KR20160118046A - 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법 - Google Patents

중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법 Download PDF

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송관우
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Abstract

본 발명은 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법에 있어서, 건물의 외주부 온도 및 내주부 온도를 설정온도와 비교하여 외주부 및 내주부 각각의 쾌적도를 분석하고, 상기 분석 결과 상기 외주부 또는 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값을 환경 변수와 비교하고, 상기 비교 결과를 기반으로 현재 가동중인 공조 시스템을 변경한다.

Description

중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVELY APPLYING CENTRAL HVAC SYSTEM AND INDIVIDUAL HVAC SYSTEM}
본 발명은 중앙공조 시스템(central HVAC(heating, ventilation, and air conditioning) system)과 개별공조 시스템(individual HVAC system)을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
건물의 설비가 현대화됨에 따라 빌딩 내 설치된 공조, 전력, 조명, 방재 등의 다양한 설비들을 자동 제어하기 위한 빌딩 제어 시스템이 보편화되고 있다.
최근의 빌딩 제어 시스템은 단순히 단일 시스템(공조, 전력, 조명, 출입 통제, 검침, 주차 설비 등)을 자동화하는 것에 국한되지 않고, 각 시스템이 유기적으로 통합되고 효율적인 네트워크를 구축하는 방향으로 발전하고 있다. 여기에서 각 시스템이 효율적으로 통합되려면 기존의 특정 업체 기술이 아닌 개방형 기술로 구현되어야 한다는 것이 대 전제가 되고 있다. 아울러 각 시스템이 상위에서 불완전한 통합을 이루는 것보다는 하부 제어 네트워크 상에서 유기적으로 연결되어야 한다는 방향으로 진화하고 있다.
빌딩 등의 대형 건물의 공기 조화(air conditioning)에 관련하여 일반적으로 중앙공조 시스템 또는 개별공조 시스템이 적용되어왔다. 여기서 중앙공조 시스템은 공기 조화기(AHU: air handing unit)가 건물 내부 공간에 연결되는 공기 덕트(duct)를 통해 냉/난방된 공기를 나누어 공급하는 시스템을 의미하고, 개별공조 시스템은 실외기가 냉매를 실내로 이동시켜 실내 공기를 냉/난방하는 시스템을 의미한다. 그러나 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템은 각각 다음과 같은 문제를 발생시킨다. 즉 중앙공조 시스템은 건물의 외주부와 내주부 별 온도 제어가 불가능하여 실내 열부하 불균형 및 에너지 누수가 발생될 수 있으며, 개별공조 시스템은 외기(outdoor air) 도입이 불가능하므로 실내 공기 질(IAQ: indoor air quality) 권장 조건, 일례로 실내에서 허용되는 이산화탄소(CO2) 농도, 일산화탄소(CO) 농도 등을 제공하는 것이 불가능하다.
이러한 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템의 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 동시에 동작시키는 혼합공조 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행 중에 있다. 그러나 혼합공조 시스템은 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템의 동시 동작으로 인해 하나의 시스템을 동작시켰을 때와 비교해 에너지 소비량이 월등히 증가하며, 이로 인해 과금에 있어서 기본요금 및 전력량 요금 각각에 누진세가 적용되는 전기요금이 비싸지는 문제가 있다.
따라서 중앙공조 시스템, 개별공조 시스템, 혼합공조 시스템 각각에 대한 문제점을 해결할 수 있는 최적의 공조 시스템에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명은 외주부/내주부의 쾌적도를 기반으로 검출된 케이스에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명은 외주부/내주부 온도, 설정 온도, 환경 변수를 고려하여 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명은 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템의 에너지 소비량을 예측하고 에너지 소비량이 최소인 공조 시스템을 적용하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명은 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 고려하여 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에서 제안하는 방법은; 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법에 있어서, 건물의 외주부 온도 및 내주부 온도를 설정온도와 비교하여 외주부 및 내주부 각각의 쾌적도를 분석하는 과정과, 상기 분석 결과 상기 외주부 또는 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값을 환경 변수와 비교하는 과정과, 상기 비교 결과를 기반으로 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서 제안하는 방법은; 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법에 있어서, 중앙공조 시스템 및 개별공조 시스템 각각의 에너지 소비량을 예측하는 과정과, 상기 에너지 소비량의 예측값이 최소인 공조 시스템을 선택하는 과정과, 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항(constraints)을 만족시키는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 기반으로 상기 선택한 공조 시스템을 가동시킬지 여부를 결정한다.
본 발명에서 일 실시예에서 제안하는 장치는; 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치에 있어서, 건물의 외주부 온도 및 내주부 온도를 설정온도와 비교하여 외주부 및 내주부 각각의 쾌적도를 분석하고, 상기 분석 결과 상기 외주부 또는 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값을 환경 변수와 비교하고, 상기 비교 결과를 기반으로 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 제어부와, 상기 제어부에 관련된 신호를 송수신하는 송수신부를 포함한다.
본 발명에서 다른 실시예에서 제안하는 장치는; 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치에 있어서, 중앙공조 시스템 및 개별공조 시스템 각각의 에너지 소비량을 예측하고, 상기 에너지 소비량의 예측값이 최소인 공조 시스템을 선택하고, 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항(constraints)을 만족시키는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 기반으로 상기 선택한 공조 시스템을 가동시킬지 여부를 결정하는 제어부와, 상기 제어부에 관련된 신호를 송수신하는 송수신부를 포함한다.
