KR20150102545A - 설비에 대한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법 - Google Patents

설비에 대한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공조 대상 영역을 복수의 존으로 구분하고, 구분된 영역별 열적 모델링을 근거로 공조를 수행하도록 설비를 제어하는 설비에 대한 중앙 제어 장치, 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 공조 대상 영역에 대한 공기 조화를 수행하는 공조기 및 상기 공조기에 대한 관제를 수행하는 중앙 제어 장치를 포함하는 설비 제어 시스템에 있어서, 상기 중앙 제어 장치는, 상기 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 상기 공조기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템을 제공한다.
이상의 본 발명에 따른 설비를 제어하기 위한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법은, 공조 대상 영역을 복수의 존으로 구분하고, 구분된 영역별 열적 모델링을 근거로 공조 설계하거나 공조를 수행하도록 공조기를 제어함으로써, 공조 영역 대상에 대한 효율적인 공조 설계 또는 공조 수행을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

설비에 대한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법 {CENTRAL CONTROL APPARATUS FOR FACILITIES, FACILITY CONTROL SYSTEM COMPRISING THE SAME AND METHOD FOR CONTROLLING FACILITIES}
본 발명은 설비에 대한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공조 대상 영역에 대한 공기 조화를 수행하는 공조기를 제어하는 설비에 대한 중앙 제어 장치, 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법에 관한 발명이다.
최근, 건물의 설비가 현대화됨에 따라 건물 내에 설치된 전력, 조명, 공조, 방재 및 방범 등의 설비들을 자동으로 제어하는 자동제어시스템이 확대되고 있다. 즉, 설비들을 전체적으로 통합하여 관리할 수 있는 설비 제어 시스템(또는 설비 관제 시스템)의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
설비 제어 시스템은 일반적으로 관제점이라고 하는 하나의 제어 또는 모니터링을 위한 감시점을 바탕으로 이루어질 수 있다. 따라서, 사용자 등은 한 개의 설비 또는 장비에 여러 개 혹은 단일의 관제점을 설정하고, 해당 관제점의 값을 통해 설비에 대한 모니터링, 제어 등을 수행할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 빌딩에 설치되는 설비의 종류 및 형태별로 해당 관제점을 설정하고, 설비 관제 시스템에 등록하여 빌딩의 자동제어를 수행할 수 있다.
한편, 공기 조화는 온도와 습도를 유지하고, 박테리아, 먼지, 유해 가스를 제거하여 실내에 있는 사람 또는 물체에 대하여 쾌적한 환경을 조절하거나 조성하는 것을 의미한다.
일반적으로 건물 내부의 실내 온도 또는 습도를 유지하기 위해, 설비 제어 시스템은 공조 장치를 통해, 실내에 설치된 각종 센서에 의해 측정된 값을 근거로 부하에 따라, 송풍량을 변화시키거나, 전기 또는 가스를 이용한 히트펌프를 구동시켜 토출 공기의 온도를 변화시키도록 한다.
도 1은 공조 대상 영역인 건물 내부에 대한 개념도이다. 도 1(a)는 공조 대상 영역(R)에 대한 종단면을 나타낸 도면이고, 도 1(b)는 상기 공조 대상 영역(R)에 대한 평면을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래에는 건물 내부에 대한 공조 설계를 수행하거나 공조를 수행할 경우, 공조 대상 영역(R)인 실내를 하나의 존(zone)으로 가정하였다.
종래와 같이, 실내를 하나의 존으로 가정하는 경우, 하나의 존에는 벽이나 창과 같은 외피를 통해 전달되는 외기나 창(W)을 통해 입사되는 일사에 의해 영향을 받는 영역과 영향을 받지 않는 영역이 공존하기 때문에, 공조 대상 영역(R)에 대한 효율적인 공조 설계 또는 공조 수행이 어려운 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 필요 기술이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 공조 대상 영역을 복수의 존으로 구분하고, 구분된 영역별 열적 모델링을 근거로 공조를 수행하도록 설비를 제어하는 설비에 대한 중앙 제어 장치, 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 공조 대상 영역에 대한 공기 조화를 수행하는 공조기 및 상기 공조기에 대한 관제를 수행하는 중앙 제어 장치를 포함하는 설비 제어 시스템에 있어서, 상기 중앙 제어 장치는, 상기 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 상기 공조기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 공조 대상 영역은, 외피의 적어도 일 측에서 내측으로 형성된 일정 영역을 외주부로 하고, 상기 외주부 이외의 영역을 내주부로 구분하되, 상기 중앙 제어 장치는, 상기 외주부가 복수인 경우, 상기 복수의 외주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 개별 공조를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 공조기는, 상기 외주부 및 내주부에 대해 서로 다른 공조 방식으로 공기 조화를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 외주부는, 창을 통과한 직달 일사량이 상기 공조 대상 영역에 도달하는 거리를 근거로 영역이 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 외주부는, 상기 공조 대상 영역에 대해 측정되는 일사량 또는 조도 값을 근거로 영역이 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 외주부에 대한 열평형 방정식은, 상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 인접한 외주부 및 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 실내의 내부 발열량을 더 포함할 수 이싸.
