KR20200128806A - 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템 - Google Patents

풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 건물 벽면에 설치되어 실외로 개구되는 외측창문 및 상기 외측창문과 대응되는 실내측면에 설치되어 복도측으로 개구되는 내측창문을 포함하는 창문 자연 환기 시스템에 있어서, 외기의 온도, 습도 및 풍속을 측정하는 제1센서부; 실내 공기의 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부; 상기 제1센서부 및 제2센서부에서 측정된 측정값을 기반으로 상기 외측창문 및 상기 내측창문의 개폐여부를 판단하여 상기 외측창문 또는 상기 내측창문의 개폐를 제어하는 제어부;및 상기 제어부에 의해 제어되며 상기 실내로 공기를 강제 유동시키는 송풍팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템 {HYBRID TYPE NATURAL VENTILATION SYSTEM WITH CONTROL FUNCTION ACCORDING TO WIND SPEED}
본 발명은 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외기와 내기의 온도, 습도 및 풍속값에 기인하여 창문을 자동 개폐하고 송풍팬을 구동시킴으로써 실내의 냉방 효과 및 열적 쾌적성을 증대시키도록 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건물에는 출입을 위한 출입문, 환기, 조망 및 채광 등을 위한 창문이 설치된다. 상기와 같은 문은 여닫이 구조 또는 미닫이 구조로 설치될 수 있으며, 창문의 경우 미닫이 문이 많이 사용된다.
상기와 같은 창문은 실내의 환기나 온도조절, 비나 눈이 올 때, 황사 등과 같은 실외 공기의 오염 등에 따라 열리거나 닫힌다. 그런데 상기와 같은 상황에서 창문을 열거나 닫는 것이 전적으로 사람(예컨대 거주자 등)에 의하여 이루어지기 때문에, 적절하게 대응하지 못하면 그에 따른 피해가 발생하는 문제점이 있다.
이에, 대한민국 공개특허 제10-2016-0024814호에서는 미리 저장된 날씨 요소 정보에 대응하여 설정 온도 이력 정보를 획득하고, 이에 따라 공조기의 설정 온도를 스케쥴링하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-1723301호에서는 설정된 소리패턴으로 소음이나 강우 등에 대처하여 창문을 개폐시키는 창문 자동 개폐장치가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2013-0096924호에서는 온도와 습도, 이산화탄소 및 강우를 센서로 감지하여 설정된 범위 이내에서 모터를 구동하여 창문을 자동으로 개폐시키는 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 위와 같은 종래의 발명에서는 계절이나 시간에 따른 변동을 고려하지 못하고, 단순히 설정된 값과 측정된 값의 차이를 통해 창문의 개폐여부를 조절하므로 실제 실내 거주자가 느끼는 쾌적성 등이 반영되지 않는 문제점이 있다.
또한, 창문이 실내외의 기온 및 습도를 고려하여 창문이 개방된다고 하더라고 외기의 풍속이 약한 경우에는 개방된 창문으로 외기가 유입되지 않아 창문 개방에 따른 냉방 효과나 열적 쾌적성을 기대할 수 없는 문제점 또한 발생하게 된다.
따라서, 정형화된 온도의 비교를 통하여 창문의 개방여부를 결정하기 보다는 창문의 개방 여부가 계절이나 시간에 따라 달라질 수 있으며, 실내에 거주하는 사람들이 쾌적함을 느끼는 정도에 따라 달라질 수 있도록 하고, 외기의 풍속에 기인하여 송풍팬이 구동되도록 하여 공기의 이동이 없는 날에도 자연 환기가 가능하도록 하여 실내에 거주하는 사람들이 쾌적함을 느낄 수 있도록 하는 창문 자동 개폐에 따른 자연 환기 시스템의 개발이 요구되고 있다.
[특허문헌1] 대한민국 공개특허 10-2016-0024814(공개일:2016.03.07.) [특허문헌2] 대한민국 등록특허 10-1723301(등록일:2017.03.29.) [특허문헌3] 대한민국 공개특허 10-2013-0096924(공개일:2013.09.02.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 창문 개폐를 제어하는 상시폐쇄운전모듈, 온도차운전모듈, 엔탈피차운전모듈, 상시개방운전모듈 및 자동운전모듈과 개방된 창문의 외기를 유입하기 위한 송풍팬을 제어하는 송풍팬구동모듈을 포함하여 구성함으로써, 외기와 내기의 온도, 습도 및 풍속에 기인하여 거주자의 쾌적성 정도를 판단하고, 이에 따라 자동으로 창문을 개폐하고 송풍팬이 작동될 수 있도록 하여 실내의 냉방 효과 및 열적 쾌적성을 증대시키도록 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시에에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 건물 벽면에 설치되어 실외로 개구되는 외측창문 및 상기 외측창문과 대응되는 실내측면에 설치되어 복도측으로 개구되는 내측창문을 포함하는 창문 자연 환기 시스템에 있어서, 외기의 온도, 습도 및 풍속을 측정하는 제1센서부; 실내 공기의 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부; 상기 제1센서부 및 제2센서부에서 측정된 측정값을 기반으로 상기 외측창문 및 상기 내측창문의 개폐여부를 판단하여 상기 외측창문 또는 상기 내측창문의 개폐를 제어하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 제어되며 상기 실내로 공기를 강제 유동시키는 송풍팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 송풍팬이 상기 외측창문 또는 내측창문과 이웃하는 일측에 적어도 하나 이상 구비되어, 실내 공기를 실외로 유출시키거나 실내 공기를 복도로 유출시킴으로써 외기가 상기 외측창문을 통해 유입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 제어부가 상기 외측창문 또는 내측창문을 패쇄시키는 상시폐쇄운전모듈; 상기 외측창문 또는 내측창문의 개폐 여부를 실내 또는 실외의 온도차에 의해 결정하는 온도차운전모듈; 상기 외측창문 또는 내측창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차운전모듈; 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키는 상시개방운전모듈; 및 상기 제1센서부에서 감지한 외기의 풍속에 기인하여 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 송풍팬구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 송풍팬구동모듈이 측정된 외기의 풍속이 기설정된 기준값 이하일 때 상기 송풍팬이 구동되도록 제어하고, 상기 기설정된 기준값은 개방된 상기 외측창문으로 외기의 자연 유입이 가능해지기 시작하는 외기풍속의 최소값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 온도차운전모듈이 실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)일 경우 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키고, 상기 엔탈피차운전모듈은 실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)일 경우 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 설정온도(TSET)가 시간에 따라 설정된 기준값이 가변되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 제어부가 상기 상시폐쇄운전모듈, 상기 온도차운전모듈, 상기 엔탈피차운전모듈, 상기 상시개방운전모듈 및 송풍팬구동모듈의 적용 시 각각 실내온도(TZONE) 및 설정온도(TSET)의 차이 및 외기 풍속 변화를 데이터화하고, 상기 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시키는 자동운전모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 제어부가 상기 모듈들을 설정된 시간일정에 따라 선택적으로 적용시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐 여부를 시각적으로 표시하는 표시부; 및 상기 제어부의 모듈을 사용자의 수동조작으로 선택 적용시키는 조작부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 표시부가 외기와 내기의 온도, 습도 및 풍속값과 외측창문 및 내측창문 개방율, 창호의 설정 모듈이 시각적으로 표시되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 외측창문 및 내측창문에 설치되며 상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 상기 외측창문 및 내측창문을 자동 개폐시키는 창문개폐장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템에 의하면, 제어부의 각 모듈이 계절이나 시간 또는 환경 등에 따라 선택 적용이 가능하여 에너지 절감이 뛰어나며 쾌적한 실내 환경을 조성하는 효과가 있다.
