KR20200029203A - 공기 조화기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 실외기; 상기 실외기에 연결되고, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역에 설치된 제1 실내기군과, 상기 실내 공간 중 상기 제1 영역 외의 영역인 제2 영역에 설치된 제2 실내기군을 포함하는 실내기; 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하여 상기 제1 실내기군에 전달하는 일사량 측정부; 상기 제1 및 제2 실내기군 각각으로부터 수신받은 운전 부하값을 토대로 상기 제1 및 제2 실내기군 각각의 운전을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 실내기군의 운전 부하값은, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 소정량만큼 변화되어 산출되는 공기 조화기에 관한 것이다.

Description

공기 조화기 및 그 제어 방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 공기 조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 운전 부하값을 소정량만큼 변화시키는 공기 조화기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
공기 조화기는 실내로 냉기 또는 온기를 공급하여, 실내 온도를 조절하고 실내 공기를 정화함으로써, 재실자에게 쾌적한 실내 환경을 제공하는 장치이다.
종래 기술에 따른 공기 조화기는 실내기의 운전 부하값을 산출함에 있어서, 실내로 입사되는 일사량의 증가에 따른 실내 온도 상승 요인을 고려하지 않아 재실자가 원하는 쾌적도에 도달하지 못하는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하고자, 복수 개의 실내기가 설치된 위치에 따라 시간대 별로 다르게 선정되는 대표 실내기를 기준으로 운전 모드를 결정하였으나, 실시간으로 변화하는 일사량에 대응하는 방법을 제시하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 일사량의 증가에 따른 실내 온도의 상승을 미리 예측하여 운전 부하값으로 산출하지 못하여, 불필요하게 에너지가 소비되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는, 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도의 변화를 미리 예측하고 대응할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는, 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도 변화로 인한 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있는 공기 조화기 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 공기 조화기는, 적어도 하나의 실외기; 상기 실외기에 연결되고, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역에 설치된 제1 실내기군과, 상기 실내 공간 중 상기 제1 영역 외의 영역인 제2 영역에 설치된 제2 실내기군을 포함하는 실내기; 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하여 상기 제1 실내기군에 전달하는 일사량 측정부; 상기 제1 및 제2 실내기군 각각으로부터 수신받은 운전 부하값을 토대로 상기 제1 및 제2 실내기군 각각의 운전을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 실내기군의 운전 부하값은, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 소정량만큼 변화되어 산출된다.
상기 제1 실내기군의 운전 부하값은, 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출되되, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 소정량만큼 변화되어 산출될 수 있다.
상기 제1 실내기군의 운전 부하값은, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 영역에 존재하는 공기의 열용량이 기 설정된 값으로 변화되는 것으로 가정하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 상기 복수 개의 실내기를, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역에 설치된 제1 실내기군과, 상기 실내 공간 중 상기 제1 영역 외의 영역인 제2 영역에 설치된 제2 실내기군으로 구별하여 설정하는 단계; 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동을 측정하는 단계; 상기 제1 및 제2 실내기군 각각에서 운전 부하값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 실내기군 각각으로부터 수신받은 운전 부하값을 토대로 상기 제1 및 제2 실내기군 각각의 운전을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 실내기군의 운전 부하값은, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 소정량만큼 변화되어 산출된다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 일사량의 증감 변동에 따라 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 운전 부하값이 소정량만큼 변화되어 산출됨으로써, 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도 변화를 미리 예측하고 대응할 수 있다.
둘째, 일사량의 증감 변동에 따라 예측되는 실내 온도 변화를 운전 부하값에 미리 반영함으로써, 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화기의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제1 및 제2 실내기군의 위치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 방법에 관한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화기의 구성도이다. 도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 1 및 2를 참고하여, 본 발명에 따른 공기 조화기를 설명하면 다음과 같다.
공기 조화기(1)는 실외기(10) 및 실내기(20)를 포함한다.
실외기(10)는 압축기(11), 실외측 열교환기(12), 실외팬(13), 팽창 기구(14), 사방 밸브(15) 및 어큐뮬레이터(16)를 포함할 수 있다.
압축기(11)는 냉매를 공급받아 압축할 수 있고, 압축기용 전동기(11a)에 의해 구동될 수 있다. 압축기(11)에 의해 압축된 냉매는 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드에 따라 실외측 열교환기(12) 또는 실내측 열교환기(21)로 유입될 수 있다.