일 실시예에 따라, 상기 실내의 내부 발열량은, 상기 외주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내주부에 대한 열평형 방정식은, 상기 내주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 내주부 열량과 상기 내주부에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 실내의 내부 발열량을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 실내의 내부 발열량은, 상기 내주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 및 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 것을 중앙 제어 장치를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 외주부에 대한 열평형 방정식은, 상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 인접한 외주부 및 인접한 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량, 실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 내주부에 대한 열평형 방정식은, 상기 내주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 내주부 열량과 상기 내주부에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량, 천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하는 단계 및 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 단계를 포함하는 설비 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 공조기를 제어하는 단계는, 상기 공조기가 상기 외주부 및 내주부에 대해 서로 다른 공조 방식으로 공기 조화를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 설비 제어 방법은, 상기 공조 대상 영역 내 조도 센서 또는 일사계를 통해 일사량을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 공조 대상 영역을 구분하는 단계는, 상기 외주부를 창을 통과한 직달 일사가 상기 공조 대상 영역에 도달하는 거리를 근거로 영역을 설정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 외주부에 대한 열평형 방정식은, 상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 인접한 외주부 및 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 실내의 내부 발열량을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 빌딩 공조 방법은, 상기 외주부 및 내주부 별로 재실자 수를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 실내의 내부 발열량은, 상기 외주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 외주부 열량은, 실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 실내의 내부 발열량을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 빌딩 공조 방법은, 상기 외주부 및 내주부 별로 재실자 수를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 실내의 내부 발열량은, 상기 내주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 내주부 열량은, 천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 및 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 설비 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
이상의 본 발명에 따른 설비를 제어하기 위한 중앙 제어 장치, 이를 포함한 설비 제어 시스템 및 설비 제어 방법은, 공조 대상 영역을 복수의 존으로 구분하고, 구분된 영역별 열적 모델링을 근거로 공조 설계하거나 공조를 수행하도록 공조기를 제어함으로써, 공조 영역 대상에 대한 효율적인 공조 설계 또는 공조 수행을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외주부와 내주부 간의 경계를 측정된 일사량에 따라 주기적으로 가변시킴으로써, 계절, 기후, 시각 등에 의해 적응적으로 공조를 수행할 수 있다.
또한, 외주부를 측정된 일사량에 따라 세분화하고, 그에 따라 공조를 설계하거나 공조를 수행함으로써, 공조 대상 영역에 대하여 세부적인 공조 수행이 가능하여, 사용자의 쾌적감을 향상시킬 수 있다.
또한, 외주부 및 내주부에 대한 재실자 수를 산출하고, 이를 근거로 하여 정확한 열전달 모델링을 수행할 수 있기 때문에, 에너지 효율과 사용자 쾌적감을 향상시킬 수 있는 공조 수행이 가능하다.
도 1은 공조 대상 영역인 건물 내부에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템의 중앙 제어 장치를 중심으로 한 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빌딩 공조 장치가 공조를 수행하는 공조 대상 영역에 대한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 설비 제어 시스템의 중앙 제어 장치를 중심으로 한 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.
아래에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구성될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하고도 명확하게 설명하기로 한다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(또는 설비 관제 시스템)(10)은 건물 또는 빌딩에 배치된 설비를 제어하기 위한 빌딩 자동화 시스템일 수 있다. 특히, 설비 제어 시스템(10)은 빌딩종합관리시스템(BMS; Building Management System) 또는 건물 내에 설치된 설비들과 관련된 에너지를 관리하여 건물 내의 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높이기 위하여 사용되는 건물 에너지 관리 시스템(BEMS; Building Energy Management System)일 수 있다.
또한, 상기 빌딩 자동화 시스템은 자동화 시스템에서 적용 대상을 한정하지 않고, 공장 자동화 시스템 등을 포함하는 개념으로서, 본 명세서에서는 빌딩에 설치된 설비들을 제어하기 위한 빌딩 자동화 시스템을 일 예로 하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)은 중앙 제어 장치(100), 상기 중앙 제어 장치와 통신 네트워크를 통해 연결된 설비 제어 장치(200, 200'), 하나 이상의 설비(300, 300') 및 장비(400, 400')를 포함할 수 있다.
여기서, 설비(300, 300')는, 상기 설비 제어 시스템(10)을 구성하는 서브 시스템으로서, 예를 들어, 에어컨, 환기, 공조기, 팬, 보일러, 냉각탑, 펌프, 온/습도센서, 냉동기, 조명기기, 전력 기기, 화재 시스템 등을 의미할 수 있다.
장비(400, 400')는 예를 들어 냉각탑 시스템을 설비로 하는 경우, 냉각탑, 펌프, 온도 센서 등을 의미할 수 있다.
중앙 제어 장치(100)는 하나 이상의 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')에 대한 하나 이상의 관제점을 등록하고, 상기 관제점을 이용하여 상기 설비를 관제할 수 있다.
상기 중앙 제어 장치(100)는 상기 관제점을 통해 상기 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')를 운전하는 관제 프로그램을 포함하고, 상기 관제 프로그램을 이용하여 상기 설비들(300, 300') 또는 장비들(400, 400')을 제어 및/또는 감시할 수 있다.
일 예로, 설비(300, 300')가 공조기인 경우, 중앙 제어 장치(320)는 실외기 또는 실내기의 가동 여부, 운전 모드, 온도, 습도, 풍속, 풍향 등과 같은 상태를 디스플레이부를 통해 출력하거나, 사용자에 의한 입력에 의해 실외기 또는 실내기가 제어되도록 제어 명령을 실외기 또는 실내기에 전송할 수 있다.
상기 중앙 제어 장치(100)는 상기 관제점의 적어도 일부를 등록하여 생성되는 하나 이상의 스테이션(또는 "가상의 서버")을 구비하고, 상기 각 스테이션은 사용자 입력을 통해 입력된 제어명령에 따라 등록된 일부 관제점에 대한 설비를 관제하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 중앙 제어 장치(100)는, 건물 전체의 상황을 종합적으로 제어 및/또는 감시하는 장치로서, 상기 설비들(300, 300'), 예를 들어 기계설비, 조명, 전력, 출입통제, 방재, 주차관리, 시설관리 등을 위한 별도의 단말기들을 구비할 수 있다.
상기 중앙 제어 장치(100)는, 상기 설비 제어 장치(200)와 네트워크 통신을 통해 서로 정보를 공유하고, 관제점을 통해 상기 설비(300, 300') 및 이에 포함된 장비들(400, 400')을 제어 또는 감시하는 자동화 서버일 수 있다.
상기 설비 제어 장치(200)는, 상기 중앙 제어 장치(100)와 상기 하나 이상의 설비(300, 300') 사이에 위치하고, 상기 중앙 제어 장치(100)로부터 수신되는 관제 프로그램을 실행할 수 있다.
즉, 상기 설비 제어 장치(200)는, 설비들(300, 300')을 제어하는 직접 제어기(Direct Digital Controller) 또는 PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다.
또한, 상기 설비 제어 장치(200)는, 상기 중앙 제어 장치(100)와 서로 통신하여 정보를 교환하고, 상기 관제 프로그램 또는 상기 관제 프로그램에 따른 제어 명령을 수신하여 실행함으로써 상기 설비들(300, 300')을 제어할 수 있다.