또한, 거주자의 쾌적성 정도를 고려하여 창문의 개폐 여부를 결정함에 따라 단순히 온도나 엔탈피에 의한 창문 개폐 방식과 달리 거주자의 사용감이나 만족도가 높은 장점이 있다.
또한, 표시부를 통해 거주자로 하여금 제어부의 각 모듈 적용 여부에 대한 결정을 쉽게 하도록 유도하며, 자동 운전 모듈을 통해 별도의 수동 조작 없이 온도나 시간등의 조건에 맞춰 각 모듈을 적용시켜 거주자가 용이하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외측창문 또는 내측창문 일측에 송풍팬을 구비하고, 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 송풍팬구동모듈을 구비함으로써, 외기의 풍속이 작아 개방된 창문으로 공기의 유입일 발생되지 않을 경우, 상기 송풍팬을 구동하여 외기의 원활한 유입이 가능하도록 하는 효과가 있다.
아울러, 많은 에너지가 소비되는 냉방기기를 사용하지 않고도 개방된 창문을 통한 자연 환기를 이용하여 냉방이 가능하도록 함으로서 에너지를 저감시킬 수 있도록 하는 경제적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 송풍팬이 외측창문 일측에 설치되었을 때의 환기 상태를 나타내는 상태도이다.
도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 송풍팬이 내측창문 일측에 설치되었을 때의 환기 상태를 나타내는 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 표시부의 세부적인 구성을 나타내는 일부확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 온도와 외부 온도에 따른 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 온도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 학교 교실의 배치 상태를 나타내는 배치도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스의 온도 및 풍속 조건을 기록한 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스의 세부적인 조건을 기록한 표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스 중 케이스 2의 송풍팬 가동을 위한 EMS(Energy Management System) 코팅의 내용을 나타낸 표이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 실내 온도 분포 결과를 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 외측창문의 풍량을 도시한 도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 내측창문의 풍량을 도시한 도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 CO₂농도를 도시한 도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 실내온도 및 풍량의 결과를 나타내는 표이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동 시 냉방 효과 검토 결과에 따른 열적 쾌적성 결과를 나타내는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 구조를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 건물 벽면에 설치되어 실외로 개구되는 외측창문(10) 및 상기 외측창문(10)과 대응되는 실내측면에 설치되어 복도측으로 개구되는 내측창문(20)을 포함하는 건물의 창문 자연 환기 시스템이다.
구체적으로, 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템은 일측면이 외기와 접하는 외측창문(10)으로 구성되어 있고, 상기 외측창문(10)과 대응되는 일면에는 복도 또는 거실과 같은 다른 실내공간과 인접하는 벽면에 구비된 내측창문(20)으로 구성된 공간에 적용되는 자연 환기 시스템에 관한 것으로 예를 들면, 교실이나 사무실 또는 가정에 적용되어 실시될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기한 바와 같은 외측창문(10) 및 내측창문(20)을 포함하는 구성에 한정되는 것을 아니며 따라서, 마주보는 양측벽이 모두 외기와 인접한 외측창문(10)으로 구성된 공간에 적용실시될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 하이브리드형 자연 환기 시스템(1)은 마주보는 양측벽이 모두 여타의 다른 실내공간과 인접하는 벽면으로 구성되어 마주보는 양측 창문이 모두 내측창문(20)으로 구성된 공간에 적용실시될 수도 있다.
일실시예에 따른 상기 하이브리드형 자연 환기 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 제1센서부(100), 제2센서부(200), 송풍팬(300), 제어부(400), 표시부(500), 조작부(600) 및 창문개폐장치(700)를 포함할 수 있다.
상기 제1센서부(100)는 외기의 온도, 습도 및 풍속을 측정하는 센서일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1센서부(100)는 상기 외측창문(10) 실외측에 구비되어, 외기의 온도, 습도 및 풍속을 측정하는 것으로, 온도를 측정하는 온도센서, 습도를 측정하는 습도센서 및 풍속을 측정하는 풍속계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1센서부(100)는 일반적으로 사용되는 공지의 온도센서, 습도센서 및 풍속측정센서를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 인터넷등을 통한 기상정보나 날씨에 대한 데이터 등 실외 온도와 습도 및 풍속에 대한 정보를 전송받아 측정할 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용가능할 수 있다.
또한, 상기 제1센서부(100)는 측정된 외기 온도, 습도 및 풍속에 대한 정보가 신호화하여 상기 제어부(400)로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제1센서부(100)는 상기 제어부(400)와 무선 또는 유선통신으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1센서부(100)는 측정된 풍속값을 후술할 송풍팬구동모듈(450)에 전송하고, 상기 송풍팬구동모듈(450)은 상기 풍속값에 기인하여 상기 송풍팬(300)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제2센서부(200)는 실내 공기의 온도 및 습도를 측정하는 측정센서일 수 있다.
