KR20210025920A - System and Method for Predicting Indoor Surface Temperature and Indoor Condensation Using Machine Learning - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 결로 예측 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 실내 온도와 실외 온도의 온도 변화에 따라 결로가 발생할 실내의 표면 온도를 기계 학습하고, 이에 따라 실내 온도와 실외 온도에 대한 창문 내측면의 표면 온도를 추정하여 기계 학습을 이용한 실내 표면 온도와 결로를 예측하는 결로 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a condensation prediction system and method, in particular, by machine learning the surface temperature of an indoor room where condensation will occur according to a temperature change between the indoor temperature and the outdoor temperature, and accordingly, the surface temperature of the inner surface of the window with respect to the indoor temperature and the outdoor temperature. The present invention relates to a condensation prediction system and method that estimates indoor surface temperature and condensation using machine learning.
결로는 공기 중의 수증기에 의해서 발생되는 일종의 습윤 상태를 말한다.Condensation refers to a kind of wet state caused by water vapor in the air.
실내 건축물에서의 결로는 지난 수십년 간 건축 분야에서 큰 문제 중 하나로 지속되었으며, 다양한 노력에 의해 결로에 의한 피해를 최소화하는데 노력했다.Condensation in indoor buildings has persisted as one of the major problems in the field of architecture for the past several decades, and various efforts have been made to minimize the damage caused by condensation.
실내 건축물은 결로가 생기면, 부투습성의 재료 표면에 물방울이 맺히고, 흡수성 물질에 습기가 차서 곰팡이류, 각종 균의 번식으로 인한 손상 및 불쾌한 냄새가 발생하게 되며, 변형에 의해 건물 재료와 구조체에 해를 끼치게 된다.In indoor buildings, when condensation occurs, water droplets form on the surface of impermeable materials, and moisture in the absorbent material causes damage and unpleasant odor due to the propagation of molds and various fungi. It will hurt.
곰팡이는 균사로 되어 있는 사상균으로 인체 흡입시 호흡기 질환을 유발시킬 수 있으며, 거주 환경이 악화되는 문제점이 발생할 수 있다.Fungi are filamentous fungi composed of hyphae and can cause respiratory diseases when inhaled by the human body, and a problem of deteriorating the living environment may occur.
결로에 관한 해결 방안은 건축물의 내장재와 외장재를 결로에 강인한 재료를 고려하여 건축을 수행하는 것이다.The solution to condensation is to perform construction by considering the materials that are strong against condensation in the interior and exterior materials of the building.
그러나 실내 건축물에서의 결로는 최적의 재료 및 구조물을 이용하여 건축 설계를 수행한다 하더라도 결로가 입주 및 생활 전반에 걸쳐 실내와 실외의 온도차에 의한 실내 습도 변화에 의해 발생하기 때문에 근본적으로 결로 문제의 해결책이 되지 못하고 있다.However, condensation in indoor buildings is fundamentally a solution to the condensation problem because condensation occurs due to changes in indoor humidity due to the temperature difference between indoor and outdoor throughout the occupancy and life even if architectural design is performed using the optimal materials and structures. This is not being possible.
결로 문제가 어려운 이유는 각 건축물마다 사용된 재료가 다르고, 구조물의 크기가 다르며, 이와 더불어 거주자의 생활 패턴이 다르기 때문에 이에 대한 포괄적인 솔루션을 찾기가 어렵다.The reason why the condensation problem is difficult is that the materials used for each building are different, the size of the structure is different, and the living patterns of the residents are different, so it is difficult to find a comprehensive solution for this.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 실내 온도와 실외 온도의 온도 변화에 따라 결로가 발생할 실내의 표면 온도를 기계 학습하고, 이에 따라 실내 온도와 실외 온도에 대한 창문 내측면의 표면 온도를 추정하여 기계 학습을 이용한 실내 표면 온도와 결로를 예측하는 결로 예측 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve such a problem, the present invention machine learns the indoor surface temperature where condensation will occur according to the temperature change of the indoor temperature and the outdoor temperature, and accordingly estimates the surface temperature of the inner surface of the window with respect to the indoor temperature and the outdoor temperature. Thus, an object of the present invention is to provide a condensation prediction system and method for predicting indoor surface temperature and condensation using machine learning.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 According to the features of the present invention to achieve the above object
실내 결로 발생을 예측하는 결로 예측 시스템은,The condensation prediction system that predicts the occurrence of indoor condensation,
결로가 발생하는 창문의 내측면에 부착된 제1 센서노드;A first sensor node attached to the inner surface of the window where condensation occurs;
실내의 일측에 부착된 제2 센서노드; 및A second sensor node attached to one side of the room; And
상기 제1 센서노드로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도를 무선 통신으로 수신하고, 상기 제2 센서노드로부터 실내 온도와 습도 정보를 무선 통신으로 수신하고, 외부의 날씨 정보 서버로부터 실외 온도를 수신하고, 시간대별 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하여 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 대한 창문 내측면의 표면 온도를 추정하는 것을 특징으로 한다.Receives the measured surface temperature of the inner side of the window measured from the first sensor node through wireless communication, receives indoor temperature and humidity information from the second sensor node through wireless communication, and receives outdoor temperature from an external weather information server And estimating a surface temperature of an inner surface of a window with respect to the indoor temperature and the outdoor temperature by machine learning a correlation between the indoor temperature and the measured surface temperature according to the outdoor temperature for each time period.
