KR20210097412A - Building Energy Failure Diagnosis and Analysis System with integrated Virtual sensor and Deep learning, and Building Energy Failure Diagnosis and Analysis Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템, 이를 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 건물 온도 데이터를 수집하고 가상센서를 통해 추정된 데이터를 기반으로 딥러닝 기술을 활용하여 자동으로 고장 진단 및 분석함으로써, 건물의 공조장치를 효율적으로 유지/보수할 수 있고, 이를 통해 에너지 활용을 최적화할 수 있는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템, 이를 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning, and a building energy failure diagnosis and analysis method using the same. By automatically diagnosing and analyzing failures using deep learning technology with and an analysis system, and a building energy failure diagnosis and analysis method using the same.
최근 에너지 수요가 빠르게 증가하면서 상업용 건물에 대한 에너지 시스템 관리에 대한 중요성은 날이 갈수록 커지고 있다. With the recent rapid increase in energy demand, the importance of energy system management for commercial buildings is increasing day by day.
2010년 미국의 상업용 빌딩 전기 소비량은 미국 전체 전기 소비량의 35% 가량을 차지하고 있고, 상업용 빌딩 내에 공조 장치는 빌딩 전기 소비량에 30% 가량을 차지하고 있다.In 2010, electricity consumption in commercial buildings in the United States accounted for 35% of total electricity consumption in the United States, and air conditioners in commercial buildings accounted for about 30% of electricity consumption in buildings.
또한, 각국 정부는 도시의 첨단화와 지속 가능성을 추구하려는 시도로써 스마트 시티에 대한 연구를 적극적으로 수행하고 있으며, 스마트 시티 조성을 위해서는 에너지를 줄이고 효율적으로 관리하는 것이 중요하다.In addition, governments around the world are actively conducting research on smart cities as an attempt to pursue urban advancement and sustainability.
전세계적으로 보면 에너지 소비량 중 건물 영역의 소비 비중이 약 36%이며, 온실가스 배출량 중 건물 에너지 관련 온실가스 배출량이 약 39%를 차지하고 있다. Globally, the building sector accounts for about 36% of energy consumption, and building energy-related greenhouse gas emissions account for about 39% of greenhouse gas emissions.
우리나라 또한 전체 에너지 소비량 중 30%를 건물에서 차지하고 있어 세계 평균에 비해 낮은 편이나 단위 면적으로 보면 미국이나 일본 같은 선진국 대비 훨씬 많은 에너지를 소비하고 있는 실정이다.Korea also accounts for 30% of total energy consumption in buildings, which is lower than the global average, but in terms of unit area, it consumes much more energy than advanced countries such as the United States or Japan.
건물 자체의 에너지 효율을 높이는 것뿐만 아니라 건물 내부에서 사용하는 각종 설비를 효율적으로 관리하는 것이 필요하다. 특히, 상업용 건물의 경우 실내 환경을 쾌적하게 유지하기 위해 사용되는 에너지가 건물 에너지 사용량의 약 75%를 차지하므로, 이를 효율적으로 통합 관리하면 기존 에너지 사용에 대비해 연간 30% 이상의 에너지 운영 비용을 절감할 수 있을 것으로 사료된다.It is necessary not only to improve the energy efficiency of the building itself, but also to efficiently manage various facilities used inside the building. In particular, in the case of commercial buildings, energy used to maintain a pleasant indoor environment accounts for about 75% of building energy consumption. It is presumed that it will be possible
이에 따라, 건물을 구성하는 다양한 시스템에 대한 건축, 기계, 제어시스템 관련 하드웨어 및 소프트웨어 기술개발이 지난 10여 년간 진행되어 왔으나, 단위 기술 위주의 개발에 집중되어 왔다. Accordingly, hardware and software technologies related to architecture, machinery, and control systems have been developed for various systems constituting a building for the past 10 years, but have been focused on unit technology development.
그러나, 건물은 다양한 시스템으로 구성되어 있기 때문에 실질적인 에너지 효율 향상을 위해서는 건물 설비들의 상호정보의 교환을 통한 상황인식과 목적함수에 따른 최적의 제어판단이 필요하다.However, since the building is composed of various systems, the optimal control panel according to the objective function and situational awareness through the mutual information exchange of building facilities is required to improve the actual energy efficiency.