구체적으로, 상기 제2센서부(200)는 상기 제1센서부(100)와 대응되는 내측창문(20)의 실내측 벽면 일측에 구비되어, 실내 공기의 온도 및 습도를 측정하는 것으로, 상기 제1센서부(100)와 동일하게 일반적으로 사용되는 공지의 온도센서 및 습도센서를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2센서부(200)는 측정된 실내 공기의 온도 및 습도에 대한 정보가 신호화하여 상기 제어부(400)로 전달될 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기 제2센서부(200)는 상기 제어부(400)와 무선 또는 유선통신으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드형 자연 환기 시스템은 상기 제1센서부(100) 및 상기 제2센서부(200)에서 측정된 정보를 기반으로 내측창문(20)의 개폐여부를 조절하고, 이를 통해 냉난방부하의 절감 및 실내 거주자의 쾌적성 향상을 도모할 수 있다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 송풍팬이 외측창문 일측에 설치되었을 때의 환기 상태를 나타내는 상태도이고, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 송풍팬이 내측창문 일측에 설치되었을 때의 환기 상태를 나타내는 상태도이다.
본 발명에 따른 상기 송풍팬(300)은 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 상기 제어부에 의해 제어되며 상기 실내로 공기를 강제 유입시킬 수 있도록 구비된다.
구체적으로, 상기 송풍팬(300)은 상기 제1센서부(100)에서 측정된 외기의 풍속값에 기인하여 외기의 실내유입을 위해 구동되는 것으로, 상기 외측창문(10) 또는 내측창문(20)과 이웃하는 일측에 적어도 하나 이상 구비되어, 실내 공기를 실외로 유출시키거나 실내 공기를 복도로 유출시킴으로써 외기가 상기 외측창문(10)을 통해 유입될 수 있도록 구성된다.
창문을 통한 자연환기를 이용한 냉방시 외기의 풍속과 풍향등에 따라 실내로 유입되는 환기량이 시시각각 달라질 수 있으며, 특히 외기 풍속이 너무 낮아 바람이 없을 경우에는 창문이 개방된다고 하더라고 실내로 유입되는 공기의 풍량이 부족하여 환기가 이루어지지지 않아 자연환기나 자연 냉방의 효과가 미비한 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 송풍팬(300)은 외기의 풍속이 작아 바람이 형성되지 않은 날씨에서도 개방된 창문으로 일정하고 쾌적한 양의 외기가 적절하게 유입되어 자연 환기 및 자연 냉방이 이루어질 수 있도록 구비된다.
또한, 상기 송풍팬(300)은 설치되는 공간의 크기 및 형태에 따라 외측창문(10) 일측에 적어도 하나 이상 구비되거나 내측창문(20) 일측에 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며 외측창문(10)과 내측창문(20) 모두에 다수개로 구비될 수도 있다.
일 실시예에 따른 상기 송풍팬(300)은 외기의 풍속이 창문을 통해 외기 유입이 불가능한 기설정된 기준값 이하인 경우 후술할 송풍팬구동모듈(450)의 제어에 의해 구동되어 실내 공기를 실외로 배출시킴으로써 개방된 창문을 통해 외기가 실내로 유입될 수 있도록 한다.
또한, 상기 송풍팬(300)은 도시되지는 않았지만 상기 송풍팬을 통해 직접적으로 외기가 실내로 유입될 수 있도록 설치될 수도 있다.
이때. 상기 송풍팬(300)은 송풍팬(300)으로 외기가 유입되도록 하여 창문으로의 외기 유입이 없더라도 냉방이나 환기가 가능하도록 할 수 있다.
한편, 상기 송풍팬(300)은 공지의 것을 사용할 수 있으며, 상기 제어부(400)와 무선통신으로 연결되어 정보를 송수신할 수 있도록 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템의 표시부의 세부적인 구성을 나타내는 구성도이다.
상기 표시부(500)는 상기 제어부(400)에서 판단된 창문의 개폐 여부를 시각적으로 표시하도록 구비된다.
또한, 상기 표시부(500)는 외기와 내기의 온도, 습도 및 풍속값과 외측창문(10) 및 내측창문(20) 개방율, 창문의 설정 모듈이 시각적으로 표시되도록 구비될 수 있다.
이에, 상기 표시부(500)는 상기 표시부(500)를 통해 상기 제어부(400)의 각 모듈의 상태를 용이하게 확인할 수 있도록 하고, 따라서, 거주자로 하여금 상기 제어부(400)의 각 모듈 적용 여부에 대한 결정을 쉽게 하도록 유도할 수 있는 효과가 있다.
상기 조작부(600)는 상기 제어부(400)의 모듈을 사용자의 수동 조작으로 선택 적용시키기 위하여 구비되는 것으로, 상기 제1, 제2 센서부(100, 200) 및 상기 제어부(400)에 의한 자동 환기 작용 이외에도 사용자의 요구에 따라 사용자가 수동으로 상기 기능들을 작동시킬 수 있도록 구비된다.
상기 창문개폐장치(700)는 상기 외측창문(10) 및 내측창문(20)에 설치되며 상기 제어부(400)에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 상기 외측창문(10) 및 내측창문(20)을 자동 개폐시키기 위한 장치일 수 있다.
또한, 상기 창문개폐장치(700)는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 따라서 상기 창문개폐장치(700)의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제어부(400)는 상기 제1센서부(100) 및 상기 제2센서부(200)에서 측정된 측정값을 기반으로 상기 외측창문(10) 및 상기 내측창문(20)의 개폐여부를 판단하여 상기 외측창문(10) 또는 상기 내측창문(20)의 개폐를 제어하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제어부(400)는 상기 제1,제2센서부(100, 200)에서 측정된 측정값에 따라 상기 창문개폐장치(700)를 동작시키거나 상기 표시부(500)에 상기 측정값에 따른 정보를 표시하는 장치 또는 프로그램의 일종일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 하이브르드형 자연 환기 시스템의 창문 자동 개폐는 창문이 항상 닫혀 있는 상태의 모드, 창문이 항상 개방되어 있는 상태의 모드, 외기 및 실내 공기의 온도차에 근거하여 창문이 개방되는 모드 및 엔탈피차에 의해 창문이 개방되는 모드에 의해 작동될 수 있다.