상기 클라이언트 서버는 상기 클라이언트 서버는 하기의 수학식 1의 선형 회귀 모델을 이용하여 하기의 수학식 1의 파라미터인 선형 계수값(, , )의 최적값을 찾기 위해서 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하고, 상기 기계 학습으로 얻어진 선형 계수값(, , )을 하기의 수학식 1에 대입하여 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산하는 기계 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the client server, the client server uses a linear regression model of
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 은 시간(i)에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 은 시간(i)에 따른 실내 온도, 은 시간(i)에 따른 실외 온도임.here, Is the estimate of the surface temperature of the inner side of the window over time (i), Is the room temperature over time (i), Is the outdoor temperature over time (i).
본 발명의 특징에 따른 기계 학습을 이용한 실내 표면 온도와 결로를 예측하는 방법은,A method of predicting indoor surface temperature and condensation using machine learning according to a feature of the present invention,
클라우드 서버는 제1 센서노드로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도를 무선 통신으로 수신하고, 실내 일측에 부착된 제2 센서노드로부터 실내 온도와 습도 정보를 무선 통신으로 수신하고, 외부의 날씨 정보 서버로부터 실외 온도를 수신하는 단계;The cloud server receives the measured surface temperature of the inner side of the window measured from the first sensor node through wireless communication, receives the indoor temperature and humidity information from the second sensor node attached to one side of the room through wireless communication, and external weather information Receiving an outdoor temperature from a server;
상기 클라우드 서버는 하기의 수학식 2의 선형 회귀 모델을 이용하여 하기의 수학식 4의 파라미터인 선형 계수값(, , )의 최적값을 찾기 위해서 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하는 단계; 및The cloud server uses a linear regression model of
상기 클라우드 서버는 상기 기계 학습으로 얻어진 선형 계수값(, , )을 하기의 수학식 4에 대입하여 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 방법.The cloud server is a linear coefficient value obtained by the machine learning ( , , And calculating an estimate of the surface temperature of the inner side of the window by substituting) into
[수학식 4][Equation 4]
여기서, 은 시간(i)에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 은 시간(i)에 따른 실내 온도, 은 시간(i)에 따른 실외 온도임.here, Is the estimate of the surface temperature of the inner side of the window over time (i), Is the room temperature over time (i), Is the outdoor temperature over time (i).
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 실내 온도와 실외 온도의 온도 변화에 따라 결로가 발생할 실내의 표면 온도를 기계 학습하고, 이에 따라 실내 온도와 실외 온도에 대한 창문 내측면의 표면 온도를 추정하는 효과가 있다.According to the above-described configuration, the present invention is an effect of machine learning the indoor surface temperature where condensation will occur according to the temperature change of the indoor temperature and the outdoor temperature, and accordingly, estimating the surface temperature of the inner surface of the window with respect to the indoor temperature and the outdoor temperature There is.
본 발명은 이슬점 온도와 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 시간에 따른 변화 패턴을 모니터링하여 결로를 판단함으로써 사전 환기 작업을 통해 결로를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of preventing condensation in advance through a pre-ventilation operation by determining condensation by monitoring a pattern of changes over time in the dew point temperature and the estimated surface temperature of the window inner surface.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 결로 발생을 예측하는 결로 예측 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서노드, 제2 센서노드 및 결로 예측 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명이 실시예에 따른 제1 센서노드로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도(Tsurf-real)와 창문 내측면의 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)를 6일 동안 비교한 도면이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a condensation prediction system for predicting the occurrence of indoor condensation according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing an internal configuration of a first sensor node, a second sensor node, and a condensation prediction system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram comparing the measured surface temperature (Tsurf-real) of the inner side of the window measured from the first sensor node according to the present invention and the estimated surface temperature of the inner side of the window (Tsurf-pred) for 6 days. .
