KR20200012025A - 광학적으로 전환가능한 디바이스들에서의 천이들 제어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학적으로 전환가능한 디바이스에서의 천이들을 제어하는 시스템들, 방법들, 및 장치를 제공한다. 일 측면에서, 착색 가능한 창에 대한 제어기는 프로세서, 센서들로부터 출력 신호들을 수신하기 위한 입력, 프로세서로 하여금 착색 가능한 창의 색조 레벨을 결정하게 하는 지시들, 및 착색 가능한 창의 색조 레벨을 제어하기 위한 출력을 포함할 수 있다. 지시들은 수신된 출력 신호들과 색조 레벨 간의 관계식을 포함할 수 있으며, 이 관계식은 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 투과율 센서로부터의 출력 신호들을 이용한다. 일부 예들에서, 제어기는 네트워크를 통해 출력 신호들을 수신하고/하거나 네트워크와 인터페이싱할 수 있으며, 일부 예들에서는, 제어기가 네트워크와 인터페이싱하지 않는 독립형 제어기일 수 있다.
Description
본 출원은 Brown 등을 발명자들로하는, 2012년 4월 17일에 출원되고 발명의 명칭이 "CONTROLLING TRANSITIONS IN OPTICALLY SWITCHABLE DEVICES"(변리 명세서 번호(Attorney Docket No.) SLDMP035)인 미국 특허 출원 번호 제13/449,235호에 대한 우선권을 주장하고 이익을 가지며, 이는 그 전체로 및 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 전기변색 디바이스들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 전기변색 창들(windows)에 대한 제어기들 및 관련 알고리즘들에 관한 것이다.
전기변색은 통상적으로 재료가 전압 변화의 적용을 받게 됨으로써, 상이한 전자 상태에 놓일 경우, 광학적 특성에 있어서 가역적인 전기화학적-매개 변화를 나타내는 현상이다. 광학적 특성은 통상적으로 색상, 투과율, 흡수율, 및 반사율 중 하나 이상이다. 하나의 잘 알려진 전기변색 재료는 산화 텅스텐(WO3)이다. 산화 텅스텐은 전기 화학적 환원에 의해서 투명(transparent)에서 블루(blue)로의 착색 전환이 발생하는 음극 전기변색 재료이다.
전기변색 재료들은 예를 들어, 가정, 상업 및 기타 용도들을 위한 창들에 포함될 수 있다. 이러한 창들의 색상, 투과율, 흡수율, 및/또는 반사율은 전기변색 재료의 변화를 유도함으로써 변경될 수 있으며, 즉, 전기변색 창들은 전자적으로 어두워지거나 밝아질 수 있는 창들이다. 창의 전기변색 디바이스(EC; electrochromic device)에 인가되는 작은 전압은 그들이 어두워지게 하거나, 반대로 전압은 그들이 밝아지게 한다. 이러한 능력은 창들을 통과하는 광량(amount of light)의 제어를 가능하게 하며, 전기변색 창들이 에너지-절약 디바이스들로서 사용될 수 있는 기회를 제공한다.
전기변색은 1960년대에 발견되었지만, EC 디바이스들, 특히 EC 창들은 불행하게도 여전히 각종 문제들을 겪고 있으며, EC 기술, 장치들 및 EC 디바이스들을 제조 및/또는 사용하는 관련 방법들에 있어서의 최근의 진보들에도 불구하고 그들의 모든 상업적 잠재력을 실현하는 것을 시작하지 못하고 있다.
광학적으로 전환 가능한 디바이스에서의 천이들을 제어하는 시스템들, 방법들, 및 장치가 본 명세서에 개시된다.
일 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 구비하는 상기 설비 내의 전력 소모를 제한하는 방법이 제공된다. 상기 착색 가능한 창의 색조 레벨은 자동적으로 제어될 수 있다. 상기 방법은 외부 광센서(photosensor), 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 상기 외부로부터 상기 착색 가능한 창을 통과하는 광을 감지하는 투과율 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 임의의 2개 이상의 센서들로부터 출력 신호들을 수신하는 단계를 포함한다. 상기 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨은 상기 수신된 출력 신호들과 상기 색조 레벨 간의 관계를 사용하여 결정된다. 상기 착색 가능한 창의 상기 색조를 상기 결정된 색조 레벨로 변경하도록 하는 지시들이 제공된다.
다른 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 구비하는 상기 설비에 대한 착색 가능한 창을 위한 제어기가 제공된다. 상기 제어기는 프로세서(processor) 또는 제어 회로, 하나 이상의 센서들로부터의 출력 신호들을 수신하기 위한 적어도 하나의 입력, 및 프로세서 또는 제어 회로로 하여금 상기 수신된 출력 신호들과 상기 색조 레벨 간의 관계식을 사용함으로써 상기 착색 가능한 창의 색조 레벨을 결정하게 하는 지시들을 포함한다. 상기 관계식은 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 상기 외부로부터 상기 착색 가능한 창을 통과하는 광을 감지하는 투과율 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 임의의 2개 이상의 센서들로부터의 출력 신호들을 이용한다. 상기 제어기는 상기 착색 가능한 창의 상기 색조 레벨을 직접 또는 간접적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 출력을 더 포함한다.
다른 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 착색 가능한 창을 포함하는 상기 설비 내의 전력 소모를 제어하는 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 건물 관리 시스템, 조명 제어 패널(panel), 상기 건물 관리 시스템과 상기 조명 제어 패널이 통신하는 네트워크, 및 상기 착색 가능한 창을 위한 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 수신된 출력 신호들과 상기 색조 레벨 사이의 관계식을 사용함으로써 상기 착색 가능한 창의 색조 레벨을 결정하는 지시들을 포함한다. 상기 관계식은 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 상기 외부로부터 상기 착색 가능한 창을 통과하는 광을 감지하는 투과율 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 임의의 2개 이상의 센서들로부터의 출력 신호들을 이용한다. 상기 제어기는 상기 착색 가능한 창의 상기 색조 레벨을 직접 또는 간접적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 출력을 더 포함한다.
다른 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 착색 가능한 창을 구비하는 상기 설비 내의 전력 소모를 최소화하는 방법이 제공된다. 상기 착색 가능한 창은 제어기로부터 제어 가능한 조절가능 색조 레벨을 구비한다. 상기 방법은 상기 설비 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 수신하는 단계와, 상기 설비 내의 디바이스 또는 시스템의 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 상기 신호를 사용하여 상기 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨을 결정하는 단계와, 상기 착색 가능한 창의 상기 색조 레벨을 상기 결정되는 색조 레벨로 설정하도록 하는 지시들을 제공하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 구비하는 상기 설비에 대한 착색 가능한 창을 위한 제어기가 제공된다. 상기 제어기는 프로세서 또는 제어 회로, 하나 이상의 센서들로부터의 출력 신호들을 수신하기 위한 적어도 하나의 입력, 및 상기 프로세서 또는 제어 회로로 하여금 상기 수신된 출력 신호들과 상기 색조 레벨 간의 관계식을 사용함으로써 상기 착색 가능한 창의 색조 레벨을 결정하게 하는 지시들을 포함한다. 상기 관계식은 외부 광센서, 내부 광센서, 외부 온도 센서로부터의 출력 신호들, 및 색조 명령을 이용한다. 상기 제어기는 상기 착색 가능한 창의 상기 색조 레벨을 직접 또는 간접적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 출력을 더 포함한다.
다른 측면에서, 설비의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 구비하는 상기 설비 내의 전력 소모를 제한하는 방법이 제공된다. 상기 착색 가능한 창의 색조 레벨은 자동적으로 제어될 수 있다. 상기 방법은 상기 착색 가능한 창에서 수신되거나 이에 근접하게 수신되는 외부 방사조도의 레벨을 나타내는 신호들을 수신하는 단계와, 상기 수신된 출력 신호들과 상기 색조 레벨 간의 관계식을 사용하여 상기 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 관계식은 (i) 상기 수신된 방사조도 레벨이 제 1 임계값을 넘는 경우, 제 1 더 어두운 색조 레벨에서 제 2 더 밝은 색조 레벨로 천이할 것을 요구하고, 또한 (ii) 상기 수신된 방사조도 레벨이 제 2 임계값을 넘는 경우, 상기 제 2 더 밝은 색조 레벨에서 상기 제 1 더 어두운 색조 레벨로 천이할 것을 요구한다. 상기 제 1 및 제 2 임계값들은 서로 상이하다. 상기 방법은 상기 착색 가능한 창의 색조를 상기 결정된 색조 레벨로 변경하도록 하는 지시들을 제공하는 단계를 더 포함한다.
이들 및 다른 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참조하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.
다음의 상세한 설명은 도면과 함께 고려될 때 보다 완전하게 이해될 수 있다.
도 1a 내지 1c는 유리 기재들, 즉 전기변색 라이트들(lites)에 형성된 전기변색 디바이스들의 개략도들을 나타낸다.
도 2a 및 2b는 IGU에 통합된 도 1a 내지 1c에 관하여 기술한 바와 같이 전기변색 라이트들의 단면 개략도들을 나타낸다.
도 3a는 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3b는 탈색된 상태의(또는 탈색된 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3c는, 도 3b에 나타낸, 그러나 착색된 상태의(또는 착색 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 4는 창 제어기의 블록도를 도시한다.
도 5는 전기변색 창 및 복수의 센서들을 포함하는 룸(room)의 개략도를 도시한다.
도 6은 전기변색 창의 색조 레벨을 결정하는데 사용될 수 있는 함수를 나타낸다.
도 7은 도 6에 나타낸 함수와 함께 사용될 수 있는 가중 상수들의 스케줄(schedule)을 나타낸다.
도 8은 룸의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 갖는 룸에서의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 9는 룸의 내부와 외부 사이에 설치된 착색 가능한 창을 작동시키는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 24 시간 동안 외부 광센서에 대한 조명도 대 시간의 플롯(plot)을 나타낸다.
도 11은 건물 관리 시스템의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 12는 건물 네트워크의 일 실시예의 블록도를 도시한다.
다음의 상세한 설명은 도면과 함께 고려될 때 보다 완전하게 이해될 수 있다.
도 1a 내지 1c는 유리 기재들, 즉 전기변색 라이트들(lites)에 형성된 전기변색 디바이스들의 개략도들을 나타낸다.
도 2a 및 2b는 IGU에 통합된 도 1a 내지 1c에 관하여 기술한 바와 같이 전기변색 라이트들의 단면 개략도들을 나타낸다.
도 3a는 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3b는 탈색된 상태의(또는 탈색된 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 3c는, 도 3b에 나타낸, 그러나 착색된 상태의(또는 착색 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스의 개략적인 단면을 도시한다.
도 4는 창 제어기의 블록도를 도시한다.
도 5는 전기변색 창 및 복수의 센서들을 포함하는 룸(room)의 개략도를 도시한다.
도 6은 전기변색 창의 색조 레벨을 결정하는데 사용될 수 있는 함수를 나타낸다.
도 7은 도 6에 나타낸 함수와 함께 사용될 수 있는 가중 상수들의 스케줄(schedule)을 나타낸다.
도 8은 룸의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 갖는 룸에서의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 9는 룸의 내부와 외부 사이에 설치된 착색 가능한 창을 작동시키는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 24 시간 동안 외부 광센서에 대한 조명도 대 시간의 플롯(plot)을 나타낸다.
도 11은 건물 관리 시스템의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 12는 건물 네트워크의 일 실시예의 블록도를 도시한다.
본 명세서에 기술되는 창(window) 제어기들은 전기변색 창들을 포함하는 착색 가능한 창들을 제어하는데 사용된다. 실제에 있어서(virtually) 임의의 착색 가능한 창 및/또는 반사 창 또는 미러(mirror)가 본 명세서에 기술되는 창 제어기들과 함께 작동하게 된다. 예를 들어, 액정 디바이스들(liquid crystal devices) 및 부유 입자 디바이스들(suspended particle devices)과 같은 비-전기변색의 광학적으로 전환가능 디바이스들이 기술된 창 제어기들과 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 창 제어기들은 예를 들어, 창 제어기들이 건물 관리 시스템(BMS; building management system)과 통합되는 경우, 건물의 환경 제어를 상당히 증가시키게 된다. 이하에서는, 창의 성능, 미기후(microclimate) 감지, 및 환경 제어 간의 상호관계들이 보다 상세히 설명된다.
예를 들어, 도 5, 도 6, 및 도 7에 도시된 바와 같이, 독립형 창 제어기는 외부 광센서, 내부 광센서, 온도 센서, 내부 투과율 센서, 점유 센서(occupancy), 및 전력 미터(power meter)를 포함하는, 각종 센서들로부터의 입력을 수신할 수 있다. 이들 입력들은 예를 들어, 함수(예컨대, 도 6 참조) 또는 룩업 테이블(lookup table)을 사용하여 착색 가능한 창에 대한 원하는 조도를 결정하도록 창 제어기에 의해서 처리될 수 있다. 함수 또는 룩업 테이블은 착색 가능한 창(예컨대, 도 7 참조) 상에 입사되는 태양광의 변화들을 고려하여 하루 중의 시간 또는 연중의 날짜에 따라 변경될 수 있다. 또한, 착색 가능한 창들 및 창 제어기는 건물 네트워크 또는 BMS(예컨대, 도 11 및 도 12 참조)를 포함하여 건물 내에 통합될 수 있다. 창 제어기는 건물의 환경 제어를 돕기 위해 건물의 다른 시스템들과 인터페이싱(interface)할 수도 있다.
전기변색 디바이스들의 개요
개시된 실시예들이 전기변색(EC; electrochromic) 창들(스마트(smart) 창들로도 지칭됨)에 초점을 맞추고 있지만, 본 명세서에 개시된 개념들은 다른 타입들의 착색 가능한 창들에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 전기변색 디바이스 대신에, 액정 디바이스(liquid crystal device) 또는 부유 입자 디바이스(suspended particle device)를 포함하는 창이 개시된 실시예들 중의 임의의 것에 통합될 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템들, 창 제어기들, 및 방법들에 대한 실시예들에 대하여 독자들에게 안내하기 위해, 전기변색 디바이스들에 대한 간략한 설명이 제공된다. 이러한 전기변색 디바이스들에 대한 초기 설명은 맥락을 위해서만 제공되며, 이후에 기술되는 시스템들, 창 제어기들, 및 방법들은 이러한 초기 설명의 특정 특징들 및 제조 공정들로 한정되지 않는다.