본 발명은 기존의 혼합공조 시스템에 비해 전력 사용량(또는 소비량)을 감소시킬 수 있으며 이로 인해 전기 요금 또한 감소되는 효과가 있다. 또한 본 발명은 외주부/내주부 온도를 개별적으로 제어함으로써 내주부와 외주부의 열평형을 손쉽게 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 외기 도입을 통한 환기가 가능하며 이로 인해 실내 IAQ를 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 보다 구체적으로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 외주부와 내주부 온도 변화에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 동작의 예를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 유닛이 미리 정해진 구간에서 각 공조 시스템의 에너지 소비량과 미리 정해진 제약 사항에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 동작의 예를 나타낸 그래프,
도 6은 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기 및 공조 방식의 변경 주기를 기반으로 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면,
도 7은 내주부와 외주부 간의 상호 영향을 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면,
도 8은 쾌적지표를 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면,
도 9는 IAQ 권장 조건을 만족시키기 위해 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면,
도 10은 지정 시간 스케줄을 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 제어 유닛의 내부 구성을 나타낸 블록도,
도 12a 내지 12c는 기존의 혼합공조 방식 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 13a 내지 13c는 기존의 혼합공조 시스템 대비 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 14a 및 14b는 중앙공조 시스템과 본 발명의 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 하루동안 외주부 내주부 온도변화를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
후술할 본 발명의 실시예에서는 건물의 외주부와 내주부의 온도차이를 기반으로 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용하는 방안에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 즉 건물의 외주부에서 측정된 온도, 내주부에서 측정된 온도, 미리 정해진 설정 온도 및 환경 변수 등을 고려하여 중앙공조 시스템 및 개별공조 시스템 각각의 가동/중지를 판단하는 방안에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
또한 본 발명의 실시예에서 설명하는 공조 시스템에 관련된 기기들은 일례로 흡수식 냉동기(absorption chiller), 스크롤 냉동기(scroll chiller), 스크류 냉동기 (screw chiller), 원심식 냉동기(centrifugal chiller), 냉각탑(cooling tower), 루프 탑 유닛(roof top unit), 공기 조화기(air handing unit), 팬 코일 유닛(fan coil unit), 가변 풍량(VAV: variable air volume) 박스(box), 버너(burner) 등의 보일러(boiler), 공랭식/수냉식 실외기, 그 밖에 내부 유닛과 외부 유닛으로 구성되는 모든 개별 에어컨(air conditioner) 등이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 102단계에서 제어 유닛은 공조 시스템 선택을 위해 고려되는 환경 변수, 일례로 α,β,γ를 파악한다. 여기서 α는 외주부에 설치된 개별공조 시스템의 가동을 통해 내주부가 획득하는 보상온도를 의미하고, β,γ는 내주부와 외주부 간의 온도차이의 기준을 의미한다. 특히 β는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미한다. 또한 γ는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이의 기준을 의미한다.
104단계에서 제어 유닛은 내주부와 외주부 각각에서 측정되는 온도와 미리 설정된 설정 온도의 비교를 통해 내주부와 외주부의 쾌적도를 분석한다.
106단계에서 제어 유닛은 분석 결과를 기반으로 외주부 또는 내주부만 쾌적한지 여부를 검사한다. 즉 제어 유닛은 건물 내 냉방시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore>TSP && TPeri<TSP), 건물 내 난방 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore<TSP && TPeri>TSP)를 검출하여 외주부만 쾌적한 것으로 분석한다. 또한 제어 유닛은 건물 내 냉방시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore<TSP && TPeri>TSP), 건물 내 난방 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore>TSP && TPeri<TSP)를 검출하여 내주부만 쾌적한 것으로 분석된다.
106단계 검사 결과 외주부 또는 내주부만 쾌적한 것으로 검출된 경우, 제어 유닛은 108단계로 진행하고, 검사 결과 외주부 및 내주부 모두가 쾌적하거나 쾌적하지 않은 것으로 검출된 경우 108단계의 검사 동작을 반복한다.
108단계에서 제어 유닛은 외주부와 내주부 온도 차이가 환경변수 β 또는 γ 값 이상인지 검사한다. 이때 106단계 검사 결과 외주부만 쾌적한 것으로 검출된 경우, 외주부와 내주부 온도 차이는 환경변수 β와 비교되고, 내주부만 쾌적한 것으로 검출된 경우, 외주부와 내주부 온도 차이는 환경변수 γ 와 비교된다.
108단계 검사 결과 외주부와 내주부 온도 차이가 환경변수 β 또는 γ 값 이상인 경우 제어 유닛은 110단계로 진행하여 가동중인 공조 시스템을 변경한다. 그러나 108단계 검사 결과 외주부와 내주부 온도 차이가 환경변수 β 또는 γ 값 미만인 경우에는 현재 가동 중인 공조 시스템을 유지하고 108단계의 검사 동작을 반복한다. 도 1에서는 현재 개별공조 시스템 또는 중앙공조 시스템이 가동중인 경우를 예를 들어 설명하였다. 그러나 만약 현재 공조 시스템이 오프(off)상태인 경우 제어 유닛은 현재 상태, 즉 오프 상태를 유지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 보다 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 202단계에서 제어 유닛은 공조 시스템 선택을 위해 고려되는 환경 변수, 일례로 α,β,γ를 파악한다. 여기서 α는 외주부에 설치된 개별공조 시스템의 가동을 통해 내주부가 획득하는 보상온도를 의미하고, β,γ는 내주부와 외주부 간의 온도차이의 기준을 의미한다. 특히 β는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미한다. 또한 γ는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이의 기준을 의미한다.
204단계에서 제어 유닛은 내주부와 외주부의 쾌적도를 분석하여 관련된 케이스를 검출한다. 상기 내주부와 외주부의 쾌적도는 내주부와 외주부 각각에서 측정되는 온도와 미리 설정된 설정 온도의 비교를 통해 분석할 수 있다.