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
기존 건축물의 경우 건축물의 내외장재에 관한 세부적인 사항을 고려하기 어렵고, 사용자의 생활 패턴에 따라 같은 집에서도 결로의 패턴이 달라지는 현상이 있다.In the case of existing buildings, it is difficult to consider the details of the interior and exterior materials of the building, and there is a phenomenon in which the pattern of condensation in the same house varies depending on the user's life pattern.
본 발명은 실제 거주하고 있는 집에서 결로에 영향을 미치는 환경(실내 온도, 실내 습도, 실외 온도, 창문 내측면의 표면 온도)을 무선센서노드를 통해 실시간으로 수집하고, 수집된 데이터를 기반으로 창문 내측면의 표면온도를 예측하는 표면온도 예측 모델을 생성하고, 표면온도 예측 모델과 이슬점 온도의 변화를 이용하여 창문 내측면에 결로 발생 시간을 예측하는 시스템을 제공한다.The present invention collects the environment (indoor temperature, indoor humidity, outdoor temperature, surface temperature on the inner side of the window) that affects condensation in the house where you live in real time through a wireless sensor node, and based on the collected data, the window A surface temperature prediction model that predicts the surface temperature of the inner surface is generated, and a system that predicts the occurrence time of condensation on the inner surface of a window using a surface temperature prediction model and a change in dew point temperature is provided.
어떤 공간이나 장소의 공기 중 온도가 특정 대상 물체의 온도보다 높을 때 물체의 표면에 이슬이 맺히게 되는데, 이때, 온도를 이슬점(Dew Point)이라고 하며, 이슬점 온도에서 결로 현상이 발생한다.When the temperature of the air in a space or place is higher than the temperature of a specific object, dew condenses on the surface of the object. At this time, the temperature is called the dew point, and condensation occurs at the dew point temperature.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 결로 발생을 예측하는 결로 예측 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서노드, 제2 센서노드 및 결로 예측 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a condensation prediction system for predicting the occurrence of indoor condensation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a first sensor node, a second sensor node, and a condensation prediction system according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram briefly showing the internal configuration of.
본 발명의 실시예에 따른 결로 예측 시스템(100)은 제1 센서노드(110), 제2 센서노드(120) 및 클라우드 서버(140)를 포함한다. 이외에 날씨 정보를 클라우드 서버(140)로 제공하는 날씨 API(Application Programming Interface) 서버(150)를 더 포함한다.The
제1 센서노드(110)는 제1 센서부(111), 제1 제어부(112) 및 제1 무선통신모듈(113)을 포함하며, 창문의 외부면이 아닌 결로가 발생할 수 있는 표면인 창문의 내측면이나 벽면의 일면에 부착될 수 있다. The
본 발명의 제1 센서노드(110)는 설명의 편의를 위하여 창문의 내측면에 설치하는 것으로 설명한다.It will be described that the
제1 센서부(111)는 가정집(10)에서 창문의 내측면의 표면온도 정보와 습도 정보를 포함한 제1 센싱 정보를 측정한다.The
제1 제어부(112)는 센싱 제어 신호를 생성하여 제1 센서부(111)로 전송하고, 제1 센서부(111)로부터 상기 센싱 제어 신호의 응답으로 제1 센싱 정보를 수신하며, 상기 수신한 제1 센싱 정보를 제1 무선통신모듈(113)을 통해 통신망(130)을 거쳐 클라우드 서버(140)로 전송한다.The
제2 센서노드(120)는 제2 센서부(121), 제2 제어부(122) 및 제2 무선통신모듈(123)을 포함하며, 가정집(10)의 실내의 일측에 설치될 수 있다.The
제2 센서부(121)는 실내 온도 정보와 습도 정보를 포함한 제2 센싱 정보를 측정한다.The
제2 제어부(122)는 센싱 제어 신호를 생성하여 제2 센서부(121)로 전송하고, 제2 센서부(121)로부터 상기 센싱 제어 신호의 응답으로 제2 센싱 정보를 수신하며, 상기 수신한 제2 센싱 정보를 제2 무선통신모듈(123)을 통해 통신망(130)을 거쳐 클라우드 서버(140)로 전송한다.The
날씨 API 서버(150)는 각 지역의 위치별, 시간대별, 날짜별로 실외 온도 정보를 생성하여 저장하는 서버이다.The
본 발명의 실시예에 따른 클라우드 서버(140)는 서버 제어부(141), 결로 예측부(142), 온습도 정보 데이터베이스부(143), 디스플레이부(144), 무선통신부(145), 기계 학습부(146), 메모리부(147) 및 저장부(148)를 포함한다.The
클라우드 서버(140)는 실외에 설치되는 것으로 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않으며, 실내 일측에도 설치될 수 있다.The