실외측 열교환기(12)는 냉매와 실외 공기를 열교환시킬 수 있다. 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드에 따라 실외측 열교환기(12)에서 냉매와 실외 공기 간의 열전달 방향이 다를 수 있다.
실외팬(13)은 실외측 열교환기(12)의 일측에 배치되어 실외측 열교환기(12)에 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 실외팬(13)은 실외팬용 전동기(13a)에 의해 구동될 수 있다.
팽창 기구(14)는 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다. 팽창 기구(14)에 의해 팽창된 냉매는 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드에 따라 실외측 열교환기(12) 또는 실내측 열교환기(21)로 유입될 수 있다.
사방 밸브(15)는 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드에 따라 선택적으로 냉매의 유동 방향을 절환시킬 수 있다.
어큐뮬레이터(16)는 압축기(11)에 기체 냉매를 공급할 수 있다.
실내기(20)는 실내측 열교환기(21) 및 실내팬(22)을 포함할 수 있다.
실내측 열교환기(21)는 냉매와 실내 공기를 열교환시킬 수 있다. 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드에 따라 실내측 열교환기(21)에서 냉매와 실내 공기 간의 열전달 방향이 다를 수 있다.
실내팬(22)은 실내측 열교환기(21)의 일측에 배치되어 실내측 열교환기(21)에 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 실내팬(22)은 실내팬용 전동기(22a)에 의해 구동될 수 있다.
도 2의 점선 화살표를 참고하여, 이상에서 설명한 실외기(10) 및 실내기(20)에 포함되는 구성으로 공기 조화기(1)의 냉방 운전 모드를 설명하면 다음과 같다.
어큐뮬레이터(16)에서 압축기(11)로 유입되는 저온, 저압의 냉매는 압축기(11)로부터 고온, 고압의 상태로 토출될 수 있다.
압축기(11)에서 토출된 냉매는 실외측 열교환기(12)로 유입되어, 실외 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 냉매로부터 실외 공기로 열에너지가 전달되므로, 냉매의 온도는 하강되고, 실외 공기의 온도는 상승될 수 있다.
실외측 열교환기(12)를 통과한 냉매는 팽창 기구(14)를 통과하며 저온, 저압으로 팽창될 수 있다.
팽창 기구(14)를 통과한 냉매는 실내측 열교환기(21)로 유입되어, 실내 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 냉매로 실내 공기의 열에너지가 전달되므로, 냉매의 온도는 상승되고, 실내 공기의 온도는 하강될 수 있다. 즉, 실내 공간은 냉방된다.
실내측 열교환기(21)를 통과한 냉매는 사방 밸브(15)를 거쳐 어큐뮬레이터(16)로 유입될 수 있다.
어큐뮬레이터(16)는 압축기(11)에 기체화된 냉매를 공급할 수 있고, 이로써 공기 조화기(1)의 냉방 사이클이 완성될 수 있다.
도 2의 실선 화살표를 참고하여, 이상에서 설명한 실외기(10) 및 실내기(20)에 포함되는 구성으로 공기 조화기(1)의 난방 운전 모드를 설명하면 다음과 같다.
어큐뮬레이터(16)에서 압축기(11)로 유입되는 저온, 저압의 냉매는 압축기(11)로부터 고온, 고압의 상태로 토출될 수 있다.
압축기(11)에서 토출된 냉매는 실내측 열교환기(21)로 유입되어, 실내 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 냉매로부터 실내 공기로 열에너지가 전달되므로, 냉매의 온도는 하강되고, 실내 공기의 온도는 상승될 수 있다. 즉, 실내 공간은 난방된다.
실내측 열교환기(21)를 통과한 냉매는 팽창 기구(14)를 통과하며 저온, 저압으로 팽창될 수 있다.
팽창 기구(14)를 통과한 냉매는 실외측 열교환기(12)로 유입되어, 실외 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 냉매로 실외 공기의 열에너지가 전달되므로, 냉매의 온도는 상승되고, 실외 공기의 온도는 하강될 수 있다.
실외측 열교환기(12)를 통과한 냉매는 사방 밸브(15)를 거쳐 어큐뮬레이터(16)로 유입될 수 있다.