관련된 케이스는 내주부와 외주부가 모두 쾌적하지 않음을 나타내는 케이스 Ⅰ과, 내주부는 쾌적하지 않고 외주부는 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅱ와, 내주부는 쾌적하고 외주부는 쾌적하지 않음을 나타내는 케이스 Ⅲ과 내주부와 외주부가 모두 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅳ를 포함하며, 각 케이스는 다음과 같은 경우 검출된다.
즉 내주부/외주부 모두가 쾌적하지 않음을 나타내는 케이스 Ⅰ은, 건물 내 냉방(cooling) 시스템이 가동 중인 경우 내주부(core zone)의 측정된 내주부 온도 TCore가 미리 설정된 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부(perimeter zone)에서 측정된 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore>TSP && TPeri>TSP), 건물 내 난방(heating) 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore<TSP && TPeri<TSP) 검출된다.
내주부는 쾌적하지 않고 외주부만 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅱ는, 건물 내 냉방시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore>TSP && TPeri<TSP), 건물 내 난방 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore<TSP && TPeri>TSP) 검출된다.
내주부만 쾌적하고 외주부는 쾌적하지 않음을 나타내는 케이스 Ⅲ는, 건물 내 냉방시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore<TSP && TPeri>TSP), 건물 내 난방 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore>TSP && TPeri<TSP) 검출된다.
내주부/외주부 모두가 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅳ는, 건물 내 냉방시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 낮고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 낮을 경우 (TCore<TSP && TPeri<TSP), 건물 내 난방 시스템이 가동 중인 경우 내주부 온도 TCore가 설정 온도 TSP보다 높고, 외주부 온도 TPeri가 설정 온도 TSP보다 높을 경우 (TCore>TSP && TPeri<TSP) 검출된다.
204단계에서 검출한 관련 케이스가 내주부/외주부 모두가 쾌적하지 않음을 나타내는 케이스 Ⅰ인 경우, 제어 유닛은 208단계로 진행하여 전체적으로 냉방/난방을 가동하기 위해 중앙공조 시스템을 선택하고 중앙공조 시스템에 관련된 기기들을 가동시킨다.
210 단계에서 제어 유닛은 설정온도와 내주부 온도 차이(|TSP-TCore|)가 α값 이하인지 검사한다. 여기서 상기 설정온도와 내주부 온도 차이는 난방시스템이 가동 중인 경우에는 (TSP-TCore)와 같이 계산되고, 냉방시스템이 가동 중인 경우에는 (TCore-TSP)와 같이 계산된다. 여기서 α값은 외주부에 설치된 개별공조 시스템의 가동을 통해 내주부가 획득하는 보상온도를 의미하며, 시뮬레이션 기반의 통계 분석을 통해 얻는 0.75°C를 디폴트(default) 값으로 지정된다. 또한 α값은 지속적인 모니터링과 데이터 수집을 통해 업데이트될 수 있다.
210단계 검사 결과 설정온도와 내주부 온도 차이의 절대값이 α값 이하인 경우 제어 유닛은 212단계로 진행하여 개별공조 시스템을 가동시킨다. 그러나 설정온도와 내주부 온도 차이의 절대값이 α값을 초과할 경우 제어 유닛은 208단계로 진행하여 중앙공조 시스템을 선택하고, 중앙공조 시스템에 관련된 기기들을 가동시킨다.
또한 204단계에서 검출한 관련 케이스가 외주부만 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅱ인 경우, 제어 유닛은 214단계로 진행하여 현재 가동중인 공조 시스템을 유지한다.
216단계에서 제어 유닛은 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값(|TPeri -TCore|)이 β값 이상인지 검사한다. 여기서 β값은 외주부와 내주부의 온도차이의 제한 값을 의미하며, 일반적인 공조 시스템은 1°C를 기준으로 변동(fluctuation)을 이루며 가동되기 때문에 1°C를 디폴트 값으로 지정한다. 또한 β값은 지속적인 모니터링과 데이터 수집을 통해 업데이트될 수 있다.
216단계 검사 결과 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값이 β값 이상인 경우 제어 유닛은 218단계로 진행하여 중앙공조 시스템을 선택하고 중앙공조 시스템에 관련된 기기들을 가동시킨다. 그러나 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값이 β값 미만인 경우 제어 유닛은 214단계로 진행하여 현재 가동중인 공조 시스템을 유지한다.
또한 204단계에서 검출한 관련 케이스가 내주부만 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅲ인 경우, 제어 유닛은 220단계로 진행하여 현재 가동중인 공조 시스템을 유지한다.
222단계에서 제어 유닛은 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값(|TPeri -TCore|)이 γ값 이상인지 검사한다. 여기서 γ값은 외주부와 내주부의 온도차이의 제한 값을 의미하며, 1°C를 디폴트 값으로 지정한다. 또한 γ값은 지속적인 모니터링과 데이터 수집을 통해 업데이트될 수 있다.
222단계 검사 결과 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값이 γ값 이상인 경우 제어 유닛은 224단계로 진행하여 개별공조 시스템을 선택하고 개별공조 시스템에 관련된 기기들을 가동시킨다. 그러나 외주부와 내주부 온도 차이의 절대값이 γ값 미만인 경우 제어 유닛은 220단계로 진행하여 현재 가동중인 공조 시스템을 유지한다.
또한204단계에서 검출한 관련 케이스가 내주부/외주부 모두가 쾌적함을 나타내는 케이스 Ⅳ인 경우, 제어 유닛은 외주부 온도 및 내주부 온도가 설정 온도를 만족하므로 218단계로 진행하여 현재 가동중인 공조 시스템을 중지시킨다.
