KR20150145970A - 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 표면 온도 센서를 포함하는 원격 센서 및 습도 센서, 공기 온도 센서의 각 측정치를 고려하여 작용 온도 등을 산출하고 이를 바탕으로 공조 시스템을 제어함으로써 사용자에게 보다 쾌적한 환경을 제공하거나, 결로를 방지하거나, 열손실을 최소화할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 실내 공기의 온도를 측정하는 공기 온도 센서; 전송된 신호를 수신하는 데이터 수신부; 공기의 온도 및 습도를 조절하는 공조부; 및 상기 공기 온도 센서 및 데이터 수신부로부터 센서가 측정한 데이터를 전달받고, 이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 에어컨; 및 부착되는 지점의 표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서와, 상기 표면 온도 센서가 측정한 데이터를 상기 데이터 수신부로 전송하는 데이터 송신부를 포함하는 원격 센서 모듈을 포함하여 구성되며, 상기 원격 센서 모듈은 실내의 하나 이상의 지점에 부착되며, 상기 원격 센서 모듈 중 하나 이상은 창문에 부착되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템을 개시한다.

Description

원격 센서를 포함하는 공조 시스템 및 그 제어 방법 {Air conditioning system including remote sensor and controlling method thereof}

본 발명은 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 표면 온도 센서를 포함하는 원격 센서 및 습도 센서, 공기 온도 센서의 각 측정치를 고려하여 작용 온도 등을 산출하고 이를 바탕으로 공조 시스템을 제어함으로써 사용자에게 보다 쾌적한 환경을 제공하거나, 결로를 방지하거나, 열손실을 최소화할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 생활 환경의 서구화와 함께 지구 온난화 등의 영향으로 여름철에 에어컨 등을 사용하는 실내 냉방에 대한 수요가 커지고 있는 반면, 이와 함께 환경 문제에 대한 관심이 커지면서 에어컨 등 냉방 기기의 에너지 효율을 개선하기 위한 연구도 다양하게 이루어지고 있다.

종래 통상의 에어컨은 에어컨 본체 내부에 내장되는 공기 온도 센서를 이용하여 실내 공기 온도를 측정하고, 이를 사용자가 설정한 기준 온도와 비교하여 상기 에어컨의 동작을 제어하는 방식으로 그 동작을 제어하였다. 그런데, 상기와 같이 에어컨 본체 내부에 내장되는 공기 온도 센서에서 측정한 실내 공기 온도 만을 이용하여 에어컨의 동작을 제어하는 경우, 공기의 대류에 따르는 높이별 온도 편차, 실내 공간의 위치별 온도 편차 등이 나타날 수 있고 실내 공기 온도가 적절하게 파악되지 못하여, 결국 사용자가 실제 느끼게 되는 쾌적감이 떨어지게 되는 문제점이 나타날 수 있었다.

이에 대하여, 대한민국 공개특허 특1995-0003741호(1995년 2월 17일 공개)에서는 에어컨 본체의 상층부와 하층부에 소정의 센서를 장착하고, 여기서 측정된 온도차를 고려하여 에어컨의 가동 여부, 풍향 등을 조절하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법으로는 공기의 대류에 따르는 온도 편차를 고려하는 등 실내 온도 측정치를 다소 개선할 수 있을 뿐인데, 사용자가 실내에서 느끼게 되는 쾌적감은 단순하게 실내 공기 온도만을 정확하게 측정하여 냉방을 조절한다고 개선될 수 있는 것이 아니고, 이외에도 실내에서의 풍속, 습도 등 여러 가지 요소가 영향을 미치게 되므로, 이를 함께 고려하여 에어컨의 동작을 제어함으로써 사용자가 실제 느끼게 되는 쾌적감을 보다 효과적으로 개선할 필요가 있게 된다.

또한, 상기 에어컨 등 공조기기는 통상 여름 등에는 냉방 용도로 많이 사용되고 있으나, 이에 그치지 않고 제습 용도로도 많이 이용되고 있다. 예를 들어 여름철 등에 냉방 기능을 사용하지 않고도 높은 습도를 낮추기 위하여 에어컨의 제습 기능만을 사용하는 경우를 들 수 있다. 그런데, 겨울철 등의 경우에는 외부의 기온이 낮아지고 실내에서는 난방으로 인하여 온도가 높아지면서 실내외 온도차가 커지게 되는데, 이에 따라 창문이나 벽의 표면의 온도가 소정의 노점 온도보다 낮을 경우 유리창이 벽면 등에 물방울이 생성될 수 있고, 나아가 유리창 등에 생성된 물방울이 결빙되면서 사용자에게 불편함을 초래할 수 있게 된다. 상기와 같이 결로가 발생하게 되면 실내에 곰팡이와 같은 미생물이 생기기 쉽고 이로 인해 건물 등 구조체의 강도가 약화되거나, 건물 내부에서 생활하는 사람 등의 건강에 악영향을 미칠 수 있게 된다. 특히, 상기한 유리창에 결로 또는 결빙이 발생하는 경우 운행상의 안전 등을 위협할 수 있는 자동차나 항공기 등의 경우에는 이러한 문제가 단순한 사용상의 불편함에 그치지 않고 심각한 위협으로 나타날 수도 있다.