전기변색 라이트(lite)에 대한 특정 예가 본 명세서에 기술된 실시예들을 예시하기 위해, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된다. 도 1a는 전기변색 라이트(100)의 단면도(도 1c의 절단 X-X′ 참조)이며, 이는 유리 시트(glass sheet)(105)로 시작하여 제조된다. 도 1b는 EC 라이트(100)의 단면도(도 1c의 관점 Y-Y′ 참조)를 나타내며, 도 1c는 EC 라이트(100)의 평면도를 나타낸다. 도 1a는 유리 시트(105) 제조 이후의 전기변색 라이트를 나타내며, 에지(edge)가 라이트의 둘레 주위에 영역(140)을 생성하기 위해 삭제되어 있다. 또한, 전기변색 라이트는 레이저 스크라이빙(laser scribing)되어 있으며, 버스 바들(bus bars)이 장착되어 있다. 유리 라이트(105)는 확산 배리어(diffusion barrier)(110), 및 확산 배리어 상의 제 1 투명 전도성 산화물(TCO; transparent conducting oxide)(115)을 갖는다. 이 예에서, 에지 제거 공정은 TCO(115) 및 확산 배리어(110) 모두를 제거하지만, 다른 실시예들에서는 TCO만이 제거되고, 확산 배리어를 그대로 남기게 된다. TCO(115)는 유리 시트 상에 제조된 전기변색 디바이스의 전극들을 형성하는데 사용되는 2 개의 도전층들(conductive layers) 중 제 1 도전층이다. 이 예에서, 유리 시트는 그 아래에 있는 유리 및 확산 배리어 층을 포함한다. 따라서, 이 예에서는, 확산 배리어가 형성된 다음, 제 1 TCO, EC 스택(stack)(125)(예를 들어, 전기변색, 이온 도전체(ion conductor), 및 카운터(counter) 전극층들을 가짐), 및 제 2 TCO(130)가 형성된다. 일 실시예에서, 전기변색 디바이스(EC 스택 및 제 2 TCO)는 통합 증착 시스템에서 제조되며, 여기서 유리 시트는 스택의 제조 동안 항상 통합 증착 시스템을 벗어나지 않는다. 일 실시예에서, 또한 제 1 TCO 층은 통합 증착 시스템을 사용하여 형성되며, 여기서 유리 시트는 EC 스택 및 (제 2) TCO 층의 증착 동안 통합 증착 시스템을 벗어나지 않는다. 일 실시예에서, 모든 층들(확산 배리어, 제 1 TCO, EC 스택, 및 제 2 TCO)은 통합 증착 시스템에서 증착되며, 여기서 유리 시트는 증착 동안 통합 증착 시스템을 벗어나지 않는다. 이 예에서는, EC 스택(125)의 증착에 앞서, 분리 트렌치(trench)(120)가 TCO(115) 및 확산 배리어(110)를 통해 절삭된다. 트렌치(120)는 제조가 완료된 후(도 1a 참조) 버스 바(1) 아래에 존재할 TCO(115)의 영역을 전기적으로 분리시킬 것을 고려하여 만들어진 것이다. 이것은 바람직하지 않을 수 있는, 버스 바 아래의 EC 디바이스의 전하 축적 및 착색을 방지하기 위해 행해진다.
EC 디바이스의 형성 후, 에지 제거 공정들 및 추가의 레이저 스크라이빙이 수행된다. 도 1a는 디바이스가, 이 예에서는 레이저 스크라이브 트렌치들(150, 155, 160, 및 165)을 둘러싼 둘레 영역에서, 제거된 영역들(140)을 도시한다. 트렌치들(150, 160 및 165)은 EC 스택을 통과하고 또한 제 1 TCO 및 확산 배리어를 통과한다. 트렌치(155)는 제 2 TCO(130) 및 EC 스택을 통과하지만, 제 1 TCO(115)는 통과하지는 않는다. 레이저 스크라이브 트렌치들(150, 155, 160, 및 165)은 작동가능한 EC 디바이스로부터 에지 제거 공정들 동안 잠재적으로 손상된 EC 디바이스(135, 145, 170, 및 175)의 부분을 분리하도록 만들어진다. 이 예에서, 레이저 스크라이브 트렌치들(150, 160, 및 165)은 제 1 TCO를 통과하여 디바이스의 분리를 돕는다(레이저 스크라이브 트렌치(155)는 제 1 TCO를 통과하지 않으며, 그렇지 않을 경우 그것은 제 1 TCO 및 이에 따른 EC 스택과의 버스 바(2)의 전기적 통신을 차단하게 된다). 레이저 스크라이빙 공정들에 사용되는 레이저 또는 레이저들은 통상적으로 펄스(pulse)-타입 레이저들, 예를 들어, 다이오드(diode)-펌프형 고체 상태 레이저들이며, 반드시 그러한 것은 아니다. 예를 들어, 레이저 스크라이빙 공정들은 (메사추세츠, 옥스포드의) IPG Photonics, 또는 (리투아니아, 빌뉴스의) Ekspla 중에서 적절한 레이저를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 스크라이빙은 기계적으로, 예를 들어, 다이아몬드 팁형 스크라이브(diamond tipped scribe)에 의해 수행될 수 있다. 당업자는 레이저 스크라이빙 공정들이 상이한 깊이들에서 수행될 수 있고/있거나 단일 공정에서 수행될 수 있으며, 이것에 의해 레이저 절삭 깊이가 EC 디바이스의 둘레 주위의 연속 경로 중에, 변하거나 변하지 않을 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 에지 제거는 제 1 TCO의 깊이까지 수행된다.
레이저 스크라이빙이 완료된 이후, 버스 바가 장착된다. 비-관통 버스 바(1)가 제 2 TCO에 적용된다. 비-관통 버스 바(2)는 제 1 TCO와 접촉하여, 디바이스가 (예를 들어, 디바이스 증착으로부터 제 1 TCO를 보호하는 마스크(mask)로부터) 증착되지 않았던 영역 또는, 이 예에서 에지 제거 공정(예를 들어, XY 또는 XYZ 검류계를 갖는 장치를 이용하는 레이저 어블레이션(ablation))이 제 1 TCO에 이르기까지 재료를 제거하는데 사용되었던 영역에 대해 적용된다. 이 예에서, 버스 바(1) 및 버스 바(2)는 모두 비-관통 버스 바들이다. 통상적으로, 관통 버스 바는 스택의 하단에 있는 TCO와 접촉하도록 EC 스택 내로 및 EC 스택을 통해 가압되는 것이다. 비-관통 버스 바는 EC 스택 층들 내로 관통하지 않지만, 도전층의 표면, 예를 들어 TCO에 전기적 및 물리적으로 접촉하는 것이다.
TCO 층들은 비-전통적인 버스 바, 예를 들어, 스크린(screen) 및 리소그래피 패터닝(lithography patterning) 방법들로 제조된 버스 바를 사용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 통신은 도전 잉크를 실크 스크리닝(silk screening)한 이후에 열 경화(heat curing)하거나 잉크(ink)를 소결(sintering)하는 것을 통한 디바이스의 투명 도전층들로 확립된다. 전술한 디바이스 구성을 사용하는 이점들은, 예를 들어, 관통 버스 바들을 사용하는 종래의 기술들보다 더 간단한 제조 및 더 적은 레이저 스크라이빙을 포함한다.
버스 바들이 연결된 이후, 디바이스는 절연 유리 유닛(IGU; insulated glass unit) 내로 통합되며, 이는 예를 들어, 버스 바들 등을 배선하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 버스 바들 중 하나 또는 모두는 완성된 IGU 내부에 있지만, 일 실시예에서는 하나의 버스 바가 IGU의 시일(seal) 외부에 있고, 하나의 버스 바는 IGU 내부에 있다. 이전의 실시예에서, 영역(140)은 IGU를 형성하는데 사용되는 스페이서(spacer)의 일면으로 시일을 만드는데 사용된다. 따라서, 버스 바들에 대한 와이어들(wires) 또는 다른 연결은 스페이서와 유리 사이에 실행된다. 다수의 스페이서들이 금속, 예를 들어, 스테인레스 스틸(stainless steel)로 제조되기 때문에, 버스 바와 이에 대한 커넥터(connector) 및 금속 스페이서 간의 전기 통신으로 인한 단락을 방지하기 위한 조치들을 취하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 버스 바들이 연결된 이후, 전기변색 라이트는 IGU 내로 통합되며, 이는 예를 들어, 버스 바들 등을 위한 배선을 포함한다. 본 명세서에 기술된 실시예들에서, 버스 바들 모두는 완성된 IGU의 프라이머리 시일(primary seal) 내부에 있다. 도 2a는, IGU(200) 내에 통합된 도 1a 내지 도 1c와 관련하여 기술한 바와 같은 전기변색 창의 단면 개략도를 나타낸다. 스페이서(205)는 제 2 라이트(210)로부터 전기변색 라이트를 분리하는데 사용된다. IGU(200)의 제 2 라이트(210)는 비-전기변색 라이트이며, 그러나 본 명세서에 개시된 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 라이트(210)는 그 위의 전기변색 디바이스 및/또는 낮은-E 코팅들(coatings) 등과 같은 하나 이상의 코팅들을 가질 수 있다. 또한, 라이트(201)는 도 2b에 도시된 바와 같은 적층 유리(laminated glass)일 수 있다(라이트(201)는 수지(resin)(235)를 통해 강화 판유리(pane)(230)로 적층된다). 스페이서(205)와 전기변색 라이트의 제 1 TCO 층 사이에는 프라이머리 시일 재료(215)가 존재한다. 또한, 이 프라이머리 시일 재료는 스페이서(205)와 제 2 유리 라이트(210) 사이에도 존재한다. 스페이서(205)의 둘레 주위에는 제 2 시일(220)이 존재한다. 버스 바 배선/리드들(leads)은 제어기에의 연결을 위해 시일들을 횡단한다. 제 2 시일(220)은 도시된 것보다 더 두꺼울 수도 있다. 이러한 시일들은 IGU의 내부 공간(225) 밖의 수분을 유지하는데 도움이 된다. 또한, 그것들은 IGU의 내부에 있는 아르곤(argon) 또는 다른 가스(gas)가 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 3a는 전기변색 디바이스(300)의 단면을 개략적으로 도시한다. 전기변색 디바이스(300)는 기재(substrate)(302), 제 1 도전층(CL; conductive layer)(304), 전기변색층(EC; electrochromic layer)(306), 이온 도전층(IC; ion conducting layer)(308), 카운터 전극층(CE; counter electrode layer)(310), 및 제 2 도전층(CL; conductive layer)(314)을 포함한다. 층들(304, 306, 308, 310, 및 314)은 전기변색 스택(320)으로 총칭된다. 전기변색 스택(320)에 걸쳐 전위를 인가하도록 작동가능한 전압원(316)은 예를 들어, 탈색된 상태로부터 착색된 상태(도시됨)로의 전기변색 디바이스의 천이를 초래한다. 층들의 순서는 기재에 대하여 반전될 수 있다.
전술한 바와 같은 별개의 층들을 갖는 전기변색 디바이스들은 낮은 결함을 갖는 모든 고체 상태 디바이스들 및/또는 모든 무기 디바이스들(inorganic devices)로 제조될 수 있다. 이러한 디바이스들 및 그 제조 방법들은 Mark Kozlowski 등을 발명자로하여 2009년 12월 22에 출원되고 발명의 명칭이 "Fabrication of Low-Defectivity Electrochromic Devices"인 미국 특허 출원 번호 제12/645,111호 및 Zhongchun Wang 등을 발명자로 하여 2009년 12월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "Electrochromic Devices"인 미국 특허 출원 번호 제12/645,159에 보다 상세히 기술되어 있으며, 이들 모두는 모든 목적들을 위하여 참조로서 본 명세서에 포함된다. 스택의 층들 중 임의의 하나 이상은 일정량의 유기(organic) 재료를 포함할 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 동일한 것이 소량의 하나 이상의 층들로 존재할 수 있는 액체들에 대해 말할 수 있다. 또한, 고체 상태 재료는 증착될 수 있으며, 또는 그렇지 않으면 졸-겔들(sol-gels)이나 화학적 기상 증착(vapor deposition)을 채용하는 특정 공정들과 같은 액체 컴포넌트들(components)을 채용한 공정들에 의해 형성될 수도 있음을 이해해야 한다.
또한, 탈색된 상태와 착색된 상태 간의 천이에 대한 언급은 비-제한적이며, 특히 구현될 수 있는 전기변색 천이의 일 예만을 제안하는 것임을 이해해야 한다. 본 명세서(전술한 내용 포함)에서 달리 명시되지 않는다면, 탈색-착색된 천이에 대한 언급이 이루어질 때마다, 대응하는 디바이스 또는 공정은 비-반사-반사, 투명-불투명 등과 같은 다른 광학적 상태들을 포괄한다. 또한, 용어 "탈색된(bleached)"은 광학적으로 중립 상태 예를 들어, 착색되지 않은, 투명한, 또는 반투명한 상태를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 달리 명시되지 않는다면, 전기변색 천이의 "색상(color)"은 임의의 특정 파장 또는 파장들의 범위로 한정되지 않는다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 적절한 전기변색 및 카운터 전극 재료들의 선택은 관련 광학적 천이를 지배한다.
본 명세서에 기술된 실시예들에서, 전기변색 디바이스는 탈색된 상태와 착색된 상태 사이에서 가역적으로 순환한다. 몇몇 경우들에서는, 디바이스가 탈색된 상태에 있을 경우, 스택 내의 사용가능한 이온들이 카운터 전극(310)에 주로 존재하도록, 전위가 전기변색 스택(320)에 인가된다. 전기변색 스택 상의 전위가 반전될 경우, 이온들은 이온 도전층(308)을 가로질러 전기변색 재료(306)로 전송되어, 그 재료가 착색 상태로 천이하게 한다.
도 3a를 다시 참조하면, 전압원(316)은 복사(radiant) 및 다른 환경 센서들과 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 전압 소스(316)는 디바이스 제어기와 인터페이싱한다(본 도면에는 나타내지 않음). 또한, 전압원(316)은 연중 시간(time of year), 하루 중의 시간(time of day), 및 측정된 환경 조건들과 같은 다양한 기준들에 따라 전기변색 디바이스를 제어하는 에너지 관리 시스템과 인터페이싱할 수 있다. 이러한 에너지 관리 시스템은, 넓은 영역 전기변색 디바이스들(예를 들어, 전기변색 창)과 함께 건물의 에너지 소모를 크게 낮출 수 있다.
적절한 광학, 전기, 열, 및 기계적 특성들을 갖는 임의의 재료가 기재(302)로 사용될 수 있다. 이러한 기재들은 예를 들어 유리, 플라스틱(plastic), 및 미러(mirror) 재료들을 포함한다. 적절한 유리들은 깨끗하거나 착색된 소다 석회 유리(soda lime glass)를 포함하며, 이것은 소다 석회 부동 유리(soda lime float glass)를 포함한다. 유리는 템퍼(temper)되거나 미템퍼(untemper)될 수 있다.