서버 제어부(141)는 날씨 API 서버(150)부터 실외 온도 정보를 주기적으로 수신하여 온습도 정보 데이터베이스부(143)에 시간대별, 날짜별로 저장한다.The
서버 제어부(141)는 제1 센서노드(110)로부터 창문 내측면의 표면온도 정보와 습도 정보를 포함한 제1 센싱 정보를 수신하며, 제2 센서노드(120)로부터 실내 공간의 실내 온도 정보와 습도 정보를 포함한 제2 센싱 정보를 수신하여 온습도 정보 데이터베이스부(143)에 시간대별, 날짜별로 저장한다.The
일반적으로 건축학에서는 구조물의 재질과 두께, 열저항성 등을 기반하여 해당 구조물의 열전도율을 사전에 계산하고, 이를 기초로 최적의 구조물을 이용하여 건축물 설계와 공사를 진행한다. 하지만 생활하고 있는 집에서 결로 발생의 가장 강력한 요인이 실내와 실외의 온도 차이와 실내 습도의 상승이다. 이것은 거주하고 있는 생활 패턴에 따라 달라진다.In general, in architecture, the thermal conductivity of the structure is calculated in advance based on the material, thickness, and thermal resistance of the structure, and based on this, the optimal structure is used to design and construct a building. However, the most powerful factors in the occurrence of condensation in a living house are the temperature difference between indoors and outdoors and an increase in indoor humidity. This depends on the lifestyle pattern you live in.
이러한 결로 현상은 단순히 구조물의 특성에 기반하여 결로를 방지하는데 큰 어려움을 가져온다. 따라서, 본 발명은 구조물의 종류에 상관없이 결로 발생이 예상되는 실내 공간에서의 실내 온도 정보와 실외 온도 정보를 이용하여 창문 내측면의 표면 온도를 추정할 수 있다.This condensation phenomenon brings great difficulty in preventing condensation simply based on the characteristics of the structure. Accordingly, the present invention can estimate the surface temperature of the inner side of the window by using indoor temperature information and outdoor temperature information in an indoor space where condensation is expected to occur regardless of the type of structure.
표면온도 예측 모델을 구현하기 위한 기계 학습법은 선형회귀분석(Linear regression model), 랜덤포레스트(Random Forest), 딥러닝(Deep Learning) 방식을 단독 또는 하나 이상을 조합하여 적용한다. 본 발명의 기계 학습법은 선형회귀분석을 일실시예로 적용한다.The machine learning method to implement the surface temperature prediction model applies a linear regression model, a random forest, and a deep learning method alone or in combination of one or more. The machine learning method of the present invention applies linear regression analysis as an example.
선형회귀분석은 선형성이라는 기본 가정이 충족된 상태에서 독립변수와 종속변수의 관계를 설명하거나 예측하는 통계 방법으로, 회귀분석에서 독립변수에 따라 종속변수의 값이 일정한 패턴으로 변해 가는데, 이러한 변수 간의 관계를 나타내는 회귀선이 직선에 가깝게 나타나는 경우를 의미한다.Linear regression analysis is a statistical method that explains or predicts the relationship between the independent variable and the dependent variable while the basic assumption of linearity is satisfied.In regression analysis, the value of the dependent variable changes in a certain pattern according to the independent variable. It means a case where the regression line representing the relationship appears close to a straight line.
표면온도 예측 모델을 만들기 위해서는 온습도 정보 데이터베이스부(143)에 저장된 실내 온도, 실외 온도, 창문 내측면의 측정 표면 온도를 기계 학습의 학습 데이터 셋으로 이용할 수 있다.In order to create a surface temperature prediction model, the indoor temperature, the outdoor temperature, and the measured surface temperature of the inner side of the window stored in the temperature/humidity
기계 학습 과정은 과거에 저장된 많은 데이터로부터 특징 벡터를 추출하고, 추출된 특징 벡터를 토대로 학습 데이터 셋을 만들고, 학습 데이터 셋은 기계 학습 알고리즘에 기반하여 표면온도 예측 모델을 생성하게 된다. 학습 데이터는 기계 학습에서 원하는 정보를 추출하기 위해서 사용되는 데이터의 집합이다.In the machine learning process, feature vectors are extracted from many data stored in the past, a learning data set is created based on the extracted feature vectors, and the learning data set generates a surface temperature prediction model based on a machine learning algorithm. Learning data is a set of data used to extract desired information in machine learning.