또한, 근래 화석 연료의 고갈 및 환경 문제의 영향으로 에너지 효율을 개선하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있는데, 특히 에어컨은 전력 소모가 큰 기기 중 하나로서 적절하게 제어하지 못하는 경우 실내외 온도차에 따라 에너지 손실이 늘어나는 문제점도 나타날 수 있게 된다.

이에 따라, 사용자가 실제로 느끼게 되는 쾌적감을 효과적으로 개선하고, 실내외에서의 온도차로 인한 결로, 결빙 및 열손실을 억제할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법이 요구되고 있으나, 이에 대한 적절한 해결책이 아직 제시되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 사용자가 실제로 느끼는 쾌적감을 효과적으로 개선할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 실내외의 온도차에 따라 발생할 수 있는 유리창 등에서의 결로, 결빙 및 열손실을 억제할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 공조 시스템은 실내 공기의 온도를 측정하는 공기 온도 센서; 전송된 신호를 수신하는 데이터 수신부;

공기의 온도 및 습도를 조절하는 공조부; 및 상기 공기 온도 센서 및 데이터 수신부로부터 센서가 측정한 데이터를 전달받고, 이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 에어컨; 및 부착되는 지점의 표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서와, 상기 표면 온도 센서가 측정한 데이터를 상기 데이터 수신부로 전송하는 데이터 송신부를 포함하는 원격 센서 모듈을 포함하여 구성되며, 상기 원격 센서 모듈은 실내의 하나 이상의 지점에 부착되며, 상기 원격 센서 모듈 중 하나 이상은 창문에 부착되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 에어컨 또는 원격 센서 모듈 중 하나 이상에는 습도 센서가 더 포함되며, 상기 습도 센서가 측정한 데이터는 상기 제어부로 전달되어 상기 공조부의 동작을 제어하는데 이용될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 전달받은 각 표면 온도 센서의 측정 데이터로부터 유효 표면 온도를 산출하고, 공기 온도 센서의 측정 데이터의 평균치를 산출한 후, 이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부가 유효 표면 온도를 산출함에 있어서, 창문에 부착된 원격 센서 모듈에서의 표면 온도 측정치의 평균치와, 벽면에 부착된 원격 센서 모듈에서의 표면 온도 측정치의 평균치를 사용하고, 창문과 벽면의 면적 비율을 고려하여 상기 유효 표면 온도를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 창문의 표면 온도 측정치 및 실내 공기 온도, 습도 측정치를 고려하여 노점 온도를 산출한 후, 이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 소정의 표면 온도 측정치 및 실내 공기 온도 측정치를 고려하여 열손실 계산치를 산출한 후, 이를 소정의 열손실 기준치와 비교하여 상기 공조부의 동작을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 공조 시스템의 제어 방법은 실내 한 곳 이상의 지점에서의 표면 온도를 측정하는 단계; 실내에서의 공기 온도를 측정하는 단계; 상기 표면 온도 및 공기 온도 측정치로부터 작용 온도 또는 열손실 계산치를 산출하는 단계; 및 상기 작용 온도 또는 열손실 계산치를 소정의 기준 설정치와 비교하여 공조부의 동작을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 표면 온도를 측정하는 지점 중 한 곳 이상은 창문인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 작용 온도를 산출함에 있어, 상기 표면 온도 측정치로부터 유효 표면 온도를 산출하고, 상기 유효 표면 온도와 공기 온도 측정치의 평균치를 작용 온도로 산출할 수 있다.

또한, 상기 유효 표면 온도를 산출함에 있어, 창문에서의 표면 온도 측정치의 평균치와, 벽면에서의 표면 온도 측정치의 평균치를 사용하고, 창문과 벽면의 면적 비율을 고려하여 상기 유효 표면 온도를 산출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 공조 시스템의 제어 방법은 실내 한 곳 이상의 지점에서의 표면 온도를 측정하는 단계; 실내에서의 공기 온도를 측정하는 단계; 실내에서의 습도를 측정하는 단계; 상기 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치를 이용하여 노점 온도를 산출한 후 공조부의 동작을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 표면 온도를 측정하는 지점 중 한 곳 이상은 창문인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 표면 온도 센서를 포함하는 원격 센서 및 습도 센서, 공기 온도 센서의 각 측정치를 고려하여 작용 온도 등을 산출하고 이를 바탕으로 공조 시스템을 제어함으로써 사용자에게 보다 쾌적한 환경을 제공하거나, 결로를 방지하거나, 열손실을 최소화할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 구현하는 효과를 갖는다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 제어 방법 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방, 열손실 감지, 제습 기능을 수행하는 공조 시스템의 동작 알고리즘이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 방지 기능을 수행하는 공조 시스템의 동작 알고리즘이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은, 종래 기술에 따라 에어컨 본체 내부에 내장되는 공기 온도 센서를 이용하여 실내 공기 온도를 측정하고, 이를 사용자가 설정한 기준 온도와 비교하여 상기 에어컨의 동작을 제어하는 방식으로 그 동작을 제어하는 경우 실내 공기 온도가 적절하게 파악되지 못하여 사용자가 실제 느끼게 되는 쾌적감이 떨어지게 되는 문제점이 나타날 수 있고, 이를 개선하기 위하여 에어컨 본체의 상층부와 하층부에 소정의 센서를 장착하더라도 공기의 대류에 따르는 온도 편차를 고려하는 등 실내 온도 측정치를 다소 개선할 수 있을 뿐, 사용자가 실내에서 느끼게 되는 쾌적감에 영향을 줄 수 있는 실내에서의 풍향, 습도 등 여러가지 요소를 이를 함께 고려해야 한다는 한계가 있으며, 또한, 상기 에어컨 등 공조기기를 제습 용도로 이용하는 경우 유리창 등에 결로 또는 결빙이 발생하는 경우를 고려하여 이를 억제할 수 있도록 동작할 필요가 있고, 마지막으로 에어컨 등 공조기기를 적절하게 제어하지 못하는 경우 실내외 온도차에 따라 열손실이 늘어날 수 있다는 문제점에 착안하여, 표면 온도 센서를 포함하는 원격 센서 및 습도 센서, 공기 온도 센서의 각 측정치를 고려하여 작용 온도 등을 산출하고 이를 바탕으로 공조 시스템을 제어함으로써 사용자에게 보다 쾌적한 환경을 제공하거나, 결로를 방지하거나, 열손실을 최소화할 수 있는 공조 시스템 및 그 제어 방법을 개시하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템 및 그 제어 방법의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템(100)의 일 실시예를 도시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템(100)은 하나 이상의 원격 센서 모듈(110) (도 1의 A1, A2) 및 이와 연동되는 에어컨(120) 본체로 구성될 수 있으며, 이때 상기 하나 이상의 원격 센서 모듈(110) 중 최소한 하나(도 1의 A2) 이상은 외부로부터 열이 유입되거나 외부로 열이 유출되기 쉬운 유리창 등의 창문에 부착되게 된다.