대부분의 경우들에서, 기재는 주거용(residential) 창 응용들을 위한 크기의 유리판이다. 유리판의 크기는 거주지의 특정 요구들에 따라 광범위하게 달라질 수 있다. 다른 경우들에서, 기재는 건축용 유리이다. 건축용 유리는 통상적으로 상가 건물들에서 사용되지만, 또한 주거용 건물들에서 사용될 수 있으며, 통상적으로, 필수적이지는 않지만, 실외 환경으로부터 실내 환경을 분리한다. 몇몇 실시예들에서, 건축용 유리는 적어도 20인치 x 20인치이며, 예를 들어, 약 80인치 x 120인치만큼 훨씬 클 수도 있다. 건축용 유리는 통상적으로 적어도 약 2 mm 두께, 통상적으로 약 3 mm와 약 6 mm 사이 두께이다. 물론, 전기변색 디바이스들은 건축용 유리보다 작거나 큰 기재들로 확장 가능하다. 또한, 전기변색 디바이스는 임의의 크기 및 형상의 미러에 제공될 수 있다.
기재(302)의 상부는 도전층(304)이다. 특정 실시예들에서, 도전층들(304 및 314) 중 하나 또는 모두는 무기물 및/또는 고체이다. 도전층들(304 및 314)은 다수의 상이한 재료로 제조될 수 있으며, 이는 도전성 산화물들, 얇은 금속 코팅들, 도전성 금속 질화물들, 및 혼합 도전체들을 포함한다. 통상적으로, 도전층들(304 및 314)은 적어도 전기변색층에 의해 전기변색이 나타내어지는 파장들의 범위에서 투명하다. 투명 도전성 산화물들은 금속 산화물들 및 하나 이상의 금속들로 도핑(dope)된 금속 산화물들을 포함한다. 이러한 금속 산화물들 및 도핑된 금속 산화물들의 예들은 인듐(indium) 산화물, 인듐 주석 산화물, 도핑된 인듐 산화물, 주석 산화물, 도핑된 주석 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 도핑된 아연 산화물, 루테늄(ruthenium) 산화물, 도핑된 루테늄 산화물 등을 포함한다. 산화물들은 종종 이들 층들에 사용되기 때문에, 이들은 종종 "투명 전도성 산화물"(TCO; transparent conductive oxide)층들로 지칭된다. 실질적으로 투명한 얇은 금속 코팅들도 사용될 수 있다.
도전층들의 기능은 상대적으로 작은 옴(ohmic) 전위 강하로, 전기변색 스택(320)의 표면들 위의 전압원(316)에 의해 스택의 내부 영역들로 제공되는 전위를 확산하기 위한 것이다. 전위는 도전층들로의 전기 연결들을 통해 도전층들로 전송된다. 몇몇 실시예들에서, 도전층(304) 및 도전층(314)과 접촉한, 버스 바들은 전압원(316)과 도전층들(304 및 314) 간의 전기 연결을 제공한다. 또한, 도전층들(304 및 314)은 다른 종래의 수단들로 전압 소스(316)에 연결될 수도 있다.
도전층(304)을 오버레이(overlay)하는 것은 전기변색 층(306)이다. 몇몇 실시예들에서, 전기변색 층(306)은 무기물 및/또는 고체이다. 전기변색 층은 금속 산화물들을 포함하는, 다수의 상이한 전기변색 재료들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 금속산화물들은 텅스텐(tungsten) 산화물(WO3), 몰리브데넘(molybdenum) 산화물(MoO3), 니오븀(niobium) 산화물(Nb2O5), 티타늄(titanium) 산화물(TiO2), 구리 산화물(CuO), 이리듐(iridium) 산화물(Ir2O3), 크롬(chromium) 산화물(Cr2O3), 망간 산화물(Mn2O3), 바나듐(vanadium) 산화물(V2O5), 니켈(nickel) 산화물(Ni2O3), 코발트(cobalt) 산화물(Co2O3) 등을 포함한다. 작동 중에, 전기변색 층(306)은 카운터 전극층(310)으로부터 이온들을 송수신하여 광학적 천이들을 야기한다.
일반적으로, 전기변색 재료의 색상화(또는 임의의 광학 특성에서의 변화 - 예를 들어, 흡수율, 반사율, 및 투과율)는 재료 내로의 가역적 이온 삽입(예를 들어, 인터칼레이션(intercalation)) 및 이에 대응하는 전하 균형 전자의 주입에 의해 야기된다. 통상적으로, 광학적 천이를 담당하는 이온들의 몇몇 일부는 전기변색 재료에 비가역적으로 바인딩된다. 비가역적으로 바인딩된 이온들의 일부 또는 모두는 재료에서 "블라인드 전하(blind charge)"를 보상하는데 사용된다. 대부분의 전기변색 재료들에서, 적절한 이온들은 리듐 이온들 (Li+) 및 수소 이온들 (H+) (즉, 양성자들)을 포함한다. 그러나, 몇몇 경우들에는 다른 이온들이 적절할 것이다. 다양한 실시예들에서, 리듐 이온들은 전기변색 현상을 생성하는데 사용된다. 텅스텐 산화물(WO3-y (0 < y ≤ ~0.3)) 내로의 리튬 이온들의 인터칼레이션은 텅스텐 산화물로 하여금 투명(탈색된 상태)에서 블루(착색된 상태)로 변할 수 있게 한다.
도 3a를 다시 참조하면, 전기변색 스택(320)에서, 이온 도전층(308)은 전기변색 층(306)과 카운터 전극층(310) 사이에 개재된다. 몇몇 실시예들에서, 카운터 전극층(310)은 무기질 및/또는 고체이다. 카운터 전극층은 전기변색 디바이스가 탈색된 상태에 있을 경우 이온들의 저장소로서의 역할을 하는 다수의 상이한 재료들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 전위의 인가에 의해 개시되는 전기변색 천이 동안, 카운터 전극층은 전기변색 층에 보유된 이온들의 일부 또는 전부를 전송하고, 착색된 상태로 전기변색 층을 변화시킨다. 동시에, NiWO의 경우, 카운터 전극층은 이온들의 손실로 착색된다.
몇몇 실시예들에서, WO3에 상보적인 카운터 전극을 위한 적절한 재료들은, 니켈(nickel) 산화물(NiO), 니켈 텅스텐 산화물(NiWO), 니켈 바나듐 산화물, 니켈 크롬 산화물, 니켈 알루미늄 산화물, 니켈 망간 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 크롬 산화물(Cr2O3), 망간 산화물(MnO2), 및 프로시안 블루(Prussian blue)를 포함한다.
전하가 니켈 텅스텐 산화물로 만들어진 카운터 전극(310)으로부터 내보내지는(즉, 이온들이 카운터 전극(310)으로부터 전기변색 층(306)으로 전송되는) 경우, 카운터 전극층은 투명 상태로부터 착색된 상태로 천이하게 된다.
도시된 전기변색 디바이스에 있어서, 전기변색 층(306)과 카운터 전극층(310) 사이에는, 이온 도전층(308)이 존재한다. 이온 도전층(308)은 전기변색 디바이스가 탈색된 상태와 착색된 상태 사이에서 천이할 경우, 이온들이 (전해질의 방식으로) 전송되는 매개체의 역할을 한다. 바람직하게는, 이온 도전층(308)은 전기변색 및 카운터 전극층들을 위한 관련 이온들에는 높은 도전성이 있지만, 정상 동작 동안에는 무시할 수 있는 전자 전달이 일어나는 충분히 낮은 전자 도전성을 갖는다. 높은 이온 도전성을 가진 얇은 도전층은 고성능 전기변색 디바이스들에 대한 고속 이온 도전 및 이에 따른 고속 전환을 허용한다. 특정 실시예들에서, 이온 도전층(308)은 무기질 및/또는 고체이다.
(별개의 IC 층을 갖는 전기변색 디바이스들에 대한) 적절할 이온 도전층들의 예들은 실리케이트들(silicates), 실리콘 산화물들, 텅스텐 산화물들, 탄탈럼(tantalum) 산화물들, 니오븀(niobium) 산화물들, 및 붕산염들을 포함한다. 이들 재료들은 리튬을 포함하는, 상이한 도펀트들(dopants)로 도핑될 수 있다. 리튬 도핑된 실리콘 산화물들은 리튬 실리콘-알루미늄-산화물을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 이온 도전층은 실리케이트-기반 구조를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘-알루미늄-산화물(SiAlO; silicon-aluminum-oxide)은 이온 도전층(308)에 사용된다.
전기변색 디바이스(300)는 하나 이상의 패시브(passive) 층들과 같은, 하나 이상의 추가 층들(나타내지 않음)을 포함할 수 있다. 특정 광학 특성들을 개선하는데 사용되는 패시브 층들이 전기변색 디바이스(300)에 포함될 수 있다. 또한, 수분이나 스크래치(scratch) 내성을 제공하기 위한 패시브 층들이 전기변색 디바이스(300)에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 도전층들은 반사-방지 또는 산화물이나 질화물 보호층들로 처리될 수 있다. 다른 패시브 층들은 전기변색 디바이스(300)를 기밀하게 시일(seal)하는 역할을 할 수 있다.
도 3b는 탈색된 상태의(또는 탈색된 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스의 개략적인 단면이다. 특정 실시예들에 따르면, 전기변색 디바이스(400)는 텅스텐 산화물 전기변색 층(EC)(406), 및 니켈-텅스텐 산화물 카운터 전극층(CE)(410)을 포함한다. 또한, 전기변색 디바이스(400)는 기재(402), 도전층(CL)(404), 이온 도전층(IC)(408), 및 도전층(CL)(414)을 포함한다.
전원(416)은 도전층들(404 및 414)에 적절한 연결들(예를 들어, 버스 바들)을 통해, 전기변색 스택(420)에 전위 및/또는 전류를 인가하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 전압원은 하나의 광학적 상태로부터 다른 상태로 디바이스의 천이를 구동하기 위해 약간의 볼트의 전위를 인가하도록 구성된다. 도 3a에 나타낸 바와 같이 전위의 극성은 니켈-텅스텐 산화물 카운터 전극층(410)에 이온들(이 예에서는 리튬 이온들)이 (점선 화살표로 표시된 바와 같이) 주로 존재하도록 되어 있다.
도 3c는 도 3b에 나타낸, 그러나 착색된 상태의(또는 착색 상태로 천이하는) 전기변색 디바이스(400)의 개략적인 단면이다. 도 3c에서, 전압원(416)의 극성이 반전되며, 이에 따라 전기변색 층은 추가 리튬 이온들을 받아들이기에 더욱 네거티브(negative)가 되며, 이것에 의해 착색된 상태로 천이된다. 점선 화살표로 나타낸 바와 같이, 리튬 이온들은 이온 도전층(408)을 가로질러 텅스텐 산화물 전기변색 층(406)으로 전송된다. 텅스텐 산화물 전기변색 층(406)은 착색된 상태로 나타나 있다. 또한, 니켈-텅스텐 산화물 카운터 전극(410)도 착색된 상태로 나타나 있다. 설명된 바와 같이, 니켈-텅스텐 산화물은 그것이 리튬 이온들을 포기(방출)함에 따라 점차적으로 더욱 불투명하게 된다. 이 예에서는, 두 층들(406 및 410)에 대한 착색된 상태들로의 천이가 스택 및 기재를 통해 투과된 광의 양을 감소시키는 첨가물이 되는 시너지 효과가 있다.
전술한 바와 같이, 전기변색 디바이스는 이온 도전(IC; ionically conductive)층에 의해 분리된, 즉 이온들에 대한 도전성이 높고 전자들에 대한 저항성이 높은, 전기변색(EC) 전극층 및 카운터 전극(CE)층을 포함할 수 있다. 따라서, 통상적으로 이해될 수 있는 바와 같이, 이온 도전층은 전기변색층과 카운터 전극층 간의 단락을 방지한다. 이온 도전층은 전기변색 및 카운터 전극들이 전하를 유지할 수 있게 하며, 이것에 의해 자신의 탈색된 또는 착색된 상태들을 유지할 수 있게 한다. 별개의 층들을 갖는 전기변색 디바이스들에서, 상기 컴포넌트들은 전기변색 전극층과 카운터 전극층 사이에 개재된 이온 도전층을 포함하는 스택을 형성한다. 이들 세 개의 스택 컴포넌트들 사이의 경계들은, 조성 및/또는 미세 구조에서의 급격한 변화들에 의해서 규정되어 진다. 따라서, 디바이스들은 두 개의 급격한 인터페이스들을 가진 세 개의 별개의 층들을 갖는다.
특정 실시예들에 따르면, 카운터 전극 및 전기변색 전극들은 이온 도전층을 별도로 증착하지 않고 직접 서로 인접하게 즉시 형성되며, 때로는 직접 접촉하게 형성된다. 몇몇 실시예들에서는, 별개의 IC 층이 아닌 계면 영역(interfacial region)을 가진 전기변색 디바이스들이 사용된다. 이러한 디바이스들 및 이들을 제조하는 방법들은 2010년 4월 30일에 각각 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/772,055호 및 제12/772,075호 그리고 2010년 6월 11일에 각각 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/814,277호 및 제12/814,279호에 기술되어 있으며(네 개의 출원들 각각은 발명자들로서 Zhongchun Wang 등으로 되어 있으며, 발명의 명칭이 "Electrochromic Devices"임), 이들 각각은 그 전체로 본 명세서에 참조로서 포함된다.
창 제어기들 및 제어 알고리즘들
창 제어기는 전기변색 창의 전기변색 디바이스의 상태(즉, 탈색, 중간 또는 몇몇 착색 레벨)를 제어하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 창 제어기는 두 가지 상태들, 즉 탈색된 상태와 착색된 상태 사이에서 전기변색 창을 천이할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어기는 (예를 들어, 단일 전기변색 디바이스를 가진) 전기변색 창을 중간 착색 상태들로 추가적으로 천이할 수 있다. 특정 전기변색 창들은 단일 IGU에서 두 개의 전기변색 라이트들을 사용함으로써 중간 착색 레벨들을 가능하게 하며, 여기서 각 라이트는 두 개의 상태 라이트이다. 이것은 이하에서 보다 상세히 설명된다.