또한, 상기 설비 제어 장치(200)는, 상기 설비들(300, 300')에 구비된 하나 이상의 장비(400, 400'), 예를 들어 각각의 센서 및 조작 기기들에 설정된 관제점을 통해 건물 내 설비들의 제어출력 및 상태 변화 등과 같은 설비관련 정보를 기록하거나 저장할 수 있다.
상기 설비 제어 장치(200)는, 예를 들어, 상기 관제 프로그램에 따라 상기 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')를 제어 또는 감시하는 마이크로 컴퓨터일 수 있다. 다시 말해, 상기 설비 제어 장치(200)는 통신 네트워크를 통해 상기 중앙 제어 장치(100)와 연결되어서, 필요한 정보를 서로 송수신한다. 그에 따라, 건물 내에 설치된 공조 및 기타 설비에 대한 각 관제점들을 감시 또는 제어하고, 상기 각 관제점들에 내장된 함수를 이용하여 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')의 입출력 신호를 직접 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 설비 제어 장치(200)는, 상기 중앙 제어 장치(100)와 상기 하나 이상의 설비(300, 300') 사이에 연결되어서 관제 프로그램 또는 상기 관제 프로그램에 따른 제어 명령을 수신하여, 이를 실행할 수 있다.
그리고 상기 설비 제어 장치(200)는 그 실행 결과를 상기 중앙 제어 장치(100)에 전송할 수 있다. 이를 위해, 상기 중앙 제어 장치(100)는, 상기 관제 프로그램 또는 상기 관제 프로그램에 따른 제어 명령을 상기 설비 제어 장치(200)에 전송하고, 상기 설비 제어 장치(200)로부터 상기 관제 프로그램 또는 상기 관제 프로그램에 따른 제어 명령에 따른 실행 결과를 수신하는 수단으로 통신부(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어 장치(100)와, 설비 제어 장치(200), 및 각 설비들(300, 300')은 통신 네트워크를 통해 서로 연결될 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 통신 네트워크는 다양한 통신 프로토콜을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 중앙 제어 장치(100)와, 설비 제어 장치(200), 및 각 설비들(300, 300')은 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol), 백넷(Building Automation & Control Network; BACnet)을 통해 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 통신 프로토콜에는 CAN, DeviceNet, Profibus, Interbus, LonWorks 등이 있으며, 그 중 특히 LonWorks는 OSI 7계층을 모두 사용하여 인터넷에 쉽게 연결될 수 있어 인터넷을 통한 감시 및 제어가 가능하다는 장점이 있어 다양하게 응용되고, 그 중요성 역시 점차 확대되고 있다.
설비(300, 300')가 공조기(310)인 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)의 중앙 제어 장치(100)를 중심으로 한 일부 구성을 도 3에 나타내었다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)의 중앙 제어 장치(100)는 공조기(310)와 통신 가능하도록 연결된 제어부(110)를 포함한다.
공조기(310)는 공조 대상 영역에 대한 공기 조화를 수행하는 수단으로서, 건물 내부의 실내 온도 또는 습도를 유지하도록 한다.
공조기(310)의 종류 또는 공조 방식 등에 대하여, 본 발명은 특별히 한정하지 않으나, 일 예로서, 본 발명에 따른 공조기(310)는 AHU(Air Handdling Unit), FCU(Fan Coil Unit), EHP(Electric Heat Pump), GHP(Gas Heat Pump) 등일 수 있으며, 공조 대상 영역에 대하여 정풍량 방식(CAV; Constant Air Volume), 변풍량 방식(VAV; Variable Air Volume), 팬코일 유닛 방식(FCU), 유인 유닛 방식(IDU; Induction Unit), 복사 냉난방 방식 등으로 공조를 수행할 수 있다.
이때, 공조기(310)는 후술하는 바와 같이, 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분된 공조 대상 영역(R)에 대하여 서로 다른 공조 방식을 제공(일 예로, 내주부는 VAV 방식, 외주부는 EHP 방식)하도록 설계되어, 상기 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대하여 개별 공조를 수행할 수 있다.
제어부(110)는 공조기(310)가 공조 대상 영역(R)에 공조를 수행하도록 상기 공조기(310)를 제어하되, 상기 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 상기 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 한다.
공조 대상 영역(R)은 벽과 같은 외피로 둘러싸인 실내의 영역으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분될 수 있다. 도 4(a)는 공조 대상 영역(R)에 대한 종단면을 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 상기 공조 대상 영역(R)에 대한 평면을 나타낸 도면이다.
즉, 외주부(O)는 외피의 적어도 일 측에서 내측 방향으로 형성된 소정의 영역일 수 있고, 내주부(I)는 상기 공조 대상 영역(R)에서 상기 적어도 하나의 외주부(O)를 제외한 영역일 수 있다.
이렇게, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은 종래와 달리 공조 대상 영역(R)을 하나의 존(zone)으로 가정하지 않고, 도 4에 도시한 바와 같이, 공조 대상 영역(R)을 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분하고, 그 구분에 따라 공조 설계 또는 공조 수행을 달리함으로써, 공조 대상 영역(R)에 대하여 에너지 효율 및 사용자의 쾌적감을 높일 수 있는 공조 설계 또는 공조 수행을 할 수 있다.
이때, 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대한 열전달 모델링을 이용한 열평형 방정식을 근거로 상기 외주부(O) 및 내주부(I)에 대한 공조 설계 또는 공조 수행을 할 수 있으며, 일 실시예에 따른, 외주부(O)에 대한 열평형 방정식은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ρ는 밀도(kg/㎥), cp는 비열(W/(㎏K)), V는 체적(㎥), T는 온도(K), h는 열전달 계수, U는 통합열전달계수(W/(㎡K)), A는 면적(㎡), q〃 sol는 일사(W/㎡), λshgc는 창의 차폐계수,
Figure pat00002
는 질량흐름률(kg/s), qsens는 내부 발열량(W)이다.
즉, 상기 수학식 1에 나타난 열평형 방정식은, 외주부(O)의 실내 온도 변화율에 따른 제1 외주부 열량과 외주부(O)에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립될 수 있다.