종래 통상의 에어컨 등 공조기기에서는 에어컨 등의 내부에 부착된 공기 온도 센서(도 1의 B)를 이용하여 실내 공기의 온도를 측정한 후 이를 제어 회로(도 1의 C)로 전달하여 공조기기의 동작을 제어하곤 하였으나, 실내에 머무르는 재실자가 실제로 느끼게 되는 쾌적감에는 보다 다양한 요소가 영향을 미칠 수 있어, 단순하게 실내 공기 온도 만을 측정하여 이를 바탕으로 에어컨 등 공조기기를 제어하는 것 만으로는 재실자 또는 사용자가 실제로 느끼게 되는 쾌적감을 효과적으로 개선하지 못한다는 문제가 생긴다. 예를 들어, 여름철에 냉방을 위하여 에어컨을 가동시키는 경우를 고려해보면, 사용자가 실제로 느끼게 되는 체감 온도는 단순히 실내 공기의 온도만으로 결정되는 것이 아니고, 실내에서의 풍속이나 습도 등도 영향을 미칠 수 있고, 특히 실내 벽면이나 창문 등 높은 온도를 가지는 열원에서 방출되는 복사열이 중요한 요소로서 작용하게 된다. 여름철 등 냉방 기능을 사용하는 경우 창문을 모두 닫는 등 통상 외부와 차단된 상태이므로 실내에서의 풍속 및 습도 등은 공조기기에 의해서 조절될 수 있으므로, 이를 고려하여 제어하는 것이 가능하지만, 상기 벽면이나 창문 등 열원에서 방출되는 복사열의 경우에는 독립적으로 작용되는 요소로서 사용자가 실제로 느끼게 되는 체감 온도 등을 고려하여 사용자의 실제 쾌적감을 개선하기 위해서는 이를 적절하게 고려하여 에어컨 등 공조기기를 제어하는 것이 바람직하게 된다.

특히, 유리창 등 창문의 경우에는 단열재를 내장하는 벽면 등의 경우와 달리 외부의 열을 효과적으로 차단하지 못하여 열원으로서 작용하게 되므로, 본 발명에서는 특히 유리창 등 창문에 센서를 부착하여 그 표면 온도를 측정하고, 이를 고려하여 사용자가 실제로 느끼게 되는 체감 온도를 산출하고, 이를 이용하여 에어컨 등 공조기기의 동작을 제어하도록 함으로써, 사용자가 느끼는 쾌적감을 개선하도록 하고 있다.

나아가, 겨울철 등의 경우에도 유리창 등 창문의 경우에는 외부의 낮은 온도에 쉽게 영향을 받게 되어 결로가 나타날 수 있으므로, 유리창 등의 표면 온도와 실내의 공기 온도 및 습도를 측정하여 결로가 발생할 수 있는 노점 온도를 산출하고, 이를 이용하여 결로를 방지할 수 있도록 에어컨 등 공조기기를 이용하여 실내의 공기의 온도나 습도를 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기 유리창 등 창문의 표면 온도와 실내의 공기 온도 등을 고려하여 유리창 등 창문을 통한 열손실의 정도를 산출하고 이를 소정의 기준치와 비교하여 에어컨 등 공조기기를 제어함으로써 열손실을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

그런데, 상기 유리창 등 창문 외에도 열원으로서 기능하게 되는 지점들이 있을 수 있다. 예를 들어 온돌식 난방으로 인하여 높은 온도를 가지게 되는 온돌 바닥이라던가, 일부 단열 기능이 떨어지는 벽면 등의 경우, 상기 유리창 등 창문의 경우와 유사하게 원격 센서 모듈(110)을 부착하여 표면 온도 등을 측정하고, 이를 함께 고려하여 에어컨 등 공조기기를 제어하도록 함으로써, 보다 효과적인 제어를 구현할수 있게 된다.

