KR20200075080A - 지역난방설비를 활용한 IoT난방제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지역난방 세대 내 난방설비인 밸브개폐기를 제어하는 다양한 방법을 지원하는 시스템에 관한 것으로, 이는 세대 내 각 방 온도조절기 제어신호와 사용자 단말 어플리케이션의 원격 제어와 시스템 내부에 사용자가 미리 설정해 놓은 스케줄 제어를 함께 수신하여 우선순위에 의해 밸브개폐기를 제어하는 시스템이다. 이를 위해 이 시스템은 인터넷 접속 기능과 유무선 통신기능 등을 갖춘 '기기 본체'와 사용자 단말 '어플리케이션'과 인터넷 상의 서비스 제공 '서버'를 포함한다.

Description

지역난방설비를 활용한 IoT난방제어시스템{IoT heating control system using district heating equipment}

본 발명은 세대내 지역난방설비 중 배선단자함을 대체함으로써 기존 온도조절기에 기반한 난방기능을 유지하면서 동시에 사용자 단말 어플리케이션에 의한 원격제어 및 스케줄제어 등 다양한 난방제어 명령을 수신하여 제어하도록 제작된 다중난방제어시스템에 관한 것이다.

최근 IoT 기술이 산업계에 적용되는 추세로 가정용 난방시스템에도 해당 기술이 점차 도입되고 있다. 특히 대기업이 주도하는 보일러 시장에서는 IoT 관련 기능이 빠르게 적용되어 관련 신제품이나 신기술이 선보이고 있다.

예컨데, 한국등록특허 제1772097호 '다중 접속이 가능한 보일러용 컨트롤러'는 다수의 사용자가 각각 원격으로 다수의 보일러를 제어할 수 있게 하는 다중 기능을 제공한다.

또한, 한국등록특허 제1835051호 'IoT 보일러의 제어 시스템 및 방법'은 다수 개의 IoT 보일러의 상태 정보를 쉽게 모니터링하고 제어할 수 있는 기능을 제공한다.

특히 난방시스템에 IoT 기술을 적용하는 경우 원격제어나 스케줄제어가 가능해 현행 온도조절기에 기반한 난방방식에 비해 에너지를 절감할 수 있는 여지가 높다. 이에 따라 사용자의 난방 요구패턴을 학습하여 자동화한 스케줄을 생성하거나, 사용자에 따라 난방요구가 다르다는 점에 착안해 개인별 난방서비스에 최적화시키기도 한다.

예컨데, 한국등록특허 제1670610호 '사용자 패턴 분석에 따른 사물 인터넷 실내 온도 조절 서버'는 사용자의 운용 패턴을 학습하여 보일러 가동을 위한 스케쥴을 자동 생성하여 사용자 친화적인 보일러 제어기능을 제공한다.

또한, 한국등록특허 제1641165호 '원격 난방 제어 시스템 및 방법'은 사용자별로 자신의 방을 원하는 설정 온도에 따라 혹은 원격제어를 통해 보일러를 제어하는 기능을 제공한다.

이처럼 현재 난방분야 IoT기술은 주로 대기업이 주도하고 있고, 대기업이 판매하는 보일러를 중심으로 도입되고 있는 실정이다. 즉 국내 공동주택 세대 중 30%에 해당하는, 보일러를 사용하지 않는 지역난방 세대에는 이러한 IoT 기술의 혜택이 상대적으로 소외되고 있다 할 것이다.

한국등록특허 제1772097호 한국등록특허 제1835051호 한국등록특허 제1670610호 한국등록특허 제1641165호

앞서 살펴본 바와 같이 보일러 중심의 IoT 솔루션은 해당 기술이 탑재된 난방설비의 구입이 불가피하고, 또한 지역난방용으로 사용가능한 IoT 솔루션이라 하더라도 세대 내에 설치된 기존 온도조절기를 재사용할 수 없어 관련 기능이 탑재된 난방설비의 중복 구입이 불가피한 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로, 기존 온도조절기에 의존한 난방방식과 사용자 단말 어플리케이션을 통한 IoT 난방방식을 동시에 사용할 수 있도록 만든 IoT배선단자함에 관한 것이다.