도 2의 214단계 및 220단계에서는 현재 개별공조 시스템 또는 중앙공조 시스템이 가동중인 경우를 예를 들어 설명하였다. 그러나 만약 현재 공조 시스템이 오프상태인 경우 제어 유닛은 현재 상태, 즉 오프 상태를 유지한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛이 외주부와 내주부 온도 변화에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 동작의 예를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 내주부/외주부의 쾌적도 분석 결과 케이스 Ⅰ인 경우, 즉 내주부와 외주부가 모두 쾌적하지 않은 경우를 가정하며, 이때 제어 유닛은 중앙공조 시스템을 가동한다.(302) 또한 도 3에서는 제어 유닛이 중앙공조 시스템을 통해 냉방 시스템을 가동중이라고 가정한다.
중앙공조 시스템을 가동중(302)인 제어 유닛은 설정온도 TSP와 내주부 온도 TCore (1)의 차이(|TSP - TCore (1)|)가 α값(304) 이하인지 검사한다. 제어 유닛은 설정 온도와 내주부 온도의 차이가 α값(304) 이하인 경우 개별공조 시스템을 선택하여 개별공조 시스템을 가동시킨다.(306) 이때 내주부는 개별공조 시스템의 가동을 통해 α만큼의 보상온도를 획득할 수 있으며, 이로 인해 내주부 온도 TCore (1)는 α만큼 낮아지므로 설정온도 TSP에 보다 빨리 도달할 수 있다. 또한 이 경우 제어 유닛은 기존 대비 개별공조 시스템의 가동 시점을 앞당길 수 있으므로, 기존 대비 내주부와 외주부 간의 열평형에 보다 빨리 도달할 수 있는 효과가 있다.
개별공조 시스템을 가동중(308)인 제어 유닛은 외주부와 내주부 온도 차이가 β값(310) 이상인지 검사하고, 외주부와 내주부 온도 차이가 β값 이상인 경우 중앙공조 시스템을 가동시킨다.(312)
중앙공조 시스템을 가동중(314)인 제어 유닛은 내주부 온도와 외주부 온도가 모두 설정온도 미만이 되면 내주부/외주부 모두가 쾌적한 것으로 판단하고 현재 가동중인 공조시스템, 즉 중앙공조 시스템을 오프시킨다.(318)
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 유닛이 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법의 예를 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 402단계에서 제어 유닛은 공조 시스템 선택을 위해 고려되는 환경 변수, 일례로 α,β,γ를 파악한다. 여기서 α는 외주부에 설치된 개별공조 시스템의 가동을 통해 내주부가 획득하는 보상온도를 의미하고, β,γ는 내주부와 외주부 간의 온도차이의 기준을 의미한다. 특히 β는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미한다. 또한 γ는 냉방 시스템이 가동중인 경우에는 외주부 온도가 내주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이 기준을 의미하고, 난방 시스템이 가동중인 경우에는 내주부 온도가 외주부 온도보다 높은 경우 고려되는 온도차이의 기준을 의미한다.
404단계에서 제어 유닛은 환경 데이터를 수집한다. 여기서 환경 데이터는 외부 온도, 평균 외부 온도, 복사(radiant) 온도, 설정 온도, 내주부 온도, 외주부 온도, CO 레벨 CO2 레벨 등을 포함한다.
406단계에서 제어 유닛은 개별공조 시스템과 중앙공조 시스템 간의 상대적 에너지 소비량을 예측한다. 상기 상대적 에너지 소비량 ΔE는 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값과 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값을 기반으로 하기 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Y1은 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값을 나타내고, Y2는 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값을 나타내고, σ는 각 예측값 Y1, Y2의 오차값에 대한 편차제곱의 평균을 나타낸다. 상기 예측값 Y1, Y2는 404단계에서 수집한 환경 데이터를 기반으로 모델링되며, 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서 X1은 중앙공조 시스템을 나타내고, X2는 개별공조 시스템을 나타내고, TOutdoor는 외부 온도를 나타내고, TRadiant는 복사 온도를 나타내고, TSP는 설정 온도를 나타내고, TIn은 내부 온도를 나타내고, time은 현재 시간을 나타내고, EPrevious는 이전 시점의 에너지를 나타낸다.
408단계에서 제어 유닛은 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값과 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값을 고려하여 에너지 소비량이 최소인 공조 시스템을 선택한다.
410단계에서 제어 유닛은 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항(constraints)을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서 미리 정해진 제약 사항의 기준으로 CO2, CO 레벨, 내주부와 외주부의 온도 차이, 응답 신호의 요구 수신 여부, 내주부와 외주부의 PMV 차이, 내주부와 외주부의 에너지 소비량 차이, 실내 열량 등이 고려될 수 있다. 여기서 응답 신호의 요구는 일례로 전력 공급 과부화에 대한 알림 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 CO2 레벨의 범위는 표준에서 정해지는 x ppm 이하 또는 외부 CO2 레벨 + 700ppm이하 등으로 정해질 수 있고, 상기 표준에서 정해지는 m ppm 이하 등으로 정해질 수 있고, 상기 내주부와 외주부의 온도 차이의 범위는 표준에서 정해지는 n°C 이하 등으로 정해질 수 있다. 상기 미리 정해진 제약 사항의 기준 및 범위는 일례로서 설명한 것이며 상황에 따라 얼마든지 다른 기준이 고려될 수도 있고 관련 범위가 달라질 수도 있다.
410단계 검사 결과 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시킬 경우, 제어 유닛은 412단계로 진행하여 408단계에서 선택된 공조 시스템을 가동시킨다. 즉 제어 유닛은 선택된 공조 시스템에 관련된 모든 기기들을 가동시킨다.
그러나 410단계 검사 결과 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키지 못할 경우, 제어 유닛은 414단계로 진행하여 408단계에서 선택되지 않은 나머지 공조 시스템을 가동시킨다. 즉 제어 유닛은 선택되지 않은 공조 시스템에 관련된 모든 기기들을 가동시킨다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 유닛이 미리 정해진 구간에서 각 공조 시스템의 에너지 소비량과 미리 정해진 제약 사항에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 동작의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1구간(502)에서 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값은 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값보다 낮으므로, 제어 유닛은 에너지 소비량이 최소인 개별공조 시스템을 선택한다. 또한 제어 유닛은 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서는 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시킨다고 가정한다. 따라서 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시킴을 확인한 제어 유닛은 상기 선택된 개별공조 시스템을 가동시킨다.