또한, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 원격 센서 모듈(110)은 실내의 하나 이상의 지점에 부착되며, 이때 상기 원격 센서 모듈 중 하나 이상은 창문에 부착되게 된다. 이러한 원격 센서 모듈에서 측정되는 소정의 센서 측정치들은 무선 통신 등 소정의 통신 수단을 통하여 에어컨(120) 본체 등 공조기기로 전달되어 에어컨(120) 등 공조기기를 제어하는 데이터로 사용되게 된다.

도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템(100)의 구성도를 도시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템(100)은 실내 공기의 온도를 측정하는 공기 온도 센서(122), 전송된 신호를 수신하는 데이터 수신부(126), 공기의 온도 및 습도를 조절하는 공조부(128) 및 상기 공기 온도 센서(122)와 데이터 수신부(126)로부터 센서가 측정한 데이터를 전달받고, 이를 이용하여 상기 공조부(128)의 동작을 제어하는 제어부(127)를 포함하는 에어컨(120) 본체 및 부착되는 지점의 표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서(112)와 상기 표면 온도 센서가 측정한 데이터를 상기 데이터 수신부(126)로 전송하는 데이터 송신부(116)를 포함하는 원격 센서 모듈(110)을 포함하여 구성되며, 상기 원격 센서 모듈(110)은 실내의 하나 이상의 지점에 부착되며, 이때 상기 원격 센서 모듈(110) 중 하나 이상은 창문에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어컨(120) 본체 또는 원격 센서 모듈(110) 중 하나 이상에는 습도 센서(114, 124)가 더 포함될 수 있으며, 이때 상기 습도 센서(114, 124)가 측정한 데이터는 상기 제어부(127)로 전달되어 상기 공조부(128)의 동작을 제어하는데 이용될 수 있다.

또한, 상기 에어컨(120) 본체에는 사용자로부터 상기 에어컨(120)의 동작 모드 설정 등 소정의 입력을 전달받거나, 사용자에게 현재 실내의 공기 온도 등을 표시해 줄 수 있는 표시부(129)가 더 포함될 수도 있다.

아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템(100)의 각 구성 부분별로 나누어 자세하게 살핀다. 먼저 원격 센서 모듈(110)에 대하여 살핀다. 원격 센서 모듈(110)에는 표면 온도 센서(112), 습도 센서(114), 데이터 송신부(116) 등이 포함될 수 있다.

상기 표면 온도 센서(112)는 상기 원격 센서 모듈(110)이 부착되는 유리창 등 창문, 벽면 등의 표면 온도를 측정하게 된다. 표면 온도를 적절하게 측정할 수 있는 센서라면 특별한 제한없이 사용될 수 있겠으나, 원격 센서 모듈(110)이 부착된 지점에서의 표면 온도를 측정하게 되는 것이므로, 접촉식 온도 센서를 사용하는 것이 가능하며, 이를 통하여 보다 저렴한 비용으로 보다 정확한 온도 측정이 가능해지며, 또한 습도 센서 등 다양한 센서들을 일체화할 수 있다는 장점을 가지게 된다.

또한, 습도 센서(114)에서는 상기 원격 센서 모듈(110)이 부착된 지점 부근에서의 실내 공기 습도를 측정하게 된다. 습도 센서(114)의 경우에도 최소한 1개만 존재하면 실내 습도를 측정할 수 있겠으나, 앞서 살핀 온도의 경우와 유사하게, 습도의 경우에도 실내의 위치 등에 따라 그 분포가 달라질 수 있으므로, 복수의 위치에서 습도를 측정하는 경우 그 정확성을 보다 높일 수 있게 된다.

상기한 표면 온도 센서(112) 및 습도 센서(114)에서 측정된 표면 온도 및 습도 측정 데이터들은 데이터 송신부(116)를 거쳐 에어컨(120) 본체의 데이터 수신부(126)로 전달되게 된다. 이때, 상기 측정 데이터를 적절하게 전송할 수 있는 전송 방법이라면 특별한 제한없이 적용될 수 있는데, 예를 들어 상기 데이터 송신부(116)와 데이터 수신부(126)를 블루투스(Bluetooth) 방식으로 연결시키는 것도 가능하고, 상기 데이터 송신부(116)가 와이파이(WiFi)를 사용하여 무선랜을 통하여 상기 데이터 수신부(126)로 상기 측정 데이터들을 전송하는 것도 가능하며, 또는 ISM 대역의 주파수를 사용하고 자체적인 프로토콜로 데이터를 전송하도록 하는 것도 가능하며, 이외에도 경우에 따라서는 상기 데이터 송신부(116)과 데이터 수신부(126)를 유선으로 연결하여 측정 데이터를 직접 전송하게 하는 것도 가능하다. 보다 구체적인 예를 들자면, 상기 원격 센서 모듈(110) 및 에어컨(120)이 주택 등 다소 넓은 공간의 실내에 배치되어 있다면, 상호 간의 거리 등을 고려할 때, 기존에 구축되어 있는 무선랜 시스템을 이용하거나 블루투스를 이용하여 무선 통신 방식으로 측정 데이터를 전송하는 것이 가능하며, 또한 상기 원격 센서 모듈(110) 및 에어컨(120)이 자동차 등의 좁은 실내 공간에 배치되는 경우에는 필요에 따라서 유선으로 연결하여 측정 데이터를 직접 전송하게 하는 것도 비용 및 효과 등을 볼 때 적절한 선택이 될 수 있다.

다음으로 에어컨(120) 본체에 대하여 살핀다. 상기 에어컨(120) 본체에는 실내 온도 센서(122), 습도 센서(124), 데이터 수신부(126), 제어부(127), 공조부(128), 사용자 인터페이스부(129) 등이 포함될 수 있다.

상기 실내 온도 센서(122)에서는 에어컨(120) 본체 내부로 흡입된 실내 공기의 온도를 측정하게 된다. 이어서 상기 측정된 실내 공기 온도 데이터는 상기 제어부(127)로 전달되어 상기 공조부(128)의 동작을 제어하는데 사용되거나, 상기 사용자 인터페이스부(129)로 전달되어 디스플레이 등에 표시됨으로써 사용자에게 전달될 수도 있다. 상기 실내 온도 센서(122)의 경우 종래의 기술에 따라 구성되거나 운용될 수 있으므로 여기서는 자세하게 살피지 아니한다.

다음으로, 상기 습도 센서(124)에서도 상기 실내 온도 센서(122)와 유사하게 본체 내부로 흡입된 실내 공기의 온도를 측정하게 된다. 이어서 상기 측정된 실내 공기 온도 데이터는 상기 제어부(127)로 전달되어 상기 공조부(128)의 동작을 제어하는데 사용되거나, 상기 사용자 인터페이스부(129)로 전달되어 디스플레이 등에 표시됨으로써 사용자에게 전달될 수도 있다. 상기 습도 센서(124)의 경우, 실내 공기의 습도를 측정하기 위한 센서인데, 앞서 살핀 바와 같이 원격 센서 모듈(110)에 구비될 수도 있으므로, 경우에 따라서는 에어컨(120) 본체에 구비되지 않을 수도 있다. 상기 습도 센서(124)의 경우도 종래의 기술에 따라 구성되거나 운용될 수 있으므로 여기서는 자세하게 살피지 아니한다.

이어서, 데이터 수신부(126)에 대하여 살핀다. 상기 데이터 수신부(126)에서는 앞서 살핀 데이터 송신부(116)로부터 원격 센서 모듈(110)에 포함되는 표면 온도 센서(112), 습도 센서(114) 등 센서의 측정 데이터를 전송받고, 이를 제어부(127)로 전송하게 된다. 앞서 살핀 바와 같이 상기 측정 데이터의 전송에는 와이파이, 블루투스 등 무선 통신 방식이 사용되거나 필요에 따라서는 유선 통신 방식이 사용될 수도 있다. 이에 대해서는 이미 앞에서 자세하게 기술한 바, 여기서는 자세하게 살피지 아니한다.

다음으로, 제어부(127)에 대하여 살핀다. 제어부(127)에서는 상기 원격 센서 모듈(110)에 포함되는 표면 온도 센서(112), 습도 센서(114)의 측정 데이터 및 에어컨(120) 본체에 구비되는 실내 온도 센서(122), 습도 센서(124)의 측정 데이터를 전달받아, 이를 바탕으로 공조부(126)의 동작을 제어하거나 사용자 인터페이스부(129)에 소정의 정보를 표시하여 사용자에게 제공하게 된다.

아래에서는, 본 발명의 일 실시예로서 상기 제어부(127)의 동작을 보다 자세하게 설명한다. 상기 제어부(127)은 사용자가 설정하는 동작 모드에 따라 몇가지 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 여름철에 냉방 기능을 수행하는 경우를 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 상기 제어부(127)는 원격 센서 모듈(110)의 표면 온도 센서(112) 및 에어컨(120) 본체의 실내 온도 센서(122)에서 측정된 각 측정 데이터의 평균치를 산출한 후, 이를 사용자가 설정한 설정치와 비교하여 상기 공조부의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 원격 센서 모듈(110)이 1개 존재하는 경우, 표면 온도 센서(112)에서 측정된 표면 온도(T_s)와 실내의 공기 온도(T_a)에 의하여 사용자에게 전달되는 온도를 작용 온도(T_o)라고 하면, 상기 작용 온도는 정확하게 표현하기 위해서는 사용자의 위치와 실내 구조, 열원의 배치 등을 고려하여야 하고, 나아가 표면의 온도와 면적, 복사 각도에 따라 달라질 수 있는 평균 복사 온도(Mean Radiant Temperature)를 이용하여 계산을 하여야 하므로, 다소 복잡한 수식이 필요하겠으나, 실용적으로는 비용 대비 효과 등을 고려해 볼 때, 아래와 같이 근사화한 방법을 적용하는 것이 보다 적절하다고 할 수 있다. 이에 따라서 상기 작용 온도(T_s)는 아래의 <수학식 1>과 같이 표면 온도(T_s)와 실내의 공기 온도(T_a)의 평균치로 표현될 수 있다.

[수학식 1]

이에 따라, 상기 표면 온도(T_s)와 실내의 공기 온도(T_a)의 측정치로부터 작용 온도(T_o)를 산출한 후, 이를 사용자가 미리 설정한 설정치와 비교하여 냉방 기능의 동작을 제어할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 복수의 원격 센서 모듈(110)이 사용되는 경우, 보다 정확하게는 벽면의 각 면적과 유리창 등 창문의 면적을 고려하여 총 면적에 대한 복사 온도 평균치를 구하는 것이 바람직하다. 그런데, 실제 개별 환경에서는 상기 벽면과 창문의 면적 비율을 파악하여 반영하는 것은 번잡한 작업이 될 수 있으므로, 사용자의 편의성 측면에서 평균적인 실내 환경에서의 벽면 및 유리창 등 창문의 면적을 고려하여 벽면을 80%, 창문을 20%의 비율로 보아 계산하는 것도 적절하다고 할 수 있다. 이에 따라, 유리창 등 창문에서의 표면 온도(T_{s _ win}) 측정치와 벽면에서의 표면 온도(T_{s _ wall (n)}) 측정치에 대한 전체 표면에 대한 유효 표면 온도(T_s)는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 나아가, 유리창 등 창문에 부착된 원격 센서 모듈(110)이 복수개인 경우 상기 표면 온도(T_{s _ win})는 각 원격 센서 모듈(110)에서 측정된 표면 온도의 평균치를 사용할 수도 있다.

[수학식 2]

나아가, 원격 센서 모듈(110)에 공기 온도 센서가 포함되는 경우에는 아래의 <수학식 3>과 같이 에어컨(120) 본체에 구비되는 공기 온도 센서(122)에서의 측정치(T_{a _ cond})와 원격 센서 모듈(110)의 공기 온도 센서 측정치(T_{a _ remote})평균치를 구하여 이를 공기 온도(T_a)로 사용할 수 있다.

[수학식 3]

또한, 상기 제어부(127)는 상기 원격 센서 모듈(110)의 표면 온도 센서(112)에 의한 표면 온도 측정치 및 에어컨(120) 본체의 공기 온도 센서(122)에 의한 공기 온도 측정치를 고려하여 열손실 계산치를 산출한 후, 이를 소정의 열손실 기준치와 비교하여 상기 공조부의 동작을 제어하거나 소정의 디스플레이에 표시하여 사용자에게 정보로서 제공할 수 있다.

또한, 상기 제어부(127)는 상기 원격 센서 모듈(110)의 습도 센서(114) 및 에어컨(120) 본체의 습도 센서(124)에서 측정된 습도 데이터를 고려하여 제습 기능의 동작도 함께 제어하는 것도 가능하다.

나아가, 상기 제어부(127)는 상기한 일련의 센서들의 측정치를 이용하여 결로 방지 기능으로 동작하도록 상기 공조부(128)을 제어할 수도 있다. 보다 구체적으로는 유리창 등 창문이나 외부 온도에 쉽게 영향을 받는 벽면의 경우 겨울철 등 실내외의 온도차가 커지는 경우 그 표면에 물방울이 맺히는 결로 현상이 생길 수 있는데, 이때 상기 일련의 센서들에서 측정된 표면 온도(T_s) 측정치 및 실내 공기(T_a) 온도, 습도(RH) 측정치를 고려하여 노점 온도(T_dp)를 산출한 후, 상기 산출된 노점 온도가 상기 측정된 표면 온도 측정치보다 낮을 경우 제습 기능을 동작시켜 실내 공기의 습도를 낮춤으로써 유리창 등의 표면에 물방울이 맺히거나, 나아가 물방울이 결빙되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이때, 상기 노점 온도(T_dp)를 산출함에 있어서는 상당한 정확도를 가지며 통상적으로 많이 사용되는 아래의 <수학식 4>의 수식을 이용할 수 있다.

[수학식 4]

다음으로, 공조부(128)에 대하여 살핀다. 공조부(128)에서는 상기 통상의 에어컨 등 공조기기에서의 공조부(128)와 유사하게 실내 공기를 흡입하여 공기의 온도와 습도를 조절한 후 다시 분출하게 된다. 통상 액상 냉매를 사용하여 증발기에서 액체를 기화시키면서 기화열에 의한 냉각 기능을 수행하고, 다시 실외기에서는 기체를 액체로 응축시키는 싸이클에 의하여 실내의 공기를 공조하게 된다. 이러한 공조부(128)의 구성과 운용은 종래의 기술에 의하여 특별한 어려움없이 구현이 가능하므로 여기서는 자세하게 살피지 아니한다.

마지막으로, 사용자 인터페이스부(129)에 대하여 검토한다. 상기 사용자 인터페이스부(129)에서는 리모콘이나 키패트 등을 통하여 사용자로부터 동작 모드와 같은 소정의 설정치 등을 입력받거나, 소정의 디스플레이 등을 통하여 현재 실내 공기의 온도 등 소정의 정보를 사용자에게 제공해주게 된다. 상기 사용자 인터페이스부(129)의 구성과 운용도 종래의 기술에 의하여 특별한 어려움없이 구현이 가능하므로 여기서는 자세하게 살피지 아니한다.