상기 과제를 위해, 본 발명에 따른 IoT배선단자함은 지역난방세대 내의 기존 난방설비인 각 방 온도조절기와 밸브단자함 내의 밸브개폐기를 그대로 유지하고, 배선단자함만을 IoT방식으로 대체함으로써 온도/원격/스케줄 난방제어가 기능하도록 제작하여 최소 비용으로 IoT 난방제어를 구현하도록 설계한다.

이에 따라, 상기 IoT배선단자함은 기존의 각 방 온도조절기로부터 오는 신호를 감시하는 기능을 갖추고, 동시에 밸브개폐기에 전력을 공급하거나 차단하는 기능을 구비함으로써 사용자의 온도조정 또는 온도변화에 따른 온도조절기의 신호를 감지하여 해당 방의 밸브개폐기를 제어하도록 구현한다.

상기 IoT배선단자함은 사용자 단말 어플리케이션 제어에 따라 밸브개폐기를 운용하는 중간에도 온도조절기의 신호가 변화되는 것을 감지할 수 있어야 하며, 반대로 온도조절기의 제어에 따라 운용하는 중간에도 사용자 단말 어플리케이션 제어 시 제어권을 즉시 회수할 수 있도록 상시 감지기능 및 구동권한을 구현한다.

상기 IoT배선단자함은 사용자 단말 어플리케이션을 통해 원격 제어와 스케줄 제어를 실행하도록 사용자 단말 어플리케이션 프로그램과 인터넷 상의 서버 서비스를 구비하며, 이를 위해 무선인터넷 접속기능을 구비한다.

상기 IoT배선단자함은 각 방의 온도를 보다 정밀하게 측정하기 위하여 기존 온도조절기와 별도로 정밀 무선온도계를 추가할 수 있다. 이 경우 무선온도계는 사용자 단말 어플리케이션 제어방식에 사용하도록 각 방 현재 온도값을 전송한다.

상기 IoT배선단자함은 온도조절기의 제어와 사용자 단말 어플리케이션에 의한 제어에 대해 우선순위를 지정함으로써 서로 상반된 제어명령에 대해서는 해당 우선순위에 따라 선택하도록 구현한다.

상기 IoT배선단자함은 필요한 경우 사용자가 IoT 기능을 사용하지 않도록 설정할 수 있으며, 이 경우 기존과 동일하게 본 시스템이 도입되기 이전의 배선단자함의 기능과 동일하게 각 방 온도조절기에만 의존하여 난방을 수행한다.

이상과 같은 본 발명은 사용자가 기존 난방설비 중 온도조절기와 밸브개폐기를 그대로 사용하고, 단지 배선단자함을 대체하는 IoT배선단자함의 설치만으로 IoT난방시스템을 구현함으로써 IoT기능도입에 따른 비용을 최소화한다.

또한, 본 발명은 사용자가 댁내 또는 외부에서 사용자 단말 어플리케이션을 통해 서버를 경유하여 IoT배선단자함에 접속하는 방식으로 실내난방상태를 확인하거나, 전체 또는 각 방별로 난방을 제어할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 사용자가 사용자 단말 어플리케이션이나 PC를 통해 미리 설정하여 IoT배선단자함으로 다운로드한 스케줄에 따라 전체 또는 각 방별로 난방을 실시할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 스케줄 제어가 진행 중인 상태라 하더라도 사용자가 방 안의 온도조절기를 조작함으로써 즉시 난방을 개시할 수 있게 함으로써 사용자의 직관적이고 즉각적인 난방요구에 부응할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 각 방에 설치된 온도조절기로부터 오는 제어 신호를 IoT배선단자함의 검지부가 인지하여 밸브개폐기를 구동하도록 설계함으로써 사용자가 IoT기능을 중지할 경우 기존과 동일한 배선단자함 방식으로 온도조절기를 통한 난방제어를 가능하게 한다.

도 1은 기존 지역난방시스템에 사용되는 난방설비를 나타낸 기본구성도이다.
도 2는 지역난방시스템의 기본구성을 응용하여 다수의 설비를 배선단자함을 통해 연결한 구성도이다.
도 3은 상기 도 2에 따른 실제 설치사례와 배선단자함의 연결배선 사례를 도이다.
도 4는 상기 도 2의 다중 난방설비를 실제 설치형태로 표현한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 IoT배선단자함이 적용된 IoT지역난방 기본시스템을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 IoT배선단자함에 무선온도계가 추가된 IoT지역난방 통합시스템 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 IoT배선단자함의 기능개요도이다.