따라서, 상기 제어부(400)는 상기한 4가지 모드를 제어하기 위한 상시폐쇄운전모듈(410), 온도차운전모듈(420), 엔탈피차운전모듈(430), 상시개방운전모듈(440), 송풍팬구동모듈(450) 및 자동운전모듈(460)을 포함할 수 있다.
상기 상시폐쇄운전모듈(410)은 상기 외측창문(10) 또는 내측창문(20)을 폐쇄시키는 모듈일 수 있다.
구체적으로, 상기 상시폐쇄운전모듈(410)은 창문이 항상 닫혀 있는 상태의 모드를 제어하기 위하여 구비되는 것으로, 개폐대상인 창문을 닫아 폐쇄시키는 것을 의미한다.
또한, 상기 상시폐쇄운전모듈(410)은 사용자의 선택이나 미리 설정된 프로그램에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 상시폐쇄운전모듈(410)은 학교와 같은 경우 방학중이거나 학생들이 모두 귀가하는 저녁과 밤 시간대에 교실의 창문을 상시 폐쇄 상태로 전환이 가능하도록 하여 장치 및 센서의 불필요한 작동으로 인한 에너지 손실이 발생하지 않도록 하는 경제적인 효과를 볼 수 있도록 한다.
상기 온도차운전모듈(420)은 상기 외측창문(10) 또는 내측창문(20)의 개폐 여부를 실내 또는 실외의 온도차에 의해 결정하여 제어하는 모듈일 수 있다.
구체적으로, 상기 온도차운전모듈(420)은 외기 및 실내 공기의 온도차에 근거하여 창문이 개방되는 모드를 제어하는 모듈로서, 상기 제1센서부(100) 및 제2센서부(200)에서 측정된 실내 온도와 외기온도의 차이를 분석하여 창문이 개방되었을 때 거주자의 쾌적성이 증대되는 상태임을 판단하여 창문을 개방하고 환기가 발생할 수 있도록 구비될 수 있다.
본 발명에서는 실내온도를 TZONE, 외부온도를 TOUT, 설정온도를 TSET으로 표시하여 설명한다.
여기서 실내온도란 현재나 특정 시점에서의 실내 온도를 의미하고, 외부온도란 현재나 특정 시점에서의 실외 온도를 의미하며, 설정온도란 실내에서 설정하고자 하는 온도를 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 실내온도는 상기 제2센서부(200)를 이용하여 측정될 수 있고, 상기 실외온도는 상기 제1센서부(100)를 이용하여 측정될 수 있으며, 상기 설정온도는 시간이나 위치에 따라 가변되는 값으로 사용자의 조작에 따른 온도이거나 미리 산출된 통계에 따른 온도일 수 있다.
예를 들어, 사용자의 조작에 따른 온도는 실내 거주자인 사용자가 설정한 온도를 의미한다.
미리 산출된 통계에 따른 온도는 자연환기 조건 하에서 건물 실내 공간에 거주하는 사용자가 느끼는 쾌적성 정도를 고려하여 결정된 온도를 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 온도와 외부 온도에 따른 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 수의 비율은 도 4에 도시된 바와 같이 90%인 온도와 80%인 온도는 일정 범위를 가지며 외부 온도에 따라 가변될 수 있다.
도 4를 참고하여 ASHRAE Standard 55-2010 adaptive comfort model에 따른 통계를 가정하여 설명하면, 상기 설정온도는 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 비율의 정도가 90% 내지 80%인 범위 내의 온도를 의미하고, 상기 설정온도는 시간과 계절에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 설정온도는 상기 90% 내지 80%인 온도 범위 내에서 가변될 수도 있다.
또한, 상기한 온도범위의 90% 내지 80% 값은 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 상술한 비율은 다소 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 설정온도에서 창문이 개방된 상태에서 폐쇄 여부를 결정하는 설정온도와 창문이 폐쇄된 상태에서 개방 여부를 결정하는 설정온도가 서로 다를 수 있다.
즉, 현재 창문의 개방여부에 따라 상기 설정온도의 값은 변경될 수 있다.
구체적으로, 상기 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자 비율 정도가 80%인 온도는 일정 범위를 갖고 상기 범위 내에서 설정 온도가 결정될 때 상술한 창문을 개방시키는 온도와 창문을 폐쇄시키는 온도 중 어느 하나는 상기 범위의 상한 값을 갖고 다른 하나는 상기 범위의 하한 값을 가질 수 있다.
상기 상한 값과 하한 값의 적용 여부는 냉난방 부하, 날씨, 시간 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 설정온도는 계절, 바람, 일조량, 강우 등의 자연 환경에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 바람이 많이 불거나 일조량이 약한 경우 창문이 개폐되었을 때 실내 거주하는 사용자의 체감온도는 상대적으로 낮으므로 이에 따라 상기 설정온도가 달라질 수 있으며, 상기 설정온도의 결정은 바람, 계절, 강우, 일조량 등에 대한 정보나 사용자의 체감온도에 대한 통계자료 등에 의존할 수 있다.
따라서, 상기 온도차운전모듈(420)은 실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)일 경우 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키도록 제어한다.
구체적으로, 상기 온도차운전모듈(420)은 외부온도보다 실내온도가 높고, 설정온도보다 실내온도가 높을 경우 거주자의 쾌적성을 증대시키기 위해 창문 개방을 결정하고, 상기 창문개폐장치(700)를 가동시킴으로써 상기 창문을 개방시킬 수 있다.
상기 엔탈피차운전모듈(430)은 상기 외측창문(10) 또는 내측창문(20)의 개폐여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 엔탈피차운전모듈(430)은 상기 제1센서부(100) 및 상기 제2센서부(200)에서 각각 측정된 외기 및 실내공기의 온도와 습도에 대한 측정값을 기반으로 창문의 개폐 여부를 판단하도록 구비된다.
상기 엔탈피는 열역학 제1법칙으로부터 파생되며, 본 발명에서는 실내와 실외의 엔탈피를 각각 산출하여 비교하도록 한다.
따라서, 상기 엔탈피차운전모듈(430)은 실내엔탈피를 HZONE, 외부엔탈피를 HOUT으로 표시한다.
또한, 상기 엔탈피차운전모듈(430)은, 실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)를 충족시키는 경우 창문의 개방을 결정할 수 있다.
예를 들어, 실내엔탈피가 외부엔탈피보다 큰 경우 냉방을 위해 창문을 개방하여 실내엔탈피를 낮출 수 있다.
이와 반대로 실내엔탈피가 외부엔탈피보다 큰 경우 난방을 위해 창문을 폐쇄하여 엔탈피 차이를 유지할 수 있다.
상기 엔탈피차운전모듈(430)에서 산출되는 실내엔탈피 또는 외부엔탈피는 습도를 고려하여 불포화 상태에서의 실내 또는 실외 공기의 엔탈피를 의미할 수 있으며, 이에 따른 계산은 건구온도와 습구온도, 상대습도, 절대습도 등의 값에 따라 수행될 수 있다.
상기 상시개방운전모듈(440)은 상기 외측창문(10) 또는 내측창문(20)을 개방시키도록 구비된다.
구체적으로, 상기 상시개방운전모듈(440)은 창문이 항상 개방되어 있는 상태의 모드를 제어하도록 구비되는 것으로, 상기 제1센서부(100) 및 제2센서부(200)에서 측정된 외기의 온도 및 습도값과 무관하게 기설정된 시간 동안 상기 창문이 항상 개방될 수 있도록 제어한다.
또한, 상기 상시개방운전모듈(440)은 사용자의 선택이나 미리 설정된 프로그램에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 송풍팬구동모듈(450)은 상기 제1센서부(100)에서 감지된 외기의 풍속에 기인하여 상기 송풍팬(300)의 구동을 제어할 수 있도록 한다.
또한, 상기 송풍팬구동모듈(450)은 측정된 외기의 풍속이 기설정된 기준값 이하일 때 상기 송풍팬(300)이 구동되도록 제어하고, 상기 기설정된 기준값은 개방된 상기 외측창문(10)으로 외기의 자연 유입이 가능해지기 시작하는 외기풍속의 최소값으로 설정된다.
자연 환기를 이용한 냉방시 외기의 풍속과 풍향등에 따라 실내로 유입되는 환기량이 시시각각 달라질 수 있으며, 특히 외기풍속이 너무 낮아 바람이 없을 경우에는 창문이 자동으로 개방된다고 하더라고 실내로 유입되는 공기가 없어 환기 및 냉방이 이루어지지 않는 문제점이 발생한다.
따라서, 상기 송풍팬구동모듈(450)은 상기와 같은 자연 환기시 발생되는 문제점을 해결하기 위해 구비되는 것으로, 상기 송풍팬(300)을 제어하기 위하여 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기설정된 기준값은 0.5m/s 로 설정될 수 있으나, 이러한 기준값은 이에 한정되는 것은 아니며 설정 위치, 계절, 작동 시간 및 사용자의 요구에 따라 다양한 값으로 적용 실시될 수 있다.
상기 자동운전모듈(460)은 상기 상시폐쇄운전모듈(410), 상기 온도차운전모듈(420), 상기 엔탈피차운전모듈(430), 상기 상시개방운전모듈(440) 및 상기 송풍팬구동모듈(450)의 적용 시 각각 실내온도(TZONE) 및 설정온도(TSET)의 차이 및 외기 풍속 변화를 데이터화하고, 상기 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시킬 수 있도록 구비된다.
구체적으로, 상기 자동운전모듈(460)은 상기 5개의 모듈에 따른 실내온도와 설정온도의 차이에 대한 데이터화된 정보를 기반으로 시간이나 계절에 따라 최소 차이를 보이는 모듈을 선택적으로 적용시킨다.
또한, 상기 데이터화는 누적된 반복 경험에 의해 축적되거나 날씨와 시간을 고려하여 가상의 시뮬레이션을 수행하고, 상기 가상의 시뮬레이션 결과에 대한 값이 축적된 것일 수 있다.
예를 들어, 동일한 시간과 장소에서 각 모듈을 적용시키더라도 습도나 날씨의 영향에 따라 실내온도와 외부온도의 차이 감소 비율은 달라질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 자동운전모듈(460)을 통하여 위와 같이 각 모듈에 따른 결과를 데이터화하고, 이를 기반으로 상기 5개의 모듈을 선택 적용시킴으로써 에너지가 효율적으로 사용될 수 있도록 창문의 개폐 여부 및 송풍팬의 작동을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 제어부(400)는 상기 모듈들을 설정된 시간 일정에 따라 선택적으로 적용시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(400)는 위와 같이 상시폐쇄운전모듈(410), 온도차운전모듈(420), 엔탈피차운전모듈(430) 및 상시개방운전모듈(440)을 선택적으로 적용함에 따라 계절과 시간에 따라 최적의 모듈 적용이 가능하며 냉난방 부하의 절감과 실내 거주자의 쾌적성을 높이는 효과가 있다.
예를 들어, 학교와 같은 공공장소에서 저녁이나 밤 시간대에 거주자인 학생들이 하교 후 등교하는 시간 동안에는 상시폐쇄운전모듈(410)을 적용하고, 상기 학생들의 점심시간 동안에는 환기를 위하여 상시개방운전모듈(440)을 적용할 수 있다.
위와 같은 예는 이해의 편의를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로 상기 제어부(400)는 시간과 계절, 날씨(장마) 등 시간일정에 따라 다양한 방법으로 상기 각 모듈을 선택 적용시킬 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)의 각 모듈이 적용되었을 때 실내 온도, 창문의 개방비율을 나타낸다.