기계 학습부(146)는 선형회귀분석을 이용하여 기계 학습할 수 있다. 기계 학습 모델은 널리 알려진 딥 컨벌루션 신경 네트워크일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.The machine learning unit 146 may perform machine learning using linear regression analysis. The machine learning model may be a well-known deep convolutional neural network, but is not limited thereto.
기계 학습부(146)는 창문 내측면의 표면 온도를 추정하는 기계 학습법의 선형 회귀 모델을 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낸다.The machine learning unit 146 represents a linear regression model of a machine learning method for estimating the surface temperature of the inner surface of the window as shown in [Equation 1] below.
여기서, 은 시간(i)에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 은 시간(i)에 따른 실내 온도, 은 시간(i)에 따른 실외 온도를 나타낸다.here, Is the estimate of the surface temperature of the inner side of the window over time (i), Is the room temperature over time (i), Represents the outdoor temperature over time (i).
기계 학습부(146)는 저장부(148)에 저장된 선형 회귀 모델을 메모리부(147)로 불러와서 실내 온도와 실외 온도를 입력 데이터로 창문 내측면의 표면 온도를 추정할 수 있다.The machine learning unit 146 may load the linear regression model stored in the
기계 학습부(146)는 각 시간대별 실내 온도와 실외 온도에 따른 창문 내측면의 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습한다.The machine learning unit 146 machine learns the correlation between the indoor temperature for each time period and the measured surface temperature of the inner side of the window according to the outdoor temperature.
다시 말해, 기계 학습부(146)는 온습도 정보 데이터베이스부(143)로부터 실내 온도, 실외 온도, 창문 내측면의 측정 표면 온도를 수신하고, 전술한 수학식 1의 파라미터인 선형 계수값(, , )의 최적값을 찾기 위해서 실내 온도와 실외 온도에 따른 창문 내측면의 측정 표면 온도를 기계 학습한다.In other words, the machine learning unit 146 receives the indoor temperature, the outdoor temperature, and the measured surface temperature of the inner side of the window from the temperature/humidity
기계 학습부(146)는 기계 학습으로 얻어진 선형 계수값(, , )을 수학식 1에 대입하여 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산한다.The machine learning unit 146 is a linear coefficient value obtained by machine learning ( , , ) Is substituted into
표 1에 도시된 바와 같이, 기계 학습부(146)는 선형 회귀 모델을 이용하여 온습도 정보 데이터베이스부(143)에서 각각의 학습 데이터와 테스트 데이터의 루트 평균 제곱 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 계산하고, 온습도 정보 데이터베이스부(143)로부터 수신된 데이터 셋에서 서로 다른 학습 데이터로 학습하여 얻어진 선형 계수값(, , )을 계산하여 나타낸다.As shown in Table 1, the machine learning unit 146 calculates a root mean square error (RMSE) of each training data and test data in the temperature and humidity
표 1에 결과에서 볼 수 있듯이 70% 학습 데이터가 있는 선형 회귀 모델은 학습 데이터와 테스트 데이터의 모두에서 최고의 성능을 보여준다.As can be seen from the results in Table 1, the linear regression model with 70% training data shows the best performance for both the training data and the test data.
표 1은 학습 데이터의 개수가 변함에 따라 선형 계수값과 성능(즉, RMSE)이 변화되는 것을 보여준다.Table 1 shows that the linear coefficient value and performance (ie, RMSE) change as the number of training data changes.
기계 학습부(146)는 루트 평균 제곱 오차(RMSE)를 최소화하기 위한 최적화를 수행하고, 루트 평균 제곱 오차가 최소값이 되면 이를 창문 내측면의 표면 온도 추정치로 선택한다.The machine learning unit 146 performs optimization to minimize the root mean square error (RMSE), and when the root mean square error reaches a minimum value, selects it as an estimate of the surface temperature of the inner side of the window.