제2구간(504)에서 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값은 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값보다 낮으므로, 제어 유닛은 에너지 소비량이 최소인 중앙공조 시스템을 선택한다. 또한 제어 유닛은 현재 가동중인 개별공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서는 현재 가동중인 개별공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시킨다고 가정한다. 따라서 현재 가동중인 개별공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시킴을 확인한 제어 유닛은 상기 선택된 중앙공조 시스템을 가동시킨다.
제3구간(506)에서 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값은 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값보다 낮으므로, 제어 유닛은 에너지 소비량이 최소인 개별공조 시스템을 선택한다. 또한 제어 유닛은 현재 가동중인 중앙공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서는 현재 가동중인 중앙공조 시스템에서 CO2 레벨은 미리 정해진 기준치를 초과한다고 가정한다. 따라서 현재 가동중인 중앙공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키지 못함을 확인한 제어 유닛은 상기 선택된 개별공조 시스템이 아닌 중앙공조 시스템을 가동시킨다.
제4구간(508)에서 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값은 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값보다 낮으므로, 제어 유닛은 에너지 소비량이 최소인 중앙공조 시스템을 선택한다. 또한 제어 유닛은 현재 가동중인 중앙공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서는 현재 가동중인 중앙공조 시스템에서 외주부와 내부주 간의 온도 불평형 상태를 가정한다. 따라서 현재 가동중인 중앙공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키지 못함을 확인한 제어 유닛은 상기 선택된 중앙공조 시스템이 아닌 개별공조 시스템을 가동시킨다.
제5구간(510)에서 중앙공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값은 개별공조 시스템의 에너지 소비량에 대한 예측값보다 낮으므로, 제어 유닛은 에너지 소비량이 최소인 중앙공조 시스템을 선택한다. 또한 제어 유닛은 현재 가동중인 개별공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는지 여부를 검사한다. 여기서는 현재 가동중인 중앙공조 시스템에서 외주부와 내부주 간의 열평형 상태를 가정한다. 따라서 현재 가동중인 중앙공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항을 만족시킴을 확인한 제어 유닛은 상기 선택된 중앙공조 시스템을 가동시킨다.
제6구간(512)에서 제어 유닛은 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템의 에너지 소비량이 바뀌는 포인트, 즉
Figure pat00003
에서 가동하는 공조 시스템을 변경한다. 따라서 현재 중앙공조 시스템을 가동중인 제어 유닛은 에너지 소비량이 바뀌는 포인트에서 가동중인 공조 시스템을 개별공조 시스템으로 스위칭한다.
제7구간(514)에서 제어 유닛은 응답 신호의 요구, 일례로 전력 공급 과부화에 대한 알림을 수신하면 내주부와 외주부 간의 열평형 기준을 높이고, 에너지 사용량이 상대적으로 적은 중앙공조 시스템을 가동시킨다.
도 6은 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기 및 공조 방식의 변경 주기를 기반으로 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 내주부와 외주부 간의 온도차이의 기준을 나타내는 파라미터들, 일례로 β 또는 γ는 복합적인 요소들을 기반으로 그 값이 조정되며, 공조 시스템 변경 시 고려된다. 상기 복합적인 요소들은 상호 간에 영향을 미치며, 상기 복합적인 요소들을 일례로 에너지 사용량, 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기(gradient), 공조 기기의 가동 세기, 및 가동되는 공조 기기가 변경되는 주기 등이 될 수 있다.
도 6(a)는 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기를 기반으로 β 값을 조정하는 예를 나타낸 도면이다. 즉 제어 유닛은 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기가 기준 기울기보다 큰 경우 β를 β'과 같이 조정할 수 있다.
도 6(b)는 가동되는 공조 기기가 변경되는 주기를 기반으로 γ 값을 조정하는 예를 나타낸 도면이다. 즉 제어 유닛은 γ를 γ'으로 조정하여 공조 기기가 변경되는 주기를 기준 주기보다 짧아지도록 조정할 수 있다.
공조 시스템의 가동 세기가 기준 세기보다 큰 경우를 가정하면, 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기는 기준 기울기보다 커지고, 가동되는 공조 기기가 변경되는 주기는 기준 주기보다 짧아지며, 이는 에너지 사용량에 영향을 미친다.
또한 공조 시스템의 가동 세기가 상기 기준 세기보다 작은 경우를 가정하면, 내주부/외주부 온도 변화에 관련한 기울기는 상기 기준 기울기보다 작아지고, 가동되는 공조 기기가 변경되는 주기는 상기 기준 주기보다 길어지며, 이 역시 에너지 사용량에 영향을 미친다.
예를 들어 공조 시스템의 가동 세기가 상기 기준 값보다 커서 금방 설정 온도에 도달하는 경우를 가정하면, β 또는 γ 값을 기존과 동일한 값으로 설정한다면 공조 기기가 변경되는 주기가 너무 짧아져 에너지 사용량이 크게 증가하게 된다. 따라서 이 경우 β 또는 γ 값을 기존 값보다 큰 값으로 조정하면 공조 기기가 변경되는 주기가 길어지고 금방 쾌적한 상태에 도달할 수 있다.
또는 공조 기기가 변경되는 주기를 고려하여 β 또는 γ 값을 조정하는 경우를 가정하면, 공조 기기가 변경되는 주기를 상기 기준 주기보다 짧게 설정하면 내주부와 외주부가 금방 열평형에 도달하는 장점이 있다. 그러나 공조 기기가 변경되는 주기를 공조 기기의 가동을 결정하는 주기(timestep)보다 짧게 설정하면 냉방 시스템/난방 시스템이 설정 온도를 만족하여도 계속해서 가동되는 문제가 발생한다. 반대로 공조 기기가 변경되는 주기를 상기 기준 주기보다 짧게 설정하면 외주부와 내주부의 온도 불균평이 커지므로 효율성이 떨어진다.