Case Items Apr. May Sept. Oct. Average
ASHRAE55 adaptive Standard 80% upper limit temp.(℃) 25.4 26.8 28.0 26.2 26.6
80% lower limit temp.(℃) 18.4 19.8 21.0 19.2 19.6
상시폐쇄 운전 모듈(case1) Average OT(℃) 26.4 29.5 33.3 30.1 29.8
Window opening percentage(%) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
온도차 운전 모듈(case2) Average OT(℃) 24.6 26.1 29.4 26.4 26.6
Window opening percentage(%) 20.2 52.2 58.0 36.3 41.7
엔탈피차 운전 모듈(case3) Average OT(℃) 23.8 25.5 28.6 25.5 25.9
Window opening percentage(%) 34.1 72.8 95.0 62.8 66.2
상시개방 운전 모듈(case4) Average OT(℃) 20.3 24.2 28.5 23.7 24.2
Window opening percentage(%) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
표1은 상기 제어부(400)의 5가지 모듈의 적용 시 평일 주간(08:00~18:00) 시간에 각 월별 평균 실내 온도와 창문의 개방 시간 비율을 나타내는데, 표1에 기재된 바와 같이, 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)는 4월에 25.4℃, 5월에 26.8℃, 9월에 28℃, 10월에 26.2℃로, 그 평균 온도는 26.6℃이다. 본 발명에 따른 상기 표1은 학교를 기준으로 봄, 가을을 가정하여 집계되었다.
또한, 상기 표1에는 기재되어 있지 않으나, 본 발명에 따른 시험결과로부터 실내 이산화탄소의 비율 차이는 상시폐쇄운전모듈(410)을 기준으로 온도차운전모듈(420)은 3.2%, 엔탈피차운전모듈(430)은 3.9%, 상시개방운전모듈(440)은 5.6% 낮게 나타났고, 온도차운전모듈(420)을 기준으로 엔탈피차운전모듈(430)은 0.7%, 상시개방운전모듈(440)은 2.4%로 낮게 나타났고, 엔탈피차운전모듈(430)을 기준으로 상시개방운전모듈(440)은 1.7% 낮게 나타났다.
상기 표1에 기재된 통계치는 본 발명의 도 5에 나타낸 바와 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 온도를 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 4월과 5월에 모듈 별 실내 온도를 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 9월과 10월에 모듈 별 실내 온도를 나타낸 것이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 4월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 25.4 내지 18.4℃의 범위와 5월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 26.8 내지 19.8℃의 범위를 기준으로 각 모듈의 적용 시 실내 온도를 검토하면, 상시폐쇄운전모듈(410)의 적용 시 상기 실내 기준 온도의 상한값을 초과하는 경향이 보이고, 개략적으로 온도차운전모듈(420), 엔탈피차운전모듈(430), 상시개방운전모듈(440)의 순서로 실내 온도가 낮아짐을 확인할 수 있다.
다만, 상기 온도차운전모듈(420), 엔탈피차운전모듈(430) 및 상시개방운전모듈(440)의 적용 시 실내 온도는 반드시 순차적으로 낮아지는 것은 아니며 일률적으로 판단되는 것은 아니다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 9월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 28.0 내지 21.0℃의 범위와 10월의 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)인 26.2 내지 19.2℃의 범위를 기준으로 각 모듈의 적용 시 실내 온도를 검토하면, 4월과 5월에 나타난 양상과 유사함을 보인다.
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)의 각 모듈이 적용되었을 때 실내 온도가 상기 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에 들어오는 비율을 나타낸다.
Case Items Apr. May Sept. Oct. Average
ASHRAE55 adaptive Standard 80% upper limit temp.(℃) 25.4 26.8 28.0 26.2 26.6
80% lower limit temp.(℃) 18.4 19.8 21.0 19.2 19.6
상시폐쇄 운전 모듈(case1) > 80% 71.5 91.7 100.0 99.2 90.6
Within 80% 28.5 8.3 0.0 0.8 9.4
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
온도차 운전 모듈(case2) > 80% 10.7 24.5 69.3 50.6 38.8
Within 80% 89.3 75.5 30.7 49.4 61.2
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
엔탈피차 운전 모듈(case3) > 80% 3.3 15.4 55.0 18.2 23.0
Within 80% 96.7 84.6 45.0 81.8 77.0
< 80% 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
상시개방 운전 모듈(case4) > 80% 0.0 10.7 55.0 9.9 18.9
Within 80% 82.6 84.2 45.0 88.5 75.1
< 80% 17.4 5.1 0.0 1.6 6.0
<표2. 모듈 별 기준 온도 범위 내 비율>
표2는 각 모듈의 적용 시 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에 들어오는 비율을 나타낸다.
표2에 기재된 바와 같이 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 범위가 80%인 실내 기준 온도의 범위 내에 들어오는 비율은 평균적으로 상시폐쇄운전모듈(410)에서 9.4%, 온도차운전모듈(420)에서 61.2%, 엔탈피차운전모듈(430)에서 77%, 상시개방운전모듈(440)에서 75.1%로 나타난다.
상기 표2에 기재된 통계치는 본 발명의 도 6에 나타낸 바와 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 모듈 별 실내 거주자의 쾌적성 정도에 대한 비율을 나타낸 그래프이다.
도 6의 (a)는 상시폐쇄운전모듈(410)을, 도 6의 (b)는 온도차운전모듈(420)을, 도 6의 (c)는 엔탈피차운전모듈(430)을, 도 6의 (d)는 상시개방운전모듈(440)을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이 개략적으로 엔탈피차운전모듈(430)이 상기 실내 기준 온도의 범위 내에 들어오는 비율이 가장 양호한 것을 확인할 수 있다.
다만, 상기 양호한 정도는 일률적으로 판단되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 제어부(400)는 상기 표1 및 표2의 데이터를 기반으로 설정온도를 시간에 따라 설정하고, 상술한 4개의 모듈을 선택 적용시킬 수 있다.
본 발명의 창문 개폐 시스템의 바람직한 실시예를 설명하면, 상기 제어부(400)를 통한 자연 환기 시스템은 난방이나 냉방이 필요한 여름이나 겨울(11 내지 3월, 7 내지 8월 등)에는 상시폐쇄운전모듈(410)을 적용하여 창문을 폐쇄시키고, 하루 중 점심시간 등 일정 시간대에 상시개방운전모듈(440)을 적용하여 환기를 시키는 등의 방식으로 운영될 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 봄이나 가을에 상기 온도차운전모듈(420), 엔탈피차운전모듈(430) 또는 상시개방운전모듈(440)을 적용시켜 창문의 개폐 여부를 결정한다.
