는 서버 기반 컴퓨팅 방식 또는 클라우드 컴퓨팅 방식으로 동작하는 하나 이상의 서버로 구현될 수 있다. 특히, 클라우드 컴퓨팅 장치를 이용하여 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 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 에너지 관리 장치(300)는 먼저 S105 단계에서, 제어 대상인 냉난방 시스템(100)이 설치된 건물의 실내 환경 관리 지수를 획득하여 설정한다. 상기 실내 환경 관리 지수는 실제 현장에서의 실내 환경, 즉, 실내 온도/습도 관리 기준으로서, 건물 별로 원하는 쾌적성 관리 수준을 검토하기 위한 것이다.
이어서, S110 단계에서, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 건물의 과거 냉난방 상태 정보를 획득한다. 여기서, 과거 냉난방 상태 정보는 과거 일정 기간 동안에 수집된 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 재실율, 냉난방 부하율, 냉온수 사용량, 이산화탄소 농도 중 하나 이상을 포함하는 냉난방 상태와 관련된 정보로서, 과거 냉난방 상태 정보는 상기 건물의 관리자 혹은 상기 건물의 설비 제어 장치(200)로부터 제공받거나, 상기 에너지 관리 장치(300)의 모니터링 모듈(321)을 통해 일정 기간 동안의 실시간 냉난방 상태 정보를 수집하여 이용할 수 있다.
더하여, S115 단계에서, 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 건물의 실내 환경 관리 데이터를 획득한다. 여기서 실내 환경 관리 데이터는 실제 현장에서 냉난방 시스템에 적용되는 실내 온도/실내 습도 등의 관리 데이터를 의미한다.
또한, 상기 에너지 관리 장치(300)는, S120 단계에서, 상기 냉난방 시스템(100)에 대한 현재의 냉난방 상태 정보를 실시간으로 수집한다. 상기 S120 단계는, 본 발명에 의한 에너지 관리 방법이 적용되는 동안 일정 주기로 반복적으로 수행된다.
다음으로, 상기 에너지 관리 장치(300)는, S125 단계에서, 과거의 냉난방 상태 정보를 분석하여, 상기 냉난방 시스템(100)에 있어서 쾌적성이 저하되지 않는 범위내에서 에너지 절감을 위해 실내 환경 조건을 완화할 가능성이 있는 지를 판단한다.
상기 판단 결과 S130 단계에서 실내 환경 조건의 완화 가능성이 있는 것으로 판단되면, 상기 에너지 관리 장치(100)는, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 냉난방 상태 정보에 근거하여, 실내 환경 조건 완화를 위한 제어값을 설정한다.
구체적으로는, 먼저 S135 단계에서, 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해서 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템(100)의 제어값(온/오프 시점 및 간격)을 예측한다.
그리고 S140단계에서, 상기 냉난방 시스템(100)의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 현장 상황에 맞도록 상기 제어값을 보정한다.
마지막으로, S145 단계에서, 상기 보정된 제어값을 1차적으로 상기 냉난방 시스템(100)에 적용한 후, 이후에 실시간으로 수집한 냉난방 상태 정보에 따라서, 상기 제어값을 재보정함에 의해서, 상기 실내 환경 조건의 완화를 위한 최적의 제어값을 설정한다. 이렇게 재보정된 제어값은 상기 냉난방 시스템(100)에 적용되어, 최적의 실내 환경 완화 제어가 이루어질 수 있다.
상기 S135 단계 내지 S145 단계에서의 제어값 설정은, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 재실률, 냉난방 부하율, 이산화탄소 농도 중에서 하나 이상을 포함하는 냉난방 상태 정보를 참조하여 이루어지는 냉난방 시스템(100)의 오프 후 이루어지는 실내 온도 변화 분석을 기반으로 한 것으로서, 이렇게 분석된 냉난방 시스템(100)의 오프 후 실내 온도 변화를 기반으로, 적정 온/오프 시점 및 간격을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 설정된 제어값은 상기 냉난방 시스템(100)에 대한 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템(100)을 제어하는 설비 제어 장치(200)로 제공될 수 있다.
이에 의하여, 상기 관리자 또는 상기 설비 제어 장치(200)는 상기 제어값에 따라서 상기 냉난방 시스템(100)의 실내 환경의 설정 조건을 변경하고, 변경된 실내 환경 조건에 맞추어 냉난방을 수행하게 된다.
이때, 본 발명에 의한 에너지 관리 장치(300)는, S150 단계에서, 상기 제어값이 적용된 후의 쾌적성 정보를 수집한다. 상기 쾌적성 정보는 재실자의 클레임 여부로 수집될 수 있다.
그리고, S155 단계에서 쾌적성이 저하된 경우, 즉, 재실자로부터 클레임이 있는 경우, 상기 제어값을 조정하고, 상기 관리자 또는 상기 설비 제어 장치(200)로 제공하여, 상기 냉난방 시스템(200)의 실내 환경에 대한 설정 조건이 조정될 수 있도록 한다.
그리고, S165 단계에서 상기 에너지 관리 장치(300)는 상기 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 시스템(100)의 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 효과를 분석하고, 분석 결과에 기초하여 에너지 절감 보고 데이터를 생성하고, 생성된 데이터를 상기 관리자 혹은 설비 제어 장치(200)로 제공한다.
상술한 바에 의하면, 본 발명은 과도한 냉난방을 방지할 수 있으며, 그 결과 과도한 냉난방으로 인한 불필요한 에너지 소모를 줄여, 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
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 발명에 따르면, 공조설비를 통해 실내의 냉방 및 난방을 수행하는데 있어서, 외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 재실율, 실내온도, 냉난방 부하, 이산화탄소 농도 등 상기 냉방 및 난방과 관련된 다양한 정보를 실시간 및 기간별로 모니터링하고 분석하여, 비효율적으로 설정된 실내 환경 조건(실내 온도 및 실내 습도 등)을 검출하고, 쾌적성을 유지하는 범위 내에서 상기 실내 환경 조건을 완화시킴으로써, 사용자의 만족도 및 에너지 절감을 모두 만족시킬 수 있도록 한다.
100: 냉난방 시스템 200: 설비 제어 장치
300: 에너지 관리 장치 310: 통신부
320: 제어부 330: 저장부
340: 출력부 350: 입력부