도 2a 및 2b와 관련하여 상술한 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 전기변색 창은 IGU의 하나의 라이트 상의 전기변색 디바이스 및 IGU의 다른 라이트 상의 다른 전기변색 디바이스를 포함할 수 있다. 창 제어기가 두 개의 상태들, 탈색된 상태 및 착색된 상태 사이에서 각 전기변색 디바이스를 천이할 수 있는 경우, 전기변색 창은 네 개의 상이한 상태들, 즉 전기변색 디바이스들 모두 착색되는 착색된 상태, 한 개의 전기변색 디바이스가 착색되는 제 1 중간 상태, 다른 전기변색 디바이스가 착색되는 제 2 중간 상태, 및 전기변색 디바이스들 모두 탈색되는 탈색된 상태를 달성할 수 있다. 멀티-판유리 전기변색 창들의 실시예들은 Friedman 등을 발명자들로 하여, 2010년 8월 5일에 출원된, 발명의 명칭이 "MULTI-PANE ELECTROCHROMIC WINDOWS"인 미국 특허 출원 번호 제12/851,514호에 더 기술되어 있으며, 이는 그 전체로 및 모든 목적을 위해 참조로서 본 명세서에 포함된다.
몇몇 실시예들에서, 창 제어기는 두 가지 이상의 상태들 사이에서 천이 가능한 전기변색 디바이스를 가진 전기변색 창을 천이할 수 있다. 예를 들어, 창 제어기는 탈색된 상태, 중간 상태, 및 착색된 상태로 전기변색 창을 천이할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 창 제어기는 탈색된 상태와 착색된 상태 간의 임의의 수의 상태들 사이에서 전기변색 디바이스를 통합하는 전기변색 창을 천이할 수 있다. 전기변색 창을 중간 상태 또는 상태들로 천이하는 방법들 및 제어기들의 실시예들이 Mehtani 등을 발명자들로 하여, 2011년 3월 16일에 출원된, 발명의 명칭이 "CONTROLLING TRANSITIONS IN OPTICALLY SWITCHABLE DEVICES"인 미국 특허 출원 번호 제13/049,623호에 더 기술되어 있으며, 이는 그 전체로 및 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 포함된다.
몇몇 실시예들에서, 창 제어기는 전기변색 창 내의 하나 이상의 전기변색 디바이스들에 전원을 공급할 수 있다. 통상적으로, 이러한 창 제어기의 기능은 아래에 보다 상세히 기술되는 하나 이상의 다른 기능들로 증강된다. 본 명세서에 기술된 창 제어기들은 제어 목적들을 위해 관련되는 전기변색 디바이스에 전원을 공급하는 기능을 가지는 것들에 한정되지 않는다. 즉, 전기변색 창을 위한 전원은 창 제어기로부터 분리될 수 있으며, 여기서 제어기는 자체 전원을 가지고, 창 전원으로부터 창으로의 전원 인가를 지시한다. 그러나, 전기변색 창에 전력을 공급하기 위한 별도의 배선에 대한 필요성을 제거하기 때문에, 창 제어기를 가진 전원을 포함하여서 그 제어기가 직접 창에 전원을 제공하도록 구성하는 것은 편리하다.
또한, 이 섹션에 기술된 창 제어기들은 건물 제어 네트워크 또는 건물 관리 시스템(BMS; building management system) 내에 창 제어기를 통합하지 않고, 단일 창 또는 복수의 전기변색 창들의 기능들을 제어하도록 구성될 수 있는 독립형 제어기들로서 기술되어 있다. 그러나, 본 발명의 건물 관리 시스템 섹션에서 더 기술되는 바와 같이, 창 제어기들은 건물 제어 네트워크 또는 BMS 내에 통합될 수도 있다.
도 4는 창 제어기의 블록도를 도시한다. 도 4는 창 제어기의 단순화된 블록도이며, 창 제어기들과 관련된 보다 상세한 사항은 Brown을 발명자로 하여, 2012년 4월 17일에 출원된 발명의 명칭이 "CONTROLLER FOR OPTICALLY SWITCHABLE WINDOWS"(변리 명세서 번호(Attorney Docket No.) SLDMP041)인, 미국 특허 출원 번호 제13/449,248호 및 Brown을 발명자로 하여, 2012년 4월 17일에 출원된 발명의 명칭이 "CONTROLLER FOR OPTICALLY-SWITCHABLE WINDOWS"(변리 명세서 번호(Attorney Docket No.) SLDMP042)인 미국 특허 출원 번호 제13/449,251호에서 찾아질 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 창 제어기(450)는 마이크로제어기(455), 전력 폭 변조기(PWM; power width modulator)(460), 신호 조절 모듈(465), 및 스마트 로직 모듈(470)을 포함한다.
도 5는 전기변색 창 및 복수의 센서들을 포함하는 룸(room)의 개략도를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 이들 센서들로부터의 출력은 창 제어기(450)의 신호 조절 모듈(465)에 입력될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서는, 아래의 건물 관리 시스템 섹션에서 더 기술되는 바와 같이, 이들 센서들로부터의 출력이 건물 관리 시스템을 포함하는 네트워크에 입력될 수도 있다. 각종 센서들이 예를 들어, 룸의 수직 표면 상에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이는 간략화를 위한 것이며, 센서들의 일부 또는 전부는 천장이나 바닥 상에도 있을 수 있다.
룸(500)은 전기변색 창(505)을 포함한다. 전기변색 창(505)은 룸(500)을 포함하는 건물의 외부와 내부 사이에 존재한다. 창 제어기(450)는 전기변색 창(505)에 연결되어 이것의 광학 상태를 제어하도록 구성된다. 룸(500) 내의 센서들은 외부 광센서(510), 외부 온도 센서(515), 내부 광센서(520), 내부 투과율 센서(525), 점유 센서(530), 및 전력 미터(power meter)(535)를 포함한다. 이러한 센서들의 각각은 아래에 간략하게 설명되어 있다.
외부 광센서(510) 및 내부 광센서(520)는 그들 상에 입사되는 광의 방사조도(irradiance)를 감지할 수 있는 디바이스들이다. 광센서 상의 광 입사는 광원으로부터의 직접적인 광이거나, 또는 표면으로부터 광센서로 반사된 광일 수 있다. 외부 광센서(510)는 광센서 상에 직접 또는 반사된 태양광 입사를 일반적으로 측정한다. 외부 광센서(510)에 의해 감지되는 광 레벨은 지구가 변화하는 태양광이 부딪히는 각도에 따라 하루 중의 시간 및 연중의 시간에 따라 변화한다. 또한, 외부 광센서(510)에 의해 감지되는 광 레벨은 날씨에 따라 변화하는데, 예를 들어, 흐린 날들에는 태양광이 구름들에 의해 차단되며, 외부 광센서(510)에 의해 감지되는 광 레벨은 구름이 없는 날들보다 낮아지게 된다. 몇몇 실시예들에서는, 하나 이상의 외부 광센서들(510)이 존재할 수 있다. 하나 이상의 외부 광센서들(510)로부터의 출력은 외부 광센서들(510) 중 하나가 물체에 의해, 이를테면 외부 광센서(510) 상에 착륙한 조류(bird)에 의해 차광되고 있는지의 여부를 결정하기 위해 서로 비교될 수 있다.
내부 광센서(520)는 일반적으로 룸(500) 내부의 주변 광을 측정한다. 몇몇 실시예들에서, 내부 광센서는 내부 광센서(520)의 시야(field of view)의 표면으로부터 반사된 광을 측정한다. 동일한 조명의 룸(500)에 있어서, 내부 광센서(520)는 백색 종이의 더 높은 반사율로 인하여, 예를 들어, 착색된 카펫(carpet) 하나가 내부 광센서(520)의 시야에 있는 경우보다도 그 백색 종이 하나가 내부 광센서(520)의 시야에 있는 경우에, 더 높은 광 레벨을 측정하게 된다. 이로 인해, 내부 광센서(520)가 이동되거나 내부 광센서(520)의 시야에 있는 물체(들)이 변경되는 경우, 내부 광센서(520)의 출력은 변화할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 창 제어기(450)는 내부 광센서(520)의 출력 범위를 결정하기 위한 재보정 루틴(recalibration routine)을 수행할 수 있으며, 이는 내부 광센서(520)의 시야에 있는 물체(들)에 따라 다시 달라진다. 이러한 재보정 루틴이 스케줄 설정(예를 들어, 일주일에 한번)에 따라 수행되거나, 사람(예를 들어, 룸(500)에서 가구를 재배열하는 유지관리 담당자)에 의해 트리거(trigger)될 수 있다.
외부 광센서(510) 및 내부 광센서(520)는 임의의 수의 상이한 타입들의 광센서들일 수 있다. 예를 들어, 외부 광센서(510) 및 내부 광센서(520)는 전하 결합 소자들(CCDs; charge coupled devices), 광다이오드들(photodiodes), 광레지스터들(photoresistors), 또는 태양광 전지들일 수 있다. 그들이 광 강도를 측정하고 광 레벨을 나타내는 전기 출력을 제공할 시에, 향후의 광센서 기술의 개발 사항들도 운용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
외부 온도 센서(515)는 외부 온도를 측정할 수 있는 디바이스이다. 외부 온도 센서(515)는 서모커플(thermocouple), 서미스터(thermistor), 또는 저항 온도 감지기를 포함하는, 임의의 수의 상이한 온도 센서들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 룸(500)은 내부 온도 센서를 더 포함한다.
내부 투과율 센서(525)는 전기변색 창(505)을 통해 투과되는 광의 양을 측정할 수 있는 디바이스이다. 몇몇 실시예들에서, 내부 투과율 센서(525)는 광센서이며, 이것은 전기변색 창(505)을 통과하는 입사광을 측정하기 위해 전기변색 창(505)을 향하도록 배향된 센서의 시야를 가진, 외부 광센서(510) 또는 내부 광센서(520)와 유사할 수 있다. 전기변색 창(505)의 내부를 향하는 시야를 가진 광센서로 외부 광센서(510)의 측정을 결합함으로써, 전기변색 창(505)의 투과율이 결정될 수 있다.
점유 센서(occupancy sensor)(530)는 사람이 룸(500) 내에 존재하는 경우를 감지할 수 있는 디바이스이다. 점유 센서들은 일반적으로 모션 센서들(motion sensors)인데, 점유 센서(530)가 모션을 감지하는 경우, 사람이 룸(500) 내에 존재하는 것으로 가정되고, 점유 센서(530)가 모션을 감지하지 않는 경우에는, 사람이 룸(500) 내에 존재하지 않는 것으로 가정된다. 점유 센서들은 마지막 모션이 감지된 이후의 시간 동안 사람이 룸 내에 존재하는 것으로 가정되도록 설정될 수 있으며, 이것은 사람이 책상에 앉아 그렇게 많이 움직이지는 않지만, 여전히 룸 내에 있는 것을 처리할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 점유 센서는 룸을 비추는 광들을 제어하는데 사용되는 모션 센서일 수 있다. 점유 센서(530)는 예를 들어, 적외선(IR; infrared) 기술, 음향 기술, 또는 이 둘의 조합을 사용할 수 있다. 점유 센서(530)의 시야는 룸(500)의 외부의 모션(예를 들어, 건물 주택 룸(500)의 외부의 모션 또는 건물 주택 룸(500)의 복도에서의 모션)이 아닌 룸(500) 내의 모션에 응답하도록 선택/조정될 수 있다.
전력 미터(535)는 룸(500)의 전력 소모를 측정할 수 있는 디바이스이다. 룸(500)의 전력 소모는 난방, 환기, 및 공기 조절 시스템들(HVAC 시스템들)(heating, ventilation, and air conditioning systems) 및 조명을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전력 미터(535)는 룸(500)에 전력을 제공하는 회로들의 배선들과 인터페이싱할 수 있는 디바이스들을 포함한다. 내부 조명 및 HVAC 시스템이 룸(500)의 상이한 회로들 상에 존재하는 경우, 전력 미터는 룸(500)의 내부 조명에 의해 소모된 전력 및 룸(500)의 HVAC 시스템에 의해 소모된 전력을 별도로 측정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 창 제어기(450)가 네트워크에 연결되지 않은 경우, 두 개 이상의 센서들은 신호 조절 모듈(465)을 통해 창 제어기(450)에게 출력 신호들을 제공할 수 있다. 신호 조절 모듈(465)은 이들 출력 신호들을 마이크로제어기(455)에 전달한다. 마이크로제어기(455)는 그 출력들에 기초하여, 전기변색 창(505)의 색조 레벨을 결정하고, 전기변색 창(505)에 전압 및/또는 전류를 인가하여 원하는 상태로 천이하도록 PWM(460)에게 지시한다.
몇몇 실시예들에서는, 외부 광센서(510), 내부 광센서(520), 온도 센서로부터의 출력, 및 색조 명령이 신호 조절 모듈(465)에 입력된다. 온도 센서는 내부 온도 센서(나타내지 않음) 또는 외부 온도 센서(515)일 수 있다. 색조 명령은 사람이 원하는 색조 레벨에 관한, 룸(500) 내의 사람 또는 거주자로부터의 명령일 수 있다. 예를 들어, 전기변색 창(505)에 따라, 사람은 탈색된 상태, 착색된 상태, 또는 중간 상태로 천이하도록 창에 지시할 수 있다. 이러한 색조 명령 지시들은 예를 들어, 무선 원격 또는 창 제어기(450)와 관련된 패널로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 룸(500)이 침실인 경우, 사람은 프라이버시(privacy)를 위해 전기변색 창(505)이 밤에 착색된 상태로 되길 원할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 색조 명령 입력은 약 0 V 내지 약 10 V의 신호 조절 모듈(465)에 대한 전압 신호일 수 있다. 0 V 내지 4.9 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 탈색된 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있으며, 5 V 내지 약 10 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 착색된 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 전기변색 창(505)이 네 개의 상태들을 갖는 경우, 0 V 내지 2.5 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 탈색된 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있고, 2.6 V 내지 5 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 제 1 중간 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있고, 5.1 V 내지 7.5 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 제 2 중간 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있으며, 7.6 V 내지 약 10 V의 색조 명령 입력은 전기변색 창(505)이 착색된 상태로 천이하도록 하는 명령을 나타낼 수 있다.
센서들 및 색조 명령으로부터의 출력 신호들은 마이크로제어기(455)에 전달된다. 전기변색 창(505)이 색조 명령에 의해 나타내어진 상태로 천이할 지의 여부는, 마이크로제어기(455)가 색조 명령과 관련하여, 외부 광센서(510), 내부 광센서(520), 및 온도 센서로부터의 출력들을 처리하도록 구성되는 방식에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 색조 명령 입력은 외부 광센서(510), 내부 광센서(520), 및 온도 센서로부터의 출력을 오버라이드(override)할 수 있으며, 전기변색 창(505)은 색조 명령 입력에 의해 지시된 상태로 천이할 수도 있다. 마이크로제어기(455)는 전류 및/또는 전압을 공급하여 색조 명령 입력에 따라 전기변색 창(505)을 천이하도록 PWM(460)에 지시한다.