이때, 제2 외주부 열량은, 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 구체적으로 첫 번째 항부터 순차적으로, 실외의 온도 변화에 따라 외피 및 창을 통해 전달되는 열량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 공조기(310)에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 외기가 실내로 직접 들어오는 침기(외피, 창 등의 틈, 및 도어의 개폐 등에 의해 실내에 침입하는 공기)에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량(예로서, 인체, 조명, 각종 발열체 등에 의한 발열량), 그리고 인접한 외주부 및 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
도 4(b)에 도시한 바와 같이, 공조 대상 영역(R)이 내주부(I)를 중심으로 방향에 따라 외주부(O)가 복수로 구분(예로서, 북쪽 방향의 외주부(ON), 동쪽 방향의 외주부(OE), 남쪽 방향의 외주부(OS), 서쪽 방향의 외주부(OW))되는 경우, 복수의 외주부(O) 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 공조 설계가 되거나 개별 공조를 수행할 수 있다.
또한, 내주부(I)에 대한 열평형 방정식은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
상기 수학식 2에 나타난 열평형 방정식은, 내주부(I)의 실내 온도 변화율에 따른 제1 내주부 열량과 내주부(I)에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립될 수 있다.
이때, 제2 내주부 열량은, 상기 수학시 2에 나타낸 바와 같이, 구체적으로 첫 번째 항부터 순차적으로, 인접한 외주부(O)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 천장 및 바닥을 통해 전달되는 열량, 공조기(310)에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 그리고 실내의 내부 발열량(예로서, 인체, 조명, 각종 발열체 등에 의한 발열량)을 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)의 공조기(310)는 제2 외주부 열량 및 제2 내주부 열량을 근거로 하여, 외주부(O) 및 내주부(I)에 대한 공조 방식을 달리하도록 설계될 수 있고, 또한 공조 방식과 무관하게, 외주부(O) 및 내주부(I)가 동일 공조 방식에 의하더라도, 공조기(310)가 외주부(O) 및 내주부(I)에 개별적으로 공조를 수행를 수행하도록 제어될 수 있다.
일 예로서, 현재 실내 온도를 이용한 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량(또는 제1 내주부 열량)과 모델링된 실내 열부하 및 공조기(310)에 의해 공급 또는 제거되는 열량을 근거로 한 제2 외주부 열량(또는 제2 내주부 열량)을 이용하여, 제어부(110)는 외주부(또는 내주부)에 대하여 공조기(310)가 냉난방 등의 공조를 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은 공조 대상 영역(R)을 외주부(O)와 내주부(I)로 구분하고, 각각에 대한 열전달 모델링을 이용한 열평형 방정식을 근거로 하기 때문에, 제2 외주부 열량 및 제2 내주부 열량은 인접한 내주부(I) 및 외주부(O)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 공조 대상 영역 내 구분된 영역들 간의 영향 정도를 근거로 함으로써, 외주부(O) 및 내주부(I)에 대한 정확한 열전달 모델링이 가능하여, 공조 대상 영역(R)에 대한 효율적인 공조가 가능하다. 특히, 내주부(I)의 경우에는, 주변에 인접한 외주부(O)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 모두 반영하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 따른 중앙 제어 장치(100)는 설비 제어 장치(200), 혹은 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')와 데이터를 송수신하기 위한 통신부(130)를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')에 제어 명령을 전송하거나, 제어 명령의 실행 결과, 처리 과정, 또는 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')의 각종 상태 정보 등에 대한 정보를 수신할 수 있다.
통신부(130)와, 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400') 간 유선 또는 무선에 의한 데이터 통신시, 상기 통신부(130)는 설비 제어 장치(200)를 거치거나 혹은 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')와 데이터 통신이 직접 이루어질 수 있음은 전술한 바와 같으나, 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')의 전단에 배치되어 서로 다른 통신 프로토콜을 사용하는 두 네트워크 간의 통신이 가능하도록 데이터를 전달하는 게이트웨이(일 예로, BACnet G/W, LonWorks G/W 등)(미도시)를 통해 데이터 통신이 이루어질 수도 있다.
이때, 통신부(130), 설비 제어 장치(200), 게이트웨이(미도시), 설비(300, 300') 및/또는 장비(400, 400')들의 노드 간 데이터 통신은 RS-232, RS-422, RS-485, PSDN(Public Switching Data Network), ISDN(Integrated Services Digital Network), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), VDSL(Very-high-data rate Digital Subscriber Line), 이더넷(Ethernet), PLC(Power Line Communication) 등의 유선 통신으로 연결되거나, 와이브로(WIBRO), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)/WCDMA, 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide band), 와이파이(Wireless Fidelity), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access), IRDA(Infrared Data Association), 무선주파수(RF: Radio Frequency), 블루투스(Bluetooth), 이동 컴퓨팅(Mobile Computing), 주파수 공용 통신(TRS: Trunked Radio System), 및 IEEE1394 등의 무선 통신으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 따른 중앙 제어 장치(100)는 인터페이스부(120)를 더 포함할 수 있다.
인터페이스부(120)는 공조기(310)의 상태(현재 온도, 습도, 오염도, 희망 온도, 습도, 오염도, 동작 모드, 송풍 여부, 전원의 온오프 상태 등) 및/또는 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 통해 감지된 조도 값을 출력하거나, 상기 공조기(310)에 대한 제어명령을 사용자로부터 직접 입력받는 수단이다.
인터페이스부(120)는 사용자로부터 제어명령을 입력받거나, 상태 정보를 출력하기 위해, 일반적으로 컴퓨터 단말기 또는 제어 터치 패널(Control Touch Panel)을 포함할 수 있다.
또한, 인터페이스부(120)는 HTTP(HyperText Transfer Protocol), HTTPS(HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등을 사용하여 XML 기반의 메세지를 네트워크 상에서 교환하는 형태의 프로토콜인 SOAP 또는 빌딩 자동화용 통신 프로토콜인 BACnet 등을 이용하여, 이동 통신 단말(미도시) 혹은 기타 단말기(미도시)를 통해 원격지의 사용자로부터 제어명령을 입력받거나, 원격의 사용자로 각종 상태 정보를 전송할 수도 있다.