Claims (9)

  1. 냉난방 시스템에 있어서, 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 실내 설정 온도 및 실내 설정 습도를 포함하는 실내 환경 조건의 완화 가능성을 판단하고, 완화 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 현재의 냉난방 상태 정보에 근거하여, 실내 환경 조건의 완화를 위한 냉난방 시스템에 대한 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 제어값을 설정하는 제어부;
    상기 제어부에서 설정된 제어값을 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템을 제어하는 설비 제어 장치로 제공하는 통신부; 및
    상기 과거 및 실시간으로 수집된 냉난방 상태 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 냉난방 상태 정보를 실시간으로 수집하는 모니터링 모듈;
    수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통하여 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템에 대한 제어값을 예측하는 시뮬레이션 모듈; 및
    상기 냉난방 시스템의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 시뮬레이션 모듈에서 예측된 제어값을 보정하고, 보정된 제어값을 1차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용한 후에 상기 모니터링 모듈을 통해 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 제어값을 재보정하고 재보정된 제어값을 2차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용시키는 실내 환경 조건 완화 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 모니터링 모듈은
    상기 실시간으로 수집하는 냉난방 상태 정보를 상기 저장부에 누적 저장하는 것을 특징으로 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 냉난방 상태 정보는
    외기 온도, 외기 습도, 이슬점, 실내 온도, 실내 습도, 냉난방 부하율, 재실률, 냉온수 사용량, CO2 농도 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 실내 환경 조건 완화 모듈은
    상기 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 냉난방 시스템의 오프 시점 이후의 실내 온도 변화 추이를 분석하고, 상기 분석 결과를 기반으로 상기 냉난방 시스템의 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 상기 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 효과를 분석하고, 이에 따라서 에너지 절감 보고 데이터를 생성하여 상기 관리자 혹은 상기 설비 제어 장치로 제공하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 장치.
  7. 냉난방 시스템의 운용에 있어서, 과거 누적된 과거 냉난방 상태 정보를 기반으로 상기 냉난방 시스템 운용 중의 실내 환경 조건 완화 가능성을 판단하는 단계;
    완화 가능성이 있는 경우, 과거 냉난방 상태 정보 및 실시간으로 수집된 상기 냉난방 시스템에 대한 냉난방 상태 정보에 근거하여, 상기 냉난방 시스템의 온오프 시점 및 간격 중에서 하나 이상을 포함하는 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 제어값을 관리자 혹은 상기 냉난방 시스템을 제어하는 설비 제어 장치로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 실내 환경 조건의 완화를 위한 제어값을 설정하는 단계는,
    수학적 모델링에 기초한 시뮬레이션을 통해 실내 환경 조건 완화를 위한 상기 냉난방 시스템의 제어값을 예측하는 단계;
    상기 냉난방 시스템의 과거 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 예측한 제어값을 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 제어값을 1차적으로 상기 냉난방 시스템에 적용한 후, 실시간으로 수집되는 냉난방 상태 정보를 이용하여 상기 제어값으로 재보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어값이 적용되기 전 및 상기 제어값이 적용된 후의 상기 냉난방 상태 정보를 비교하여, 에너지 절감 보고 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 조건의 완화를 통한 에너지 관리 방법.
KR1020120043624A 2012-04-26 2012-04-26 실내 환경 조건 완화를 통한 에너지 관리 장치 및 방법 KR20130120603A (ko)

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