본 명세서에 기술된 용어나 구성예시는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구비한다"는 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 적용대상인 지역난방 핵심설비인 온도조절기(10)와 밸브개폐기(20)의 구성을 보여주는 설치도이고, 도 2는 다수의 온도조절기(10)와 밸브개폐기(20)를 전원(40)과 연결할 때 널리 사용하는 배선단자함(50)을 통한 연결을 보여주는 구성도이고, 도 3은 이러한 다수의 난방설비가 설치된 사례와 배선단자함(50)의 내부를 보여주는 도이다.

도 1을 참조하면, 지역난방 공급시설로부터 공급되는 난방온수(30)가 밸브개폐기(20)를 거쳐 댁내 난방배관(31)으로 흐르는 난방 과정을 보여주며, 이때 밸브개폐기(20)를 여닫는 기능은 방 안에 설치된 온도조절기(10)가 담당한다.

이러한 기본구성으로부터 도 2를 참조하면, 다수 개의 방을 난방하기 위해 다수의 온도조절기(10)와 밸브개폐기(20)가 필요하며, 이 설비들과 전원을 동시에 연결하기 위해 필수적으로 배선단자함(50)을 사용하고 있다.

도 3을 참조하면, 상기의 도 2의 구성이 실제로 구현된 설치사례와 배선단자함(5)의 내부 결선을 확인할 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 기존의 지역난방 세대의 경우 방 안에 설치된 온도조절기(10)를 사용한 실시간 현장 난방제어만이 가능하며, 이런 점을 극복하고 원격제어 및 스케줄제어 등을 구현하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 4, 도 5를 참조하면, 상기 기존 지역난방 세대의 난방구성을 배선단자함(50) 또는 IoT배선단자함(60) 중심으로 재배치한 것으로, 본 발명의 목표대로 기존 설비인 온도조절기(10)와 밸브개폐기(20)를 그대로 재사용하기 위해 기존에 설치된 배선단자함(50)을 제거하고 그 위치에 IoT배선단자함(60)를 배치함으로써 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.

도 5를 참조하면, 도 4를 변경한 실시 예를 보여준다. 배선단자함(5)은 IoT배선단자함(6)로 대치되었고, IoT배선단자함(6)가 무선통신을 사용하여 댁내 인터넷공유기(71)을 거쳐 인터넷 상의 IoT난방서버(70)에 연결된 모습을 보여준다. 이 때 사용자는 단말 어플리케이션(80)을 통해 IoT난방서버(70)에 접속할 수 있으며, 이렇게 IoT난방서버(70)를 경유하여 단말 어플리케이션(80)과 IoT배선단자함(60)은 서로 통신이 가능하다.

이 때, IoT배선단자함(60)은 온도조절기(10)의 제어신호와 사용자 단말 어플리케이션(80)의 원격 제어와 사용자가 기존에 설정해 놓은 스케줄 제어가 함께 인입되기때문에 밸브개폐기(20)에 대한 제어신호가 상반될 경우가 있으며, 이 경우를 위해 사전에 우선순위를 설정함으로써 이런 문제를 피할 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 5의 실시 예를 확장한 사례를 보여준다. 도 5의 설비에 새로 추가된 무선온도계(90)는 정밀 온도측정을 위해 도입된다. 본 발명에 의한 IoT배선단자함(60)은 기 설치된 온도조절기(10)를 그대로 사용하여 방 안의 온도를 제어할 수 있지만, 무선온도계(90)를 추가하는 경우 기존의 1도 단위 온도 측정의 단위를 더 세분화한 0.1도 단위 온도 측정을 가능하게 한다.

도 7을 참조하면, IoT배선단자함(60)의 내부기능을 상세히 볼 수 있다. 각 방에 설치된 온도조절기(10)는 온도조절기 검지부(62)에 연결되어 상시로 온도조절기(10)의 On/Off 신호의 변화를 감시하고, 신호 변화를 실시간으로 시스템 제어부(61)에 보고하며, 이 때 각 밸브개폐기(20)는 밸브개폐기 제어부(63)에 연결되어 시스템 제어부(61)의 통제에 따라 적정 전원을 인가/단절함으로써 온수밸브를 여닫는다.