도 7은 내주부와 외주부 간의 상호 영향을 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 하나의 공조 시스템, 즉 개별공조 시스템 또는 중앙공조 시스템의 가동으로 인해 발생하는 내주부와 외주부 간의 상호 영향을 고려하여 β 또는 γ의 값을 조정할 수 있다. 즉 외주부에 설치된 개별공조 시스템의 가동을 통해 내주부가 획득하는 보상 온도를 고려하여 β 또는 γ의 값을 조절할 수 있다. 이때 보상 온도 ΔT는 시뮬레이션 기반의 통계 분석을 통해 획득할 수 있고, 지속적인 모니터링과 데이터 수집 결과를 통해 업데이트될 수 있다. 또한 여기서 내주부와 외주부 간의 상호 영향이라 함은 내주부가 외주부로부터 받는 영향 및 외주부가 내주부로부터 받는 영향 모두를 포함한다.
외주부와 내주부 간에 β만큼의 온도 불균형을 허용하고, 외주부에만 설치된 개별공조 시스템의 가동으로 내주부가 획득하는 보상 온도를 ΔT라 가정하면, 제어 유닛은 내주부와 외주부의 온도 차이가 β값 이상이면 가동중인 공조 시스템을 변경하나 내주부는 보상 온도 ΔT로 인해 설정온도에 보다 빨리 도달할 수 있다. 따라서 기존 설정한 β에서 ΔT를 감산하여 β값을 β'으로 조정하면, 내주부와 외주부의 온도 불균형을 조금 더 빨리 해소할 수 있다. 또한 온도 불균형의 격차도 줄어든다.
도 8은 쾌적지표를 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 실내 쾌적 지표, 일례로 온도 또는 온열쾌적감(PMV: predicted mean vote)을 기반으로 하는 내주부와 외주부 간의 쾌적도 차이를 고려하여 β 값을 조정할 수 있다.
도 8(a)는 내주부와 외주부의 온도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8(b)는 내주부 또는 외주부 온도가 기준 쾌적 지표 이하가 될 수 있도록 β의 값을 조정하였을 때 내주부와 외주부의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
냉방 시스템을 가동중이라고 가정하면, 내주부 온도가 기준 쾌적 지표를 초과하므로 β 값을 β'으로 조정하여 온도 불균형을 감소시킬 수 있다. 그러나 β'으로 조정할 경우 에너지 소비량은 늘어나므로 에너지 소비량도 함께 고려하여 β 값을 조정하도록 한다.
도 9는 IAQ 권장 조건을 만족시키기 위해 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, IAQ 권장 조건을 만족시키기 위해 β 또는 γ의 값을 조정할 수 있다. IAQ는 일례로 CO2와 CO 농도, 또는 미세먼지의 양 등에 의해 결정된다.
도 9(a)는 개별공조 시스템을 가동중(902)인 제어 유닛이 외주부와 내주부의 온도 차이가 β값(908) 이상인 경우 중앙공조 시스템을 가동(904)시키고, 중앙공조 시스템을 가동중(904)인 제어 유닛이 외주부와 내주부의 온도 차이가 γ값(910) 이상인 경우 개별공조 시스템을 가동(906)시키는 상황을 가정한다.
예를 들어 도 9(a)의 상황에서 건물 외부의 환경이 좋이 않아 환기량을 줄여야 하는 경우에는 중앙공조 시스템을 가동시키는 것 보다는 개별공조 시스템을 가동시키는 것이 IAQ 권장 조건을 만족시키기 위해 유리하다. 이를 위해 제어 유닛은 개별공조 시스템을 가동시킬지 여부를 선택하는데 고려되는 γ값(910)을 γ'값(912)으로 조정할 수 있다. 즉 제어 유닛은 γ를 상기 γ보다 작은 값인 γ'으로 조정하여 개별공조 시스템의 가동 시점을 앞당길 수 있다.
또한 제어 유닛은 개별공조 시스템의 가동 시간을 늘리기 위해 중앙공조 시스템을 가동시킬지 여부를 선택하는데 고려되는 β값(908)을 β'값(914)으로 조정할 수 있다. 즉 제어 유닛은 β를 상기 β보다 큰 값인 β'으로 조정하여 중앙공조 시스템의 가동 시점을 뒤로 미룰 수 있다.
이와 같이 제어 유닛은 γ를 상기 γ보다 작은 값인 γ'으로 조정하고 β를 상기 β보다 큰 값인 β'으로 조정하여 중앙공조 시스템이 가동되는 시간은 감소시키고 개별공조 시스템이 가동되는 시간을 증가시킬 수 있다. 또한 제어 유닛은 개별공조 시스템과 중앙공조 시스템 중 하나의 시스템만을 선택하여 가동시키므로 온도 불평형 문제를 해소할 수 있으며 동시에 두 개의 시스템을 가동시키는 것 대비 에너지 소모량도 감소시킬 수 있다.
도 10은 지정 시간 스케줄을 고려하여 온도차이 기준을 조정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 사용자가 지정해 놓은 시간(set time) 또는 모드 변화에 따라 β 또는 γ의 값을 조정할 수 있다.
