KR20170038423A - 환기율 계산 장치 및 방법 - Google Patents

환기율 계산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

환기율 계산 장치 및 방법이 개시된다. 상기 환기율 계산 장치는, 기 정해진 제1 시간마다 상기 가정의 실내 공기 중의 CO2 농도를 측정하는 CO2 센서; 및 상기 CO2 센서로부터 전달받은 CO2 농도값을 기초로 상기 가정의 환기율을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.

Description

환기율 계산 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF CALCULATING AIR CHANGE RATE}
본 출원은 환기율 계산 장치 및 방법에 관한 것이다.
환기율은 단위 시간당 단위 세대의 실내로 공급되는 총체적 풍량을 실내 총체적으로 나눈 환기회수, 즉, 단위 시간당 실내공기 교환회수를 의미하는 것이다.
이러한 환기율은 실내 공기질에 영향을 미치며, 특히 가정에서 공기청정기를 사용하는 경우 공기청정기의 성능에도 크게 영향을 미칠 수 있다.
그러나, 각 가정의 환경 및 상황에 따라 환기율은 큰 차이를 보이며, 이를 정확하게 계산하기 위한 방법이 존재하지 않는 실정이다.
당해 기술분야에서는 각 가정의 환기율을 계산하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 환기율 계산 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환기율 계산 장치는, 기 정해진 제1 시간마다 상기 가정의 실내 공기 중의 CO2 농도를 측정하는 CO2 센서; 및 상기 CO2 센서로부터 전달받은 CO2 농도값을 기초로 상기 가정의 환기율을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 환기율 계산 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 환기율 계산 방법은, 기 정해진 제1 시간마다 상기 가정의 실내 공기 중의 CO2 농도를 측정하는 단계; 및 측정된 CO2 농도값을 기초로 상기 가정의 환기율을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내의 CO2 농도를 이용하여 각 세대의 환기율을 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 계산된 환기율을 이용하여 공기청정기의 성능을 보다 정확하게 예측하고, 더하여 각 세대에 적절하게 환기 방법을 제안할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환기율 계산 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기율 계산 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환기율 계산 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 환기율 계산 장치(100)는 입력부(110), CO2 센서(120), 연산부(130), 저장부(140) 및 출력부(150)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 환기율 계산을 위해 필요한 데이터 또는 신호를 입력받기 위한 것이다. 예를 들어, 입력부(110)는 버튼식 또는 터치식 입력장치로 구현되어 사용자로부터 데이터를 입력받도록 구현될 수도 있고, 유무선 통신을 통해 타 기기로부터 데이터를 입력받도록 구현될 수도 있다.
CO2 센서(120)는 공기 중의 CO2 농도를 측정하기 위한 것으로, 상용화되거나 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 종류의 CO2 센서로 구현될 수 있다.
일 예에 따르면, CO2 센서(120)는 기 정해진 시간마다(예를 들어, 수 초 등) CO2 농도를 측정하고, 측정된 CO2 농도값을 연산부(130)로 전달할 수 있다.
연산부(130)는 CO2 센서(120)로부터 전달받은 데이터를 기초로 해당 가정의 환기율을 계산하기 위한 것으로, 예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 프로세서로 구현될 수 있다.
일 예에 따르면, 연산부(130)는 CO2 센서(120)로부터 전달받은 CO2 농도값을 그대로 사용하는 것이 아니라, 기 정해진 시간(예를 들어, 수 분 등) 동안 전달받은 복수의 CO2 농도값의 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 안정화될때까지 환기율의 계산을 보류할 수 있다. 이러한 시간을 스무딩 타임(Smoothing time)이라고도 하며, 예를 들어 1-10 분 가량 수행될 수 있다. 이는 CO2 센서(120)에 의한 부정확한 측정값을 배제하여 환기율 계산의 정확도를 향상시키기 위한 것으로, 필요에 따라 생략될 수도 있다.
또한, 연산부(130)는 CO2 센서(120)로부터 전달받은 CO2 농도값 또는 계산된 평균값을 기 정해진 임계값(A)과 비교하고, 비교결과에 따라 환기율을 계산할 수 있다. 여기서, 기 정해진 임계값(A)은 지속적인 환기로 인해 CO2 농도가 자연환기시에 비해 낮은 경우에 해당하는지 여부를 판단하기 위한 것으로, A값은 400 내지 600 ppm 사이에서 정해질 수 있다.
만일, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값보다 작지 않은 경우, 즉, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값 이상인 경우에는, 연산부(130)는 우선 CO2 농도값(또는 평균값)의 기울기의 변동이 크지 않아 환기율 계산이 가능한 안정화 상태(Steady state)에 해당하는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 연산부(130)는 현재 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율의 표준편차(Standard deviation)가 기 정해진 값(sd) 미만인지 판단하여 해당 값이 유효 데이터인지 판단하고, 유효 데이터의 수가 기 정해진 개수(n) 이상인 경우에 안정화 상태에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, sd는 0 내지 1.0 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있고, n은 1 내지 10 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있다.