어큐뮬레이터(16)는 압축기(11)에 기체화된 냉매를 공급할 수 있고, 이로써 공기 조화기(1)의 난방 사이클이 완성될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 공기 조화기(1)는, 압축기(11)가 압축기용 전동기(11a)에 의해 구동되는 전기 구동식 열펌프(EHP; Electric Heat Pump)인 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 압축기(11)가 연료가스 연소 에너지를 이용해 구동되는 가스 엔진 열펌프(GHP; Gas engine Heat Pump) 등 다양한 종류의 공기 조화기(1)가 본 발명에 적용될 수 있다.
도 2는 하나의 실외기(10)에 하나의 실내기(20)가 연결된 공기 조화기(1)를 도시하고 있으나, 이는 공기 조화기(1)의 냉, 난방 운전 모드를 간략하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 공기 조화기(1)에 포함되는 실외기(10) 및 실내기(20)의 개수에 제한이 있는 것은 아니다.
즉, 본 발명에 따른 공기 조화기(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 실외기(10)와, 실외기(10)에 연결된 복수 개의 실내기(20)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 실내기(20)에는 스탠드형, 벽걸이형, 천장형 등 다양한 실내기(20a 내지 20f)가 적용될 수 있음은 물론이다.
이 경우, 공기 조화기(1)는 내부가 복수 개의 실내로 구획되는 건물에 설치되는 시스템 내지는 멀티형 공기 조화기일 수 있다.
특히, 이와 같은 공기 조화기(1)에는 실내 각각의 특성 및 부하에 따라 냉매의 유량을 개별, 분산적으로 조절할 수 있는 고효율의 가변 냉매 순환(VRF; Variable Refrigerant Flow)시스템이 적용될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 실내기(20) 각각에서 요구되는 부하, 즉 운전 부하값에 관한 정보가 실외기(10) 또는 제어부(40)로 송신되면, 실외기(10) 또는 제어부(40)는 에너지 손실이 가장 작은 방법으로 냉매를 순환하며 공기 조화기(1)를 운전할 수 있다.
여기서, 운전 부하값은 실내기(20)에서 측정된 실내 온도와 재실자가 입력한 설정 온도를 비교하여 산출하는 것이 일반적이다.
그러나, 실내기(20)가 설치된 공간에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도의 변화는 시간차를 두고 일어나므로(즉, 일사량이 증가되었다고 하여 곧바로 실내 온도가 상승되는 것이 아니고, 일사량이 증가된 후 일정 시간이 지나면 실내 온도가 상승된다.), 상기한 운전 부하값 산출 방법은 입사되는 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도의 변화 요인을 고려하지 못한 방법이다.
이로써, 상기한 운전 부하값에 맞게 공기 조화기(1)가 운전되었음에도 실내 온도는 재실자가 희망하는 설정 온도에 미치지 못하게 되어, 결과적으로 재실자는 불쾌함을 느낄 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 일반적으로 공기 조화기(1)는 재실자가 입력한 설정 온도에 보상치를 두어 제어 로직을 설계하고, 일 예로써 실내 온도가 28℃이고 설정 온도가 25℃인 경우 실제 운전은 25℃보다 낮은 온도를 목표로 이루어질 수 있다.
그러므로 일사량의 증감 변동에 따라 실내 온도가 현실적으로 변화한 후에야 상기한 운전 부하값으로 반영되면, 상기 보상치가 일사량의 증감 변동에 따른 실내 온도의 현실적 변화의 전과 후에 2 번 적용되어, 불필요하게 에너지가 소비되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 보상치가 2 번 적용됨에 따라 실내 온도가 설정 온도를 벗어나게 되어 써모스탯(thermostat)의 ON/OFF가 빈번해지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은, 상기한 과제들을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
이하에서는, 상기한 과제들을 해결할 수 있는 본 발명에 따른 공기 조화기 및 그 제어 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제1 및 제2 실내기군의 위치를 나타내는 개략도이다. 도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 블록도이다.
여기서, 도 4는 하나의 실외기(10)에 하나의 실내기(210)가 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이는 공기 조화기(1)의 제어 구성의 간략한 설명을 위한 것으로, 본 발명에 따른 공기 조화기(1)는 상기한 바와 같이 적어도 하나의 실외기(10)가 복수 개의 실내기(20)가 적용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실내기(20)는 제1 실내기군(210)과 제2 실내기군(220)을 포함한다.
제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각에는 적어도 하나의 실내기가 포함될 수 있고, 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각은 실외기(10)에 연결될 수 있다.