이 경우 설정온도는 실내 거주자 중 쾌적성을 느끼는 거주자의 비율이 80%인 실내 기준 온도(ASHRAE55 adaptive Standard)의 범위 내에서 결정될 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 자동운전모듈(460)을 적용하여 각 모듈을 선택 적용시키고, 새벽이나 밤 시간대에 상시폐쇄운전모듈(410)을 적용시킨다.
또한, 상기 제어부(400)는 외부에 비가 내리거나 황사 또는 미세먼지 등의 농도가 높은 경우 상시폐쇄운전모듈(410)을 적용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(400)는 냉난방기 등과 연결되어 상기 설정온도보다 실내 온도가 설정된 값 이상의 차이가 발생하는 경우 상시폐쇄운전모듈(410)을 적용하고 냉난방기를 가동시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 학교 교실의 배치 상태를 나타내는 배치도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스의 온도 및 풍속 조건을 기록한 표이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스의 세부적인 조건을 기록한 표이다.
본 발명에 따른 상기 송풍팬(300) 가동에 따른 냉방 효과를 정량적으로 검토하기 위해 도 7과 같은 학교 교실을 대상으로 도 8과 같이 2가지 케이스로 구분하여 시물레이션 검토를 실시하였다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이 중간기(춘분 및 추분)에 온도차를 이용하여 창문을 개방하는 방식으로 외기의 온도 조건이 좋을 경우 개방이 이루어지며, 케이스 2는 케이스 1의 조건에 더하여 외부 기류 속도가 0.5m/s 이하에만 교실 외벽측에 송풍팬이 가동되는 방식일 수 있다.
케이스 1과 케이스 2의 모델 작성시 도 8과 같은 조건이 적용하였고, 시뮬레이션 결과에 대한 평가는 도 4와 같이 평일 수업 시간대(08:00 ~ 19:00)를 대상으로 시뮬레이션으로 계산된 교실작용온도(Operative Temperature)와 함께 ASHRAE Standard 55~2010 adaptive comfort model의 교실 재실 인원수의 80 또는 90％ 수준을 만족시키는 구간의 시간수(Number of hours)로 실시하였으며, 평가 기간은 춘계의 4~5월, 추계의 9~10월 이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동시 냉방효과 검토를 위한 2가지 케이스 중 케이스 2의 송풍팬 가동을 위한 EMS(Energy Management System) 코팅의 내용을 나타낸 표이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 실내 온도 분포 결과를 나타내는 도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 외측창문의 풍량을 도시한 도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 내측창문의 풍량을 도시한 도이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 CO₂농도를 도시한 도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 1과 케이스 2의 실내온도 및 풍량의 결과를 나타내는 표이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍팬 가동 시 냉방 효과 검토 결과에 따른 열적 쾌적성 결과를 나타내는 표이다.
춘추계 중간기에 대한 케이스 1과 케이스 2의 실내 온도 분포 결과는 도 10과 같이 나타날 수 있다.
실내의 조건에 따라 창을 개방하여 자연환기만 시행한 케이스 1의 평일 수업 시간대 중간기(춘계+추계) 실온 평균은 24.3℃, 자연환기에 일정 조건 충족시 송풍팬(300)을 작동시킨 케이스 2의 실온 평균은 24.0℃로 나타나 송풍팬(300) 가동에 따라 약 0.3℃의 온도 하강을 보일 것으로 예상된다.
풍량은 케이스 1의 경우 0.05~0.06㎡/s인데 비해, 케이스 2는 송풍팬 설치로 0.19~0.20㎡/s로 약 3.5배 내외로 현저하게 풍량이 증가하는 것으로 나타났으며, 케이스 2의 경우에는 복도의 간벽 창문인 내측창문과 교실 외벽 창문인 외측창문을 통해 기류가 들어와 송풍팬을 통해 배출되는 패턴을 보여주고 있다.
ASHRAE 55의 Adaptive model을 기준으로, 재실 인원수 80%가 만족하는 시간수 비율은 케이스 1이 76%, 케이스 2가 79%로 나타났으며, 재실 인원수 90%가 만족하는 시간 수 비율은 각각 53%, 61%로 나타났다.
따라서, 상기한 바와 같은 시뮬레이션을 통해 적정 창호 개방 및 송풍팬의 가동이 이루어지는 경우 춘분 및 추분시기의 실내의 열적 쾌적성이 크게 향상되는 것으로 보여진다.
상기와 같은 본 발명의 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템에 의하면, 제어부의 각 모듈이 계절이나 시간 또는 환경 등에 따라 선택 적용이 가능하여 에너지 절감이 뛰어나며 쾌적한 실내 환경을 조성한다.
또한, 거주자의 쾌적성 정도를 고려하여 창문의 개폐 여부를 결정함에 따라 단순히 온도나 엔탈피에 의한 창문 개폐 방식과 달리 거주자의 사용감이나 만족도가 높은 장점이 있다.
또한, 표시부를 통해 거주자로 하여금 제어부의 각 모듈 적용 여부에 대한 결정을 쉽게 하도록 유도하며, 자동운전모듈을 통해 별도의 수동 조작 없이 온도나 시간등의 조건에 맞춰 각 모듈을 적용시켜 거주자가 용이하게 사용할 수 있도록 한다.
또한, 외측창문 또는 내측창문 일측에 송풍팬을 구비하고, 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 송풍팬구동모듈을 구비함으로써, 외기의 풍속이 작아 개방된 창문으로 공기의 유입이 발생되지 않을 경우, 상기 송풍팬을 구동하여 외기의 원활한 유입이 가능하도록 한다.