또한, 연산부(130)는 현재 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율, 즉 기울기가 기 정해진 기울기값(Ns) 미만인지 여부를 판단하고, 이에 해당하는 경우 제1 환기 구간(tvent)으로 판단할 수 있다. 여기서, 기 정해진 기울기값(Ns)은 자연감소에 의한 CO2 농도 감소와 구별을 위한 기울기값일 수 있으며, Ns는 -1.0 내지 0 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있다.
또한, 연산부(130)는 제1 환기 구간(tvent)으로 판단한 경우, 제1 환기 구간(tvent) 동안 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율, 즉 기울기가 가장 작은 값(즉, 감소 기울기가 가장 가파른 경우)을 최대 환기율로, 기울기가 가장 큰 값(즉, 감소 기울기가 가장 완만한 경우)을 최소 환기율로, 그리고, 제1 환기 구간 동안의 평균 기울기값을 평균 환기율로 계산할 수 있다. 여기서, 평균 환기율은 시간 가중 평균 값을 사용할 수 있으며, 수학식 1에 따라 구할 수 있다. ACHaverage는 평균 환기율을 의미하고, Tn은 n번째 시간 구간에서의 시간, ACHn은 n번째 시간구간에서의 환기율을 의미한다.
Figure pat00001
다만, 후술하는 tvent _low 구간은 최대 환기율을 적용하여 평균 환기율을 산출할 수 있다.
반면, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값 미만인 경우에는, 연산부(130)는 지속적인 환기로 인해 CO2 농도가 낮은 제2 환기 구간(tvent _low), 즉, 최대로 환기가 이루어지는 구간으로 판단할 수 있다.
연산부(130)는 제1 환기 구간(tvent) 또는 제2 환기 구간(tvent _low)으로 판단한 시간 정보와, 제1 환기 구간(tvent)으로 판단한 경우 계산한 최대, 최소 및 평균 환기율을 저장부(140)에 저장하거나, 출력부(150)를 통해 출력할 수 있다.
저장부(140)는 입력부(110) 및 CO2 센서(120)로부터 전달받은 데이터 또는 연산부(130)에 의해 계산된 결과값을 저장하기 위한 것이다.
출력부(150)는 연산부(130)에 의해 산출된 환기율 또는 환기시간 정보를 출력하기 위한 것으로, 예를 들어, LED, LCD 등과 같은 다양한 종류의 디스플레이로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기율 계산 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선, 기 정해진 시간마다(예를 들어, 수 초 등) CO2 농도를 측정한다(S21).
이후, 필요에 따라, 기 정해진 시간(예를 들어, 수 분 등) 동안 측정된 복수의 CO2 농도값의 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 안정화될때까지 환기율의 계산을 보류한다(S22).
이후, CO2 농도값(또는 평균값)을 기 정해진 임계값(A)과 비교한다(S23). 여기서, 기 정해진 임계값(A)은 400 내지 600 ppm 사이에서 정해질 수 있다.
비교 결과, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값보다 작지 않은 경우, 즉, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값 이상인 경우에는, CO2 농도값(또는 평균값)의 기울기의 변동이 크지 않아 환기율 계산이 가능한 안정화 상태(Steady state)에 해당하는지 여부를 판단한다(S24). 예를 들어, 현재 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율의 표준편차(Standard deviation)가 기 정해진 값(sd) 미만인지 판단하여 해당 값이 유효 데이터인지 판단하고, 유효 데이터의 수가 기 정해진 개수(n) 이상인 경우에 안정화 상태에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, sd는 0 내지 1.0 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있고, n은 1 내지 10 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있다.
이후, 현재 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율, 즉 기울기가 기 정해진 기울기값(Ns) 미만인지 여부를 판단하고, 이에 해당하는 경우 제1 환기 구간(tvent)으로 판단한다(S25). 여기서, Ns는 -1.0 내지 0 사이의 값을 가지도록 정해질 수 있다.
이후, 제1 환기 구간(tvent) 동안 입력된 CO2 농도값(또는 평균값)에 자연로그를 취한 값의 변화율, 즉 기울기가 가장 작은 값(즉, 감소 기울기가 가장 가파른 경우)을 최대 환기율로, 기울기가 가장 큰 값(즉, 감소 기울기가 가장 완만한 경우)을 최소 환기율로, 그리고, 제1 환기 구간 동안의 평균 기울기값을 평균 환기율로 계산할 수 있다(S26).
반면, CO2 농도값(또는 평균값)이 A값 미만인 경우에는, 지속적인 환기로 인해 CO2 농도가 낮은 제2 환기 구간(tvent _low)으로 판단할 수 있다(S27).
이후, 제1 환기 구간(tvent) 또는 제2 환기 구간(tvent _low)으로 판단한 시간 정보와, 제1 환기 구간(tvent)으로 판단한 경우 계산한 최대, 최소 및 평균 환기율을 출력(또는 저장)할 수 있다(S28).
상술한 각 단계는 도 1을 참조하여 상술한 환기율 계산 장치에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
100: 환기율 계산 장치
110: 입력부
120: CO2 센서
130: 연산부
140: 저장부
150: 출력부

Claims (16)

  1. 기 정해진 제1 시간마다 상기 가정의 실내 공기 중의 CO2 농도를 측정하는 CO2 센서; 및
    상기 CO2 센서로부터 전달받은 CO2 농도값을 기초로 상기 가정의 환기율을 계산하는 연산부를 포함하는 환기율 계산 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는 기 정해진 제2 시간동안 상기 CO2 센서로부터 전달받은 복수의 CO2 농도값의 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 안정화될때까지 환기율의 계산을 보류하는 환기율 계산 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 CO2 센서로부터 전달받은 CO2 농도값이 기 정해진 임계값 이상인 경우 상기 가정의 환기율을 계산하며,
    상기 기 정해진 임계값은 400 ppm 내지 600 ppm 사이에서 미리 정해진 값인 환기율 계산 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산부는 입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율의 표준편차가 기 정해진 값 미만인 경우 유효 데이터로 판단하고, 상기 유효 데이터의 수가 기 정해진 개수 이상인 경우 환기율의 계산이 가능한 안정화 상태로 판단하며,
    상기 기 정해진 값은 0 내지 1.0 사이의 값을 가지도록 정해지고, 기 정해진 개수는 1 내지 10 사이의 값을 가지도록 정해지는 환기율 계산 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산부는 입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율이 기 정해진 기울기값 미만인 경우 제1 환기 구간으로 판단하며,
    상기 기 정해진 기울기값은 -1.0 내지 0 사이의 값을 가지도록 정해지는 환기율 계산 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 제1 환기 구간 동안 입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율이 가장 작은 값을 최대 환기율로, 상기 변화율이 가장 큰 값을 최소 환기율로, 상기 제1 환기 구간 동안의 평균 기울기값을 평균 환기율로 계산하는 환기율 계산 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 CO2 센서로부터 전달받은 CO2 농도값이 상기 기 정해진 임계값 미만인 경우 제2 환기 구간으로 판단하는 환기율 계산 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부에 의해 계산된 환기율 또는 환기 시간 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 환기율 계산 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부에 의해 계산된 환기율 또는 환기 시간 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 환기율 계산 장치.
  10. 기 정해진 제1 시간마다 상기 가정의 실내 공기 중의 CO2 농도를 측정하는 단계; 및
    측정된 CO2 농도값을 기초로 상기 가정의 환기율을 계산하는 단계를 포함하는 환기율 계산 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    기 정해진 제2 시간동안 측정된 복수의 CO2 농도값의 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 안정화될때까지 상기 환기율을 계산하는 단계를 보류하는 단계를 더 포함하는 환기율 계산 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 환기율을 계산하는 단계는,
    상기 CO2 농도값이 기 정해진 임계값 이상인 경우 상기 가정의 환기율을 계산하며, 상기 기 정해진 임계값은 400 ppm 내지 600 ppm 사이에서 미리 정해진 값인 환기율 계산 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 환기율을 계산하는 단계는,
    입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율의 표준편차가 기 정해진 값 미만인 경우 유효 데이터로 판단하고, 상기 유효 데이터의 수가 기 정해진 개수 이상인 경우 환기율의 계산이 가능한 안정화 상태로 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 기 정해진 값은 0 내지 1.0 사이의 값을 가지도록 정해지고, 기 정해진 개수는 1 내지 10 사이의 값을 가지도록 정해지는 환기율 계산 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 환기율을 계산하는 단계는,
    상기 입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율이 기 정해진 기울기값 미만인 경우 제1 환기 구간으로 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 기 정해진 기울기값은 -1.0 내지 0 사이의 값을 가지도록 정해지는 환기율 계산 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 환기율을 계산하는 단계는,
    상기 제1 환기 구간 동안 입력된 CO2 농도값에 자연로그를 취한 값의 변화율이 가장 작은 값을 최대 환기율로, 상기 변화율이 가장 큰 값을 최소 환기율로, 상기 제1 환기 구간 동안의 평균 기울기값을 평균 환기율로 계산하는 단계를 더 포함하는 환기율 계산 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 환기율을 계산하는 단계는,
    상기 CO2 농도값이 상기 기 정해진 임계값 미만인 경우 제2 환기 구간으로 판단하는 단계를 더 포함하는 환기율 계산 방법.
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