예를 들어 set time 이후 VIP를 위해 외주부와 내주부 간의 열평형을 최대한 유지해야 하는 경우 또는 set time 이전 시간대에 비해 set time 이후 시간대에 전력 요금이 상대적으로 저렴해진 경우, 제어 유닛은 중앙공조 시스템을 가동시킬지 여부를 선택하는데 고려되는 β값(1002)을 β'값(1004)으로 조정할 수 있다. 즉 제어 유닛은 β를 상기 β보다 작은 값인 β'으로 조정할 수 있다. 또한 도시하지는 않았으나 제어 유닛은 내주부와 외주부 간에 열평형에 보다 빨리 도달하기 위해 γ 값을 상기 γ값보다 작을 값으로 조정할 수 있다.
또한 β 또는 γ의 값을 조정함으로써 얻는 효과는 에너지 사용량 감소, 외주부와 내주부 간의 열평형, 환기 등이므로, 이와 관련된 여러가지 상황에 맞게 설정된 스케줄에 따라 β 또는 γ의 값을 조정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 제어 유닛의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 11을 참조하면, 도시된 제어 유닛(1100)는 중앙공조 시스템 또는 개별공조 시스템에 포함되도록 구성될 수도 있고 각 공조 시스템과 별개로 독립적인 유닛으로 구성될 수도 있다.
제어 유닛(1100)은 송수신부(1102)와 제어부(1104)를 포함한다. 상기 제어부(1104)는 상기 제어 유닛(1100)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히 제어부(1104)는 본 발명의 실시예에 따른 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 구성에 관련된 전반적인 동작을 제어한다. 여기서 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 구성과 관련된 전반적인 동작에 대해서는 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
상기 송수신부(1102)는 상기 제어부(1104)의 제어에 따라 각종 메시지 등을 송수신한다. 특히 송수신부(1102)는 환경 변수 수집 등의 동작을 수행한다. 여기서 송수신부(1102)가 송수신하는 각종 메시지 등은 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 12a 내지 12c는 기존의 혼합공조 방식 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 12a은 기존의 혼합공조 방식 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금을 예측한 표이다. 즉 기존의 혼합공조 방식에서의 전력 사용량 대비 본 발명에의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 전력 사용량이 감소된 것을 알 수 있으며, 전력 사용량 감소에 따라 전기 요금 역시 감소한 것을 알 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식을 적용하면 연간 전력 사용량이 약 39.8% 감소하며, 전력 요금은 약 29.9% 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 12b는 기존의 혼합공조 방식 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 계절 별 전력 사용량을 예측한 막대그래프이고, 도 12c는 기존의 혼합공조 방식 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 방식의 계절 별 전기 요금을 예측한 막대그래프이다.
도 13a 내지 13c는 기존의 혼합공조 시스템 대비 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 13a은 기존의 혼합공조 시스템 대비 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 계절 별 전력 사용량 및 전기 요금을 예측한 표이다. 즉 기존의 혼합공조 시스템에서의 전력 사용량 대비 본 발명에의 다른 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 전력 사용량이 감소된 것을 알 수 있으며, 전력 사용량 감소에 따라 전기 요금 역시 감소한 것을 알 수 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응적 공조 시스템을 적용하면 연간 전력 사용량이 약 45.9% 감소하며, 전력 요금은 약 49.1% 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 13b는 기존의 혼합공조 시스템 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 계절 별 전력 사용량을 예측한 막대그래프이고, 도 13c는 기존의 혼합공조 시스템 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 계절 별 전기 요금을 예측한 막대그래프이다.
도 14a 및 14b는 중앙공조 시스템과 본 발명의 실시예에 따른 적응적 공조 시스템의 하루동안 외주부 내주부 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 14a는 중앙공조 시스템에서 하루동안 외주부 내주부 온도변화를 나타낸 그래프이고, 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 적응적 공조 시스템에서 하루동안 외주부 내주부 온도변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 적응적 공조 시스템이 중앙공조 시스템 대비 외주부와 내부부 간의 열평형 측면에서 훨씬 효율적임을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 그래픽 화면 갱신 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다
또한 본 발명의 실시예에서는 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 그래픽 처리 장치가 기 설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 그래픽 처리 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 그래픽 처리 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.

Claims (22)

  1. 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법에 있어서,
    건물의 외주부 온도 및 내주부 온도를 설정온도와 비교하여 외주부 및 내주부 각각의 쾌적도를 분석하는 과정과,
    상기 분석 결과 상기 외주부 또는 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값을 환경 변수와 비교하는 과정과,
    상기 비교 결과를 기반으로 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환경 변수는 상기 외주부를 통해 상기 내주부가 획득할 수 있는 보상 온도를 나타내는 제1 파라미터, 상기 외주부와 상기 내주부의 온도 차이의 제한 값을 나타내며 상기 외주부만 쾌적한 경우 고려되는 제2 파라미터, 상기 외주부와 상기 내주부의 온도 차이의 제한 값을 나타내며 상기 내주부만 쾌적한 경우 고려되는 제3 파라미터 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 환경 변수는 지속적인 모니터링과 데이터 수집을 통해 업데이트됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 과정은;
    상기 분석 결과 상기 외주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 이상인지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 이상인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 상기 중앙공조 시스템으로 변경하는 과정과,
    상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 미만인 경우, 상기 현재 가동 중인 공조 시스템을 유지하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 과정은;
    상기 분석 결과 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 이상인지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 이상인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 상기 개별공조 시스템으로 변경하는 과정과,
    상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 미만인 경우, 상기 현재 가동 중인 공조 시스템을 유지하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분석 결과 상기 외주부와 상기 내주부 모두 쾌적하지 않은 경우, 상기 중앙공조 시스템을 가동시키는 과정과,