도 3은 제1 센서노드(110)로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도(Tsurf-real)과 창문 내측면의 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)를 6일 동안 비교한 것이다. 비교한 결과는 온습도 정보 데이터베이스부(143)의 데이터 셋을 통해 학습된 선형 회귀 모델이 측정 표면 온도(Tsurf-real)에 근접한 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)를 찾을 수 있음을 확인하였다.FIG. 3 is a comparison of the measured surface temperature (Tsurf-real) of the inner side of the window measured from the
도 3에 도시된 바와 같이, 서버 제어부(141)는 제1 센서노드(110)에서 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도(Tsurf-real)와 창문 내측면의 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)의 차이를 계산하며, 평균 오차와 최대 오차를 계산한다.As shown in FIG. 3, the
기계 학습부(146)는 시간에 따른 창문 내측면의 측정 표면 온도와 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 차이값을 분석하여 차이값이 기설정된 기준값 이하일 때, 선형 계수값(, , )을 선택한다.The machine learning unit 146 analyzes the difference value between the measured surface temperature of the inner surface of the window and the estimated surface temperature of the inner surface of the window over time, and when the difference value is less than or equal to a preset reference value, a linear coefficient value ( , , Select ).
서버 제어부(141)는 제1 센서노드(110)에서 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도(Tsurf-real)와 창문 내측면의 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)의 시간에 따른 변화를 시간대별, 날짜별로 그래프로 각각 생성하여 디스플레이부(144)에 출력하며, 상기 계산한 평균 오차와 최대 오차를 문자 형태로 디스플레이부(144)에 출력한다.The
서버 제어부(141)는 창문 내측면의 표면 온도 추정치와 실내 공간의 실내 습도를 하기의 [수학식 2]과 [수학식 3]의 바렌부르크 공식(Barenbrug Formula)을 이용하여 이슬점 온도를 계산한다. 여기서, 실내 공간의 실내 습도는 온습도 정보 데이터베이스부(143)에서 검색하여 얻을 수 있다.The
여기서, a는 17.27℃, b는 237.3℃이다. T는 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 0℃ < T < 60℃, RH는 제2 센서노드(120)에서 측정된 실내 공간의 실내 습도, 1% < RH < 100%, Td는 이슬점 온도를 나타낸다.Here, a is 17.27°C and b is 237.3°C. T is the estimated surface temperature of the inner side of the window, 0°C <T <60°C, RH is the indoor humidity of the indoor space measured by the
기계 학습부(146)는 수학식 1의 선형 계수값(, , )을 계산하여 시간에 따른 창문 내측면의 표면 온도를 추정할 수 있다. 이후에는 창문 내측면에 설치된 제1 센서노드(110)를 제거하고, 제2 센서노드(120)만을 설치하여 주기적으로 실내 온도와 실외 온도를 이용하여 창문 내측면의 표면 온도를 추정할 수 있다.The machine learning unit 146 is a linear coefficient value of Equation 1 ( , , ) Can be calculated to estimate the surface temperature of the inner side of the window over time. Thereafter, the
본 발명은 선형 계수값을 이용하여 창문 내측면의 표면 온도를 추정하게 되면, 이후에 실내 온도와 실외 온도만을 이용하여 실내 결로를 예측할 수 있다.According to the present invention, if the surface temperature of the inner surface of the window is estimated by using a linear coefficient value, then indoor condensation can be predicted using only the indoor temperature and the outdoor temperature.
서버 제어부(140)는 제2 센서노드(120)로부터 실내 온도를 시간대별, 날짜별로 주기적으로 수신하고, 날씨 API 서버(150)로부터 실외 온도를 시간대별, 날짜별로 주기적으로 수신한다.The
서버 제어부(140)는 실내 온도와 실외 온도를 전술한 수학식 1에 대입하여 시간에 따른 창문 내측면의 표면 온도를 추정한다.The
결로 예측부(142)는 창문 내측면의 표면 온도 추정치와, 이슬점 온도를 이용하여 실내 결로의 발생을 추정할 수 있다. 여기서, 실내 결로는 설명의 편의를 위하여 창문 내측면의 결로 발생을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않으며, 실내 벽면 등 실내의 다양한 위치에 발생하는 결로를 나타낼 수 있다.The
결로 예측부(142)는 시간에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치와 시간에 따른 이슬점 온도에 대한 변화하는 패턴을 모니터링하고, 상기 이슬점 온도와 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 차이를 계산하여 결로를 판단할 수 있다.The
이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.In the above, embodiments of the present invention are not implemented only through an apparatus and/or a method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium in which the program is recorded, or the like. And, this implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
100: 결로 예측 시스템 110: 제1 센서노드
111: 제1 센서부 112: 제1 제어부
113: 제1 무선통신모듈 120: 제2 센서노드
121: 제2 센서부 122: 제2 제어부
123: 제2 무선통신모듈 130: 통신망
140: 클라우드 서버 141: 서버 제어부
142: 결로 예측부 143: 온습도 정보 데이터베이스부
144: 디스플레이부 145: 무선통신부
146: 기계 학습부 147: 메모리부
148: 저장부 150: 날씨 API 서버100: condensation prediction system 110: first sensor node
111: first sensor unit 112: first control unit
113: first wireless communication module 120: second sensor node
121: second sensor unit 122: second control unit
123: second wireless communication module 130: communication network
140: cloud server 141: server control unit