몇몇 실시예들에서, 마이크로제어기(455)는 센서들 및/또는 다른 입력으로부터의 신호들에 기초하여 색조 결정들에 도달하도록 하는 각종 로직(logic) 기능들 또는 알고리즘들 중의 임의의 하나 이상을 이용할 수 있다. 센서 출력들은 선형적 또는 비-선형적 표현, 룩업 테이블(look up table), 트리(tree) 등에 대한 독립 변수들의 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마이크로제어기(455)는 전력 폭 변조기(460)가 전기변색 창(505)으로 전송해야 하는 전류 및/또는 전압을 결정하는 함수를 사용한다. 하나의 함수의 일 예가 도 6에 나타나 있다.
도 6은 가중 상수들, k1, k2, k3, 및 k4을 사용하여 상이한 센서들/명령들로부터의 출력들을 가중 처리하는 함수를 도시하며, 여기서 EP는 외부 광센서 출력이고, IP는 내부 광센서 출력이고, T는 온도 센서 출력이며, TC는 색조 명령 입력이다. 가중 상수들은 전기변색 창(505)에 대해 원하는 응답을 달성하도록 설정된다. 함수를 이용하여, 출력 값(OV; output value)이 결정된다. 출력 값에 따라, 마이크로제어기(455)는 원하는 상태로 전기변색 창(505)을 천이하도록 PWM(460)에 지시할 수 있다.
예를 들어, 출력값이 0 내지 15의 범위에 있고(예를 들어, 약 67% 투과율 내지 4% 투과율의 범위에 있는, 16 색조 상태들) 전기변색 창(505)이 두 개의 상태들을 갖는 경우에는, 0의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 탈색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있고, 15의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 착색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있다. 다른 예로서, 출력값이 0 내지 15의 범위에 있고 전기변색 창(505)이 네 개의 상태들을 갖는 경우, 0 내지 4의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 탈색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있고, 5 내지 9의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 제 1 중간 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있고, 10 내지 14의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 제 2 중간 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있으며, 15의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 착색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있다. 또 다른 예로서, 출력값이 0 내지 15의 범위에 있고 전기변색 창(505)이 무한한 개수의 중간 상태들을 갖는 경우, 0의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 탈색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있고, 15의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 착색된 상태로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있으며, 0 내지 15 사이의 출력 값으로, 창 제어기(450)는 그 출력 값에 대응하는 색조 레벨로 천이하도록 전기변색 창(505)에 지시할 수 있다.
가중 상수들, k1, k2, k3, 및 k4는 전기변색 창(505)에 대해 원하는 응답을 달성하도록 설정된다. 예를 들어, 룸 내에 있는 거주자가 전기변색 창(505)의 색조 레벨에 대한 제어를 행하는 경우, 가중 상수들은 k1=0, k2=0, k3=0, 및 k4=1로 설정된다. 가중 상수 k3(즉, 외부 온도 센서 출력에 대한)는, 전기변색 창(505)이 룸(500)에서의 HVAC 에너지 소모를 감소시키는데 사용되면 큰 값이 주어질 수 있다. 가중 상수들 k1 및 k2(즉, 각각, 외부 광센서 출력 및 내부 광센서 출력)는 룸(500) 내의 조명을 상대적으로 일정하게 유지하기 위한 값들이 주어질 수 있다. 가중 상수들은 전기변색 창(505)에 대한 다수의 상이한 응답들 중의 임의의 것을 달성하도록 설정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 가중 상수들, k1, k2, k3, 및 k4는 외부의 영향 또는 스케줄에 따라 변경될 수 있다. 상수들이 달라질 수 있게 하는 외부 영향들의 예들은 날씨의 변화들, 및 건물 내의 전력 소모 상태 또는 지리적 영역에 걸친 전력 소모 상태의 변화들(전력 유틸리티 회사로부터의 통신에 의해 통지될 수 있는)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 스케줄은 일간 스케줄들일 수 있고, 몇몇 다른 실시예들에서는, 스케줄이 연간 스케줄일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스케줄은 연중의 상이한 시간들에 대한 상이한 일간 스케줄들을 포함하는 스케줄일 수 있다. 예를 들어, 일간 스케줄은 연중의 상이한 계절들, 즉 겨울, 봄, 여름, 및 가을에 대해서 변경될 수 있다.
하나의 스케줄의 일 예가 도 7에 나타나 있다. 예를 들어, 스케줄(1)은 오후 10시부터 오전 6시까지에 대한 스케줄일 수 있고, 스케줄(2)은 오전 10시부터 오후 1시까지에 대한 스케줄일 수 있으며, 스케줄(3)은 오후 1시부터 오후 10시까지에 대한 스케줄일 수 있다. 룸(500)이 가정에서 주거 공간인 경우, 스케줄(1)은 프라이버시를 위해 전기변색 창(505)을 착색할 수 있고, 스케줄들(2 및 3)은 룸(500)의 조명과 온도의 균형을 맞출 수 있다.
다른 예로서, 스케줄(1)은 겨울에 대한 스케줄일 수 있고, 스케줄(2)은 봄과 여름에 대한 스케줄일 수 있으며, 스케줄(3)은 가을에 대한 스케줄일 수 있다. 스케줄들(1, 2, 및 3)은 예를 들어 평균 온도, 태양의 각도 및 위치, 강수 패턴들 등에서의 부수적인 변화들을 포함하는 상이한 계절들을 고려하여, 룸(500)의 조명과 온도의 균형을 맞출 수 있다.
도 6 및 7은 창 제어기(450)가 사용할 수 있는 색조 레벨을 결정하기 위한 관계의 일 실시예를 나타낸다. 상이한 센서들로부터의 보다 많은 출력들이 신호 조절 모듈(465)에 입력될 수 있으며, 함수 및 그 함수의 가중 상수들이 적절히 조절될 수 있다. 또한, 보다 적은 출력들이 신호 조절 모듈(465)에 입력될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 색조 레벨을 결정하는데 사용되는 관계는, 색조 레벨들이 출력 신호 값들의 다양한 조합들에 대해 명시되는 룩업 테이블이다.
도 8은 룸의 내부와 외부 사이에 적어도 하나의 착색 가능한 창을 갖는 룸에서의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법의 흐름도를 나타낸다. 색조 레벨은 자동적으로 제어될 수 있고, 즉, 센서들로부터의 출력이 창 제어기에 입력될 수 있으며, 창 제어기는 센서들로부터의 출력에 따라 착색 가능한 창의 색조 상태를 제어할 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 동작(805)에서, 임의의 두 개 이상의 센서들로부터의 출력 신호들이 수신된다. 몇몇 실시예들에서, 이 센서들로부터의 출력은 창 제어기에 의해 수신된다. 몇몇 다른 실시예들에서, 이들 센서로부터의 출력은 건물 관리 시스템 또는 마스터(master) 네트워크 제어기를 포함하는 네트워크에 수신된다. 또, 건물 관리 시스템들은 아래의 건물 관리 시스템의 섹션에서 더 기술된다. 센서들은 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 외부로부터 착색 가능한 창을 통과하는 광을 감지하는 투과율 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 내부 광센서가 착색 가능한 창에 대향하고 있는 경우, 외부 광센서 및 내부 광센서 모두로부터의 출력은, 외부로부터 착색 가능한 창을 통과하는 광을 결정하는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 또한 룸 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지나 전력 소모를 나타내는 출력이 수신된다. 몇몇 실시예들에서는, 착색 가능한 창을 포함하는 룸에 전력을 제공하는 회로들의 배선들과 인터페이싱하는 디바이스들은 에너지 또는 전력 소모 출력을 제공한다.
동작(810)에서, 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨은, 수신된 에너지 출력 신호들과 색조 레벨 간의 관계를 사용하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 이 관계식은 룸의 거주(또는 점유)를 위한 적절한 상태를 제공하면서 룸 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 소모를 최소화하는 경향이 있다. 예를 들어, 룸 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 출력이 수신될 경우, 이러한 출력은 다른 수신된 출력 신호와 함께 사용되어 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨을 결정함으로써 에너지 소모를 최소화할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 관계식은 색조 레벨이 종속 변속이고 출력 신호들이 독립 변수들인 표현식이며, 이러한 관계식의 일 예가 도 6에 나타나 있다. 창 제어기는 출력 신호들을 수신하고, 관계식 및 출력 신호들에 기초하여 색조 레벨을 계산한다. 몇몇 다른 실시예들에서, 관계는 색조 레벨들이 출력 신호 값들의 다양한 조합들에 대해 특정되는 룩업 테이블이다. 이러한 룩업 테이블은, 예를 들어 착색 가능한 창이 한정된 수의 상태들(예를 들어, 두 개의 상태들, 즉 탈색 및 착색, 또는 네 개의 상태들)을 달성할 수 있는 경우에 사용될 수 있다.
방법(800)의 몇몇 실시예들에서, 출력 신호들은 외부 광센서로부터의 신호를 포함한다. 동작(810)에서 이용되는 관계식은, 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 1 임계값을 넘는 경우, 제 1 더 어두운 색조 레벨로부터 제 1 더 밝은 색조 레벨로 천이하는 것을 요구한다. 또한, 동작(810)에서 이용되는 관계식은, 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 2 임계값을 넘는 경우, 제 2 더 밝은 색조 레벨로부터 제 1 더 어두운 색조 레벨로 천이하는 것을 요구한다. 이러한 실시예들이 아래의 도 9 및 10에 대하여 더 기술된다.
도 8을 다시 참조하면, 동작(815)에서는, 동작(810)에서 결정된 색조 레벨로 착색 가능한 창의 색조를 변경하도록 하는 지시들이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 이것은 이 지시들에 따라 색조의 변화를 행하도록 착색 가능한 창에 전압 또는 전류를 인가하는 창 제어기를 포함한다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 창 제어기(450)에 있어서, 마이크로제어기(455)는 착색 가능한 창에 전압 및/또는 전류를 인가하도록 하는 지시를 PWM(460)에 제공한다.
방법(800)은 동작(820), 결정 블록에 기술된 바와 같은, 반복 공정으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전기변색 창들을 제어하는 자동화된 프로그램의 일부로서, 색조 레벨 지시들은 미리 정해진 타이밍 기능에 기초하여 생성될 수 있으며, 여기서 미리 정해진 시간이 경과한 후에는, 제어기가 창에 대한 새로운 지시들을 생성하기 위해 센서들로부터의 출력을 샘플링한다. 시간이 경과하지 않는 경우, 더 이상의 지시들은 필요하지 않으며, 방법이 종료된다. 시간이 경과하게 되면, 동작들(805 내지 815)이 반복된다. 또한, 결정 블록(820)은 하나 이상의 창들의 원하는 제어 레벨에 따르는, 임의의 수의 기준들에 기초할 수 있다. 예를 들어, 결정 블록(820)은 하나 이상의 센서들로부터의 출력에 임의의 변화가 있었는지 질의할 수 있다. 응답이 부정적인 경우, 방법이 완료되고, 응답이 긍정적인 경우, 그 다음 동작들(805 내지 815)이 반복된다.
도 9는 룸의 내부와 외부 사이에 설치된 착색 가능한 창을 작동하는 방법(900)의 흐름도를 나타낸다. 색조 레벨은 자동적으로 제어될 수 있는데, 즉, 센서들로부터의 출력이 창 제어기에 입력될 수 있으며, 창 제어기는 센서들로부터의 출력에 따라 착색 가능한 창의 색조 상태를 제어할 수 있다.
도 9에 나타낸 방법(900)의 동작(905)에서, 착색 가능한 창에서 수신되거나 이에 근접하여 수신되는 외부 방사조도 레벨을 나타내는 신호들이 수신된다. 외부 광센서는 광센서 상에 입사한 광의 양, 또는 방사조도를 측정한다. 조도는 방사조도와 밀접하게 관련이 있는데, 조도는 표면 상의 조명 강도의 측정값이다. 그러나, 방사조도는 모든 파장들이 동등하게 가중 처리되는 것으로, 물리적 전력에 기초하는 한편, 조도는 인간 안구의 시각 시스템이 다른 파장들보다 몇몇 파장들에 더 민감하다는 것을 고려하고, 그에 따라 모든 파장에 다른 가중치가 주어진다. 도 10은 0(즉, 자정)에서 시작하여 24시간 후에 종료되는, 24-시간 동안의 시간에 대한 조도의 플롯(plot)을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 조도는 0에서 낮으며, 그 후 대략 정오까지 시간에 따라 증가하여, 정오에 최대값에 도달하며, 그 후 하루 중의 나머지 시간에 걸쳐 감소한다.
동작(910)에서는, 착색 가능한 창에 대한 색조 레벨이, 수신된 출력 신호들과 색조 레벨 간의 관계를 사용하여 결정된다. 동작(910)에서 이용되는 관계식은, 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 1 임계값(1005)을 통과할 경우, 제 1 더 밝은 색조 레벨로부터 제 2 더 어두운 색조 레벨로 천이하는 것을 요구한다. 또한, 동작(910)에서 이용되는 관계식은, 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 2 임계값(1010)을 통과할 경우, 제 2 더 어두운 색조 레벨로부터 제 1 더 밝은 색조 레벨로 천이하는 것을 요구한다. 제 1 임계값(1005) 및 제 2 임계값(1010)은 상이한 레벨들의 방사조도/조도이다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 제 2 임계값(1010)에 있어서의 방사조도/조도의 레벨은 제 1 임계값(1005)에 있어서의 방사조도/조도의 레벨보다 낮다.
동작(915)에서는, 동작(910)에서 결정된 색조 레벨로 착색 가능한 창의 색조를 변경하도록 하는 지시들이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 동작(915)은 도 8과 관련하여 기술된 동작(815)과 유사하다.
착색 가능한 창의 색조 상태를 제어하는 방법(900)은, 착색 가능한 창을 포함하는 룸에 대한 에너지 절감들을 극대화할 수 있다. 예를 들어, 룸은 이른 아침에 태양광이 비추어질 수 있으며, 이에 따라 조명 에너지를 최소화할 수 있다. 태양의 위치가 변화되어, 착색 가능한 창을 통과하는 태양광에 기인하여 룸의 온도가 증가하기 시작함에 따라, 룸을 냉각하는데 사용되는 HVAC 전력이 증가하게 되고, 착생가능한 창은 제 1 임계값(1005)으로 천이된다. 그 후, 태양이 지기 시작하여 그 착색 가능한 창을 통과하는 태양광이, 냉각에 사용되는 HVAC 전력을 감소시키는 경우, 착색 가능한 창은 조명 에너지를 줄일 수 있는 제 2 임계값(1010)으로 천이된다.
방법(800)과 유사하게, 방법(900)은 방법(800)에서와 같이 결정 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작들(905 내지 915)을 반복하는 결정은, 미리 정해진 타이밍 이벤트에 기초할 수 있는데, 예를 들어, 24시간 동안에 예상되는 조도를 아는 경우, 조도는 미리 정해진 스케줄에 따라 샘플링된다. 다른 예에서, 광센서에 의해 판독되는 조도 레벨의 변화가 소정 임계값을 만족하는 경우, 새로운 색조 지시들이 이 조도의 변화에 기초하여 생성되어 창(들)에 제공된다.