제1 실내기군(210)은 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역(A)에 설치될 수 있다.
제2 실내기군(220)은 상기 실내 공간 중 제1 영역(A) 외의 영역인 제2 영역(B)에 설치될 수 있다.
제1 영역(A)에서의 실내 온도 변화는 건물 외부의 요인에 의한 영향이 클 수 있고, 제2 영역(B)에서의 실내 온도 변화는 건물 내부의 요인에 의한 영향이 클 수 있다.
여기서 건물 외부의 요인으로는 입사되는 일사량, 외기의 온도 등이 있을 수 있고, 건물 내부의 요인으로는 재실자 수, 전자기기 발열 등이 있을 수 있다.
제1 영역(A)과 제2 영역(B)은, 건축 정보 모델(BIM; Building Information Modeling)이나 그 밖의 임의의 기준에 의해 설정될 수 있으며, 일 예로써 상기 외벽으로부터 약 4m의 거리 내의 영역을 제1 영역(A)으로 정하고, 그 밖의 영역을 제2 영역(B)으로 정할 수 있다.
상기한 대로, 제1 영역(A)에서의 실내 온도 변화가 건물 외부의 요인에 의한 영향이 큰 점을 고려하여, 제1 실내기군(210)에서 산출되는 운전 부하값(L)은 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동이 고려되어 산출될 수 있고, 보다 상세히는 후술하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실내기(20)는 실내 온도 측정부(23), 설정 온도 입력부(24) 및 디스플레이부(25)를 포함할 수 있다.
실내 온도 측정부(23)는 실내기(20)가 설치된 실내의 온도를 측정할 수 있다.
일 예로써, 실내 온도 측정부(23)는 써모커플(thermocouple)일 수 있다.
상기 써모커플은 실내 온도에 따라 열기전력이 발생되는 장치일 수 있다. 상기 써모커플은 제벡 효과(seebeck effect)를 이용한 장치로서 열전대라고도 불리운다.
여기서, 제벡 효과란 서로 다른 두 종류의 금속이 접합하고 있는 경우에, 양 접점의 온도차에 비례하여 열기전력이 생기는 효과로 설명할 수 있다.
상기 써모커플에 사용되는 금속으로는 백금-백금 로듐, 크로멜-알루멜, 철-콘스탄탄, 동-콘스탄탄 등이 있다.
상기 양 접점 중 어느 하나의 접점을 기준점으로 삼고 다른 하나의 접점을 측정점으로 삼은 경우, 온도를 측정하고자 하는 부위에 상기 측정점을 위치시키면, 열기전력의 크기로 상기 기준점과 측정점의 온도차를 알 수 있으며, 상기 기준점의 온도와 비교하여 측정하고자 하는 부위의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명에서는, 실내 온도 측정부(23)가 상기한 써모커플의 원리를 이용하여 실내 온도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
설정 온도 입력부(24) 및 디스플레이부(25)는 써모스탯(thermostat)에 포함될 수 있다.
상기 써모스탯은, 실내 온도 측정부(23)에서 측정된 실내 온도를 디스플레이부(25)를 통해 재실자에게 표시해주고, 재실자가 설정 온도 입력부(24)를 통해 설정 온도를 입력할 수 있는 온도 조절 장치일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공기 조화기(1)는 일사량 측정부(30)를 포함할 수 있다.
일사량 측정부(30)는 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다. 일사량 측정부(30)는 상기 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 제1 실내기군(210)에 전달할 수 있다. 일사량 측정부(30)는 상기 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 후술하는 프로세서(26)에 전달할 수 있다.
일사량 측정부(30)가 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하는 것을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
공기 조화기(1)가 실외기(10)에 설치되어 일사 정보를 감지하는 일사계(18)를 더 포함하는 경우, 일사량 측정부(30)는 일사계(18)에서 감지된 일사 정보를 토대로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다.
이 경우, 일사계(18)에서 감지된 일사 정보는 후술하는 실외기 통신부(19) 및 실내기 통신부(29)를 거쳐 일사량 측정부(30)에 전달될 수 있다.
여기서, 실외기 통신부(19) 및 실내기 통신부(29) 각각은 실외기(10) 및 실내기(20)에 포함된 구성 및 상기 구성에 연결된 구성으로부터 전달받은 정보를 송, 수신할 수 있다.