제2 실시예
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은 공조 대상 영역(R)을 외주부(O)와 내주부(I)로 구분한다. 이때, 공조 대상 영역(R) 내 외주부(O)는 외피의 적어도 일 측에서 내측 방향으로 형성된 일정 영역일 수 있고, 내주부(I)는 상기 공조 대상 영역에서 상기 적어도 하나의 외주부(O)를 제외한 영역일 수 있다.
이때, 외주부(O)의 영역은 사용자 등에 의해 기 설정될 수 있으나, 제어부(110)는 후술할 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 이용하여, 주기적으로 조도 값 또는 일사량을 측정함으로써, 외주부(O)의 영역을 동적으로 설정하고, 그에 따라 공조기(310)를 통해 공조를 수행하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 외주부(O)와 내주부(I) 간의 경계를 설정하기 위해, 창을 통과한 직달 일사가 공조 대상 영역 내에 도달하는 거리를 근거로 외주부의 영역이 설정될 수 있다.
이때, 상기 직달 일사가 도달하는 거리는, 특별히 한정하지 않으나, 기 설정된 기준 일사량 이상의 직달 일사가 도달한 거리의 최장 거리, 최단 거리 혹은 이들 간의 평균거리일 수 있으나, 바람직하게는 창(W)을 통해 공조 대상 영역(R)에 입사되는 일사량에 따른 가중치를 반영한 도달 거리들을 산술 평균한 거리일 수 있다.
외주부(O)와 내주부(I) 간의 경계를 계절, 기후, 시각 등에 따라 가변시키고, 그에 따라 구분된 외주부(O) 및 내주부(I)의 영역별로 공조를 수행함으로써, 환경 변화에 따라 적응하여 에너지 효율이 높고, 사용자의 쾌적감이 높은 공조가 가능하다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)은 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 통해 측정된 일사량에 따라, 외주부(O)를 외측으로부터 내측 방향으로 제1 외주부, 제2 외주부, ... 제n 외주부로 세분화할 수 있고, 세분화된 외주부(O) 별로 공조 방식을 달리하도록 설계하거나, 공조를 달리 수행할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)은, 중앙 제어 장치(100)에 통신 가능하도록 연결된 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')에 해당하는 조도 센서(320)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)은, 공조 대상 영역(R)에 대한 조도 값을 측정하기 위한 조도 센서(320)를 더 포함할 수 있다.
조도 센서(320)는 주변의 임의의 광원으로부터 입사된 빛을 감지하여, 조도를 측정하는 수단이다.
이러한 조도 센서(320)는 공조 대상 영역의 임의의 위치에 적어도 하나 설치될 수 있으나, 바람직하게는 공조 대상 영역 내에 창을 통해 입사되는 일사의 영향 여부를 판단할 수 있도록, 창의 위치를 기준으로 소정 거리의 천장에 설치되거나, 일정 거리를 간격으로 배치되어 설치될 수 있다.
따라서, 제어부(110)는 조도 센서(320)를 통해 측정한 조도 값에 계절, 기후, 시각 등이 반영된 환산계수를 적용하여, 조도 값을 일사량으로 환산하고, 환산된 일사량을 근거로 외주부(O)의 영역을 설정하거나, 설정된 외주부(O)를 세분화할 수 있다.
그러나, 조도 센서(320)를 통해 측정된 조도는 태양광 이외의 백열등, 형광등 등과 같은 램프 등에 의한 영향을 받을 수 있는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 시스템(10)은 일사계(미도시)를 포함하여, 일사계를 통해 일사량을 측정하고, 이를 근거로 외주부(O)의 영역을 설정하거나, 설정된 외주부(O)를 일사가 입사되는 정도에 따라 세분화할 수 있다.
제3 실시예
전술한 바와 같이, 본 발명의 따른 설비 제어 시스템(10)은, 공조 대상 영역을 외주부(O)와 내주부(I)로 구분하고, 각각에 대한 열전달 모델링을 하되, 제2 외주부 열량 및/또는 제2 내주부 열량은 실내의 내부 발열량을 근거로 할 수 있다.
실내의 내부 발열량을 산출할 때, 실내의 인체, 조명, 각종 전자/전기 기기 등에 의한 발열량을 포함할 수 있으나, 특히, 인체에 의한 발열량의 경우, 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대한 존(zone) 별 재실자 수를 산출하고, 이를 근거로 하는 것이 바람직하다.
재실자 수를 산출하기 위해, 일 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은, 도 5A에 도시한 바와 같이, 중앙 제어 장치(100)에 통신 가능하도록 연결된 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')에 해당하는 인체 감지 센서(330)를 더 포함할 수 있다.
제어부(110)는 외주부(O) 또는 내주부(I)에 위치한 책상 혹은 의자를 향하여 설치된 인체 감지 센서(330)를 이용하여, 상기 책상 또는 의자에 사람의 존재 여부를 판단하고, 그 수를 계수함으로써, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은, 도 5B에 도시한 바와 같이, 중앙 제어 장치(100)에 통신 가능하도록 연결된 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')에 해당하는 계측기(340)를 더 포함할 수 있다.
제어부(110)는 적어도 하나의 계측기(340)를 이용하여, 외주부(O) 또는 내주부(I)에 위치한 책상마다 설치된 컴퓨터의 소비전력을 측정하고, 측정된 소비전력이 기준 값 이상인지 여부를 판단하여, 기준 값 이상이라면 사람이 있는 것을 가정하여 재실자의 수를 하나 증가시켜 계수함으로써, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다.
이때, 계측기(340)를 이용하여 측정된 외주부(O) 또는 내주부(I)에 대한 소비전력을 이용하여, 실내의 전자/전기 기기에 의해 발생하는 발열량을 예측함으로써, 제2 외주부 열량 및/또는 제2 내주부 열량에 대한 열전달 모델링을 이용한 열평형 방정식에 함께 포함하여, 정교한 열평형 방정식을 세울 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 인체 감지 센서(330)를 이용하여 재실 여부 판단하는 경우에는 인체 감지 센서(330)가 설치된 위치에 사람이 없으면 정확한 계수가 어려운 문제가 있고, 계측기(340)를 이용하여 재실 여부 판단하는 경우에는 컴퓨터가 설치되어 있지 않은 사무실에는 적용할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해소하기 위해, 또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은, 도 5C에 도시한 바와 같이, 중앙 제어 장치(100)에 통신 가능하도록 연결된 설비(300, 300') 또는 장비(400, 400')에 해당하는 출입 관리 시스템(350)을 더 포함할 수 있다.