도 8 및 9에 나타낸 방법들은 착색 가능한 창의 색조 상태를 제어하는 두 개의 방법들이다. 착색 가능한 창의 색조 상태를 제어하는 다수의 다른 방법들은 센서들의 상이한 조합들을 사용하고 가중 함수들을 사용하는 상이한 센서들의 출력을 가중 처리할 수 있다.
건물 관리 시스템들
본 명세서에 기술된 창 제어기들은 BMS와의 통합에 또한 적합하다. BMS는 환기, 조명, 전력 시스템들, 엘리베이터들, 화재 시스템들, 및 보안 시스템들과 같은 건물의 기계적 및 전기적 장비를 모니터링(monitoring)하고 제어하는 건물에 설치된 컴퓨터-기반 제어 시스템이다. BMS는 컴퓨터 또는 컴퓨터들로의 통신 채널들에 의한 상호연결들을 포함하는 하드웨어(hardware), 및 거주자들 및/또는 건물 관리자에 의해 설정된 선호들(preferences)에 따라 건물의 상태를 유지하기 위한 관련 소프트웨어(software)로 구성된다. 예를 들어, BMS는 이더넷(Ethernet)과 같은, 로컬 영역 네트워크(local area network)를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어는 인터넷 프로토콜들(internet protocols) 및/또는 개방 표준들에 기초할 수 있다. 소프트웨어의 일 예는 (버지니아, 리치몬드의) Tridium사로부터의 소프트웨어이다. BMS와 함께 일반적으로 사용되는 하나의 통신 프로토콜은 BACnet(building automation and control networks)이다.
BMS는 큰 건물에 가장 일반적이며, 통상적으로 건물 내의 환경을 적어도 제어하는 기능들이다. 예를 들어, BMS는 건물 내의 온도, 이산화탄소 레벨들, 습도를 제어할 수 있다. 통상적으로, 히터들(heaters), 에어컨들(air conditioners), 송풍기들, 통풍구들 등과 같은 BMS에 의해 제어되는 다수의 기계 디바이스들이 존재한다. 건물 환경을 제어하기 위해, BMS는 규정된 상태하에서 이러한 각종 디바이스들을 턴 온(turn on) 및 턴 오프(turn off)할 수 있다. 통상적인 현대 BMS의 핵심 기능은, 가열 및 냉각 비용/요구를 최소화하면서 건물의 거주자들을 위한 쾌적한 환경을 유지하는 것이다. 따라서, 현대 BMS는 모니터링 및 제어뿐만 아니라, 예를 들어, 에너지를 절약하여 건물 운영 비용을 더 낮추기 위해 각종 시스템들 간의 시너지를 최적화하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 창 제어기는 BMS와 통합되며, 여기서 창 제어기는 하나 이상의 착색 가능한 창들 또는 전기변색 창들을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 전기변색 창들은 적어도 하나의 모든 고체 상태 및 무기질 전기변색 디바이스를 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 전기변색 창들은 모든 고체 상태 및 무기질 창들만을 포함한다. 일 실시예에서, 전기변색 창들은 2010년 8월 5일에 출원되고, 발명의 명칭이 "Multipane Electrochromic Windows."인 미국 특허 출원 번호 제12/851,514호에 기술된 바와 같은, 멀티상태 전기변색 창들이다.
도 11은 보안 시스템들, 난방/환기/공기 조절(HVAC; heating/ventilation/air conditioning), 건물의 조명, 전력 시스템들, 엘리베이터들, 화재 시스템들 등을 포함하는, 건물(1101)의 다수의 시스템들을 관리하는 BMS(1100)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 보안 시스템들은 마그네틱 카드 액세스(magnetic card access), 개찰구들(turnstiles), 솔레노이드(solenoid) 구동 도어록들(door locks), 감시 카메라들, 도난 경보기들, 금속 탐지기들 등을 포함할 수 있다. 화재 시스템들은 물 배관 제어를 포함하는 화재 경보들 및 화재 진압 시스템들을 포함할 수 있다. 조명 시스템들은 내부 조명, 외부 조명, 비상 경고등들, 비상구 표지판들, 및 비상 층 출구 조명을 포함할 수 있다. 전력 시스템들은 주 전력, 백업 전원 발전기들, 및 무정전 전원(UPS; uninterrupted power source) 그리드들(grids)을 포함할 수 있다.
또한, BMS(1100)는 창 제어기(1102)를 관리한다. 이 예에서, 창 제어기(1102)는 마스터 네트워크 제어기(1103), 중개 네트워크 제어기들(1105a 및 1105b), 및 엔드(end) 또는 리프(leaf) 제어기들(1110)을 포함하는 창 제어기들의 분산 네트워크로 도시된다. 엔드 또는 리프 제어기들(1110)은 도 4에 대하여 기술된 창 제어기(450)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 마스터 네트워크 제어기(1103)는 BMS에 근접해 있을 수 있고, 건물(1101)의 각 층이 하나 이상의 중개 네트워크 제어기들(1105a 및 1105b)을 가질 수 있으며, 건물의 각 창은 자체의 엔드 제어기(1110)를 가질 수 있다. 이 예에서, 각각의 제어기들(1110)은 건물(1101)의 특정 전기변색 창을 제어한다.
각각의 제어기들(1110)은 그것이 제어하는 전기변색 창으로부터 분리된 위치에 있거나, 전기변색 창 내에 통합될 수 있다. 단순화를 위해, 단지 건물(1101)의 열 개의 전기변색 창들만이 창 제어기(1102)에 의해 제어되는 것으로 도시되어 있다. 통상적인 설정에서는, 건물 내에 창 제어기(1102)에 의해 제어되는 다수의 전기변색 창들이 존재할 수 있다. 창 제어기(1102)는 창 제어기들의 분산 네트워크일 필요는 없다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 단일 전기변색 창의 기능들을 제어하는 단일 엔드 제어기도 또한 본 명세서에 개시된 실시예들의 범위 내에 속한다. 이하에서는, 본 명세서에 기술된 바와 같은 전기변색 창 제어기들을 BMS들과 통합하는 이점들 및 특징들이 적절한 도 11과 관련하여 보다 상세히 기술된다.
개시된 실시예들의 일 측면은 본 명세서에 기술된 바와 같은 다목적 전기변색 창 제어기를 포함하는 BMS이다. 전기변색 창들은 자동적으로 제어될 수 있기 때문에, 전기변색 창 제어기로부터의 피드백(feedback)을 통합하는 것에 의해, BMS는 예를 들어, 강화된 1) 환경 제어, 2) 에너지 절감들, 3) 보안, 4) 제어 옵션들(options)의 유연성, 5) 개선된 신뢰성 및 더 적은 의존성으로 인한 다른 시스템들의 사용가능한 수명 및 이에 따른 더 적은 유지 보수 6) 정보 가용성 및 진단들, 7) 직원의 효과적 사용, 및 이들의 다양한 조합들을 제공할 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, BMS가 존재하지 않거나, BMS가 존재할 수는 있지만 마스터 네트워크 제어기와 통신하지 않거나 마스터 네트워크 제어기와 높은 레벨에서 통신할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 전기변색 창들은 자동적으로 제어될 수 있기 때문에, 마스터 네트워크 제어기는 예를 들어, 강화된 1) 환경 제어, 2) 에너지 절감들, 3) 제어 옵션들의 유연성, 4) 개선된 신뢰성 및 더 적은 의존성으로 인한 다른 시스템들의 사용가능한 수명 및 이에 따른 더 적은 유지 보수 5) 정보 가용성 및 진단들, 6) 직원의 효과적 사용, 및 이들의 다양한 조합들을 제공할 수 있다. 이들 실시예들에서, BMS에 대한 유지 보수는 전기변색 창들의 제어를 중단하지 않게 된다.
도 12는 건물에 대한 건물 네트워크(1200)의 일 실시예의 블록도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 네트워크(1200)는 백넷(BACnet)을 포함하는 임의의 수의 상이한 통신 프로토콜들을 이용할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 건물 네트워크(1200)는 마스터 네트워크 제어기(1205), 조명 제어 패널(1210), 건물 관리 시스템(BMS; building management system)(1215), 보안 제어 시스템(1220), 및 사용자 콘솔(user console)(1225)을 포함한다. 건물의 이러한 상이한 제어기들 및 시스템들은, 건물의 HVAC 시스템(1230), 조명(1235), 보안 센서들(1240), 도어록들(1245), 카메라들(1250), 및 착색 가능한 창들(1255)로부터의 입력을 수신 및/또는 제어하는데 사용될 수 있다.
마스터 네트워크 제어기(1205)는 도 11과 관련하여 기술된 마스터 네트워크 제어기(1103)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 조명 제어 패널(1210)은 내부 조명, 외부 조명, 비상 경고등들, 비상구 표지판들, 비상층 출구 조명을 제어하는 회로들을 포함할 수 있다. 또한, 조명 제어 패널(1210)은 건물의 룸들에 있는 점유 센서들을 포함할 수 있다. BMS(1215)는 네트워크(1200)의 다른 시스템들 및 제어기들로부터 데이터를 수신하고, 그들에게 명령들을 발행하는 컴퓨터 서버(computer server)를 포함할 수 있다. 예를 들어, BMS(1215)는 각각의 마스터 네트워크 제어기(1205), 조명 제어 패널(1210), 및 보안 제어 시스템(1220)으로부터 데이터를 수신하고, 그들 각각에게 명령들을 발행할 수 있다. 보안 제어 시스템(1220)은 자기 카드 액세스, 개찰구들, 솔레노이드 구동 도어록들, 감시 카메라, 도난 경보기들, 금속 탐지기들 등을 포함할 수 있다. 사용자 콘솔(1225)은 건물 관리자에 의해 건물의 상이한 시스템들의 동작들을 스케줄링(scheduling)하고, 건물의 상이한 시스템들을 제어하고, 모니터링하고, 최적화하고, 문제를 해결하는데 사용될 수 있는 컴퓨터 단말일 수 있다. Tridium사로부터의 소프트웨어는 사용자 콘솔(1225)을 위한, 상이한 시스템들로부터의 데이터의 시각적 표현들을 생성할 수 있다.
각각의 상이한 제어들은 개별 디바이스들/장치를 제어할 수 있다. 마스터 네트워크 제어기(1205)는 창들(1255)을 제어한다. 조명 제어 패널(1210)은 광들(1235)을 제어한다. BMS(1215)는 HVAC(1230)를 제어할 수 있다. 보안 제어 시스템(1220)은 보안 센서들(1240), 도어록들(1245), 및 카메라들(1250)을 제어한다. 건물 네트워크(1200)의 일부인 모든 상이한 디바이스들/장치와 제어기들 간에는 데이터가 교환되고/되거나 공유될 수 있다.
몇몇 경우들에서, BMS(1100) 또는 건물 네트워크(1200)의 시스템들은 일별, 월별, 분기별, 또는 연도별 스케줄들에 따라 실행될 수 있다. 예를 들어, 조명 제어 시스템, 창 제어 시스템, HVAC, 및 보안 시스템은 사람들이 근무 시간(work day) 동안 건물에 있을 경우를 고려하여 24 시간 스케줄로 동작할 수 있다. 야간에, 건물은 에너지 절감 모드로 들어갈 수 있고, 주간 동안에는, 시스템들은 거주자 안락함을 제공하면서 건물의 에너지 소모를 최소화하는 방식으로 동작할 수 있다. 다른 예로서, 휴가 기간 동안에는 시스템이 종료되거나 에너지 절감 모드로 들어갈 수 있다.
스케줄링 정보는 지리적 정보와 결합될 수 있다. 지리적 정보는 건물의 위도와 경도를 포함할 수 있다. 또한, 지리적 정보는 건물의 각 면이 대향하는 방향에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보를 사용하여, 건물의 상이한 면들 상의 상이한 룸들이 상이한 방식들로 제어될 수 있다. 예를 들어, 겨울에 동쪽을 향하는 건물의 룸들의 경우, 창 제어기는 아침에 색조를 가지지 않도록 창들에게 지시함으로써, 룸에 비추는 태양광으로 인해 룸이 따뜻해지도록 할 수 있으며, 조명 제어 패널은 태양광으로부터의 조명 때문에 광들에게 희미해지도록 지시할 수 있다. 서쪽의 창들의 색조는 에너지 절감에 아무런 영향을 미칠 수 없기 때문에, 서쪽을 향하는 창들은 아침에 룸의 거주자에들 의해 제어될 수 있다. 그러나, 동쪽을 향하는 창들 및 서쪽을 향하는 창들의 동작의 모드들은 저녁에 전환될 수 있다(예를 들어, 태양이 지고 있는 경우, 서쪽을 향하는 창들은 열과 조명 모두에 있어서 태양광을 허용하기 위해 착색되지 않는다).
이하에서는, 예를 들어, 건물 네트워크 또는 BMS, 건물의 외부 창들에 대한 착색 가능한 창들(즉, 건물의 외부로부터 건물의 내부를 분리시키는 창들), 및 다수의 상이한 센서들을 포함하는, 도 11의 건물(1101)과 유사한 건물의 일 예가 기술된다. 건물의 외부 창들로부터의 광은 그 창들로부터 약 20 피트 또는 약 30 피트의 건물의 내부 조명에 일반적으로 효과가 있다. 즉, 외부 창에서 약 20 피트 또는 약 30 피트 이상인 건물 내의 공간은 외부 창으로부터 거의 광을 수신하지 못한다. 건물의 외부 창들로부터 떨어진 이러한 공간들은, 건물의 조명 시스템들에 의해 비추어진다.
또한, 건물 내의 온도는 외부 광 및/또는 외부 온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 추운 날 및 건물이 가열 시스템에 의해 가열되고 있는 경우, 도어들 및/또는 창들에 더 가까운 룸들은, 건물의 내부 영역들보다 더 빨리 열이 상실되어서, 내부 영역들에 비해 더 냉각된다.
외부 광센서들의 경우, 건물은 건물의 지붕에 외부 광센서들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 건물은 각 외부 창과 관련된 외부 광센서(예를 들어, 도 5와 관련하여 설명한 바와 같은, 룸(500)) 또는 건물의 각 면 상의 외부 광센서를 포함할 수 있다. 태양이 하루 동안에 위치를 바꿈에 따라, 건물의 각 면 상의 외부 광센서는 건물의 면에 대한 방사조도/조도를 추적할 수 있다.