아울러, 많은 에너지가 소비되는 냉방기기를 사용하지 않고도 개방된 창문을 통한 자연 환기를 이용하여 냉방이 가능하도록 함으로서 에너지를 저감시킬 수 있도록 하는 경제적인 효과가 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10 : 외측창문 20 : 내측창문
100 : 제1센서부 200 : 제2센서부
300 : 송풍팬 400 : 제어부
410 : 상시폐쇄운전모듈 420 : 온도차운전모듈
430 : 엔탈피차운전모듈 440 : 상시개방운전모듈
450 : 송풍팬구동모듈 460 : 자동운전모듈
500 : 표시부 600 : 조작부
700 : 창문개폐장치

Claims (11)

  1. 건물 벽면에 설치되어 실외로 개구되는 외측창문 및 상기 외측창문과 대응되는 실내측면에 설치되어 복도측으로 개구되는 내측창문을 포함하는 창문 자연 환기 시스템에 있어서,
    외기의 온도, 습도 및 풍속을 측정하는 제1센서부;
    실내 공기의 온도 및 습도를 측정하는 제2센서부;
    상기 제1센서부 및 제2센서부에서 측정된 측정값을 기반으로 상기 외측창문 및 상기 내측창문의 개폐여부를 판단하여 상기 외측창문 또는 상기 내측창문의 개폐를 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 제어되며 상기 실내로 공기를 강제 유동시키는 송풍팬;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송풍팬은,
    상기 외측창문 또는 내측창문과 이웃하는 일측에 적어도 하나 이상 구비되어, 실내 공기를 실외로 유출시키거나 실내 공기를 복도로 유출시킴으로써 외기가 상기 외측창문을 통해 유입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 외측창문 또는 내측창문을 패쇄시키는 상시폐쇄운전모듈;
    상기 외측창문 또는 내측창문의 개폐 여부를 실내 또는 실외의 온도차에 의해 결정하는 온도차운전모듈;
    상기 외측창문 또는 내측창문의 개폐 여부를 실내와 실외의 엔탈피 차이에 의해 판단하는 엔탈피차운전모듈;
    상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키는 상시개방운전모듈; 및
    상기 제1센서부에서 감지한 외기의 풍속에 기인하여 상기 송풍팬의 구동을 제어하는 송풍팬구동모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 송풍팬구동모듈은,
    측정된 외기의 풍속이 기설정된 기준값 이하일 때 상기 송풍팬이 구동되도록 제어하고,
    상기 기설정된 기준값은,
    개방된 상기 외측창문으로 외기의 자연 유입이 가능해지기 시작하는 외기풍속의 최소값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 온도차운전모듈은,
    실내온도(TZONE) ≥ 외부온도(TOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)일 경우 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키고,
    상기 엔탈피차운전모듈은,
    실내엔탈피(HZONE) ≥ 외부엔탈피(HOUT) 및 실내온도(TZONE) ≥ 설정온도(TSET)일 경우 상기 외측창문 또는 내측창문을 개방시키는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 설정온도(TSET)는 시간에 따라 설정된 기준값이 가변되는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상시폐쇄운전모듈, 상기 온도차운전모듈, 상기 엔탈피차운전모듈, 상기 상시개방운전모듈 및 송풍팬구동모듈의 적용 시 각각 실내온도(TZONE) 및 설정온도(TSET)의 차이 및 외기 풍속 변화를 데이터화하고,
    상기 데이터화 된 정보를 기반으로 상기 모듈들 중에서 선택 적용시키는 자동운전모듈;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모듈들을 설정된 시간일정에 따라 선택적으로 적용시키는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐 여부를 시각적으로 표시하는 표시부; 및
    상기 제어부의 모듈을 사용자의 수동조작으로 선택 적용시키는 조작부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 표시부는,
    외기와 내기의 온도, 습도 및 풍속값과 외측창문 및 내측창문 개방율, 창호의 설정 모듈이 시각적으로 표시되는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 외측창문 및 내측창문에 설치되며 상기 제어부에서 판단된 창문의 개폐여부에 따라 상기 외측창문 및 내측창문을 자동 개폐시키는 창문개폐장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속에 따른 제어 기능이 구비된 하이브리드형 자연 환기 시스템.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740711B1 (ko) * 2004-12-14 2007-07-18 재단법인서울대학교산학협력재단 환기 및 공기정화가 가능한 주거용 건물의 건축화 냉난방시스템 제어방법
JP2008131461A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd 学校内教室設備の簡易管理システム
KR101003258B1 (ko) * 2010-08-18 2010-12-21 현대건설주식회사 외기냉방 겸용 전열교환 환기장치
KR20120026215A (ko) * 2010-09-09 2012-03-19 주식회사 하츠 하이브리드 환기설비
KR20130096924A (ko) 2012-02-23 2013-09-02 한국기술교육대학교 산학협력단 자동 창문 시스템
KR20140071753A (ko) * 2012-12-04 2014-06-12 대한민국(농촌진흥청장) 창문 개폐 제어 시스템 및 그 방법
KR20160024814A (ko) 2014-08-25 2016-03-07 삼성전자주식회사 온도 조절 방법 및 장치
KR101723301B1 (ko) 2015-08-10 2017-04-04 이영욱 소음 및 날씨에 따른 창문 자동개폐장치
KR20180041783A (ko) * 2016-10-13 2018-04-25 (주)푸르고팜 자동 환기장치를 구비한 저온 저장고
JP2018197615A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 リンナイ株式会社 浴室空調装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740711B1 (ko) * 2004-12-14 2007-07-18 재단법인서울대학교산학협력재단 환기 및 공기정화가 가능한 주거용 건물의 건축화 냉난방시스템 제어방법
JP2008131461A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd 学校内教室設備の簡易管理システム
KR101003258B1 (ko) * 2010-08-18 2010-12-21 현대건설주식회사 외기냉방 겸용 전열교환 환기장치
KR20120026215A (ko) * 2010-09-09 2012-03-19 주식회사 하츠 하이브리드 환기설비
KR20130096924A (ko) 2012-02-23 2013-09-02 한국기술교육대학교 산학협력단 자동 창문 시스템
KR20140071753A (ko) * 2012-12-04 2014-06-12 대한민국(농촌진흥청장) 창문 개폐 제어 시스템 및 그 방법
KR20160024814A (ko) 2014-08-25 2016-03-07 삼성전자주식회사 온도 조절 방법 및 장치
KR101723301B1 (ko) 2015-08-10 2017-04-04 이영욱 소음 및 날씨에 따른 창문 자동개폐장치
KR20180041783A (ko) * 2016-10-13 2018-04-25 (주)푸르고팜 자동 환기장치를 구비한 저온 저장고
JP2018197615A (ja) * 2017-05-23 2018-12-13 リンナイ株式会社 浴室空調装置

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