이를 위해, 실외기 통신부(19) 및 실내기 통신부(29) 각각은 적어도 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다. 이때, 무선 통신 모듈은 와이파이(wi-fi) 통신 모듈, NFC 모듈, 지그비(zigbee) 통신 모듈, 블루투스(Bluetooth™) 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.
일사량 측정부(30)는 공기 조화기(1)가 설치되는 건물의 태양광 모듈로부터 생성되는 전력량을 토대로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다.
일사량 측정부(30)는 실외기(10)에 연결된 네트워크 망을 통해 수집되는 기상 정보를 토대로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 기상 정보는 기상청이 제공하는 정보이거나 공기 조화기(1)가 설치된 건물에서 가까운 거리에 위치한 측정소에서 제공하는 정보일 수 있다.
이상에서는, 일사량 측정부(30)가 상기한 실외기(10)에 설치된 일사계(18), 태양광 모듈, 기상청 정보를 토대로 간접적으로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량을 측정하는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 영역(A)에 설치되는 일사계를 포함하여 제1 영역(A)에 입사되는 일사량을 직접적으로 측정할 수 있을 수 있다.
상기한 대로, 본 발명은 실시간으로 제공되는 일사량 정보를 수집하여, 이를 이용해 후술하는 운전 부하값을 산출할 수 있고, 보다 상세히는 후술하도록 한다.
제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각은 프로세서(26)를 포함할 수 있다.
프로세서(26)는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각에서 요구되는 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
프로세서(26)는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각에 포함된 실내 온도 측정부(23)에서 측정되는 실내 온도와, 설정 온도 입력부(24)에 수신된 설정 온도를 비교하여 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다. 이를 하기한 수학식 1를 참고해 설명하면 다음과 같다.
Figure pat00001
이때, Ma(kg)는 공기의 총 질량이고, Cp,a(kJ/kg·K)는 공기의 정압 비열이고, Mfur(kg)는 기기의 총 질량이고, Cp,fur(kJ/kg·K)는 기기의 정압 비열이고, TR(K)는 실내 온도이고, Q'load(kW)는 단위 시간당 운전 부하값(량)이고, Q'EHP(kW)는 실내측 열교환기(21)의 단위 시간당 열전달량이다.
복수 개의 실내기(20) 중 어느 하나의 실내기(20)의 운전 부하값(L)을 산출하는 경우를 예로써 설명하면, 상기 실내기(20)가 설치된 실내 공간은 공기와 그 밖의 기기로 이루어져있다고 가정할 수 있다.
상기 공기의 질량 Ma와 비열 Cp,a의 곱인 상기 공기의 열용량에, 상기 기기의 질량 Mfur와 비열 Cp,fur의 곱인 상기 기기의 열용량을 더한 값을, 상기 실내기(20)에서 측정된 실내 온도(TR)의 변화 요구치(즉, 실내 온도(TR)와 설정 온도(Td)의 차이)에 곱한 값이, 상기 실내기에 포함된 프로세서(26)에서 산출된 운전 부하값 Q'load가 될 수 있다.
이때, 공기 조화기(1)가 정상 작동 중이라면, 상기 운전 부하값과 동일한 열량 Q'EHP를 갖는 냉기 또는 온기가 실내측 열교환기(21)로부터 실내 공간에 공급되어, 실내 온도(TR)가 설정 온도(Td)에 도달하게 할 수 있다.
제2 실내기군(220)의 운전 부하값(L)은, 상기한 바와 같이, 제2 실내기군(220)에 포함된 프로세서(26)에서 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출될 수 있다.
다만, 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)은, 제1 실내기군(210)에 포함된 프로세서(26)에서 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출되되, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 소정량만큼 변화되어 산출될 수 있다.
제1 실내기군(210)에 포함된 프로세서(26)는 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 제1 실내기군(210)에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 이를 반영하여 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
제1 실내기군(210)에 포함된 프로세서(26)는 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 제1 실내기군(210)에서 측정되는 실내 온도가 현실적으로 변화하기 전에, 미리 온도 변화를 예측하여 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
일 예로써, 일사량 측정부(30)로부터 제1 영역(A)에 입사되는 일사량이 증가되어 실내 온도가 상승될 것임이 예상되는 경우, 제1 실내기군(210)에서 산출된 운전 부하값(L)은, 제1 실내기군(210)에서 측정된 실내 온도와 설정 온도만을 비교하여 산출되는 값보다 클 수 있다.
이를 위해, 상기 수학식 1에서, 제1 실내기군(210)이 설치된 실내 공간의 공기의 열용량 또는 공기의 총 질량이, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 기 설정된 값으로 변화되는 것으로 가정하는, 프로세서(26)의 제어 로직을 설계할 수 있다.
즉, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증가에 맞춰 공기의 열용량 또는 총 질량이 기 설정된 값으로 증가한 것으로 가정하여, 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
다만, 상기한 제어 로직뿐만 아니라, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 변화시키는 다른 제어 로직이 사용될 수 있음은 물론이다.
제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각에 포함된 프로세서(26)는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각의 운전 부하값(L)을 제어부(40)에 전달할 수 있다.
제어부(40)는 본 발명에 따른 공기 조화기(1)의 각 구성을 제어할 수 있다.
제어부(40)는 전자 제어 장치(ECU; Electronic Control Unit)일 수 있다.
제어부(40)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(40)는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각으로부터 수신받은 운전 부하값(L)을 토대로 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각의 운전을 제어할 수 있다.
제어부(40)는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각으로부터 수신받은 운전 부하값(L)을 총합한 후, 에너지 손실이 가장 작은 방법으로 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각의 운전을 제어할 수 있다.
제어부(40)에는 통신 모듈(41)이 연결될 수 있다. 제어부(40)는 통신 모듈(41)을 통해 실외기 통신부(19) 및 실내기 통신부(29)를 거쳐 실외기(10) 및 실내기(20)의 각 구성과 통신할 수 있다.
제어부(40)에는 메모리(42)가 연결될 수 있다. 메모리(42)에는 제어부(40)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램, 공기 조화기(1) 운전과 관련된 다양한 데이터, 실외기(10) 및 실내기(20)로부터 제어부(40)로 전달된 실외기(10) 및 실내기(20)의 각 구성에 관한 데이터가 저장될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(40)는 실외기(10) 및 실내기(20)와 별개로 존재할 수 있으나, 이들 중 어느 하나에 포함되는 것도 가능하다.
이하에서는, 상기와 같이 구성되는 공기 조화기의 제어 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.
후술하는 공기 조화기의 제어 방법의 각 단계를 실행하는 데 필요한 구성 중 이미 상술한 바 있는 구성은 그 자세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 제1 및 제2 실내기군 설정 단계(S10), 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동 측정 단계(S51), 제1 및 제2 실내기군의 운전 부하값 산출 단계(S53, S62), 제1 및 제2 실내기군의 운전 제어 단계(S70)를 포함한다.
이하에서 설명될 공기 조화기의 제어 방법은, 공기 조화기(1)의 전원을 ON하는 단계(S1)가 실행된 후에 수행될 것이라는 점을 밝혀둔다.
제1 및 제2 실내기군 설정 단계(S10)는, 복수 개의 실내기(20)를, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역(A)에 설치된 제1 실내기군(210)과, 상기 실내 공간 중 제1 영역(A) 외의 영역인 제2 영역(B)에 설치된 제2 실내기군(220)으로 구별하여 설정하는 단계일 수 있다.
S10 단계 후에는, 제1 및 제2 실내기군에서의 실내 온도 측정 단계(S20)와 제1 및 제2 실내기군 설정 온도 수신 단계(S30)가 실행될 수 있다.
S20 단계는 제1 및 제2 실내기군(210, 220)에 포함되는 실내 온도 측정부(23)를 통해 제1 및 제2 실내기군(210, 220)에서의 실내 온도를 측정하는 단계일 수 있다.
S30 단계는 제1 및 제2 실내기군(210, 220)에 포함되는 설정 온도 입력부(24)를 통해 제1 및 제2 실내기군(210, 220)이 설정 온도를 수신받는 단계일 수 있다.
본 발명에서는 제1 실내기군(210)의 운전 부하값 산출 방법이, 제2 실내기군(220)의 운전 부하값 산출 방법과 상이하므로, S30 단계 후에 제1 실내기군 판정 단계(S40)가 실행될 수 있다.
S40 단계에서, 제1 실내기군(210)으로 판정되면 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동 측정 단계(S51)가 실행될 수 있다.
S51 단계는 일사량 측정부(30)를 통해 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동을 측정하는 단계일 수 있다.