도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 제어 방법 순서도를 도시하고 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 제어 방법은 실내 한 곳 이상의 지점에서의 표면 온도를 측정하는 단계(S310), 실내에서의 공기 온도를 측정하는 단계(S320), 실내에서의 습도를 측정하는 단계(S330), 상기 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치로부터 작용 온도, 열손실 또는 노점 온도를 산출하는 단계(S340), 사용자가 설정한 동작 모드 및 기준치와 비교하는 단계(S350), 및 공조부를 제어하여 동작시키는 단계(S360)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 제어 방법을 보다 자세하게 살펴보기 위하여 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템의 동작 흐름도를 참고하여 그 방법을 보다 자세하게 살핀다.

먼저, S310 내지 S330의 일련의 단계를 통하여 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치를 구하게 된다. 그런데, 상기한 각 센서들의 측정치가 항상 필요한 것은 아니고, 사용자가 설정한 동작 모드에 따라 그 일부만이 사용될 수도 있으므로, 필요에 따라서는 일부 측정 단계가 생략될 수도 있다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 센서를 포함하는 공조 시스템은 그 동작 모드에 따라 다소 다른 방식으로 동작하게 된다. 예를 들어, 우리 나라의 경우 여름철에는 고온 다습한 날씨가 이어지게 되므로, 통상 여름에는 냉방 기능과 제습 기능이 함께 구동될 수 있도록 냉방 및 제습 모드로 동작하게 되고, 반면 겨울철에는 외부 기온이 실내에 비하여 크게 낮아지면서 유리창 등에 물방울이 맺히거나, 나아가 결빙이 생길 수 있으므로 이를 방지하기 위한 결로 방지 모드로 동작시킬 수 있다. 이러한 동작 모드에 따라서, 상기 S310 내지 S330에서의 각 센서의 측정 데이터 중 일부는 불필요한 경우가 생길 수 있으므로, 이러한 경우 일부 측정 단계는 생략될 수도 있다.

다음으로 상기 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치로부터 작용 온도, 열손실 또는 노점 온도를 산출하는 단계(S340)에서는 앞서 S310 내지 S330의 단계에서 측정된 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치를 사용하여 상기 <수학식 1>을 사용하여 작용 온도를 산출하거나, 공기 온도와 표면 온도의 차이를 소정의 기준치와 비교하여 열손실 정도를 판단하거나, 상기 <수학식 4>을 사용하여 노점 온도를 산출할 수 있다. 물론, 상기 <수학식 1>이나 <수학식 4>은 하나의 실시예에 대한 수식에 불과하므로 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 원격 센서 모듈(110)의 숫자나 위치가 달라지거나, 필요한 정확도가 달라지는 등 경우에 따라서는 다른 수식이나 방법을 사용하여 상기 작용 온도, 열손실 또는 노점 온도를 산출하는 것도 가능하다.

이어서, 사용자가 설정한 동작 모드 및 기준치와 비교하는 단계(S350) 및 공조부를 제어하여 동작시키는 단계(S360)에서는 사용자 인터페이스부(129) 등을 통하여 입력된 동작 모드 혹은 설정 온도 등을 고려하여 앞선 일련의 단계를 거쳐 산출된 상기 작용 온도, 열손실 또는 노점 온도 등을 소정이 기준치와 비교하고, 이를 바탕으로 상기 공조부(128)을 제어하여 실내 공기를 공조하게 된다.

아래에서는, 상기한 일련의 단계들을 보다 자세한 실시예를 들어 살펴 본다. 도 5에서는 여름철 등의 고온 다습한 날씨에 본 발명의 일 실시예에 따라 냉방, 열손실 감지, 제습 기능을 수행하게 되는 공조 시스템의 동작 알고리즘을 예시하고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 사용자가 사용자 인터페이스부(129) 등을 통하여 실내 온도를 설정하고 에어컨을 가동시키면 우선 냉방 기능이 작동하게 되면서, 각 센서가 표면 온도, 공기 온도 및 습도를 측정하게 된다. 이어서, 상기 <수학식 1> 등을 사용하여 작용 온도(T_o)를 산출하여 미리 설정된 실내 온도와 비교한 후, 현재 작용 온도(T_o)가 미리 설정된 실내 온도보다 낮은 경우 에어컨의 냉방 기능을 중지시키게 된다.

이에 더하여, 열손실량은 표면 온도와 공기 온도의 차이에 정비례하게 되므로, 상기 측정된 표면 온도와 공기 온도의 차이가 소정의 기준치를 넘어서는 경우(예를 들어 T_s-T_a ≥ 10°C), 실내외 온도차에 의한 열손실이 커질 수 있다고 보고 사용자에게 경고 신호를 제공할 수도 있다. 여기서, 사용자가 상기 기준치를 설정하거나, 동작 모드 등에 따라 미리 저장되어 있는 기준치 등을 이용하여 상기 소정의 기준치를 조정할 수도 있다.

또한, 여름철의 다습한 공기를 고려할 때 습도도 함께 조절하는 것이 바람직하므로, 측정된 습도가 소정의 기준치보다 큰 경우 예를 들어 (RH ≥ 65%), 상기 냉방 기능에 더하여 제습 기능을 함께 구동하도록 하여 고온 다습한 공기를 공조하도록 하는 것이 보다 바람직하게 된다. 통상 실내에 재실하는 경우 사용자가 가장 쾌적함을 느끼게 되는 습도의 범위는 통상 50 ~ 60% 정도에 해당하게 되며, 65%를 넘어서게 되는 경우 쾌적함이 감소하게 된다고 보고되고 있으므로, 이러한 수치를 기준으로 하여 상기 소정의 기준치가 조정될 수 있다. 구체적으로 사용자가 상기 소정의 기준치를 설정하거나, 온도나 동작 모드 등에 따라 미리 저장되어 있는 기준치 등을 이용하여 상기 소정의 기준치를 조정할 수도 있다.

