KR20190031658A - 항온항습기 사전 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물 내 온도를 제어하는 항온항습기의 제어 시스템에 관한 것으로서, 상기 출입감지모듈에서 감지된 인원수 정보 및 외부 모듈로부터 환경정보를 수신하여 이를 토대로 상기 사전설정부의 규칙에 따른 목표 온도를 도출하고 항온항습기에 제어명령을 송출하는 규칙적용부;를 포함하여, 인원변동 감지를 통해 사전에 건물 내 적정 온도 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

항온항습기 사전 제어 시스템{Presettable control system for thermo-hygrostat}

본 발명은 건물 내 온도를 제어하는 항온항습기의 제어 시스템에 관한 것이다.

건물 내의 냉ㆍ난방에 있어서, 재실자가 쾌적함을 느끼는 수준의 적정 온도를 유지하는 것은 에너지 절약 뿐만 아니라 재실자의 건강을 위해서도 매우 중요하다.

따라서 종래 항온항습기가 보급되어 있으나, 그 제어 방식을 보면 온도센서 등의 감지 값에 기반한 사후 제어로서 해당 센싱의 위치에 따라 재실자가 느끼는 체감온도와는 상당한 오차가 발생하고 이미 체감한 이후에 제어가 이루어지기 때문에 에너지 낭비요인이 되며 재실자는 이미 과도한 냉이나 난방에 노출되는 문제가 있다.

관련 선행기술을 살펴보면, 등록특허 제1717836호는 빌딩 자동제어시스템 중 공조 제어에 관한 것으로서, 실내의 온도변화율 정보를 이용하여 실내의 인원에 최적화된 최소의 외기 도입량으로 제어할 수 있는 온도변화율 정보를 활용한 자동제어시스템을 제공한다.

상기 선행기술은 공조제어라는 점에서 기술분야의 차이가 있으며 사후 온도변화율 정보를 토대로 한 제어이므로 종래의 사후제어기술에 속하여 본 발명과는 차이가 있다.

본 발명은 건물의 단열정보와 기타 환경정보를 토대로 기본 정보를 설정하고 이를 토대로 인원변동에 따른 최적화된 온도로 항온항습기를 제어함으로써 사전제어가 가능한 항온항습기 제어시스템의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 항온항습기 제어모듈 및 건물 내 온도센서를 포함하여 현재 온도를 감지함으로써 항온항습기 작동을 제어하는 시스템에 있어서, 건물 내 출입인원을 판단하는 출입감지모듈; 및 현재 날씨와 시간정보를 포함한 환경정보를 감지하는 외부모듈;을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 건물 단열 정보, 인원변동 및 환경변화가 미치는 영향을 식 1과 식 2를 이용하여 보정하고 이를 토대로 온도 제어 규칙을 설정하는 사전설정부;

<식 1>

(여기에서

는 입력변수 이며,

는 관측값을 뜻한다.

는 사후 분포함수로 규칙을 설정하기 위한 사후 분포를 나타낸다.

는 우도 함수로서

가 있을 때

가 나타날 확률을 뜻한다.

는 사전분포 함수로서

는 우도함수

와

의 곱과 비례한다.)

<식 2>

(여기에서

는 입력변수

의 표준편차를 뜻하고,

는 측정한 데이터를 기반으로 하는 예상 결과값을 뜻하며,

는 실제 관측값을 뜻한다.

는 수집한 데이터의 입력값이다.) 및

상기 출입감지모듈에서 감지된 인원수 정보 및 외부 모듈로부터 환경정보를 수신하여 이를 토대로 상기 사전설정부의 규칙에 따른 목표 온도를 도출하고 항온항습기에 제어명령을 송출하는 규칙적용부;를 포함하여, 인원변동 감지를 통해 사전에 건물 내 적정 온도 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템을 제공한다.

상기 출입감지모듈은 적외선 센서를 포함하고, 건물 출입구에 설치되어 인원 이동에 따른 가감처리를 통해 건물 내의 인원을 판단할 수 있다.

상기 외부모듈은 휴대용 스마트 단말기로서, 상기 제어모듈의 구동을 원격 제어하는 기능과 상기 제어모듈로부터 정보를 수신하여 디스플레이하는 기능을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 인원의 출입을 감지하고 건물 특성에 맞는 사전 제어를 함으로써 에너지를 절감하고 재실자에게 가장 쾌적한 건물내 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구성 블록도이다.

본 발명은 항온항습기(1)를 제어하는 시스템으로서, 온도센서(11) 및 제어모듈(2)을 포함하여 감지된 온도에 따라 제어모듈(2)이 항온항습기(1)를 제어하는바, 항온 항습기(1)의 자동 제어를 위해 확률적 기반의 최적 제어 규칙을 설정하고, 이를 통해 제어 모듈을 구현하고자 한다.