도 5에 도시되지는 않았지만, S51 단계에서 측정된 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 제1 실내기군(210)에 전달하는 단계가 더 포함될 수 있다.
S51 단계는 실외기(10)에 설치된 일사계(18)에서 감지된 일사 정보를 토대로 실행되는 단계일 수 있다.
이를 위해, 일사계(18)에서 감지된 일사 정보는 일사량 측정부(30)로 전달될 수 있고, 이에 관하여는 상술한 바 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
S51 단계의 실행에 이용되는 일사량 측정부(30)는 공기 조화기(1)가 설치되는 건물의 태양광 모듈로부터 생성되는 전력량을 토대로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다.
S51 단계의 실행에 이용되는 일사량 측정부(30)는 실외기(10)에 연결된 네트워크 망을 통해 수집되는 기상 정보를 토대로 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정할 수 있다.
S51 단계의 실행에 이용되는 일사량 측정부(30)는 제1 영역(A)에 설치되는 일사계를 포함하여, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량을 직접적으로 측정할 수 있다.
S51 단계 후에는 제1 실내기군(210)에서 측정된 실내 온도와 설정 온도를 비교하는 단계(S52)가 실행될 수 있다.
S52 단계 후에는 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L) 산출 단계(S53)가 실행될 수 있다.
S53 단계는 S51 단계의 실행 결과인 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보와, S52 단계의 실행 결과인 제1 실내기군(210)에서 측정된 실내 온도와 설정 온도의 비교에 관한 정보를 토대로, 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 산출하는 단계일 수 있다.
다시 말해, S53 단계는 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 제1 실내기군(210)에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 소정량만큼 변화시키는 단계일 수 있다.
즉, S53 단계에서 산출되는 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)은, 제1 실내기군(210)에서 측정되는 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출되되, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 소정량만큼 변화되어 산출될 수 있다.
상기한 바와 같이, 실내기(20)의 운전 부하값(L) 산출에는 실내기(20)가 설치된 실내 공간의 공기의 질량 또는 열용량을 일 변수로 삼을 수 있으므로, S53 단계에서 산출되는 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)은, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 제1 영역(A)에 존재하는 공기의 열용량 또는 질량이 기 설정된 값으로 변화되는 것으로 가정함으로써 산출될 수 있다.
일 예로써, S53 단계는, 제1 영역(A)에 입사되는 일사량이 증가되어 실내 온도가 상승될 것이 예상되는 경우, 공기의 총 질량이 기 설정된 값으로 증가한 것으로 가정하여, 제1 실내기군(210)의 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
S40 단계에서, 제1 실내기군(210)이 아닌 것, 즉 제2 실내기군(220)으로 판정되면 제2 실내기군(220)의 운전 부하값(L) 산출에 있어서 일사량의 증감 변동을 고려할 필요가 없다.
왜냐하면, S10 단계에서 제1 실내기군(210)과 제2 실내기군(220)을 구별하는 기준이 되는 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)은 실내 온도의 변화가 건물 외부의 요인(예를 들어, 일사량)에 의해 큰 영향을 받는지에 따라 정해지고, 제2 영역(B)은 실내 온도의 변화가 건물 내부의 요인에 의해 큰 영향을 받는 영역이기 때문이다.
그러므로, S40 단계에서 제2 실내기군(220)으로 판정되면, 제2 실내기군에서 측정된 실내 온도와 설정 온도를 비교하는 단계(S61)가 실행될 수 있다.
S61 단계 후에는 제2 실내기군(220)의 운전 부하값(L) 산출 단계(S62)가 실행될 수 있다.
S62 단계는 S61 단계의 실행 결과인 제2 실내기군(220)에서 측정된 실내 온도와 설정 온도의 비교에 관한 정보를 토대로, 제2 실내기군(220)의 운전 부하값(L)을 산출하는 단계일 수 있다.
즉, S62 단계는 현재 측정된 실내 온도가 설정 온도에 도달하기 위해 요구되는 운전 부하값(L)을 산출할 수 있다.
S53 단계 및 S62 단계 후에는, 제1 및 제2 실내기군의 운전 제어 단계(S70)가 실행될 수 있다.
S70 단계는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각으로부터 수신받은 운전 부하값(L)을 토대로 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각의 운전을 제어하는 단계일 수 있다.