따라서, 구체적인 기술개발 측면에서 보면 상황인식을 위한 상태 정보의 수집, 처리기술, 분석 및 예측 기술이 필요하며, 최종 예측된 상태와 목표에 따른 최적 제어 방향을 결정하는 기술이 필요하다.Therefore, in terms of specific technology development, it is necessary to collect, process, analyze, and predict state information for situational awareness, and to determine the optimal control direction according to the final predicted state and goal.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 범용 센서로 건물 온도 데이터를 수집하고 열역학 및 유체역학적 정보를 참고한 가상센서를 통해 추정된 데이터를 기반으로 딥러닝 기술을 활용함으로써, 사전 대응적인 예측식 고장진단을 통해 건물의 공조장치를 효율적으로 유지/보수할 수 있고, 이를 통해 에너지 활용을 최적화할 수 있는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템, 이를 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention collects building temperature data with a general-purpose sensor and utilizes deep learning technology based on data estimated through a virtual sensor referring to thermodynamic and hydrodynamic information, thereby providing a proactive predictive formula A building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning that can efficiently maintain/repair the air conditioning system of a building through failure diagnosis and optimize energy use through this, and building energy failure diagnosis and An object of the present invention is to provide an analysis method.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템은 적어도 하나 이상의 공조장치가 설치된 건물에서 온도 센서부로부터 측정된 건물 온도 데이터를 수집하여 저장하는 데이터베이스; 상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 상기 공조장치 가상 데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상센서부; 딥러닝 모델에 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝부 및 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성하는 고장진단 통합부를 포함하는 관리서버를 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention is a building temperature data measured from a temperature sensor unit in a building in which at least one air conditioner is installed. a database that collects and stores; a virtual sensor unit for estimating virtual data of the air conditioner by using the building temperature data and generating a first failure diagnosis result through the virtual data for the air conditioner; A deep learning unit that learns the building temperature data and the first failure diagnosis result of the virtual sensor unit in a deep learning model, and generates a second failure diagnosis result through simulation verification using the learned deep learning model, and the first and first 2 It is possible to provide a building energy failure diagnosis and analysis system that integrates deep learning and a virtual sensor including a management server including a failure diagnosis integrator that generates a final diagnosis result by integrating the failure diagnosis results.
여기서, 상기 가상센서부는 상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정하는 가상센서; 상기 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산하는 가상 분류오차부; 상기 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성하는 가상 고장진단부 및 상기 공조장치 가상 데이터 및 진단 정보를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상 진단출력부를 포함할 수 있다.Here, the virtual sensor unit includes a virtual sensor for estimating virtual data of the air conditioner using the building temperature data; a virtual classification error unit for calculating a classification error value through the air conditioner virtual data; and a virtual fault diagnosis unit configured to generate diagnostic information by determining whether there is a failure based on the classification error value, and a virtual diagnosis output unit configured to generate a first fault diagnosis result based on the air conditioner virtual data and diagnosis information.
또한, 상기 온도 센서부는 상기 건물 온도 데이터로 상기 공조장치의 증발 온도(Evaporating temperature, Teva), 응축 온도(Condensing temperature, Tcond), 흡기 라인 온도(Suction line temperature, Tsuc), 액체 라인 온도(Liquid line temperature, Tliquid), 배출 라인 온도(Discharging line temperature, Tdis), 응축기 입구 온도(Condenser Inlet dry temperature, Tcond.in), 응축기 출구 온도(Condenser Oulet dry temperature, Tcond.out), 증발기 입구 온도(Evaporator Inlet dry temperature, Teva.in) 및 증발기 출구 온도(Evaporator Oulet dry temperature, Teva.out) 중 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor unit evaporating temperature (T eva ), condensing temperature (T cond ), intake line temperature (Suction line temperature, T suc ) of the air conditioner as the building temperature data, liquid line temperature (Liquid line temperature, T liquid ), Discharging line temperature (T dis ), Condenser Inlet dry temperature (T cond.in ), Condenser Oulet dry temperature (T cond.out ) , characterized by measuring at least one of an evaporator inlet temperature (Evaporator Inlet dry temperature, T eva.in ) and an evaporator outlet temperature (Evaporator Oulet dry temperature, T eva.out ).