142: condensation prediction unit 143: temperature and humidity information database unit
144: display unit 145: wireless communication unit
146: machine learning unit 147: memory unit
148: storage unit 150: weather API server
Claims (8)
실내의 일측에 부착된 제2 센서노드; 및
상기 제1 센서노드로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도를 무선 통신으로 수신하고, 상기 제2 센서노드로부터 실내 온도와 습도 정보를 무선 통신으로 수신하고, 외부의 날씨 정보 서버로부터 실외 온도를 수신하고, 시간대별 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하여 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 대한 창문 내측면의 표면 온도를 추정하는 클라이언트 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 시스템.A first sensor node attached to the inner surface of the window where condensation occurs;
A second sensor node attached to one side of the room; And
Receives the measured surface temperature of the inner side of the window measured from the first sensor node through wireless communication, receives indoor temperature and humidity information from the second sensor node through wireless communication, and receives outdoor temperature from an external weather information server And a client server estimating a surface temperature of an inner surface of a window with respect to the indoor temperature and the outdoor temperature by machine learning a correlation between the indoor temperature and the measured surface temperature according to the outdoor temperature for each time period. Condensation prediction system.
상기 클라이언트 서버는 하기의 수학식 1의 선형 회귀 모델을 이용하여 하기의 수학식 1의 파라미터인 선형 계수값(, , )의 최적값을 찾기 위해서 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하고, 상기 기계 학습으로 얻어진 선형 계수값(, , )을 하기의 수학식 1에 대입하여 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산하는 기계 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 시스템.
[수학식 1]
여기서, 은 시간(i)에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 은 시간(i)에 따른 실내 온도, 은 시간(i)에 따른 실외 온도임.The method of claim 1,
The client server uses a linear regression model of Equation 1 below, and uses a linear coefficient value, which is a parameter of Equation 1 below. , , In order to find the optimum value of ), the correlation between the indoor temperature and the measured surface temperature according to the outdoor temperature is machine-learned, and a linear coefficient value obtained by the machine learning ( , , And a machine learning unit that calculates an estimate of the surface temperature of the inner surface of the window by substituting) into Equation 1 below.
[Equation 1]
here, Is the estimate of the surface temperature of the inner side of the window over time (i), Is the room temperature over time (i), Is the outdoor temperature over time (i).
상기 기계 학습부는 상기 제1 센서노드에서 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도(Tsurf-real)와 상기 계산된 창문 내측면의 표면 온도 추정치(Tsurf-pred)의 시간에 따른 변화를 시간대별, 날짜별로 그래프로 각각 생성하고, 상기 측정 표면 온도와 상기 표면 온도 추정치의 차이값이 기설정된 기준값 이하일 때, 상기 선형 계수값(, , )을 선택하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 시스템.The method of claim 2,
The machine learning unit determines the time-dependent variation of the measured surface temperature (Tsurf-real) of the inner side of the window measured by the first sensor node and the calculated Tsurf-pred of the inner side of the window. Each graph is generated for each, and when the difference between the measured surface temperature and the estimated surface temperature is less than or equal to a preset reference value, the linear coefficient value ( , , ) To select the condensation prediction system.
상기 클라이언트 서버는 상기 계산된 창문 내측면의 표면 온도 추정치와 상기 실내 공간의 습도 정보를 하기의 수학식 2와 수학식 3의 바렌부르크 공식(Barenbrug Formula)을 이용하여 이슬점 온도를 계산하는 서버 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 시스템.
[수학식 2]
[수학식 3]
여기서, a는 17.27℃, b는 237.3℃, T는 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 0℃ < T < 60℃, RH는 상기 제2 센서노드에서 측정된 실내 공간의 실내 습도, 1% < RH < 100%, Td는 이슬점 온도임.The method of claim 2,
The client server includes a server control unit that calculates the dew point temperature by using the calculated estimated surface temperature of the window inner surface and the humidity information of the indoor space using the Barenbrug Formula of Equations 2 and 3 below. Condensation prediction system, characterized in that it further comprises.