출입 관리 시스템(350)은 제어부(110)와 통신부(130)를 통해 데이터 송수신 가능하도록 연결되되, 출입 관리 시스템(350)은 리더기(351) 및 출입자 데이터베이스(352)를 포함할 수 있다.
리더기(351)는 빌딩의 출입구, 자세하게는 메인 게이트(main gate)에 설치되어, 사람이 통과할 경우, 출입 카드에 저장된 정보를 읽는 수단이다.
출입자 데이터베이스(352)는 사용자 정보를 저장하되, 특히 사용자와 매칭된 빌딩 내 위치 정보를 함께 저장함으로써, 제어부(110)가 리더기(351)를 통해 출입 카드로부터 읽은 사용자 정보를 출입자 데이터베이스(352)에 저장된 정보와 비교하여, 현재 출입된 사용자에 대한 위치 정보를 추출할 수 있도록 한다.
일 예로, 출입된 사용자의 위치 정보(일 예로, 근무 위치 등)를 추출하기 위해 사용자의 소속 정보를 이용할 수 있다.
제어부(110)는 리더기(351)로부터 읽어들인 사용자 정보와 매칭되는 위치 정보를 이용하여, 사용자가 출입구를 통해 입실한 경우에는, 매칭되는 위치(외주부(O) 또는 내주부(I))의 재실자 수를 증가시키고, 반대로 사용자가 출입구를 통해 퇴실한 경우에는, 매칭되는 위치(외주부(O) 또는 내주부(I))의 재실자 수를 감소시킴으로써, 빌딩 내 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분된 공조 대상 영역(R)에 대하여 존(zone) 별 재실자 수를 산출할 수 있다.
일 예로, 리더기(351)를 통해 읽은 출입 카드로부터 빌딩으로 들어오는 사람에 대한 소속 정보가 영업 1팀인 경우, 영업 1팀의 빌딩 내 위치에 대한 재실자의 수를 하나 증가시켜 계수함으로써, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다
한편, 전술한 제1 내지 제3 실시예에 따른 기능의 수행 주체는 중앙 제어 장치(100)를 기준으로 설명하였으나, 동일한 기능을 설비 제어 장치(200)가 수행할 수도 있다.
설비 제어 방법
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 방법은 공조 대상 영역(R)을 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분하는 단계(S10), 및 외주부(O)와 내주부(I) 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 단계(S20)를 포함한다.
이하, 도 1 내지 5를 참조하여 자세히 살펴보기로 하되, 앞선 설명과 중복되는 부분은 그에 갈음하고, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제어부(110)가 공조 대상 영역(R)을 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분하는 단계(S10)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 외피로 둘러싸인 실내의 공조 대상 영역(R)을 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분한다.
공조 대상 영역(R) 내 외주부(O)는 외피의 적어도 일 측에서 내측 방향으로 형성된 소정의 영역일 수 있고, 내주부(I)는 상기 공조 대상 영역(R)에서 상기 적어도 하나의 외주부(O)를 제외한 영역일 수 있다.
이렇게, 본 발명에 따른 빌딩 공조 방법은 종래와 달리 공조 대상 영역을 하나의 존(zone)으로 가정하지 않고, 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분하여, 그에 따라 공조 설계될 수 있다. 일 예로, 공조기(310)는, 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 서로 다른 공조 방식을 제공(일 예로, 내주부는 VAV 방식, 외주부는 EHP 방식)하도록 설계될 수 있다.
또한, 공조 방식과 무관하게, 외주부(O) 및 내주부(I)가 동일 공조 방식에 의하더라도, 외주부(O) 및 내주부(I)에 개별적으로 공조가 수행되도록 제어부(110)는 공조기(310)를 제어할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은, 공조기(310)가 외주부(O)와 내주부(I) 각각에 대해 열평형 방정식을 근거로 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 단계(S20)를 포함한다.
본 발명에 따른 설비 제어 시스템(10)은 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대한 열전달 모델링을 이용한 열평형 방정식을 근거로 공조 방식을 다르게 하거나, 또는 구분된 빌딩 공조 영역별로 공조를 개별 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른, 외주부(O)에 대한 열평형 방정식과 내주부(I)에 대한 열평형 방정식은 전술한 수학식 1 및 2와 같이 나타낼 수 있다.
상기 수학식 1에 나타난 외주부(O)에 대한 열평형 방정식은, 외주부(O)의 실내 온도 변화율에 따른 제1 외주부 열량과 외주부(O)에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립될 수 있다.
이때, 제2 외주부 열량은, 구체적으로 실외의 온도 변화에 따라 외피 및 창을 통해 전달되는 열량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 공조기(310)에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 외기가 실내로 직접 들어오는 침기(외피, 창 등의 틈, 및 도어의 개폐 등에 의해 실내에 침입하는 공기)에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량(예로서, 인체, 조명, 각종 발열체 등에 의한 발열량), 그리고 인접한 외주부(O) 및 내주부(I)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함할 수 있다.
도 4(b)에 도시한 바와 같이, 공조 대상 영역(R)이 내주부(I)를 중심으로 방향에 따라 외주부(O)가 복수로 구분되는 경우, 복수의 외주부(O) 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 공조 설계가 되거나 개별 공조를 수행할 수 있다.
또한, 상기 수학식 2에 나타난 열평형 방정식은, 내주부(I)의 실내 온도 변화율에 따른 제1 내주부 열량과 내주부(I)에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립될 수 있다.