외부 온도 센서들의 경우, 건물은 평균 외부 온도를 결정하기 위해 몇몇의 위치들에서 외부 온도 센서들을 포함할 수 있다. 내부 온도 센서들의 경우, 외부 창을 가진 각 룸은 내부 온도 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 건물의 각 면 상의 몇몇 룸들은 내부 온도 센서를 포함할 수 있다.
내부 광센서들 및 투과율 센서들의 경우, 건물은 외부 창을 가진 각 룸 내에 내부 광센서들 및 내부 투과율 센서들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 건물의 각 면 상의 몇몇 룸들은 이러한 센서들을 포함할 수 있다.
건물의 각 룸은 룸 내의 광 및/또는 조명 패널과 관련된 점유 센서를 포함할 수 있다. 건물은 개별 룸들 또는 룸들의 그룹들(예를 들어, 건물의 한 면 상에 외부 창들을 가지는 룸들의 그룹)에 대한 전력 미터들을 포함할 수 있다. 그러나, 전력 미터 셋업(setup)은 건물의 회로 셋업에 따라 달라지게 된다.
도 8 및 9에 대해 기술된 방법들과 관련하여, 창 제어기가 건물 네트워크 또는 BMS 내에 통합되는 경우, 센서들로부터의 출력들은 BMS의 네트워크에 입력되어, 창 제어기에 대한 입력으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 임의의 두 개 이상의 센서들로부터의 출력 신호들이 수신된다. 몇몇 실시예들에서는, 단지 하나의 출력 신호만이 수신되며, 몇몇 다른 실시예들에서는, 셋, 넷, 다섯, 또는 그 이상의 출력들이 수신된다. 이들 출력 신호들은 건물 네트워크 또는 BMS를 통해 수신될 수 있다.
착색 가능한 창에 대한 색조 레벨은 수신된 출력 신호들과 색조 레벨 간의 관계를 사용하여 결정된다. 몇몇 실시예들에서, 색조 레벨을 결정하는 것은 건물에 대한 스케줄링 정보를 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 스케줄링 정보는 건물에 대한 연중의 시간 및/또는 하루 중의 시간 정보를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 스케줄링 정보는 착색 가능한 창의 지리적 대향 방향 및 건물의 위도에 관한 정보를 더 포함한다. 창들의 색조 레벨을 결정하는데 사용되는 룩업 테이블, 또는 창들의 색조 레벨을 결정하는데 사용된 관계식에서 사용되는 가중 상수들은 스케줄에 따라 변경될 수 있다.
창 제어기들, 및 본 명세서에서 설명된 착색 가능한 창의 색조 상태를 제어하는 방법들은, 상이한 센서들 또는 센서들의 조합들을 이용할 수 있다. 상이한 센서들 또는 센서들의 조합들은 상이한 "센서 셋업들(sensor setups)" 또는 "레벨들(levels)"로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 외부 광센서의 사용은 "레벨 0"으로 지칭될 수 있고, 외부 광센서와 내부 광센서의 사용은 "레벨 1"로 지칭될 수 있고, 외부 광센서, 내부 광센서, 및 점유 센서의 사용은 "레벨 2"로 지칭될 수 있고, 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 및 (아래에 기술되는) 건물 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호의 사용은 "레벨 3"으로 지칭될 수 있다. 이러한 상이한 레벨들 각각에 대한 실시예들은, 이하에서 더 기술된다.
몇몇 실시예들에서, 출력 신호들은 외부 광센서로부터의 신호(즉, 레벨 0)를 포함할 수 있다. 색조 레벨을 결정하기 위해 이용되는 관계식은, 색조 레벨이 종속 변수이고 외부 광센서로부터의 신호가 독립 변수인 표현식 또는 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 동작(810)에 이용되는 관계식은, 건물에 대한 연중의 시간 및/또는 하루 중의 시간 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 사용한다. 예를 들어, 24 시간 동안의 상이한 관계식이 연중의 각 역일 동안에 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 출력 신호들은 외부 광센서로부터의 신호 및 내부 광센서로부터의 신호(즉, 레벨 1)를 포함한다. 색조 레벨을 결정하기 위해 이용되는 관계식은, 색조 레벨이 종속 변수이고 외부 광센서 및 내부 광센서로부터의 신호들이 독립 변수들인 표현식 또는 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 동작(810)에 이용되는 관계식은, 건물에 대한 연중의 시간 및/또는 하루 중의 시간 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 사용한다. 예를 들어, 24 시간 동안의 상이한 관계식이 연중의 각 역일 동안에 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수신된 출력 신호들은 외부 광센서로부터의 신호, 내부 광센서로부터의 신호, 및 점유 센서로부터의 신호(즉, 레벨 2)를 포함한다. 색조 레벨을 결정하기 위해 이용되는 관계식은 색조 레벨이 종속 변수이고 외부 광센서, 내부 광센서, 및 점유 센서로부터의 신호들이 독립 변수들인 표현식 또는 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 점유 센서가 룸이 점유되지 않았음을 나타내는 경우, 룸은 최대 에너지 절감 모드로 들어갈 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수신된 출력 신호들은 건물 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 포함한다. 예를 들어, 건물의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명의 에너지 또는 전력 소모는, 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 제공하기 위해 모니터링될 수 있다. 디바이스들이 건물의 회로들 및/또는 배선과 인터페이싱되거나 그들에 장착되어 이러한 모니터링(monitoring)을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 건물의 전력 시스템들은, 건물 내의 개별 룸 또는 건물 내의 룸들의 그룹에 대한 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 전력 소모가 모니터링될 수 있도록, 설치될 수 있다.
예를 들어, 건물의 조명과 관련하여, 건물 내의 광, 광들의 그룹, 또는 조명 시스템의 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호가 수신된다. 광, 광들의 그룹, 또는 조명 시스템은 착색 가능한 창의 색조를 변화시키는 것이 그 영역의 조명에 영향을 미칠 수 있는 영역인, 착색 가능한 창의 약 20 피트 또는 약 30 피트 내에 있는 적어도 하나의 광을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 건물의 가열 및/또는 냉각과 관련하여, 건물 내의 온도 제어를 제공하는 가열 또는 냉각 디바이스의 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호가 수신된다. 가열 또는 냉각 디바이스는 착색 가능한 창의 약 50 피트 내의 건물 영역을 가열하거나 냉각할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 수신된 출력 신호들은 외부 광센서로부터의 신호, 내부 광센서로부터의 신호, 점유 센서로부터의 신호, 및 에너지 또는 전력 소모 신호(즉, 레벨 3)를 포함한다. 에너지 또는 전력 소모 신호는 건물의 룸에 의한 또는 건물의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타낸다. 색조 레벨을 결정하기 위해 이용되는 관계식은, 건물의 거주에 적합한 상태를 제공하면서, 건물 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 조명에 의한 에너지 소모를 감소시킨다.
그 후에, 착색 가능한 창의 색조를 결정된 색조 레벨로 변경하도록 하는 지시들이 제공된다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 이것은 하나 이상의 중개 네트워크 제어기들(1105a 및 1105b)에 대한 명령들을 발행하는 마스터 네트워크 제어기(1103)를 포함할 수 있으며, 이는 결국 건물의 각 창을 제어하는 엔드 제어기들(1110)에 대한 명령들을 발행한다. 엔드 제어기들(1100)은 전압 및/또는 전류를 인가하여 그 지시들에 따른 색조의 변화를 행할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 전기변색 창들 및 BMS를 포함하는 건물은, 건물에 전력을 제공하는 유틸리티 또는 유틸리티들에 의해 실행되는 프로그램에 등록되거나 참여할 수 있다. 이 프로그램은, 피크 로드(peak load) 발생이 예상되는 경우, 건물의 에너지 소모를 감소시키는 프로그램일 수 있다. 유틸리티는 예상되는 피크 로드 발생 이전에 경고 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 경고는 예상되는 피크 로드 발생 하루 전에, 그 아침에, 또는 약 1시간 전에 전송될 수 있다. 예를 들어, 피크 로드 발생은, 냉각 시스템들/에어컨들이 유틸리티로부터 다량의 전력을 끌어내는 더운 여름날에 발생할 것으로 예상될 수 있다. 경고 신호는 건물의 전기변색 창들을 제어하도록 구성되는 창 제어기에 의해 또는 건물의 BMS에 의해 수신될 수 있다. 그 후에, BMS는 피크 로드가 예상되는 시점에서 건물의 냉각 시스템들의 전력 소모를 감소시킬 목적으로 착색된 상태로 적절한 전기변색 창들을 천이하도록 창 제어기(들)에 지시할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 건물의 외부 창들에 대한 착색 가능한 창들(즉, 건물의 외부로부터 건물의 내부를 분리하는 창들)은 유사한 방식으로 지시되는 구역(zone)에 있는 착색 가능한 창들로, 구역들에서 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 건물의 상이한 층들 상의 또는 건물의 상이한 면들 상의 전기변색 창들의 그룹들은 상이한 구역들에 존재할 수 있다. 예를 들어, 건물의 1층 상에 있어서는, 모든 동쪽을 향하는 전기변색 창들은 구역 1일 수 있고, 모든 남쪽을 향하는 전기변색 창들은 구역 2일 수 있고, 모든 서쪽을 향하는 전기변색 창들은 구역 3일 수 있으며, 모든 북쪽을 향하는 전기변색 창들은 구역 4일 수 있다. 다른 예로서, 건물의 1층 상의 모든 전기변색 창들이 구역 1일 수 있고, 2층 상의 모든 전기변색 창들이 구역 2일 수 있으며, 3층 상의 모든 전기변색 창들이 구역 3일 수 있다. 또 다른 예로서, 모든 동쪽을 향하는 전기변색 창들이 구역 1일 수 있고, 모든 남쪽을 향하는 전기변색 창들이 구역 2일 수 있고, 모든 서쪽을 향하는 전기변색 창들이 구역 3일 수 있으며, 모든 북쪽을 향하는 전기변색 창들이 구역 4일 수 있다. 또 다른 예로서, 하나의 층 상의 동쪽을 향하는 전기변색 창들이 상이한 구역들로 분할될 수 있다. 건물의 동일한 면 및/또는 상이한 면들 및/또는 상이한 층들 상의 임의의 수의 착색 가능한 창들이 구역에 할당될 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 구역 내의 전기변색 창들은 동일한 창 제어기에 의해 제어될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 구역 내의 전기변색 창들은 상이한 창 제어기들에 의해 제어될 수 있으며, 창 제어기들 모두는 센서들로부터의 동일한 출력 신호들을 수신할 수 있고, 구역 내의 창들에 대한 색조 레벨을 결정하기 위해 동일한 함수 또는 룩업 테이블을 사용할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 구역 내의 전기변색 창들은 투과율 센서로부터 출력 신호를 수신하는 창 제어기 또는 제어기들에 의해 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 투과율 센서는 구역 내의 창들에 인접하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 투과율 센서는 존에 포함된 IGU를 포함하는 프레임(frame) 내에 또는 상에 장착(예를 들어, 멀리언(mullion), 프레임의 수평 샷시(sash) 내에 또는 상에 장착)될 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 건물의 단일 면 상의 창들을 포함하는 존 내의 전기변색 창들은 투과율 센서로부터의 출력 신호를 수신하는 창 제어기 또는 제어기들에 의해 제어될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 투과율 센서는 제 1 구역(예를 들어, 마스터 제어 구역)의 전기변색 창들을 제어하는 출력 신호를 창 제어기에 제공할 수 있다. 또한, 창 제어기는 제 1 구역과 동일한 방식으로 제 2 구역(예를 들어, 슬레이브(slave) 제어 구역)에서 전기변색 창들을 제어할 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서는, 다른 창 제어기가 제 1 구역과 동일한 방식으로 제 2 구역에서 전기변색 창들을 제어할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 건물 관리자, 제 2 구역 내의 룸들의 점유자들, 또는 다른 사람은 (예를 들어, 색조 또는 클리어(clear) 명령 또는 BMS의 사용자 콘솔로부터의 명령을 사용하여) 색조 상태 또는 클리어 상태를 입력하도록 제 2 구역(즉, 슬레이브 제어 구역) 내의 전기변색 창들에 수동으로 지시할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 구역 내의 창들의 색조 상태가 이러한 수동 명령으로 오버라이딩될 경우, 제 1 구역(즉, 마스터 제어 구역) 내의 전기변색 창들은 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 하에서 유지된다. 제 2 구역은 일정 시간 동안 수동 명령 모드를 유지한 후, 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 아래로 다시 되돌아갈 수 있다. 예를 들어, 제 2 구역은 오버라이드 명령을 수신한 후, 한 시간 동안 수동 모드를 유지할 수 있으며, 그 후에 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 아래로 다시 되돌아갈 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 건물 관리자, 제 1 구역 내의 룸들의 점유자들, 또는 다른 사람은 (예를 들어, 색조 명령 또는 BMS의 사용자 콘솔로부터의 명령을 사용하여) 색조 상태 또는 클리어 상태에 들어가도록 제 1 구역(즉, 마스터 콘솔 구역) 내의 전기변색 창들에게 수동으로 지시할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 구역 내의 창들의 색조 상태가 이러한 수동 명령으로 오버라이딩될 경우, 제 2 구역(즉, 슬레이브 제어 구역) 내의 전기변색 창들은 외부 광센서로부터의 출력들을 수신하는 창 제어기의 제어 하에서 유지된다. 제 1 구역은 일정 기간 동안 수동 명령 모드를 유지한 후, 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 아래로 다시 되돌아 갈 수 있다. 예를 들어, 제 1 구역은 오버라이드 명령을 수신한 이후, 한 시간 동안 수동 모드를 유지할 수 있으며, 그 후에 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 아래로 다시 되돌아 갈 수 있다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제 2 구역 내의 전기변색 창들은 제 1 구역에 대한 수동 오버라이드가 수신되는 경우에, 그들이 가지고 있는 색조 상태를 유지할 수 있다. 제 1 구역은 일정 기간 동안 수동 명령 모드를 유지할 수 있으며, 그 후에 제 1 구역 및 제 2 구역 모두가 투과율 센서로부터의 출력을 수신하는 창 제어기의 제어 아래로 다시 되돌아갈 수 있다.
창 제어기가 독립형 창 제어기인지 건물 네트워크와 인터페이싱되는지 여부에 관계없이, 착색 가능한 창의 제어에 대하여 본 명세서에서 기술된 방법들 중의 임의의 방법은 착색 가능한 창의 색조를 제어하는데 사용될 수 있다.
무선 또는 유선 통신
몇몇 실시예들에서, 본 명세서에서 기술된 창 제어기들은 창 제어기, 센서들, 및 개별 통신 노드들 간의 유선 또는 무선 통신을 위한 컴포넌트들(components)을 포함한다. 무선 또는 유선 통신들은 창 제어기와 직접 인터페이싱하는 통신 인터페이스로 달성될 수 있다. 이러한 인터페이스는 마이크로프로세서에 고유하거나 이러한 기능들을 가능하게 추가 회로를 통해 제공될 수 있다.