또한, 상기 가상센서는 상기 증발 온도 및 응축 온도를 이용하여 압축기 전력 사용량을 추정하는 압축기 전력 센서; 상기 건물 온도 데이터를 통해 냉매 질량 유량을 추정하는 냉매 질량 유량 센서; 상기 건물 온도 데이터를 통해 응축기 및 증발기 중 하나 이상의 기체 부피 유량을 추정하는 기체 유량 센서 및 상기 증발 온도, 응축 온도, 흡기 라인 온도, 액체 라인 온도를 이용하여 냉매 충전량을 추정하는 냉매 충전량 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the virtual sensor may include: a compressor power sensor for estimating a compressor power usage using the evaporation temperature and the condensation temperature; a refrigerant mass flow sensor estimating a refrigerant mass flow rate through the building temperature data; At least one of a gas flow sensor estimating a gas volume flow rate of at least one of a condenser and an evaporator through the building temperature data, and a refrigerant charge amount sensor estimating a refrigerant charge amount using the evaporation temperature, condensation temperature, intake line temperature, and liquid line temperature may include.
또한, 상기 딥러닝부는 딥러닝 모델에 상기 데이터베이스에 저장된 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정하는 모델선정부; 선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하는 딥러닝 검증부; 상기 딥러닝 검증부로부터 얻어진 검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성하는 딥러닝 고장진단부 및 상기 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝 진단출력부를 포함할 수 있다.In addition, the deep learning unit learns the building temperature data stored in the database in the deep learning model and the first failure diagnosis result of the virtual sensor unit, and a model selection unit for selecting the learned deep learning model; a deep learning verification unit that performs energy saving simulation verification through the selected deep learning model; A deep learning fault diagnosis unit that compares the verification result obtained from the deep learning verification unit with the actual building energy information to determine whether there is a failure and generates diagnosis information, and a deep learning diagnosis output that generates a second failure diagnosis result through the diagnosis information may include wealth.
또한, 상기 모델선정부는 선정한 딥러닝 모델의 예측 정확도를 판별하여, 신뢰범위를 벗어날 경우 딥러닝 모델을 다시 선정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the model selection unit is characterized in that by determining the prediction accuracy of the selected deep learning model, and selecting the deep learning model again when out of the confidence range.
또한, 상기 고장진단 통합부는 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 판정일 경우, 고장 상태로 판단하고, 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 중 하나만 고장 판정일 경우, 경고 상태로 판단하고, 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 없음 판정일 경우, 고장 없음 상태로 판단하여 최종 진단 결과를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fault diagnosis integration unit determines that when both the first and second fault diagnosis results are faulty, it is determined as a fault state, and when only one of the first and second fault diagnosis results is a fault determination, it is determined as a warning state, When both the first and second fault diagnosis results are determined to be no faults, it is determined that no faults are present and a final diagnosis result is generated.
또한, 상기 관리서버는 상기 고장진단 통합부로부터 생성된 최종 진단 결과에 따라 보수 및 교체가 필요한 경우, 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인하는 고장인지부를 더 포함할 수 있다.In addition, the management server may further include a failure recognition unit for checking whether repair and replacement has been performed for a certain period of time when repair and replacement are required according to the final diagnosis result generated by the failure diagnosis integration unit.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법은 (a) 온도 센서부로부터 측정된 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 공조장치 가상데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상센서 진단단계; (b) 딥러닝 모델에 건물 온도 데이터 및 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝 진단단계 및 (c) 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성하는 고장진단 통합단계를 포함하는 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법을 제공할 수 있다.In addition, the building energy failure diagnosis and analysis method using the building energy failure diagnosis and analysis system integrated with the virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention is (a) air conditioning using the building temperature data measured from the temperature sensor unit after estimating the device virtual data, a virtual sensor diagnosis step of generating a first failure diagnosis result through the air conditioner virtual data; (b) a deep learning diagnosis step of learning the building temperature data and the first failure diagnosis result in the deep learning model, and generating a second failure diagnosis result through simulation verification using the learned deep learning model, and (c) the first It is possible to provide a building energy failure diagnosis and analysis method including a failure diagnosis integration step of generating a final diagnosis result by integrating the first and second failure diagnosis results.