또한, 도 6에서는 겨울철 등 실외 온도가 실내보다 크게 낮아지면서 유리창 등에 물방울이 맺히거나, 나아가 결빙이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 결로 방지 기능을 수행하는 공조 시스템의 동작 알고리즘을 예시하고 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 사용자가 사용자 인터페이스부(129) 등을 통하여 실내 온도 등을 설정하고 에어컨을 가동시키면 우선 제습 기능이 작동하게 되면서, 각 센서가 표면 온도, 공기 온도 및 습도를 측정하게 된다. 이어서, 상기 <수학식 4> 등을 사용하여 노점 온도(T_dp)를 산출한 후, 측정된 유리창 등의 표면 온도와 비교하여 현재 노점 온도(T_dp)가 상기 유리창 등의 표면 온도보다 낮은 경우 에어컨의 제습 기능을 중지시키게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 원격 센서를 포함하는 공조 시스템
110 : 원격 센서 모듈
112 : 표면 온도 센서
114 : 습도 센서
116 : 데이터 송신부
120 : 에어컨
122 : 공기 온도 센서
124 : 습도 센서
126 : 데이터 수신부
127 : 제어부
128 : 공조부
126 : 사용자 인터페이스부

Claims (10)

1. 실내 공기의 온도를 측정하는 공기 온도 센서;
   전송된 신호를 수신하는 데이터 수신부;
   공기의 온도 및 습도를 조절하는 공조부; 및
   상기 공기 온도 센서 및 데이터 수신부로부터 센서가 측정한 데이터를 전달받고, 이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 에어컨; 및
   부착되는 지점의 표면 온도를 측정하는 표면 온도 센서와, 상기 표면 온도 센서가 측정한 데이터를 상기 데이터 수신부로 전송하는 데이터 송신부를 포함하는 원격 센서 모듈을 포함하여 구성되며,
   상기 원격 센서 모듈은 실내의 하나 이상의 지점에 부착되며,
   상기 원격 센서 모듈 중 하나 이상은 창문에 부착되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에어컨 또는 원격 센서 모듈 중 하나 이상에는 습도 센서가 더 포함되며,
   상기 습도 센서가 측정한 데이터는 상기 제어부로 전달되어 상기 공조부의 동작을 제어하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 전달받은 각 표면 온도 센서의 측정 데이터로부터 유효 표면 온도를 산출하고, 공기 온도 센서의 측정 데이터의 평균치를 산출한 후,
   이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 것을 특징하는 공조 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부가 유효 표면 온도를 산출함에 있어서,
   창문에 부착된 원격 센서 모듈에서의 표면 온도 측정치의 평균치와,
   벽면에 부착된 원격 센서 모듈에서의 표면 온도 측정치의 평균치를 사용하고,
   창문과 벽면의 면적 비율을 고려하여 상기 유효 표면 온도를 산출하는 것을 특징하는 공조 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는 창문의 표면 온도 측정치 및 실내 공기 온도, 습도 측정치를 고려하여 노점 온도를 산출한 후,
   이를 이용하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 것을 특징하는 공조 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 소정의 표면 온도 측정치 및 실내 공기 온도 측정치를 고려하여 열손실 계산치를 산출한 후,
   이를 소정의 열손실 기준치와 비교하여 상기 공조부의 동작을 제어하는 것을 특징하는 공조 시스템.
7. 실내 한 곳 이상의 지점에서의 표면 온도를 측정하는 단계;
   실내에서의 공기 온도를 측정하는 단계;
   상기 표면 온도 및 공기 온도 측정치로부터 작용 온도 또는 열손실 계산치를 산출하는 단계; 및
   상기 작용 온도 또는 열손실 계산치를 소정의 기준 설정치와 비교하여 공조부의 동작을 제어하는 단계를 포함하며,
   상기 표면 온도를 측정하는 지점 중 한 곳 이상은 창문인 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 작용 온도를 산출함에 있어,
   상기 표면 온도 측정치로부터 유효 표면 온도를 산출하고,
   상기 유효 표면 온도와 공기 온도 측정치의 평균치를 작용 온도로 산출하는 것을 특징하는 공조 시스템의 제어 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 유효 표면 온도를 산출함에 있어,
   창문에서의 표면 온도 측정치의 평균치와,
   벽면에서의 표면 온도 측정치의 평균치를 사용하고,
   창문과 벽면의 면적 비율을 고려하여 상기 유효 표면 온도를 산출하는 것을 특징하는 공조 시스템의 제어 방법.
10. 실내 한 곳 이상의 지점에서의 표면 온도를 측정하는 단계;
    실내에서의 공기 온도를 측정하는 단계;
    실내에서의 습도를 측정하는 단계;
    상기 표면 온도, 공기 온도 및 습도 측정치를 이용하여 노점 온도를 산출한 후 공조부의 동작을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 표면 온도를 측정하는 지점 중 한 곳 이상은 창문인 것을 특징으로 하는 공조 시스템의 제어 방법.

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