    상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값 이하인지 여부를 검사하는 과정과,
    상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값 이하인 경우, 상기 개별공조 시스템을 가동시키는 과정과,
    상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값을 초과하는 경우, 상기 중앙공조 시스템을 가동시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 분석 결과 상기 외주부와 상기 내주부 모두 쾌적한 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 중지시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 파라미터 값은 에너지 사용량, 내주부/외주부의 온도 변화 기울기, 관련 공조 시스템의 가동 세기, 상기 보상 온도, 실내 쾌적 지표(PMV: predicted mean vote), 실내 공기 질(IAQ: indoor air quality) 지표, 사용자가 지정한 설정 시간 중 적어도 하나를 기반으로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 방법에 있어서,
    중앙공조 시스템 및 개별공조 시스템 각각의 에너지 소비량을 예측하는 과정과,
    상기 에너지 소비량의 예측값이 최소인 공조 시스템을 선택하는 과정과,
    현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항(constraints)을 만족시키는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 기반으로 상기 선택한 공조 시스템을 가동시킬지 여부를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 미리 정해진 제약 사항은 미리 정해진 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 레벨, 미리 정해진 내주부와 외주부의 온도 차이, 응답 신호의 요구 수신 여부, 미리 정해진 내주부와 외주부의 실내 쾌적 지표(PMV: predicted mean vote) 차이, 미리 정해진 내주부와 외주부의 에너지 소비량 차이, 미리 정해진 실내 열량 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 소비량의 예측값은 환경 데이터를 기반으로 모델링되며, 상기 환경 데이터는 외부 온도, 평균 외부 온도, 복사(radiant) 온도, 설정 온도, 내주부 온도, 외주부 온도, 일산화탄소(CO) 레벨 이산화탄소(CO2) 레벨 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 선택한 공조 시스템을 가동시킬지 여부를 결정하는 과정은;
    상기 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는 경우, 상기 선택한 공조 시스템을 가동시키는 과정과,
    상기 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시키지 못하는 경우, 선택되지 않은 나머지 공조 시스템을 가동시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치에 있어서,
    건물의 외주부 온도 및 내주부 온도를 설정온도와 비교하여 외주부 및 내주부 각각의 쾌적도를 분석하고, 상기 분석 결과 상기 외주부 또는 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값을 환경 변수와 비교하고, 상기 비교 결과를 기반으로 현재 가동중인 공조 시스템을 변경하는 제어부와,
    상기 제어부에 관련된 신호를 송수신하는 송수신부를 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 환경 변수는 상기 외주부를 통해 상기 내주부가 획득할 수 있는 보상 온도를 나타내는 제1 파라미터, 상기 외주부와 상기 내주부의 온도 차이의 제한 값을 나타내며 상기 외주부만 쾌적한 경우 고려되는 제2 파라미터, 상기 외주부와 상기 내주부의 온도 차이의 제한 값을 나타내며 상기 내주부만 쾌적한 경우 고려되는 제3 파라미터 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 환경 변수는 지속적인 모니터링과 데이터 수집을 통해 업데이트됨을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분석 결과 상기 외주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 이상인지 여부를 검사하고, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 미만인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 유지하고, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제2파라미터 값 이상인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 상기 중앙공조 시스템으로 변경함을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분석 결과 상기 내주부만 쾌적한 경우, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 이상인지 여부를 검사하고, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 미만인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 유지하고, 상기 외주부 온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제3파라미터 값 이상인 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 상기 개별공조 시스템으로 변경함을 특징으로 하는 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분석 결과 상기 외주부와 상기 내주부 모두 쾌적하지 않은 경우, 상기 중앙공조 시스템을 가동시키고, 상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값 이하인지 여부를 검사하고, 상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값 이하인 경우, 상기 개별공조 시스템을 가동시키고, 상기 설정온도와 상기 내주부 온도의 차이 값이 상기 제1파라미터 값을 초과하는 경우, 상기 중앙공조 시스템을 가동시킴을 특징으로 하는 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 분석 결과 상기 외주부와 상기 내주부 모두 쾌적한 경우, 상기 현재 가동중인 공조 시스템을 중지시킴을 특징으로 하는 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 파라미터 값은 에너지 사용량, 내주부/외주부의 온도 변화 기울기, 관련 공조 시스템의 가동 세기, 상기 보상 온도, 실내 쾌적 지표(PMV: predicted mean vote), 실내 공기 질(IAQ: indoor air quality) 지표, 사용자가 지정한 설정 시간 중 적어도 하나를 기반으로 조절됨을 특징으로 하는 장치.
  19. 중앙공조 시스템과 개별공조 시스템을 적응적으로 적용시키는 장치에 있어서,
    중앙공조 시스템 및 개별공조 시스템 각각의 에너지 소비량을 예측하고, 상기 에너지 소비량의 예측값이 최소인 공조 시스템을 선택하고, 현재 가동중인 공조 시스템이 미리 정해진 제약 사항(constraints)을 만족시키는지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 기반으로 상기 선택한 공조 시스템을 가동시킬지 여부를 결정하는 제어부와,
    상기 제어부에 관련된 신호를 송수신하는 송수신부를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 미리 정해진 제약 사항은 미리 정해진 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 레벨, 미리 정해진 내주부와 외주부의 온도 차이, 응답 신호의 요구 수신 여부, 미리 정해진 내주부와 외주부의 실내 쾌적 지표(PMV: predicted mean vote) 차이, 미리 정해진 내주부와 외주부의 에너지 소비량 차이, 미리 정해진 실내 열량 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 에너지 소비량의 예측값은 환경 데이터를 기반으로 모델링되며, 상기 환경 데이터는 외부 온도, 평균 외부 온도, 복사(radiant) 온도, 설정 온도, 내주부 온도, 외주부 온도, 일산화탄소(CO) 레벨 이산화탄소(CO2) 레벨 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시키는 경우, 상기 선택한 공조 시스템을 가동시키고, 상기 현재 가동중인 공조 시스템이 상기 미리 정해진 제약 사항을 만족시키지 못하는 경우, 선택되지 않은 나머지 공조 시스템을 가동시킴을 특징으로 하는 장치.
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