이때, 제2 내주부 열량은, 구체적으로 인접한 외주부(O)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 천장 및 바닥을 통해 전달되는 열량, 공조기(310)에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 그리고 실내의 내부 발열량(예로서, 인체, 조명, 각종 발열체 등에 의한 발열량)을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은 공조 대상 영역(R)을 외주부(O) 및 내주부(I)로 구분하여 열전달 모델링을 하기 때문에, 전술한 바와 같이, 제2 외주부 열량 및 제2 내주부 열량은 인접한 내주부(I) 및 외주부(O)와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 공조 대상 영역 내 구분된 영역들 간의 상호 영향 정도가 포함됨으로써, 외주부(O) 및 내주부(I)에 대한 정확한 열전달 모델링이 가능하여, 공조 대상 영역(R)에 대한 효율적인 공조가 가능하다. 특히, 내주부(I)의 경우에는, 주변에 인접한 외주부(O)와의 상호 영향 정도를 모두 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은 인터페이스부(120)를 통해 공조기(310)의 상태(현재 온도, 습도, 오염도, 희망 온도, 습도, 오염도, 동작 모드, 송풍 여부, 전원의 온오프 상태 등) 및/또는 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 통해 감지된 조도 값을 출력하거나, 상기 공조기(310)에 대한 제어명령을 사용자로부터 직접 입력받는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 인터페이스부(120)는 HTTP(HyperText Transfer Protocol), HTTPS(HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등을 사용하여 XML 기반의 메세지를 네트워크 상에서 교환하는 형태의 프로토콜인 SOAP 또는 빌딩 자동화용 통신 프로토콜인 BACnet 등을 이용하여, 이동 통신 단말(미도시) 혹은 기타 단말기(미도시)를 통해 원격지의 사용자로부터 제어명령을 입력받거나, 원격의 사용자로 각종 상태 정보를 전송할 수도 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설비 제어 방법은 도 6B에 도시한 바와 같이, 제어부(110)가 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 통해 일사량을 측정하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은 공조 대상 영역을 외주부(O)와 내주부(I)로 구분한다.
이때, 외주부(O)의 영역은 사용자 등에 의해 기 설정될 수 있으나, 제어부(110)는 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 이용하여, 주기적으로 일사량을 측정함으로써, 외주부의 영역을 동적으로 설정하고, 그에 따라 공조기(310)를 통해 공조를 수행하는 것이 바람직하다.
이때, 외주부(O)는, 일 측의 외피로부터 내측 방향으로 소정의 거리만큼 형성된 범위로 설정하되, 외주부(O)와 내주부(I) 간의 경계를 설정하기 위해, 창(W)을 통과한 직달 일사가 공조 대상 영역(R) 내에 도달하는 거리를 근거로 외주부(O)의 영역이 설정될 수 있다.
이때, 상기 직달 일사가 도달하는 거리는, 특별히 한정하지 않으나, 기준 일사량 이상의 직달 일사가 도달한 거리의 최장 거리, 최단 거리 혹은 이들 간의 평균거리일 수 있으나, 바람직하게는 창을 통해 공조 대상 영역에 입사되는 일사량에 따른 가중치를 반영한 도달 거리들을 산술 평균한 거리일 수 있다.
외주부(O)와 내주부(I) 간의 경계를 계절, 기후, 시각 등에 따라 가변시키고, 그에 따라 구분된 외주부(O) 및 내주부(I)의 영역별로 공조를 수행함으로써, 에너지 효율이 높고, 사용자의 쾌적감이 높은 공조 수행이 가능하다.
나아가, 조도 센서(320) 또는 일사계(미도시)를 통해 측정된 일사량에 따라, 외주부(O)를 외측으로부터 내측 방향으로 제1 외주부, 제2 외주부, ... 제n 외주부로 세분화하여, 세분화된 외주부 별로 공조 방식을 달리하도록 설계하거나, 공조를 달리 수행할 수도 있다.
제어부(110)는 공조 대상 영역(R)에 설치된 조도 센서(320)를 통해 측정한 조도 값에 계절, 기후, 시각 등이 반영된 환산계수를 적용하여, 일사량으로 환산하고, 환산된 일사량을 근거로 외주부(O)의 영역을 설정하거나, 외주부(O)를 세분화할 수 있다.
그러나, 조도 센서(320)를 통해 측정된 조도는 태양광 이외의 백열등, 형광등 등과 같은 램프 등에 의한 영향을 받을 수 있는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 빌딩 공조 방법은, 제어부(110)가 일사계(미도시)를 통해 측정된 일사량을 이용하여, 이를 근거로 외주부(O)의 영역을 설정하거나, 설정된 외주부(O)를 일사가 입사되는 정도에 따라 세분화할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 설비 제어 방법은 도 6C에 도시한 바와 같이, 제어부(110)는 인체 감지 센서(330), 계측기(340) 또는 출입 관리 시스템(350)을 통해 존(zone) 별 재실자 수를 산출하는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 공조 대상 영역을 외주부(O)와 내주부(I)로 구분하고, 각각에 대한 열전달 모델링을 하되, 제2 외주부 열량 및/또는 제2 내주부 열량은 실내의 내부 발열량을 포함할 수 있다.
상기 실내의 내부 발열량을 산출할 때, 실내의 인체, 조명, 각종 전자/전기 기기 등에 의한 발열량이 포함될 수 있으나, 특히, 인체에 의한 발열량은, 외주부(O) 및 내주부(I) 각각에 대한 존(zone) 별 재실자 수를 산출하고, 이를 근거로하는 것이 바람직하다.
재실자 수를 산출하기 위해, 일 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은, 도 5A에 도시한 바와 같이, 외주부(O) 또는 내주부(I)에 위치한 책상 혹은 의자를 향하여 설치된 인체 감지 센서(330)를 통해, 감지된 사람의 수를 계수함으로써, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은, 도 5B에 도시한 바와 같이, 외주부(O) 또는 내주부(I)에 위치한 책상마다 설치된 컴퓨터의 소비전력을 측정하는 계측기(340)를 통해, 측정된 소비전력을 기준으로 사람의 재실 여부를 판단하여, 그 수를 계수함으로써, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다.
이때, 계측기(340)를 통해 외주부(O) 또는 내주부(I)에 대하여 측정된 소비전력을 이용하여, 실내의 전자/전기 기기에 의해 발생하는 발열량을 예측하여, 제2 외주부 열량 및/또는 제2 내주부 열량에 대한 열전달 모델링시 함께 포함될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 설비 제어 방법은, 도 5C에 도시한 바와 같이, 출입 관리 시스템(350)을 통해 출입하는 사용자의 출입 카드로부터 읽어들인 사용자 정보를 이용하여, 외주부(O) 또는 내주부(I)의 재실자 수를 산출할 수 있다.