[Equation 2]
[Equation 3]
Where a is 17.27°C, b is 237.3°C, T is the estimated surface temperature of the inner side of the window, 0°C <T <60°C, RH is the indoor humidity of the indoor space measured by the second sensor node, 1% <RH <100%, Td is the dew point temperature.
상기 서버 제어부는 상기 계산한 이슬점 온도와 상기 계산된 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 시간에 따른 변화 패턴을 모니터링하고, 상기 이슬점 온도와 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 차이를 계산하여 결로를 판단하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 시스템.The method of claim 4,
The server control unit monitors a pattern of changes over time between the calculated dew point temperature and the calculated surface temperature estimate of the window inner surface, and determines condensation by calculating a difference between the dew point temperature and the surface temperature estimate of the window inner surface. Condensation prediction system, characterized in that.
상기 클라우드 서버는 제1 센서노드로부터 측정된 창문 내측면의 측정 표면 온도를 무선 통신으로 수신하고, 실내 일측에 부착된 제2 센서노드로부터 실내 온도와 습도 정보를 무선 통신으로 수신하고, 외부의 날씨 정보 서버로부터 실외 온도를 수신하는 단계;
상기 클라우드 서버는 하기의 수학식 2의 선형 회귀 모델을 이용하여 하기의 수학식 4의 파라미터인 선형 계수값(, , )의 최적값을 찾기 위해서 상기 실내 온도와 상기 실외 온도에 따른 상기 측정 표면 온도의 상관 관계를 기계 학습하는 단계; 및
상기 클라우드 서버는 상기 기계 학습으로 얻어진 선형 계수값(, , )을 하기의 수학식 4에 대입하여 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로를 예측하는 방법.
[수학식 4]
여기서, 은 시간(i)에 따른 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 은 시간(i)에 따른 실내 온도, 은 시간(i)에 따른 실외 온도임.In the method for predicting condensation consisting of one or more sensor nodes and a client server,
The cloud server receives the measured surface temperature of the inner side of the window measured from the first sensor node through wireless communication, receives the indoor temperature and humidity information from the second sensor node attached to one side of the room through wireless communication, and external weather Receiving an outdoor temperature from an information server;
The cloud server uses a linear regression model of Equation 2 below, which is a parameter of Equation 4 below ( , , Machine learning a correlation between the indoor temperature and the measured surface temperature according to the outdoor temperature in order to find an optimum value of ); And
The cloud server is a linear coefficient value obtained by the machine learning ( , , ) By substituting Equation 4 below to calculate an estimate of the surface temperature of the inner side of the window.
[Equation 4]
here, Is the estimate of the surface temperature of the inner side of the window over time (i), Is the room temperature over time (i), Is the outdoor temperature over time (i).
상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치를 계산하는 단계 이후에,
상기 클라이언트 서버는 상기 계산된 창문 내측면의 표면 온도 추정치와 상기 실내 공간의 습도 정보를 하기의 수학식 5와 수학식 6의 바렌부르크 공식(Barenbrug Formula)을 이용하여 이슬점 온도를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결로를 예측하는 방법.
[수학식 5]
[수학식 6]
여기서, a는 17.27℃, b는 237.3℃, T는 창문 내측면의 표면 온도 추정치, 0℃ < T < 60℃, RH는 상기 제2 센서노드에서 측정된 실내 공간의 실내 습도, 1% < RH < 100%, Td는 이슬점 온도임.The method of claim 6,
After the step of calculating an estimate of the surface temperature of the inner side of the window,
The client server further calculates the dew point temperature by using the Barenbrug Formula of Equations 5 and 6 below to calculate the estimated surface temperature of the inner surface of the window and the humidity information of the indoor space. Method for predicting condensation, characterized in that it comprises.
[Equation 5]
[Equation 6]
Where a is 17.27°C, b is 237.3°C, T is the estimated surface temperature of the inner side of the window, 0°C <T <60°C, RH is the indoor humidity of the indoor space measured by the second sensor node, 1% <RH <100%, Td is the dew point temperature.
상기 계산한 이슬점 온도와 상기 계산된 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 시간에 따른 변화 패턴을 모니터링하고, 상기 이슬점 온도와 상기 창문 내측면의 표면 온도 추정치의 차이를 계산하여 결로를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결로를 예측하는 방법.The method of claim 7,
And determining condensation by monitoring a change pattern of the calculated dew point temperature and the calculated surface temperature estimate value of the window inner surface over time, and calculating a difference between the dew point temperature and the surface temperature estimate value of the window inner surface Method for predicting condensation, characterized in that to.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |