KR20170102618A - Control method for ventilation system of subway station - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환기 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부공기를 지하역사 내로 유입시켜 역사 내 실내공기질을 제어하는 지하역사의 실내공기 환기 시스템에 있어서 시스템 효율 및 성능을 최적화시키기 위한 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a ventilation system, and more particularly, to an indoor air ventilation system for controlling the indoor air quality in the history by introducing outside air into the history, And a control method of the indoor air ventilation system.
많은 도시에서 도심의 교통 혼잡을 해결하기 위한 하나의 수단으로 지하선로를 통해 운행 가능한 지하철 시스템을 채용하고 있다. 현재 지하철은 가장 효율적인 대중교통수단 중 하나로 자리 잡고 있으며, 그 이용객 수나 이용 횟수가 증가됨에 따라 많은 사람들이 지하역사 내에서 보내는 시간도 늘어나고 있다. 이러한 배경에서 지하역사 내의 실내공기에 대한 관심도 점차 증대되는 추세이다.Many cities have adopted a subway system that can be operated via underground lines as a means of solving traffic congestion in the city center. Today, subways are becoming one of the most efficient means of public transport, and as the number of passengers and the number of passengers increases, so does the amount of time people spend in underground history. In this background, interest in indoor air in underground history is gradually increasing.
지하역사의 내에서는 이용객들의 잦은 이동, 지하철의 운행 등으로 인해 다량의 오염물질이 발생될 수 있으며, 이들 오염물질은 지하역사의 실내공기 중에 함유되어 이용객이나 역무원 등에게 부정적 영향을 끼칠 수 있다. 특히, 입경 10㎛ 이하의 미세먼지(Particulate Matter, PMs)는 장기간 노출시 인체에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 지하역사의 경우 선로(rail) 등에서 다량의 미세먼지가 발생될 수 있기 때문에 주의를 기울여 관리할 필요가 있다.In subterranean history, frequent movement of passengers and operation of subway can cause a large amount of pollutants. These pollutants may be contained in the indoor air of underground history and may have a negative effect on the passengers and staff. In particular, particulate matter (PMs) with particle diameters of 10 μm or less may have a large effect on the human body during long-term exposure, and in the case of underground history, a large amount of fine dust may be generated on a rail, etc. Need to manage.
대부분의 지하역사에서 미세먼지와 같은 공기 중의 오염물질은 자연 환기를 통해 충분히 배출될 수 없기 때문에, 많은 경우 실내공기질을 유지 및 제어하기 위한 환기 시스템이 채용되고 있다. 이러한 환기 시스템은 외부공기를 지하역사 내로 유입시켜 지하역사의 실내공기를 희석시킴으로써, 실내공기에 함유된 오염물질이나 미세먼지의 농도를 낮추는 방식으로 실내공기질을 제어하게 된다.In most underground history, pollutants in the air, such as fine dust, can not be sufficiently discharged through natural ventilation, so in many cases ventilation systems are being employed to maintain and control indoor air quality. Such a ventilation system controls the indoor air quality by introducing the outside air into the underground history and diluting the indoor air of the underground history, thereby lowering the concentration of pollutants or fine dust contained in the indoor air.
지하역사 내의 실내공기질은 실내공기 중에 포함된 오염물질의 종류, 농도 등에 따라 판단될 수 있는데, 그 중 하나로 미세먼지 농도가 널리 사용되고 있다. 예컨대, 지하역사의 미세먼지 농도는 100㎍/㎥가 한계치로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 60㎍/㎥로 설정될 수 있다. 지하역사 내 환기 시스템 또한 이러한 미세먼지 농도에 기반하여 외부공기의 유입량을 조절함으로써, 목표하는 실내공기질(미세먼지 농도)을 달성할 수 있다. 즉, 환기 시스템은 설정된 셋-포인트(set-point, 예컨대, 70㎍/㎥)에 따라 외부공기를 유입시켜 실내공기를 희석시키게 된다.Indoor air quality in underground history can be judged according to the type and concentration of pollutants contained in the indoor air, and one of them is widely used as the fine dust concentration. For example, the fine dust concentration in the underground history may be set to a limit value of 100 μg /
따라서 역사 내 실내공기질 수준을 높이기 위하여는 환기 시스템의 셋-포인트를 낮출 필요가 있다. 다시 말하면, 환기 시스템이 목표하는 미세먼지 농도를 낮춤으로써 보다 많은 양의 외부공기가 역사 내로 유입되고, 실내공기의 오염물질이 보다 적절한 수준으로 희석될 수 있다. 그러나 대부분의 환기 시스템은 팬(fan)을 통해 외부공기를 유입시키게 되므로, 상기와 같이 보다 많은 양의 외부공기를 유입시키기 위해서는 필연적으로 팬의 가동시간이 길어지고, 높은 에너지 소모로 이어지게 된다. 즉, 실내공기질을 높은 수준으로 유지하려면 필연적으로 환기 시스템의 에너지 소모가 증가하게 된다. 이는 다른 말로, 환기 시스템의 셋-포인트를 낮게 설정할수록 에너지 소모가 증가될 수 있음을 의미한다.Therefore, in order to increase indoor air quality in history, it is necessary to lower the set point of the ventilation system. In other words, by lowering the target fine dust concentration of the ventilation system, a larger amount of outside air can be introduced into the history, and indoor air pollutants can be diluted to a more appropriate level. However, in most ventilation systems, external air is introduced through a fan. Therefore, in order to introduce a larger amount of outside air, the operation time of the fan is inevitably lengthened, leading to high energy consumption. That is, in order to maintain the indoor air quality at a high level, the energy consumption of the ventilation system is inevitably increased. This in other words means that the lower the set-point of the ventilation system is set, the higher the energy consumption can be.
그러나 지하역사 내 전체 시스템의 에너지 관리 전략이나 효율 측면에서 환기 시스템에 소모되는 에너지량은 저감될 필요성이 있다. 환기 시스템이 전체 지하역사 시스템에서 차지하는 에너지 소모량은 결코 무시할 수 없는 수준이며, 통상적으로 전체 에너지 소모량의 14~15%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 따라서 에너지 및 실내공기질의 2가지 상충되는 과제를 적절히 충족시켜, 환기 시스템의 에너지 소모를 줄이면서도 실내공기질을 적절한 수준으로 유지할 수 있는 최적화된 제어 전략이 요구되게 된다.However, the amount of energy consumed by the ventilation system needs to be reduced in terms of the energy management strategy and efficiency of the entire system in underground history. The energy consumption of ventilation systems in an entire underground history system is never negligible and is typically known to account for 14 to 15% of the total energy consumption. Thus, an optimized control strategy is needed to meet the two conflicting challenges of energy and indoor air quality and to maintain indoor air quality at an adequate level while reducing energy consumption of the ventilation system.
본 발명의 실시예들은 환기 시스템의 에너지 소모를 줄이면서도 실내공기질을 적절한 수준으로 유지할 수 있는 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a method of controlling an indoor air ventilation system in a subterranean history that can reduce the energy consumption of the ventilation system and maintain indoor air quality at an appropriate level.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부공기를 상기 지하역사 내로 유입시켜 상기 지하역사 내 실내공기를 희석시킴으로써 상기 지하역사 내 실내공기질을 조절하는 환기 시스템의 제어방법에 있어서, 일(day) 단위의 전체 제어 시간을 복수개의 시간구간으로 분할하는 단계; 반복 동적 프로그래밍(Iterative Dynamic Programming)을 통해 상기 분할된 각 시간구간에 대해 셋-포인트(set-point)를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 각 셋-포인트를 상기 환기 시스템의 각 시간구간에 대한 셋-포인트로 설정하는 단계;를 포함하는, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control method of a ventilation system for controlling the indoor air quality in the underground history by introducing outside air into the underground history and diluting indoor air in the underground history, Dividing the control time into a plurality of time intervals; Calculating a set-point for each divided time interval through iterative dynamic programming; And setting each calculated set-point to a set-point for each time interval of the ventilation system. A control method of the indoor air ventilation system in the underground history may be provided.
본 발명의 실시예들에 따른 환기 시스템의 제어방법은 분할된 각 시간구간에 대해 셋-포인트를 설정함으로써, 지하역사 실내공기의 주기적 일 변화를 환기 시스템의 제어에 반영하게 되며, 지하역사의 실내공기질을 적절한 범위 내로 유지하면서도, 환기 시스템에서 소모되는 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.The control method of the ventilation system according to the embodiments of the present invention sets the set-point for each divided time period, so that the periodic daily change of the underground history indoor air is reflected in the control of the ventilation system, The energy consumption consumed in the ventilation system can be reduced while maintaining the air quality within an appropriate range.
도 1은 지하역사 내 공기 오염물질의 일(day) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 2가지 셋-포인트에 대한 환기 시스템의 에너지 소비 및 적절한 실내공기질 범위에 대한 편차를 보여주는 그래프이다.
도 3은 외부공기질이 오염된 수준인 경우, 2가지 셋-포인트에 대한 환기 시스템의 에너지 소비 및 지하역사 내 미세먼지 농도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 시험대상인 지하역사에 대해 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법을 적용하여 각 시간구간별로 셋-포인트를 설정한 결과이다
도 5는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 케이스 1 내지 3에 있어서 지하역사 내 평균 미세먼지 농도 및 에너지 소모를 비교한 결과이다.
도 6은 도 4에서 설정된 셋-포인트의 궤적(8 분할의 경우)에 대해, 외부로부터 유입되는 미세먼지 양, 외부공기의 미세먼지 농도 및 환기 팬의 스피드를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 7은 외부 공기질이 오염된 수준인 경우, 시험대상인 지하역사에 대해 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법을 적용하여 각 시간구간별로 셋-포인트를 설정한 결과이다.
도 8은 외부 공기질이 오염된 수준인 경우, 케이스 1 내지 3에 있어서 지하역사 내 평균 미세먼지 농도 및 에너지 소모를 비교한 결과이다.
도 9는 도 7에서 설정된 셋-포인트의 궤적(8 분할의 경우)에 대해, 외부로부터 유입되는 미세먼지 양, 외부공기의 미세먼지 농도 및 환기 팬의 스피드를 비교하여 보여주는 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing changes in daytime air pollutants in underground history. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the energy consumption of the ventilation system for two set-points and the deviation to the appropriate indoor air quality range when the external air quality is at an appropriate level.
3 is a graph showing the energy consumption of the ventilation system for two set-points and the concentration of fine dust in the underground history when the external air quality is at the contaminated level.
4 is a result of setting a set-point for each time interval by applying the control method of the ventilation system according to the present embodiment to the underground history to be tested when the external air quality is at an appropriate level
FIG. 5 shows the results of comparing average fine dust concentration and energy consumption in the underground history in
FIG. 6 is a graph showing a comparison of the amount of fine dust introduced from the outside, the fine dust concentration of outside air, and the speed of the ventilation fan, for the set-point trajectory (in the case of eight divisions) set in FIG.
FIG. 7 is a result of setting the set-point for each time interval by applying the control method of the ventilation system according to the present embodiment to the underground history to be tested when the external air quality is at a contaminated level.
FIG. 8 shows the results of comparing the average fine dust concentration and energy consumption in the underground history in
9 is a graph showing a comparison of the amount of fine dust introduced from the outside, the fine dust concentration of outside air, and the speed of the ventilation fan for the set-point trajectory (in the case of eight divisions) set in FIG.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the following examples are provided to facilitate understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. In addition, the following embodiments are provided to explain the present invention more fully to those skilled in the art. Those skilled in the art will appreciate that those skilled in the art, Will be omitted.
도 1은 지하역사 내 공기 오염물질의 일(day) 변화를 보여주는 것으로, 도 1의 (a)는 이산화탄소 농도의 하루 동안의 변화, 도 1의 (b)는 미세먼지(PM10) 농도의 하루 동안의 변화를 나타내고 있다. 도 1의 (a) 및 (b)에서 가로축은 시간(hour), 세로축은 농도(ppm)를 나타내며, 일주일 간의 데이터를 각 요일별로 구분하여 나타내고 있다.1 is that showing one (day) Change of the air pollutants underground stations, (a) of Figure 1 is changed over the course of the day, the concentration of carbon dioxide, (b) of Figure 1 is particulate matter (PM 10) day of concentration . In FIGS. 1 (a) and 1 (b), the abscissa represents time (hour) and the ordinate represents concentration (ppm), and data for one week is shown separately for each day of the week.
도 1을 참조하면, 이산화탄소, 미세먼지 등 지하역사의 공기 오염물질은 주기적인 일(day) 변화 패턴을 가지는 것을 알 수 있다. 이러한 일 변화 패턴은 오염물질의 종류(즉, 이산화탄소 또는 미세먼지)나 각 요일별로 미소한 차이는 있으나, 대체적으로 일정한 경향을 보이고 있다. 즉, 이용객의 수나 지하철의 운행빈도가 잦은 일부 오전 시간대와 오후 시간대에 오염물질의 농도가 최대치를 보이며, 그 외의 시간대에서는 비교적 낮은 농도를 보이고 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that air pollutants in underground history such as carbon dioxide and fine dusts have a periodic pattern of day-to-day variation. Such a pattern of daily variation has a tendency to be generally constant although there are minute differences according to kinds of pollutants (that is, carbon dioxide or fine dust) or each day of the week. That is, the concentration of pollutants is maximum in some morning and afternoon hours, where the number of passengers and the frequency of subway operation are frequent, and the concentration is relatively low at other times.
상기와 같이 지하역사 내 오염물질, 즉, 실내공기질은 주기적인 패턴을 가지고 하루 동안 변화될 수 있다. 따라서 환기 시스템의 최적화된 셋-포인트(set-point)를 설정함에 있어 이러한 실내공기질의 주기적인 일 변화 패턴이 고려될 필요가 있다. 여기서 상기의 셋-포인트는 지하역사 내 실내공기질을 유지 및 제어하기 위한 환기 시스템에 있어서, 환기 시스템이 목표하는 실내공기질의 척도를 의미할 수 있다. 예컨대, 상기의 셋-포인트는 미세먼지(PMs)의 농도를 기준으로 설정될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기의 셋-포인트가 미세먼지(PM10) 농도를 기준으로 설정되는 경우를 중심으로 설명하도록 한다. 또한, 상기의 환기 시스템은 지하역사 내로 외부공기를 유입시켜 오염물질을 희석시키는 방식으로 실내공기질을 유지 및 제어하는 것으로, 자연 환기가 아닌 팬(fan) 등을 통해 공기의 강제적인 순환이나 유동을 일으킬 수 있는 시스템을 의미할 수 있다.As described above, the pollutants in the underground history, that is, the indoor air quality, can be changed over a period with a periodic pattern. Therefore, in establishing an optimized set-point of the ventilation system, this periodic variation pattern of indoor air quality needs to be considered. Here, the set-point refers to a measure of the indoor air quality targeted by the ventilation system in the ventilation system for maintaining and controlling the indoor air quality in the underground history. For example, the set-point may be set based on the concentration of fine dusts (PMs). Hereinafter, for the sake of convenience, the case where the set-point is set based on the concentration of fine dust (PM 10 ) will be mainly described. In addition, the ventilation system described above maintains and controls the indoor air quality by introducing outside air into the underground history to dilute the pollutants, and it is possible to prevent the forced circulation or flow of air through a fan, This can mean a system that can cause problems.
본 발명의 일 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 상기와 같은 실내공기질의 주기적 패턴을 환기 시스템의 셋-포인트 설정에 반영함으로써, 환기 시스템의 에너지 소모를 줄이면서도 실내공기질을 적절한 수준으로 유지할 수 있도록 한다.The control method of the ventilation system according to an embodiment of the present invention reflects the periodic pattern of the indoor air quality in the set-point setting of the ventilation system to reduce the energy consumption of the ventilation system and maintain the indoor air quality at an appropriate level .
구체적으로, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 일(day) 단위의 전체 제어시간을 복수개의 시간구간으로 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 예컨대, 본 단계에서는 전체 제어시간인 하루(24h)를 1시간씩 24개의 시간구간으로 분할하거나, 3시간씩 8개의 시간구간으로 분할할 수 있다.Specifically, the control method of the ventilation system according to the present embodiment may include dividing the total control time in units of days into a plurality of time intervals. For example, in this step, the total control time 24h may be divided into 24 time intervals by 1 hour, or 8 time intervals by 3 hours.
다만, 상기에서 각 시간구간이 지나치게 긴 경우, 실내공기질의 주기적 일 변화 패턴이 셋-포인트 설정에 적절히 반영될 수 없다. 따라서 시간구간은 최소 4개 이상으로 분할되거나, 시간간격이 최대 6시간 이하로 분할될 수 있다. 또한, 셋-포인트의 변경이 지나치게 빈번하게 일어나면 시스템에 무리를 초래할 가능성이 있으므로, 시간구간은 최대 24개 이하로 분할되거나, 시간간격이 최소 1시간 이상으로 분할될 수 있다.However, if the time interval is excessively long, the periodic change pattern of the indoor air quality can not be properly reflected in the set-point setting. Therefore, the time interval may be divided into a minimum of four or a time interval of not more than six hours. In addition, the time interval may be divided into a maximum of 24 or less, or the time interval may be divided into a minimum of one hour, since the change of the set-point occurs too frequently, which may cause system overload.
한편, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 분할된 각 시간구간에 대해 환기 시스템의 셋-포인트를 각각 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기의 셋-포인트는 각 시간구간마다 상이하게 설정되어도 무방하다. 즉, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 환기 시스템의 셋-포인트를 일정한 고정값으로 설정하는 것이 아닌, 분할된 각 시간구간마다 셋-포인트를 설정하게 된다. 이는 일정한 고정값을 하나의 목표치로 셋-포인트가 설정되는 종래의 환기 시스템과 구별된다.Meanwhile, the control method of the ventilation system according to the present embodiment may include setting each set-point of the ventilation system for each divided time period. At this time, the set-point may be set differently for each time interval. That is, the control method of the ventilation system according to the present embodiment does not set the set-point of the ventilation system at a fixed fixed value but sets the set-point at each divided time interval. This is distinguished from conventional ventilation systems where setpoints are set to a fixed value with a single target value.
각 시간구간에서의 셋-포인트는 반복 동적 프로그래밍(Iterative Dynamic Programming, IDP) 기법을 통해 결정될 수 있다. IDP 기법은 평가지수(performance index)를 최소화하는 최적 제어값을 찾기 위한 방법으로 당업계에서 기 공지된 바 있으며, 그 개략적인 프로세스는 아래와 같다.The set-point at each time interval can be determined through an iterative dynamic programming (IDP) technique. The IDP technique has been known in the art as a method for finding an optimum control value that minimizes the performance index, and the outline process is as follows.
먼저, 전체 시스템의 시간(tf)을 P조각의 시간구간으로 분할하고, 각 시간구간의 간격(L, L=tf/P)을 구한다. 다음으로, 허용되는 제어동작의 수(M)와 격자점의 수(N)를 선택하고, 초기 제어동작(초기 제어값, u(0)), 제어동작의 간격 크기(r), 축소 인자(β) 등을 정하게 되며, 아래의 수학식 1을 통해 허용되는 제어동작(u)을 구한다.First, the time (t f ) of the entire system is divided into P time segments, and the interval (L, L = t f / P) of each time interval is obtained. Next, the number of control operations M allowed and the number of grid points N are selected and the initial control value (initial control value, u (0)), the interval size r of the control operation, beta), etc. are determined, and the control operation (u) allowed by the following equation (1) is obtained.
예컨대, 허용되는 제어동작(M)의 수가 5이고, 초기 제어동작(u(0))이 50이며, 제어동작의 간격 크기(r)가 5이면, 허용되는 제어동작(u)은 아래의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.For example, if the number of allowed control operations M is 5, the initial control operation u (0) is 50, and the interval size r of the control operation is 5, Can be calculated as shown in Equation (2).
다음으로, 초기 제어동작(초기 제어값)을 적용하여 각 시간구간에 대해 격자점(x-grid point)을 생성한다.Next, an initial control operation (initial control value) is applied to generate an x-grid point for each time interval.
또한, 시간 tf-L에서 tf에 대응되는 마지막 시간구간 P에서 시작하여 각각의 허용되는 제어동작(u)을 각 격자점에 적용하고, 평가지수를 최소화하는 제어값을 선택(저장)한다. 시간구간 P-1에서 마찬가지로 tf-2L에서 tf-L까지 각 격자점에 대해 허용되는 제어동작(u)을 적용하고, 마지막의 궤적과 가장 가까운 격자점을 찾는다. 다시 이전 단계인 시간구간 P에서 각 격자점에 선택된 제어값들을 이용해 평가지수를 최소화하는 제어값을 찾고 이를 선택(저장)한다.Also, starting from the last time interval P corresponding to t f at time t f -L, each allowed control operation u is applied to each lattice point, and a control value for minimizing the evaluation index is selected (stored) . Likewise, in time interval P-1, the permissible control operation (u) is applied for each lattice point from t f -2L to t f -L, and the lattice point closest to the last trajectory is found. In the previous time period P, a control value minimizing the evaluation index is selected by using the control values selected for each grid point, and the selected control value is selected (stored).
상기의 과정을 시간구간 P-2, P-3,..., 1 단계까지 반복하고, 1 단계까지 왔을 때 평가지수를 최소화시키는 제어값을 선택(저장)한다.The above process is repeated up to the time interval P-2, P-3,..., And the control value for minimizing the evaluation index is selected (stored) when the first step is reached.
제어동작의 간격 크기(r)를 아래 수학식 3과 같이 줄여서 해의 정확도를 증가시킨다. 아래 수학식 3에서 j는 반복 횟수를 의미한다.The accuracy of the solution is increased by decreasing the interval size (r) of the control operation as shown in Equation (3) below. In Equation (3) below, j means the number of repetitions.
상기에서 선택된 제어값을 초기 제어동작(초기 제어값)으로 사용하고, 다시 각 시간구간에 대해 격자점을 생성하는 단계로 돌아가서 상기의 과정을 반복한다.The control value selected above is used as an initial control operation (initial control value), and the process is again returned to the step of generating lattice points for each time interval.
한편, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법에 있어서, 상기와 같은 IDP 기법을 적용하기 위한 평가지수는 환기 시스템의 에너지 소모 및 실내공기질의 수준이 함께 고려되어야 한다. 다만, 환기 시스템의 가동에 따른 실내공기의 희석이나 정화 정도는 외부공기질에 의해 영향을 받을 수 있다. 즉, 본 실시예에서 전제하는 환기 시스템의 경우, 외부공기를 지하역사 내로 도입하여 실내공기를 희석시키는 방식으로 실내공기질을 제어하기 때문에 유입된 외부공기 중의 오염물질이 실내공기질에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 평가지수는 환기 시스템의 에너지 소모 및 실내공기질 뿐만 아니라, 외부공기질에 따른 영향이 함께 고려됨이 바람직하며, 이러한 측면에서 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 외부공기질의 수준에 따라 평가지수를 상이하게 구성할 수 있다.Meanwhile, in the control method of the ventilation system according to the present embodiment, the evaluation index for applying the IDP technique should be considered together with the energy consumption of the ventilation system and the indoor air quality level. However, the degree of dilution or purification of the indoor air due to the operation of the ventilation system may be influenced by the external air quality. That is, in the case of the ventilation system in the present embodiment, the indoor air quality is controlled by introducing the outside air into the underground history and diluting the indoor air, so that the contaminants in the introduced outdoor air may affect the indoor air quality . Therefore, it is desirable that the evaluation index is considered not only of the energy consumption of the ventilation system and the indoor air quality but also the influence of the external air quality. In this respect, the control method of the ventilation system according to the present embodiment, Can be configured differently.
먼저, 외부공기질이 적정 수준인 경우를 살펴본다. 이 경우 환기 시스템을 통해 유입되는 외부공기 중의 오염물질은 지하역사 내 실내공기질에 미치는 영향이 상대적으로 작게 된다. 따라서 평가지수는 오염물질의 감소(즉, 실내공기질)보다 환기 시스템의 에너지 소모에 중점을 두어 설정될 필요가 있다. 한편, 외부공기질의 수준은 외부공기 중의 오염물질 농도에 기반하여 판단될 수 있다. 예컨대, 외부공기의 미세먼지(PM10) 농도가 기 설정된 한계치 이하인 경우, 외부공기질은 적정 수준으로 평가될 수 있다.First, consider the case where the external air quality is at an appropriate level. In this case, the pollutants in the outside air flowing through the ventilation system have a relatively small influence on the indoor air quality in the underground history. Therefore, the evaluation index needs to be set with a focus on the energy consumption of the ventilation system rather than on the reduction of pollutants (ie indoor air quality). On the other hand, the level of the external air quality can be judged based on the concentration of the pollutant in the external air. For example, when the concentration of the fine dust (PM 10 ) of the outside air is equal to or less than a predetermined threshold value, the outside air quality can be evaluated to an appropriate level.
외부공기질이 적정 수준인 경우, 지하역사 내 실내공기질과 실내공기질의 적절한 범위 간의 편차(difference)가 평가지수에 사용될 수 있다. 이때, 상기의 범위는 소정범위의 미세먼지 농도를 기준으로 설정될 수 있다. 예컨대, 실내공기질의 적절한 범위는 60~80㎍/㎥의 미세먼지(PM10) 농도로 설정될 수 있다. 상기의 편차는 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.If the outside air quality is adequate, the difference between the appropriate range of indoor air quality and indoor air quality in the underground history can be used for the evaluation index. At this time, the above range can be set based on the fine dust concentration within a predetermined range. For example, an appropriate range of the indoor air quality may be set to a fine dust (PM 10 ) concentration of 60 to 80 μg /
상기 수학식 4에서 d는 편차, 'CIAI of station PM10'은 지하역사 실내공기의 미세먼지 농도, 'average comfortable range'는 적절한 실내공기질 범위의 평균값을 의미한다. 예컨대, 실내공기의 적절한 미세먼지 농도 범위가 60~80㎍/㎥로 설정될 경우, 'average comfortable range'는 70(㎍/㎥)으로 계산될 수 있다. 참고로, 'CIAI'는 '통합실내공기지수(Comprehensive Indoor Air-quality Index)'의 약자임을 알려둔다.In Equation (4), d represents the deviation, 'CIAI of station PM 10 ' represents the average value of the indoor air quality range, and 'average comfortable range' represents the average indoor air quality range. For example, when the appropriate fine dust concentration range of indoor air is set to 60 to 80 μg /
도 2는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 2가지 셋-포인트(55㎍/㎥(실선), 95㎍/㎥(점선))에 대한 환기 시스템의 에너지 소비(상측) 및, 적절한 실내공기질 범위에 대한 편차(하측)를 나타내고 있다. 가로축은 시간(day), 세로축은 소비되는 에너지(kWh) 또는 편차(㎍/㎥)를 의미한다.2 shows the energy consumption (upper) of the ventilation system for the two set-points (55 占 퐂 / m3 (solid line), 95 占 퐂 / (Lower side). The horizontal axis represents time (day), and the vertical axis represents consumed energy (kWh) or deviation (占 퐂 / m3).
도 2에서 특정 시간구간에 대한 에너지 그래프의 면적(AE)은 환기 시스템의 에너지 소비량을 나타낼 수 있다(상측 참조). 또한, 특정 시간구간에 대한 편차 그래프의 면적(ACIAI difference)이 작다는 것은 역사 내 실내공기질이 기 설정된 적절한 수준(범위)에 근접하다는 것을 의미하게 된다(하측 참조). 따라서 편차에 대한 면적(ACIAI difference)을 작게 하는 것이 실내공기질을 적절한 수준으로 유지하면서 환기 시스템의 에너지 소비와 균형을 맞출 수 있는 최적화 전략으로 고려될 수 있다. 즉, 결론적으로 외부공기질이 적정 수준인 경우, 평가지수는 아래의 수학식 5와 같이 설정될 수 있다.In Figure 2, the area of the energy graph for a particular time period (A E ) can represent the energy consumption of the ventilation system (see above). In addition, the small A CIAI difference for a specific time interval means that the indoor air quality in the history is close to a predetermined appropriate level (see below). Therefore, reducing the A CIAI difference for the deviation can be considered as an optimization strategy to balance the energy consumption of the ventilation system while maintaining adequate indoor air quality. That is, when the external air quality is at an appropriate level, the evaluation index can be set as shown in Equation (5) below.
상기 수학식 5에서 J1는 외부공기질이 적정 수준인 경우 IDP 적용을 위한 평가지수, Q는 에너지 소비에 대한 가중치, R는 편차에 대한 가중치, N은 시간구간의 개수, L은 시간구간의 간격(길이)을 나타낸다. 또한, energy(k)는 환기 시스템의 에너지 소비, CIAI(k)는 지하역사의 실내공기질 지수(미세먼지 농도)를 나타낸다.In Equation (5), J 1 is an evaluation index for applying IDP when the external air quality is an appropriate level, Q is weight for energy consumption, R is weight for deviation, N is the number of time intervals, L is a time interval (Length). Energy (k) represents the energy consumption of the ventilation system, and CIAI (k) represents the indoors air quality index (fine dust concentration) in the underground history.
한편, 지상의 환경조건, 황사 등의 영향으로 외부공기질이 나쁜 경우, 환기 시스템을 통해 유입되는 외부공기 중의 오염물질은 지하역사 내 실내공기질에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 이 경우 평가지수는 오염물질의 감소, 즉, 실내공기질을 중심으로 설정될 필요가 있다. 한편, 외부공기질의 수준은 전술한 바와 같이, 기 설정된 미세먼지 농도 등에 기반하여 분류될 수 있다.On the other hand, when the outside air quality is bad due to the environmental condition of the ground, the dust, etc., the pollutants in the outside air flowing through the ventilation system may have a great influence on the indoor air quality in the underground history. Therefore, in this case, the evaluation index needs to be set based on the reduction of pollutants, that is, indoor air quality. On the other hand, the level of the external air quality can be classified based on the predetermined fine dust concentration and the like as described above.
도 3은 외부공기질이 오염된 수준인 경우, 2가지 셋-포인트(55㎍/㎥(실선), 95㎍/㎥(점선))에 대한 환기 시스템의 에너지 소비(상측) 및, 지하역사 내 미세먼지 농도(하측)를 나타내고 있다. 도 3에서 가로축은 시간(day), 세로축은 에너지 소비(kWh) 또는 미세먼지 농도(㎍/㎥)를 나타내며, 면적 AE는 에너지 소비량, 면적 ACIAI는 미세먼지 양을 나타낸다.Figure 3 shows the energy consumption (upper) of the ventilation system for two sets of points (55 占 퐂 / m3 (solid line), 95 占 퐂 / And the dust concentration (lower side). In FIG. 3, the horizontal axis represents time (day), the vertical axis represents energy consumption (kWh) or fine dust concentration (μg / m 3), area A E represents energy consumption and area A CIAI represents the amount of fine dust.
도 3을 참조하면, 외부공기 중의 미세먼지 농도가 기 설정된 한계치를 초과하는 등으로 외부공기질이 부적절한 수준일 경우, 외부의 오염물질이 환기 시스템을 통해 지하역사 내로 유입되기 때문에, 외부공기질이 적정 수준인 경우(도 2 참조)와 비교하여, 실내공기의 미세먼지 농도가 높게 조성됨을 알 수 있다. 따라서 이 경우 에너지 소비보다는 면적 ACIAI를 줄여 미세먼지로 인한 위험요인을 최소화할 필요가 있다. 결국, 외부공기질이 오염된 수준일 경우, 평가지수는 AE 및 ACIAI의 조합을 통해 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3, when the concentration of fine dust in the outside air exceeds a predetermined threshold value, and the outside air quality is inadequate, external pollutants flow into the underground history through the ventilation system, (See FIG. 2), it can be understood that the fine dust concentration of the indoor air is enhanced. Therefore, in this case, it is necessary to reduce the area A CIAI rather than the energy consumption to minimize the risk due to fine dust. Finally, when the external air quality is at the contaminated level, the evaluation index can be expressed by the following equation (6) through a combination of A E and A CIAI .
상기 수학식 6에서 J2는 외부공기질이 오염된 수준인 경우 IDP 적용을 위한 평가지수, Q는 에너지 소비에 대한 가중치, R는 편차에 대한 가중치, N은 시간구간의 개수, L은 시간구간의 간격(길이)을 나타낸다. 또한, energy(k)는 환기 시스템의 에너지 소비, CIAI(k)는 지하역사의 실내공기질 지수(미세먼지 농도)를 나타낸다.If the above Equation 6 J 2 are the external air quality contamination level rating scale for the IDP application, Q is a weight for energy, R is the weight on the deviation, N is the number of time intervals, L is the time interval And the interval (length). Energy (k) represents the energy consumption of the ventilation system, and CIAI (k) represents the indoors air quality index (fine dust concentration) in the underground history.
한편, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 전술한 수학식 5, 6에서 가중치인 Q, R를 상대적으로 증감시켜 에너지 저감 또는 실내공기질에 중점을 두도록 운용될 수 있다. 예컨대, 가중치 Q를 R에 대해 상대적으로 크게 설정하여 에너지 효율에 중점을 두거나, 가중치 R을 Q에 대해 상대적으로 크게 설정하여 실내공기질에 좀 더 중점을 두도록 시스템 운용될 수 있다.Meanwhile, the control method of the ventilation system according to the present embodiment can be operated so as to focus on energy reduction or indoor air quality by relatively increasing or decreasing the weights Q and R in Equations (5) and (6). For example, the system can be operated such that the weight Q is set relatively large with respect to R to focus on energy efficiency, or the weight R is set relatively large with respect to Q, so that the air quality is more emphasized.
끝으로, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 분할된 각 시간구간에 대해 IDP 알고리즘을 통해 도출된 최적의 셋-포인트를 환기 시스템의 셋-포인트로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 각 시간구간의 셋-포인트는 다른 시간구간의 셋-포인트와 상이하게 설정될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 환기 시스템의 실내공기질 목표치인 셋-포인트를 일정한 고정값으로 유지하지 않을 수 있으며, 각 시간구간별로 상이하게 셋-포인트를 설정할 수 있다. 또한, 이와 같은 셋-포인트의 궤적은 일(day) 단위의 주기를 가지고 적용될 수 있다.Finally, the control method of the ventilation system according to the present embodiment may include setting an optimal set-point derived through the IDP algorithm for each divided time interval as a set-point of the ventilation system. At this time, the set-point of each time interval may be set different from the set-point of the other time interval. That is, the control method of the ventilation system according to the present embodiment may not maintain the setpoint, which is the indoor air quality target value of the ventilation system, at a constant fixed value, and set-points may be set differently for each time interval. Also, such a set-point trajectory can be applied with a period of a unit of a day.
이하에서는 서울 지하철 3호선의 한 지하역사를 대상으로 본 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법을 적용한 결과를 살펴보기로 한다. 역사 중심부에 실시간 원격 모니터링 시스템을(real-time tele-monitoring system)를 설치하고 일정한 간격으로 실내공기 중 오염물질 농도를 수집하였으며, 미세먼지 농도는 β-레이 감쇠 방식의 SPM-613D를 이용하여 측정하였다. 또한, 외부의 미세먼지 농도가 31㎍/㎥로 외부공기질이 적정 수준인 경우와, 외부의 미세먼지 농도가 117㎍/㎥으로 외부공기질이 오염된 수준인 경우를 비교하였다.Hereinafter, a result of applying the ventilation system control method according to the present embodiment to a subterranean history of
환기 시스템의 성능은 평균 미세먼지 농도 및 에너지 소비 관점에서 평가되었으며, 다음과 같은 3가지 케이스에 대해 비교하였다. (1) 미리 설정된 스케쥴에 따라 환기 팬 속도를 수동으로 조절하는 방식(케이스 1), (2) 환기 시스템을 사용하되 일정하게 고정된 셋-포인트에 따라 운용하는 방식(케이스 2), (3) 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법에 따라 각 시간구간별로 셋-포인트를 설정하여 운용하는 방식(케이스 3). 케이스 1은 메뉴얼 방식으로 오전 12시부터 오후 5시까지는 팬 스피드를 45 rpm으로, 오후 5시부터 다음날 오전 9시까지는 팬 스피드를 60 rpm으로, 오전 9시부터 오전 12시까지는 팬 스피드를 40 rpm으로 수동 조절하였다. 케이스 2는 종래 일반적인 환기 시스템의 운용 방식으로, 본 시험에서는 셋-포인트를 70㎍/㎥으로 설정하였다. 또한, 케이스 3의 경우 전체 시간구간(1 day)을 8, 12 또는 24개의 시간구간으로 분할하여 도출된 결과를 비교하였다.The performance of the ventilation system was evaluated in terms of average fine dust concentration and energy consumption, and the following three cases were compared. (2) a system that uses a ventilation system but operates according to a fixed set point (Case 2); (3) A method of setting and operating a set-point for each time interval according to the control method of the ventilation system according to the present embodiment (Case 3).
도 4는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 시험대상인 지하역사에 대해 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법을 적용하여 각 시간구간별로 셋-포인트를 설정한 결과이다(케이스 3). IDP 알고리즘을 위한 초기 셋-포인트는 84㎍/㎥, 구역 크기는 5, 반복 횟수는 5, 축소 인자는 0.8로 적용하였다. 도 4에서 확인할 수 있듯이, 본 실시예에 따른 제어방법은 환기 시스템의 셋-포인트를 각 시간구간별로 상이하게 설정할 수 있으며, 이는 지하역사 내 실내공기질의 주기적 변화를 반영함으로써 에너지 및 실내공기질의 최적화를 가능하게 한다.FIG. 4 is a result of setting a set-point for each time interval by applying the control method of the ventilation system according to the present embodiment to the underground history to be tested when the external air quality is proper (Case 3). The initial set point for the IDP algorithm was 84 μg /
도 5는 외부 공기질이 적정 수준인 경우, 전술한 케이스 1 내지 3에 있어서 지하역사 내 평균 미세먼지 농도 및 에너지 소모를 비교한 결과이다. 이를 참조하면, 본 실시예에 따른 제어방법의 경우, 메뉴얼 방식(케이스 1)이나 고정된 셋-포인트의 환기 시스템(케이스 2)과 비교하여, 실내공기질은 적절한 범위(60~80㎍/㎥) 내로 유지하면서 에너지 소비는 절감시키고 있음을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows the results of comparing the average fine dust concentration and the energy consumption in the underground history in the above-described
도 6은 도 4에서 설정된 셋-포인트의 궤적(8 분할의 경우)에 대해, 외부로부터 유입되는 미세먼지 양, 외부공기의 미세먼지 농도 및 환기 팬의 스피드를 비교하여 보여주는 그래프이다. 도 6의 상단 그래프는 실내공기의 미세먼지 농도(실선) 및 8분할의 경우에 설정된 셋-포인트 궤적(점선)을 나타내고 있으며, 중단 그래프는 외부로부터 지하역사 내로 유입되는 미세먼지 양, 하단 그래프는 환기 팬의 스피드(실선) 및 외부공기의 미세먼지 농도(점선)을 나타내고 있음을 알려둔다.FIG. 6 is a graph showing a comparison of the amount of fine dust introduced from the outside, the fine dust concentration of outside air, and the speed of the ventilation fan, for the set-point trajectory (in the case of eight divisions) set in FIG. 6 shows the fine dust concentration (solid line) of the indoor air and the set-point locus (dotted line) set in the case of the eight division, and the interrupted graph shows the amount of fine dust flowing into the underground history from the outside, (Solid line) of the ventilation fan and the fine dust concentration of the outside air (dotted line).
도 6의 상단 그래프를 참조하면, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 실내공기질의 주기적 일 변화를 고려하여 셋-포인트가 설정됨으로써, 에너지 소비를 절감시키고 있음을 알 수 있다. 즉, 상대적으로 실내공기질이 낮은(미세먼지 농도가 높은) 러시아워 시간대(오전 6시부터 9시, 오후 6시부터 9시)에 환기 시스템의 셋-포인트가 낮게 설정되고, 다른 시간대에서는 비교적 셋-포인트가 높게 설정될 수 있다.Referring to the upper graph of FIG. 6, it can be seen that the control method of the ventilation system according to the present embodiment reduces the energy consumption by setting the set-point in consideration of the periodic change of the indoor air quality. In other words, the set-point of the ventilation system is set low in the rush hour (6:00 am to 9:00 pm, 6:00 pm to 9:00 pm) relatively low indoor air quality (high dust concentration) The point can be set high.
한편, 도 6의 하단 그래프에서 좌측에 표시된 원 부위를 참조하면, 외부공기 중의 미세먼지 농도가 높을 경우, 이에 대응하여 팬 스피드가 낮아지고 에너지 소비가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 우측에 표시된 원 부위을 참조하면, 외부공기가 적정 수준일 경우(즉, 미세먼지 농도가 낮은 경우), 역사 내부로 깨끗한 외부공기를 충분히 유입시키기 위해 에너지 소비가 다소 증가되더라도 팬 스피드가 높아짐을 알 수 있다. 결국, 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 실내공기질 뿐만 아니라 외부공기질에 대응하여도 20~60 Hz로 팬 스피드를 조절할 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, referring to the circle shown on the left side of the lower graph of FIG. 6, it can be seen that when the concentration of fine dust in the outside air is high, the fan speed is correspondingly lowered and the energy consumption is lowered. In addition, referring to the circle shown on the right side, when the outside air is at a proper level (that is, when the fine dust concentration is low), the fan speed increases even though the energy consumption is slightly increased to sufficiently introduce clean outside air into the history Able to know. As a result, it can be seen that the control method of the ventilation system according to the present embodiment can adjust the fan speed in the range of 20 to 60 Hz corresponding to the indoor air quality as well as the external air quality.
도 7은 외부 공기질이 오염된 수준인 경우, 시험대상인 지하역사에 대해 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법을 적용하여 각 시간구간별로 셋-포인트를 설정한 결과이며(케이스 3), 도 8은 외부 공기질이 오염된 수준인 경우, 케이스 1 내지 3에 있어서 지하역사 내 평균 미세먼지 농도 및 에너지 소모를 비교한 결과이다. 또한, 도 9는 도 7에서 설정된 셋-포인트의 궤적(8 분할의 경우)에 대해, 외부로부터 유입되는 미세먼지 양, 외부공기의 미세먼지 농도 및 환기 팬의 스피드를 비교하여 보여주는 그래프이다.FIG. 7 shows a result of setting a set-point for each time interval by applying the control method of the ventilation system according to the present embodiment to the underground history to be tested when the external air quality is polluted, Is a result of comparing the average fine dust concentration and energy consumption in the underground history in
도 7 내지 9를 참조하면, 전술한 도 4 내지 6의 경우와 유사하게 외부공기질이 부적절한(오염된) 경우에도 본 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법은 역사 내 실내공기질을 적정 범위 내로 유지하면서 에너지 소비량을 저감시키고 있음을 알 수 있다. 다만, 이와 같이 외부공기질이 부적절한 경우에는 외부로부터 역사 내로 유입되는 미세먼지가 실내공기질에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로, 전술한 도 4 내지 6의 경우와 비교하여 셋-포인트가 다소 높은 수준으로 설정되고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 경우 에너지 소비에 앞서 실내공기질 유지에 중점을 두어야 하므로, 본 실시예에 따른 제어방법의 경우 매뉴얼 방식(케이스 1)에 비해 평균 미세먼지 농도를 낮게 제어하고 있다(도 8 참조).Referring to FIGS. 7 to 9, similarly to the above-described FIGS. 4 to 6, even when the external air quality is improper (contaminated), the control method of the ventilation system according to the present embodiment is performed It can be seen that the energy consumption is reduced. However, when the outside air quality is improper as described above, the fine dust introduced into the history from the outside can significantly affect the indoor air quality, so that the set-point is set to a somewhat higher level as compared with the case of FIGS. . In this case, since the concentration of the indoor air quality should be emphasized prior to the energy consumption, the control method according to the present embodiment controls the average fine dust concentration to be lower than that of the manual method (Case 1) (see FIG. 8).
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 환기 시스템의 제어방법은 분할된 각 시간구간에 대해 셋-포인트를 설정함으로써, 지하역사 실내공기의 주기적 일 변화를 환기 시스템의 제어에 반영하게 되며, 지하역사의 실내공기질을 적절한 범위 내로 유지하면서도, 환기 시스템에서 소모되는 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.As described above, according to the control method of the ventilation system according to the embodiments of the present invention, the set-point is set for each divided time period, so that the periodic daily change of the underground history indoor air is reflected in the control of the ventilation system , The energy consumption consumed in the ventilation system can be reduced while maintaining the indoor air quality of the underground history within an appropriate range.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
Claims (5)
일(day) 단위의 전체 제어 시간을 복수개의 시간구간으로 분할하는 단계;
반복 동적 프로그래밍(Iterative Dynamic Programming)을 통해 상기 분할된 각 시간구간에 대해 셋-포인트(set-point)를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 각 셋-포인트를 상기 환기 시스템의 각 시간구간에 대한 셋-포인트로 설정하는 단계;를 포함하는, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법.A control method of a ventilation system for controlling indoor air quality in the underground history by introducing outside air into the underground history and diluting indoor air in the underground history,
Dividing a total control time in units of days into a plurality of time intervals;
Calculating a set-point for each divided time interval through iterative dynamic programming; And
And setting each calculated set-point to a set-point for each time interval of the ventilation system.
상기 지하역사 내 실내공기질은, 일(day) 단위의 주기적 패턴을 가지고 변화되고,
상기 일 단위의 전체 제어 시간은, 4 내지 24개의 시간구간으로 분할되거나, 각 시간구간의 길이가 1 내지 8시간으로 분할되며,
상기 분할된 각 시간구간 중 어느 하나의 시간구간에 대해 산출된 셋-포인트는, 다른 하나의 시간구간에 대해 산출된 셋-포인트와 상이하게 설정되는, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법.The method according to claim 1,
The indoor air quality in the underground history is changed with a periodic pattern in units of days,
The total control time of one unit may be divided into 4 to 24 time intervals, or the length of each time interval may be divided into 1 to 8 hours,
Wherein the set-point calculated for one of the divided time intervals is set different from the set-point calculated for the other one of the time intervals.
상기 반복 동적 프로그래밍은, 평가지수()를 최소화하도록 상기 각 시간구간에 대해 셋-포인트를 산출하되,
상기 평가지수는, 외부공기의 오염물질 농도가 기 설정된 한계치 이하로 외부공기질이 적정 수준인 경우와, 외부공기의 오염물질 농도가 상기 한계치를 초과하여 외부공기질이 오염된 수준인 경우에 각각 상이하게 설정되는, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법.The method according to claim 1,
Wherein the iterative dynamic programming comprises calculating a set-point for each of the time intervals to minimize an evaluation index,
The evaluation index is different when the pollutant concentration of the outside air is less than a predetermined threshold and the outside air quality is an appropriate level and when the pollutant concentration of the outside air exceeds the limit value and the outside air quality is polluted A method of controlling an indoor air ventilation system in a subterranean history.
상기 평가지수는, 상기 외부공기질이 적정 수준인 경우 하기 수학식 1과 같이 설정되되,
(수학식 1)
상기 수학식 1에서, J1은 평가지수, N은 시간구간의 개수, Q는 에너지 소비에 대한 가중치, energy(k)는 환기 시스템의 에너지 소비, L은 시간구간의 간격, R은 실내공기질 편차에 대한 가중치, CIAI(k)은 지하역사 내 미세먼지 농도, a는 적절한 미세먼지 농도 범위의 평균을 나타내는 것인, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법.The method of claim 3,
The evaluation index is set as shown in Equation (1) below when the external air quality is appropriate,
(1)
In Equation 1, J 1 is a rating scale, N is the number of time intervals, the weight for the Q is the energy consumption, energy (k) is the energy consumption of the ventilation systems, L is a distance in the time interval, R is indoor air quality deviation , And CIAI (k) represents the average of the fine dust concentration in the underground history, and a represents the average of the appropriate fine dust concentration range.
상기 평가지수는, 상기 외부공기질이 오염된 수준인 경우 하기 수학식 2와 같이 설정되되,
(수학식 2)
상기 수학식 2에서, J2는 평가지수, N은 시간구간의 개수, Q는 에너지 소비에 대한 가중치, energy(k)는 환기 시스템의 에너지 소비, L은 시간구간의 간격, R은 실내공기질에 대한 가중치, CIAI(k)은 지하역사 내 미세먼지 농도를 나타내는 것인, 지하역사 내 실내공기 환기 시스템의 제어방법.The method of claim 3,
The evaluation index is set as shown in Equation (2) below when the external air quality is contaminated,
(2)
In Equation 2, J 2 is a rating scale, N is the number of time intervals, Q is a weight for energy consumption, energy (k) is the energy consumption of the ventilation systems, L is a distance in the time interval, R is the Indoor Air Quality And the CIAI (k) represents the fine dust concentration in the underground history.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108644980A (en) * | 2018-05-03 | 2018-10-12 | 广东工业大学 | Power consumption calculation method, system and the storage medium of subway station ventilation and air conditioning system |
| CN110617609A (en) * | 2019-10-10 | 2019-12-27 | 南京瑞松信息科技有限公司 | Energy management method of air conditioning system for subway station |
| CN110645679A (en) * | 2019-10-10 | 2020-01-03 | 南京瑞松信息科技有限公司 | Central air-conditioning energy-saving control system and method for subway station |
| CN111023532A (en) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 中维通(北京)科技有限公司 | Intelligent adjusting method for subway ventilation air conditioner |
| CN112611076A (en) * | 2020-11-23 | 2021-04-06 | 国电南瑞科技股份有限公司 | Subway station ventilation air conditioner energy-saving control system and method based on ISCS |
| KR20220120750A (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-31 | 주식회사 에어핏 | Method and apparatus for measuring indoor and outdoor air quality and managing indoor air quality |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110098102A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 경희대학교 산학협력단 | Air quality monitoring system and air quality control system |
| KR20130091213A (en) * | 2012-02-07 | 2013-08-16 | 그린에코스 주식회사 | Control system of air conditioner for optimizing quality of air |
| KR20130120603A (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-05 | 에스케이텔레콤 주식회사 | Energy managing apparatus and method using moderation of indoor environment terms |
| KR20140025702A (en) * | 2012-08-22 | 2014-03-05 | 국민대학교산학협력단 | Occupancy estimation system based on carbon dioxide concentration using dynamic neural network |
-
2016
- 2016-03-02 KR KR1020160024917A patent/KR101872228B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110098102A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 경희대학교 산학협력단 | Air quality monitoring system and air quality control system |
| KR20130091213A (en) * | 2012-02-07 | 2013-08-16 | 그린에코스 주식회사 | Control system of air conditioner for optimizing quality of air |
| KR20130120603A (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-05 | 에스케이텔레콤 주식회사 | Energy managing apparatus and method using moderation of indoor environment terms |
| KR20140025702A (en) * | 2012-08-22 | 2014-03-05 | 국민대학교산학협력단 | Occupancy estimation system based on carbon dioxide concentration using dynamic neural network |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108644980A (en) * | 2018-05-03 | 2018-10-12 | 广东工业大学 | Power consumption calculation method, system and the storage medium of subway station ventilation and air conditioning system |
| CN110617609A (en) * | 2019-10-10 | 2019-12-27 | 南京瑞松信息科技有限公司 | Energy management method of air conditioning system for subway station |
| CN110645679A (en) * | 2019-10-10 | 2020-01-03 | 南京瑞松信息科技有限公司 | Central air-conditioning energy-saving control system and method for subway station |
| CN111023532A (en) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 中维通(北京)科技有限公司 | Intelligent adjusting method for subway ventilation air conditioner |
| CN111023532B (en) * | 2019-12-31 | 2020-11-27 | 中维通(北京)科技有限公司 | Intelligent adjusting method for subway ventilation air conditioner |
| CN112611076A (en) * | 2020-11-23 | 2021-04-06 | 国电南瑞科技股份有限公司 | Subway station ventilation air conditioner energy-saving control system and method based on ISCS |
| KR20220120750A (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-31 | 주식회사 에어핏 | Method and apparatus for measuring indoor and outdoor air quality and managing indoor air quality |
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