예를 들어, 무선 통신을 위한 개별 통신 노드가 다른 무선 창 제어기, 엔드, 중간, 또는 마스터 창 제어기, 원격 제어 디바이스, 또는 BMS일 수 있다. 무선 통신은 다음의 동작들, 즉 EC 창의 프로그래밍 및/또는 동작, 본 명세서에 기술된 각종 센서들 및 프로토콜들로부터의 EC 창에서의 데이터 수집, 및 무선 통신을 위한 릴레이 포인트(relay point)로서 EC 창의 이용 중의 적어도 하나를 위한 창 제어기에서 사용된다. 또한, EC 창들로부터 수집되는 데이터는 EC 디바이스가 활성화된 횟수들, 시간에 따른 EC 디바이스의 효율 등과 같은 카운트 데이터(count data)를 포함할 수 있다. 이하, 이들 무선 통신 특징들에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
일 실시예에서, 무선 통신은 예를 들어, 적외선(IR; infrared), 및/또는 무선 주파수(RF; radio frequency) 신호를 통해 관련된 전기변색 창들을 작동하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 제어기는 블루투스(Bluetooth), 엔오션(EnOcean), 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee)와 같은, 무선 프로토콜 칩(chip)을 포함하게 된다. 또한, 창 제어기들은 네트워크를 통해 무선 통신을 행할 수 있다. 창 제어기에 대한 입력은 직접 또는 무선 통신을 통해 사용자에 의해 수동으로 입력될 수 있으며, 또는 그 입력은 전기변색 창이 컴포넌트인 빌딩의 BMS로부터의 것일 수 있다.
일 실시예에서, 창 제어기가 제어기들의 분산 네트워크의 일부인 경우, 무선 통신은 그 각각이 무선 통신 컴포넌트들을 갖는 제어기들의 분산 네트워크를 통해 복수의 전기변색 창들 각각에 또는 각각으로부터 데이터를 전송하는데 사용된다. 예를 들어, 도 11을 다시 참조하면, 마스터 네트워크 제어기(1103)는 중개 네트워크 제어기들(1105a 및 1105b) 각각과 무선으로 통신하며, 이것은 결국 그 각각이 전기변색 창과 관련된 엔드 제어기들(1110)과 무선으로 통신한다. 또한, 마스터 네트워크 제어기(1103)도 BMS와 무선으로 통신할 수 있다. 일 실시예에서는, 창 제어기의 적어도 하나의 레벨의 통신이 무선으로 수행된다.
몇몇 실시예들에서, 하나보다 많은 모드의 무선 통신이 창 제어기 분산 네트워크에서 사용된다. 예를 들어, 마스터 창 제어기는 와이파이나 지그비를 통해 중간 제어기들에게 무선으로 통신할 수 있으며, 중간 제어기들은 블루투스, 지그비, 엔오션, 또는 다른 프로토콜을 통해 엔드 제어기들과 통신한다. 다른 예에서, 창 제어기들은 무선 통신을 위한 엔드 사용자 선택들에서의 유연성을 위한 예비(redundant) 무선 통신 시스템들을 구비한다.
예를 들어, 마스터 창 제어기들 및/또는 중간 창 제어기들 및 엔드 창 제어기들 간의 무선 통신은, 하드(hard) 통신선들의 설치를 미연에 방지하는 이점을 제공한다. 또한, 이것은 창 제어기들과 BMS 간의 무선 통신을 위해 유효하다. 일 측면에서, 이들 역할들에서의 무선 통신은, 창을 작동하고 건물 내의 환경 및 에너지 절감을 최적화하는 데이터를 예를 들어, BMS에게 제공하기 위해 전기변색 창들에 또는 이들로부터 데이터를 송수신하는데 유용하다. 창 위치 데이터뿐만 아니라 센서들로부터의 피드백은 이러한 최적화를 위해 시너지화된다. 예를 들어, 그래뉼러(granular) 레벨(창들간) 미기후(microclimate) 정보가 건물의 다양한 환경들을 최적화하기 위해 BMS에 공급된다.
전술한 실시예들은 이해를 용이하게 하기 위해 일부 상세가 기술되었지만, 기술된 실시예들은 한정이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야한다. 첨부된 청구범위의 범위 내에서 몇몇 변화들 및 수정들이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (42)
- 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
(a) 외부 광센서(photosensor), 내부 광센서, 점유 센서(occupancy sensor), 외부 온도 센서, 및 투과율 센서를 포함하는 센서로부터 출력 신호를 수신하는 단계,
(b) 설비 내에 배치되는 착색가능 창을 위한 색조 레벨을 결정하는 단계, 및
(c) 제어기들의 네트워크를 이용하여, 착색가능 창의 색조를 결정된 착색 레벨로 변화시키기 위한 지시를 제공하는 단계를 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 색조 변화는 설비 내의 가열 시스템, 냉각 시스템, 조명 중 적어도 하나에 의해 야기되는 에너지 소모를 감소시키는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서, 설비의 가열 시스템, 냉각 시스템, 조명 중 적어도 하나에 의한 에너지 소모 또는 전력 소모를 나타내는 에너지 소모 신호 또는 전력 소모 신호를 수신하는 단계 및 수신된 출력 신호와 함께 에너지 소모 신호 또는 전력 소모 신호를 이용하여 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서, 독립 변수로 출력 신호를 이용함으로써 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서, 출력 신호 값의 다양한 조합들에 대해 색조 레벨을 명시한 룩업 테이블(lookup table)을 이용함으로써 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 착색가능 창이 (A) 보다 어두운 색조로부터 보다 밝은 색조로 또는 (B) 보다 밝은 색조로부터 보다 어두운 색조로 전이하는지 여부에 적어도 부분적으로 기초하여 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 출력 신호는 외부 광센서로부터의 출력 신호를 포함하고, 상기 방법은 (i) 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 1 임계치를 넘을 때 제 1 보다 밝은 색조 레벨에서 제 2 보다 어두운 색조 레벨로 천이하고, (ii) 상기 외부 광센서로부터의 출력 신호가 제 2 임계치를 넘는 경우, 상기 제 2 보다 어두운 색조 레벨에서 상기 제 1 보다 밝은 색조 레벨로 천이하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 임계치는 제 1 값의 방사조도(irradiance)에서 도달하고, 상기 제 2 임계치는 제 2 방사조도에서 도달하며, 상기 제 1 값이 제 2 값보다 큰, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 출력 신호는 외부 광센서로부터의 신호와 내부 광센서로부터의 신호를 포함하고, 상기 방법은, 색조 레벨이고 종속 변수이고 외부 광센서 및 내부 광센서로부터의 출력 신호는 독립 변수인 수식 또는 룩업 테이블을 이용하여 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서, 출력 신호는 점유 센서로부터의 신호를 더 포함하고, 상기 방법은 점유 센서로부터의 신호를 이용하여 색조 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 제어기들의 계층구조를 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제어기들의 계층구조는 3개의 계층구조 레벨을 포함하는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서, 계층구조 제어기 레벨 중 적어도 2개는 설비 내에 배치되는, 설비의 에너지 소모를 제한하기 위한 방법.
- 설비에 배치되는 착색가능 창을 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 및 투과율 센서를 포함하는 하나 이상의 센서에 동작가능하게 결합된 제어기들의 네트워크를 포함하고, 상기 제어기들의 네트워크는
(a) 상기 하나 이상의 센서로부터의 출력 신호를 수신하는 또는 수신을 지시하는 단계,
(b) 상기 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하는 또는 결정하게 하는 단계; 및
(c) 착색가능 창의 색조 레벨을 제어하는 단계
를 수행하도록 구성되는 착색가능 창을 위한 장치. - 제 14 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 전려 공급원에 동작가능하게 결합되고, 상기 제어기들의 네트워크는 착색가능 창의 현 색조 레벨을 결정된 색조 레벨로 변경하도록 착색가능 창에 전압 및/또는 전류를 인가하도록 전력 공급원에 지시하도록 구성되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 건물 관리 시스템, 조명 제어 패널, 설비의 보안 시스템 중 적어도 하나로부터의 출력 신호 중 하나 이상을 수신하거나, 수신하도록 지시하도록 구성되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 건물 관리 시스템, 조명 제어 패널, 설비의 보안 시스템 중 적어도 하나에 의해 제공되는 정보로부터의 출력 신호 중 하나 이상을 수신하거나, 수신하도록 지시하거나, 추출하거나, 추출을 지시하도록 구성되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 건물 관리 시스템, 조명 제어 패널, 보안 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 네트워크와 통신하기 위한 네트워크 인터페이스를 포함하거나 상기 네트워크 인터페이스에 동작가능하게 결합되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 가열 시스템, 냉각 시스템, 및/또는 설비의 조명에 의한 에너지 소모 또는 전력 소모를 나타내는 에너지 소모 신호 또는 전력 소모 신호를 수신하거나 수신할 것을 지시하도록 구성되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 착색가능 색조 레벨을 결정함에 있어서, 에너지 소모 신호 또는 전력 소모 신호를 수신된 출력 신호와 함께 이용하거나 이용할 것을 지시하도록 구성되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 제어기들의 계층구조를 포함하는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 제어기들의 계층구조는 3개의 계층구조 레벨을 포함하는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 22 항에 있어서, 제어기들의 계층구조 중 적어도 2개의 계층구조 레벨이 설비에 배치되는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 설비의 에너지 소모를 제어하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
(a) 건물 관리 시스템,
(b) 조명 제어 패널,
(c) 건물 관리 시스템 및 조명 제어 패널과 통신하기 위한 통신 네트워크,
(d) 상기 설비에 배치되는 착색가능 창을 위한 제어기들의 네트워크를 포함하며,
상기 제어기들의 네트워크는 (i) 외부 광센서, 내부 광센서, 점유 센서, 외부 온도 센서, 또는 투과율 센서를 포함하는 센서로부터 수신되는 출력 신호를 이용함으로써 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하거나 결정하도록 지시하도록 구성되고, (ii) 착색가능 창의 색조 레벨을 제어하도록 구성되는, 설비의 에너지 소모 제어 시스템. - 제 24 항에 있어서, 상기 조명 제어 패널은 점유 센서로부터 도출되는 점유 정보를 제공하고, 상기 색조 레벨 결정은 조명 제어 패널로부터의 점유 정보를 이용하는, 설비의 에너지 소모 제어 시스템.
- 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 제어기들의 네트워크는 제어기들의 계층구조를 포함하는, 설비의 에너지 소모 제어 시스템.
- 제 26 항에 있어서, 상기 제어기들의 계층구조는 3개의 계층구조 레벨을 포함하는, 설비의 에너지 소모 제어 시스템.
- 제 27 항에 있어서, 상기 제어기들의 계층구조 중 적어도 2개의 계층구조 레벨이 설비에 배치되는, 설비의 에너지 소모 제어 시스템.
- 설비의 에너지 소모 최소화 방법에 있어서, 상기 방법은,
(a) 가열 시스템, 냉각 시스템, 설비 내 조명 중 적어도 하나에 의한 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 수신하는 단계,
(b) 설비 내 장치 또는 시스템의 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 이용함으로써 설비에 배치되는 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하는 단계, 및
(c) 착색가능 창의 색조 레벨을 단계 (b)에서 결정된 레벨로 설정하도록 지시를 제공하는 단계를 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법. - 제 29 항에 있어서, 에너지 또는 전력 소모를 나타내는 신호를 제공하기 위해 가열 시스템, 냉각 시스템, 설비의 조명 중 적어도 하나의 에너지 또는 전력 소모를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법.
- 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서, 상기 설비 내 장치 또는 시스템은 설비 내 일 조명, 조명 그룹, 또는 조명 시스템을 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법.
- 제 31 항에 있어서, 상기 설비의 장치 또는 시스템은 착색가능 창의 약 20피트 내에 위치한 적어도 하나의 조명을 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법.
- 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서, 상기 설비의 장치 또는 시스템은 설비에 가열 또는 냉각 장치 또는 시스템을 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 설비의 장치 또는 시스템은 착색가능 창의 약 50피트 내에 위치한 적어도 하나의 가열 또는 냉각 장치를 포함하는, 설비의 에너지 소모 최소화 방법.
- 설비에 배치되는 착색가능 창을 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 외부 광센서, 내부 광센서, 또는 외부 온도 센서를 포함하는 하나 이상의 센서에 동작가능하게 결합된 적어도 하나의 제어기들를 포함하고, 적어도 하나의 제어기는,
(a) 상기 하나 이상의 센서로부터의 출력 신호를 수신하는 또는 수신을 지시하는 단계,
(b) 상기 출력 신호, 상기 설비의 스케줄링 정보, 및 색조 명령을 이용함으로써, 상기 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하는 또는 결정하게 하는 단계; 및
(c) 착색가능 창의 색조 레벨을 제어하는 단계
를 수행하도록 구성되는 착색가능 창을 위한 장치. - 제 35 항에 있어서, 결정된 색조 레벨에 도달하기 위해 색조의 변화를 유도하도록 착색가능 창에 전압 또는 전류를 인가하기 위한 전력 공급원을 더 포함하는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서로부터 출력 신호를 수신하기 위한 로직을 더 포함하는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서, 상기 색조 명령은 설비 내 사람에 의해 입력되는 착색가능 창의 색조 레벨을 나타내는, 착색가능 창을 위한 장치.
- 적어도 하나의 착색가능 창을 가진 설비의 에너지 소모 제한 방법에 있어서,
(a) 상기 착색가능 창에서 또는 상기 착색가능 창에 근접하여 수신되는 방사 조도를 나타내는 신호를 수신하는 단계,
(b) 설비의 스케줄링 정보 및 상기 신호를 이용함으로써 착색가능 창의 색조 레벨을 결정하는 단계, 및
(c) 상기 착색가능 창의 색조를 결정된 색조 레벨로 변화시키기 위한 지시를 제공하는 단계를 포함하는, 설비의 에너지 소모 제한 방법. - 제 39 항에 있어서, 상기 스케줄링 정보는 착색가능 창의 지리학적으로 면하는 방향, 하루 중의 시간, 설비의 위도 및 경도 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함하는, 설비의 에너지 소모 제한 방법.
- 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서, 지정 시간 경과 후 단계 (a)-(c)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모 제한 방법.
- 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,
지정 시간 경과 후, 단계 (a)를 반복하는 단계, 및
착색가능 창에서 또는 착색가능 창에 인접하여 수신되는 방사조도를 나타내는 수신된 신호에 변화가 있을 때, 단계 (b) 및 (c)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 설비의 에너지 소모 제한 방법.
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