본 발명에서 항온항습기(1)이라 함은 본 발명을 적용하는 대상으로 대표적인 장비의 명칭을 기재한 것이고 온도를 포함하는 실내 컨디션을 항상 일정하게 제어하는 장비이면 족한바, 온도만 제어하거나 온도 외에 다른 조건을 함께 제어하는 장비이면 본 발명을 적용하는 대상으로서의 항온항습기와 균등관계임을 명확히 한다.

규칙 설정 방법으로는 건물 내 온도에 영향을 주는 여러 가지 변인들을 먼저 알아야 한다. 변인들로는 건축물의 자재, 건물 내 출입 인원, 조명 그리고 기기의 발열 등이 있다.

이 가운데 건축자재는 기축 건물의 자재를 바꿀 수는 없으므로 이는 건물별 기본정보인 특성정보로 활요하고 이에 인체, 조명, 기기의 발열을 변인으로 적용할 수 있다. 이 중 열역학적으로 가장 크게 영향을 주는 변인으로는 인체의 발열량이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 항온항습기(1)를 제어하기 위한 제어모듈(2)로 구성되며, 출입감지모듈(3), 외부모듈(4) 및 온도센서(11)가 제어 모듈과 통신하여 제어정보 생성을 지원한다.

출입감지모듈(3)은 건물 내 출입인원을 판단하는 수단으로서, 적외선 센서 및 센싱값의 가감처리를 수행하는 연산모듈이 포함될 수 있으며, 제어모듈(2)과는 무선통신수단에 의해 정보교환을 하도록 분리 구성될 수 있다.

일반적으로 재실 인원을 감지하기 위해서 실내공간에 대한 적외선 카메라를 적용하게 되는데, 본 발명은 사전 제어의 특성 및 프라이버시 보호를 위해서 출입감지모듈(3)을 건물 출입구에 설치하고, 인원 이동 즉, 인체가 움직이는 방향을 감지하여 인원을 가감처리 하는 연산모듈을 포함함으로써 현재 건물 내의 인원을 판단할 수 있다.

외부모듈(4)은 현재 날씨와 시간정보를 포함한 환경정보를 감지하는 수단으로서, 가장 바람직하게는 휴대용 스마트 단말기이며 관리자가 휴대하게 된다.

외부모듈(4)은 제어모듈(2)의 구동(on/off 등)을 원격 제어하는 기능과, 제어모듈(2)로부터 온도 정보, 인원 정보 등의 정보를 수신하여 디스플레이하는 기능을 더 포함할 수 있다.

즉, 온도 센서(11)로부터 전송 받은 건물 내 현재 온도와 건물 내의 인원수, 항온항습기(1)의 설정 온도 등을 외부모듈(4)(스마트폰)의 관리 어플리케이션으로 전송한다.

외부모듈(4)(스마트폰 관리 어플리케이션)을 이용하여 시간정보(날짜정보)를 취득하여 여름철에는 목표온도의 최저 온도보다 낮게 설정되어 있더라도 목표온도의 최저 온도 도달 시 자동으로 항온항습기의 전원을 차단하고 다시 목표온도의 최고온도가 되면 다시 항온항습기의 전원을 재가동 한다.

겨울철에는 이와 반대로 설정온도가 최고온도보다 높은 온도로 설정되어 있더라도 목표온도의 최고온도 도달 시 항온항습기의 전원을 차단하고 다시 목표온도의 최저 온도가 되면 역시 항온항습기의 전원을 재가동하여 쾌적한 최적의 실내 온도를 유지하도록 한다.

제어모듈(2)은 일반적으로, 항온항습기의 온도를 제어하기 위해 먼저 항온항습기의 적외선 신호 패턴을 분석해야한다.

항온항습기의 제조사마다 항온항습기 제어 신호가 다르기 때문에 항온항습기 제어 모듈을 이용하여 항온항습기가 수신하는 전원 켜기, 전원 끄기, 온도 상승 그리고 온도 하강 등의 제어에 필요한 신호들을 항온항습기의 리모컨으로부터 제어모듈(2)이 수신하여 분석한다.

제어모듈(2)은 항온항습기가 수신하는 신호의 패턴을 분석하여 메모리에 저장하고 항온항습기를 제어하는 신호를 다시 송신하는 기능을 담당한다.

본 발명의 제어모듈(2)은 사전설정부(21) 및 규칙적용부(22)를 포함하고 출입감지모듈(3), 외부모듈(4), 온도센서(11)가 제공하는 정보를 토대로 목표온도를 설정하여 항온항습기(1)를 제어한다.

사전설정부(21)는 건물 단열 정보, 인원변동 및 환경정보를 입력받아 건물 단열 정보, 인원변동 및 환경변화가 온도에 미치는 영향을 식 1과 식 2를 이용하여 보정하고 이를 토대로 온도 제어 규칙을 설정한다.

즉, 사람마다 발생시키는 발열량이 사람의 특성마다 조금씩 다르고 이를 모두 통제하기는 불가능 하므로, 이를 보정하기 위한 프로세스를 거쳐야한다. 본 발명에서는 이를 보정하기 위하여 베이지언 보정 방법을 선택하였고 이는 사후분포에 따른 가우시안 프로세스로 표현된다.

베이지언 보정의 기본인 베이즈 이론(Baye’Theorem)을 적용하면 식 1과 같다.

식 2를 구하기 위한 방법으로는 마코브 체인(Markov Chain)과 몬테 카를로(Monte Carlo integration)이 결합된 MCMC( Markov Chain Monte Carlo)방법을 사용한다.

상기 방법들을 통해 건물 온도에 영향을 주는 변인들로 온도 변화 규칙을 설정할 수 있다.

사후 분포함수를 구하는 식 1은 우도함수와 사전분포함수의 곱으로 계산된다. 우도함수는 미지 입력 변수의 값에 따른 관측 값의 조건부 확률로 나타내며, 베이지언 보정을 위한 우도함수는 식 2와 같다.

<식 1>

(여기에서

는 입력변수 이며,

는 관측값을 뜻한다.

는 사후 분포함수로 규칙을 설정하기 위한 사후 분포를 나타낸다.

는 우도 함수로서

가 있을 때

가 나타날 확률을 뜻한다.

는 사전분포 함수로서

는 우도함수

와

의 곱과 비례한다.)

<식 2>

(여기에서

는 입력변수

의 표준편차를 뜻하고,

는 측정한 데이터를 기반으로 하는 예상 결과값을 뜻하며,

는 실제 관측값을 뜻한다.

는 수집한 데이터의 입력값이다.)

규칙적용부(22)는 출입감지모듈(3)에서 감지된 인원수 정보 및 외부모듈(4)로부터 환경정보를 수신하여 이를 토대로 상기 사전설정부의 규칙에 따른 목표 온도를 도출하고 항온항습기에 제어명령을 송출한다.

건물 내에 사람이 한 명도 없다면, 중앙제어부에 저장된 항온항습기 제어 신호를 이용하여 항온항습기 제어 모듈을 이용해 항온항습기 제어 신호를 항온항습기에 송신하여 전원을 끄고 사람이 들어온다면 항온항습기의 전원을 켜되 상기 사전설정부의 규칙에 의한 제어가 수행된다.

1 : 항온항습기 2 : 제어모듈
21 : 사전설정부 22 : 규칙적용부
11 :온도센서 3 : 출입감지모듈
4 : 외부모듈

Claims (6)

1. 항온항습기 제어모듈 및 건물 내 온도센서를 포함하여 현재 온도를 감지함으로써 항온항습기 작동을 제어하는 시스템에 있어서,
   건물 내 출입인원을 판단하는 출입감지모듈; 및 현재 날씨와 시간정보를 포함한 환경정보를 감지하는 외부모듈;을 더 포함하고,
   상기 제어모듈은,
   건물 단열 정보, 인원변동 및 환경변화가 미치는 영향을 식 1과 식 2를 이용하여 보정하고 이를 토대로 온도 제어 규칙을 설정하는 사전설정부;
   <식 1>
   

   

   (여기에서

   

   는 입력변수 이며,

   

   는 관측값을 뜻한다.

   

   는 사후 분포함수로 규칙을 설정하기 위한 사후 분포를 나타낸다.

   

   는 우도 함수로서

   

   가 있을 때

   

   가 나타날 확률을 뜻한다.

   

   는 사전분포 함수로서

   

   는 우도함수

   

   와

   

   의 곱과 비례한다.)
   <식 2>
   

   

   (여기에서

   

   는 입력변수

   

   의 표준편차를 뜻하고,

   

   는 측정한 데이터를 기반으로 하는 예상 결과값을 뜻하며,

   

   는 실제 관측값을 뜻한다.

   

   는 수집한 데이터의 입력값이다.) 및
   상기 출입감지모듈에서 감지된 인원수 정보 및 외부 모듈로부터 환경정보를 수신하여 이를 토대로 상기 사전설정부의 규칙에 따른 목표 온도를 도출하고 항온항습기에 제어명령을 송출하는 규칙적용부;를 포함하여, 인원변동 감지를 통해 사전에 건물 내 적정 온도 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출입감지모듈은 적외선 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 출입감지모듈은 건물 출입구에 설치되어 인원 이동에 따른 가감처리를 통해 건물 내의 인원을 판단하는 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 외부모듈은 휴대용 스마트 단말기인 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 외부모듈은 상기 제어모듈의 구동을 원격 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 외부모듈은 상기 제어모듈로부터 정보를 수신하여 디스플레이하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항온항습기 제어 시스템.
   
   
   
   
   
   

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