또한, 이와 같은 제어상태는 상태표시부(64)에 표시되어 사용자가 상시로 이를 확인할 수 있으며, 필요한 경우 사용자는 수동조작부(65)를 통해 리셋 또는 설정 등을 실행하며, 전원관리부(66)는 필요 전원을 인가한다.

또한, IoT배선단자함(60)은 인터넷 연결부(67)를 통해 댁 내 인터넷 공유기(71)에 무선연결하여 인터넷 상의 IoT난방서버(70)에 접속하며, 유선으로 타사 장비와 연결하거나 추가적인 통제를 실시하는 경우를 대비하여 유선통신부(68)를 구비한다.

또한, IoT배선단자함(60)는 각 방에 추가적으로 설치되는 무선온도계(90)와의 통신을 위해 무선통신부(69)를 구비하고, 이 무선통신부(69)는 통신 가능한 댁내 무선기기들 예컨데 무선창문개폐기, 무선블라인더, 무선공기청정기, 무선조명 등 각종 무선기기들과의 통신을 위해서도 사용되며, 이 때 무선통신은 댁내에서 가용한 RF, Bluetooth, Zigbee, Wifi 등의 통신기법을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 이러한 IoT배선단자함(60)의 모든 제어는 제어부(61)가 담당한다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

한국에너지공단이 집계한 ‘2016 집단에너지사업 편람’에 따르면 국내 지역난방 보급세대는 248만5440호(지역난방+구역전기 241만219호, 병행부문 7만5221호)로 전체 주택 대비 보급률 15.2%를 기록했다. 이 중 공동주택만 보면 전체 834만 세대 중 28.9%가 지역난방을 쓰고 있다.

이처럼 국내 공동주택의 1/3이 사용할 정도로 지역난방의 비중이 큰 현실에서 에너지 절감 및 효율적 사용은 국가적인 목표가 아닐 수 없다. 이를 위해서는 IoT기술이 적용된 제어기의 도입이 필수적이다.

본 발명에 따른 IoT배선단자함(60)는 사용자의 사용목적에 맞춰 열에너지를 적시에 사용할 수 있는 기반을 제공해 주는 장비이며, 더구나 출퇴근시간이나 외부온도 등을 적용한 난방스케줄을 적용한다면 사용자 입장에서 보다 합리적이면서도 효율적인 난방을 시행할 수 있으며, 국가적 차원의 에너지의 절감 및 효율화라는 큰 목적에도 부합될 수 있는 방법이다.

또한 본 발명에 따른 IoT배선단자함(60)은 IoT난방기능의 도입하는 세대별 비용 부담을 고려할 때 최대한 기존 설비를 재사용하는 방식으로 구현함으로써 도입비용을 최소화한 방법이다.

10: 온도조절기
20: 밸브개폐기
30: 난방온수
50: 배선단자함
60: IoT배선단자함
70: IoT난방서버
71: 인터넷공유기
80: 사용자 사용자 단말 어플리케이션
90: 무선온도계

Claims (2)

1. 인터넷연결부와 시스템제어부, 무선통신부, 전원제어부, 상태표시부, 수동조작부, 연결단자 등을 구비하고 지역난방 댁내 설비인 다수의 온도조절기와 밸브개폐기의 사이를 연결하는 IoT배선단자함;
   상기 IoT배선단자함을 제어하는 스케줄을 송신하거나 또는 실시간 제어할 수 있는 사용자 단말 어플리케이션;
   상기 IoT배선단자함과 상기 사용자 단말 어플리케이션을 상호 연결하는 서버서비스를 포함하고,
   상기 IoT배선단자함은 기존 배선단자함처럼 온도조절기의 제어신호를 수신하여 밸브개폐기를 제어하며, 또는 온도조절기의 온도 제어와 상기 사용자 단말 어플리케이션의 원격/스케줄 제어를 함께 수신하되 우선순위에 따라 밸브개폐기를 제어하는 기능을 특징으로 하는 다중난방제어시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 IoT배선단자함은 무선통신부를 통해 무선통신방식을 사용하는 무선온도계, 무선창문개폐기 등 각종 무선기기들과 연결하여 수신된 값을 밸브개폐기 제어를 위한 참조값으로 사용하고, 또한 무선기기를 제어하는 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 다중난방제어시스템.

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