즉, 출입 관리 시스템(350)은, 도 5C에 도시한 바와 같이, 제어부(110)와 데이터 송수신 가능하도록 연결되되, 출입 관리 시스템(350)은 리더기(351) 및 출입자 데이터베이스(352)를 포함할 수 있다.
리더기(351)는 빌딩의 출입구, 자세하게는 메인 게이트(main gate)에 설치되어, 사람이 통과할 경우, 출입 카드에 저장된 정보를 읽는 수단이다.
출입자 데이터베이스(352)는 사용자 정보를 저장하되, 특히 사용자와 매칭된 빌딩 내 위치 정보를 함께 저장함으로써, 제어부(110)는 리더기(351)를 통해 출입 카드로부터 읽은 사용자 정보를 출입자 데이터베이스(352)에 저장된 정보와 비교하여, 현재 출입된 사용자에 대한 위치 정보를 추출할 수 있도록 한다. 일 예로, 출입된 사용자의 위치 정보(일 예로, 근무 위치 등)를 추출하기 위해 사용자의 소속 정보를 이용할 수 있다.
제어부(110)는 리더기(351)로부터 읽어들인 사용자 정보와 매칭되는 위치 정보를 이용하여, 사용자가 출입구를 통해 입실한 경우에는, 매칭되는 위치(외주부(O) 또는 내주부(I))의 재실자 수를 증가시키고, 반대로 사용자가 출입구를 통해 퇴실한 경우에는, 매칭되는 위치(외주부(O) 또는 내주부(I))의 재실자 수를 감소시킴으로써, 빌딩 내 외주부(O) 또는 내주부(I)로 구분된 공조 대상 영역(R)에 대하여 존(zone) 별 재실자 수를 산출할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록매체
이상 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 제어 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당 업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 설비 제어 시스템 100: 중앙 제어 장치
110: 제어부 120: 인터페이스부
130: 통신부 200: 설비 제어 장치
300, 300': 설비 310: 공조기
320: 조도 센서 330: 인체 감지 센서
340: 계측기 350: 출입 관리 시스템
351: 리더기 352: 출입자 데이터베이스
400, 400': 장비 R: 공조 대상 영역
W: 창 O: 외주부
I: 내주부

Claims (34)

  1. 공조 대상 영역에 대한 공기 조화를 수행하는 공조기; 및
    상기 공조기에 대한 관제를 수행하는 중앙 제어 장치;
    를 포함하는 설비 제어 시스템에 있어서,
    상기 중앙 제어 장치는,
    상기 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 상기 공조기를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조 대상 영역은,
    외피의 적어도 일 측에서 내측으로 형성된 일정 영역을 외주부로 하고, 상기 외주부 이외의 영역을 내주부로 구분하되,
    상기 중앙 제어 장치는,
    상기 외주부가 복수인 경우, 상기 복수의 외주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로 개별 공조를 수행하도록 상기 공조기를 제어하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조기는,
    상기 외주부 및 내주부에 대해 서로 다른 공조 방식으로 공기 조화를 수행하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 외주부는,
    창을 통과한 직달 일사량이 상기 공조 대상 영역에 도달하는 거리를 근거로 영역이 설정되는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외주부는,
    상기 공조 대상 영역에 대해 측정되는 일사량 또는 조도 값을 근거로 영역이 설정되는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 외주부에 대한 열평형 방정식은,
    상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립되는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    인접한 외주부 및 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    실내의 내부 발열량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실내의 내부 발열량은,
    상기 외주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 내주부에 대한 열평형 방정식은,
    상기 내주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 내주부 열량과 상기 내주부에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립되는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    실내의 내부 발열량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 실내의 내부 발열량은,
    상기 내주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 및 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 시스템.
  16. 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 외주부에 대한 열평형 방정식은,
    상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립되는 것을 특징으로 하는 중앙 제어 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    인접한 외주부 및 인접한 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량, 실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량, 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 내주부에 대한 열평형 방정식은,
    상기 내주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 내주부 열량과 상기 내주부에 출입하는 제2 내주부 열량으로 성립되는 것을 특징으로 하는 중앙 제어 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량, 실내의 내부 발열량, 천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 제어 장치.
  21. 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하고, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 장치.
  22. 공조 대상 영역을 외주부 및 내주부로 구분하는 단계; 및
    상기 외주부 및 내주부 각각에 대한 열평형 방정식을 근거로, 상기 외주부 및 내주부 각각에 대하여 개별 공조를 수행하도록 공조기를 제어하는 단계;
    를 포함하는 설비 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공조기는,
    상기 외주부 및 내주부에 대해 서로 다른 공조 방식으로 공기 조화를 수행하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 설비 제어 방법은,
    상기 공조 대상 영역 내 조도 센서 또는 일사계를 통해 일사량을 측정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 공조 대상 영역을 구분하는 단계는,
    상기 외주부를 창을 통과한 직달 일사가 상기 공조 대상 영역에 도달하는 거리를 근거로 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 외주부에 대한 열평형 방정식은,
    상기 외주부의 실내 온도 변화율을 근거로 한 제1 외주부 열량과 상기 외주부에 출입하는 제2 외주부 열량으로 성립되는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    인접한 외주부 및 내주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    실내의 내부 발열량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 설비 제어 방법은,
    상기 외주부 및 내주부 별로 재실자 수를 산출하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 실내의 내부 발열량은,
    상기 외주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 외주부 열량은,
    실외로부터 외피 및 창을 통해 전달되는 실내의 열량 변화량, 창을 통과한 직달 일사량에 따른 열량 변화량, 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량 및 외기가 실내로 직접 들어오는 침기에 따른 열량 변화량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    인접한 외주부와의 공기 이동에 따른 열량 변화량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    실내의 내부 발열량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 빌딩 공조 방법은,
    상기 외주부 및 내주부 별로 재실자 수를 산출하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 실내의 내부 발열량은,
    상기 내주부의 재실자 수를 근거로 산출된 인체 발열량을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  33. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 내주부 열량은,
    천장 및 바닥을 통해 실내로 전달되는 열량 변화량, 및 상기 공조기에 의해 공급 및 제거되는 열량 변화량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 제어 방법.
  34. 제 22 항 내지 제 28 항 및 제 30항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 따른 상기 설비 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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