S70 단계는 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각으로부터 수신받은 운전 부하값(L)을 총합한 후, 에너지 손실이 가장 작은 방법으로 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각의 운전을 제어하는 단계일 수 있다.
일 예로써, S70 단계는 실외기(10)에 포함되는 압축기(11)의 운전 주파수를 조절하여 제1 및 제2 실내기군(210, 220) 각각에서 요구되는 운전 부하에 대응할 수 있다.
S70 단계 후에는 공기 조화기 전원 OFF 단계(S80)가 실행될 수 있다.
S80 단계에서 공기 조화기(1) 전원 OFF 신호가 입력되면 공기 조화기(1)의 전원이 OFF되며, 공기 조화기(1) 전원 OFF 신호가 미입력되면 S20 단계로 리턴될 수 있다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 공기 조화기 10: 실외기
11: 압축기 12: 실외측 열교환기
13: 실외팬 14: 팽창 기구
15: 사방 밸브 16: 어큐뮬레이터
18: 일사계 19: 실외기 통신부
20: 실내기 21: 실내측 열교환기
22: 실내팬 23: 실내 온도 측정부
24: 설정 온도 입력부 25: 디스플레이부
26: 프로세서 29: 통신부
30: 일사량 측정부 40: 제어부
41: 통신 모듈 42: 메모리
S10: 제1 및 제2 실내기군 설정 단계
S20: 제1 및 제2 실내기군에서의 실내 온도 측정 단계
S30: 제1 및 제2 실내기군의 설정 온도 수신 단계
S40: 제1 실내기군 여부 판정 단계
S53, S62: 제1 및 제2 실내기군의 운전 부하값 산출 단계
S70: 제1 및 제2 실내기군의 운전 제어 단계

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 실외기;
    상기 실외기에 연결되고, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역에 설치된 제1 실내기군과, 상기 실내 공간 중 상기 제1 영역 외의 영역인 제2 영역에 설치된 제2 실내기군을 포함하는 실내기;
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하여 상기 제1 실내기군에 전달하는 일사량 측정부;
    상기 제1 및 제2 실내기군 각각으로부터 수신받은 운전 부하값을 토대로 상기 제1 및 제2 실내기군 각각의 운전을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 소정량만큼 변화되어 산출되는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출되되, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 소정량만큼 변화되어 산출되는 공기 조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 영역에 존재하는 공기의 열용량이 기 설정된 값으로 변화되는 것으로 가정하여 산출되는 공기 조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실외기에 설치되어 일사 정보를 감지하는 일사계를 더 포함하고,
    상기 일사량 측정부는,
    상기 일사계에서 감지된 일사 정보를 토대로 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하는 공기 조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일사량 측정부는,
    상기 공기 조화기가 설치되는 건물의 태양광 모듈로부터 생성되는 전력량을 토대로 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하는 공기 조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 일사량 측정부는,
    상기 실외기에 연결된 네트워크 망을 통해 수집되는 기상 정보를 토대로 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 관한 정보를 측정하는 공기 조화기.
  7. 적어도 하나의 실외기에 복수 개의 실내기가 연결된 공기 조화기의 제어 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 실내기를, 실내 공간 중 외벽으로부터 소정 거리 이내의 영역인 제1 영역에 설치된 제1 실내기군과, 상기 실내 공간 중 상기 제1 영역 외의 영역인 제2 영역에 설치된 제2 실내기군으로 구별하여 설정하는 단계;
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동을 측정하는 단계;
    상기 제1 및 제2 실내기군 각각에서 운전 부하값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 실내기군 각각으로부터 수신받은 운전 부하값을 토대로 상기 제1 및 제2 실내기군 각각의 운전을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도의 변화가 예측되는 경우, 소정량만큼 변화되어 산출되는 공기 조화기의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 실내기군에서 측정되는 실내 온도와 설정 온도를 비교하여 산출되되, 상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 소정량만큼 변화되어 산출되는 공기 조화기의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 실내기군의 운전 부하값은,
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동에 따라 상기 제1 영역에 존재하는 공기의 열용량이 기 설정된 값으로 변화되는 것으로 가정하여 산출되는 공기 조화기의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역에 입사되는 일사량의 증감 변동을 측정하는 단계는,
    상기 실외기에 설치된 일사계에서 감지된 일사 정보를 토대로 실행되는 단계인 공기 조화기의 제어 방법.
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