여기서, 상기 (a) 단계는 상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정하는 추정단계; 상기 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산하는 오차계산단계; 상기 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성하는 가상진단단계 및 상기 공조장치 가상 데이터 및 진단 정보를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 결과출력단계를 포함할 수 있다.Here, the step (a) may include an estimation step of estimating virtual data for an air conditioner using the building temperature data; an error calculation step of calculating a classification error value through the air conditioner virtual data; The method may include a virtual diagnosis step of generating diagnostic information by determining whether there is a failure based on the classification error value, and a result output step of generating a first failure diagnosis result using the air conditioner virtual data and diagnostic information.
또한, 상기 (b) 단계는 딥러닝 모델에 상기 데이터베이스에 저장된 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정하는 모델선정단계; 선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하는 딥러닝검증단계; 검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성하는 딥러닝진단단계 및 상기 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 결과출력단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (b) is a model selection step of learning the building temperature data stored in the database in the deep learning model and the first failure diagnosis result of the virtual sensor unit, and selecting the learned deep learning model; A deep learning verification step of performing energy saving simulation verification through the selected deep learning model; It may include a deep learning diagnosis step of comparing the verification result with the actual building energy information to determine whether there is a failure and generating diagnostic information, and a result output step of generating a second failure diagnosis result through the diagnosis information.
또한, 상기 (c) 단계 후, 생성된 최종 진단 결과에 따라 보수 및 교체가 필요한 경우, 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인하는 관리단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after step (c), if maintenance and replacement are required according to the generated final diagnosis result, the method may further include a management step of confirming whether the maintenance and replacement have been performed for a certain period of time.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템, 이를 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법은 가상센서의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘과 인공 신경망의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘을 통합 구현함으로써, 최적화된 에너지 활용을 통해 건물의 공조장치를 효율적으로 유지/보수하도록 할 수 있다.The building energy failure diagnosis and analysis system that integrates the virtual sensor and deep learning according to the embodiment of the present invention as described above, and the building energy failure diagnosis and analysis method using the same, include a failure diagnosis and analysis algorithm having the concept of a virtual sensor and an artificial By integrating the failure diagnosis and analysis algorithm with the concept of a neural network, it is possible to efficiently maintain/repair the air conditioning system of the building through optimized energy utilization.
즉, 온도 센서부로 건물 온도 데이터를 수집하고, 열역학 및 유체역학적 정보를 참고한 가상센서를 통해 추정된 데이터를 기반으로 딥러닝 기술을 활용하여 자동으로 고장 진단 및 분석함으로써, 고장을 정확하게 예측하고 단시간에 고장 원인을 직관적으로 파악할 수 있어 관리자가 빠르게 대응하도록 할 수 있다.In other words, it collects building temperature data from the temperature sensor unit and uses deep learning technology to automatically diagnose and analyze failures accurately and in a short time based on the data estimated through the virtual sensor referring to thermodynamic and hydrodynamic information. The cause of the failure can be intuitively identified, allowing the administrator to respond quickly.
이에 따라, 유지/보수 과정에서 낭비되는 시간을 절약시킬 수 있고, 관리자의 만족도가 향상되며 건물 에너지를 최적의 조건으로 용이하게 관리할 수 있다.Accordingly, time wasted in the maintenance/repair process can be saved, manager satisfaction is improved, and building energy can be easily managed under optimal conditions.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 도 1의 온도 센서부가 측정하는 공조장치의 온도를 도시한 개념도.
도 3은 도 1의 관리서버의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 도 3의 가상센서부의 구성을 도시한 블록도.
도 5는 냉매 질량 유량 센서의 압축기 맵 가상센서, 에너지 평형 가상센서 및 팽창 장치 가상센서에서 추정된 냉매 질량 유량을 비교하여 분류 오차값을 구한 결과 그래프.
도 6은 도 3의 딥러닝부의 구성을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법을 나타낸 흐름도.
도 8은 도 7의 S1 단계를 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 9는 도 7의 S2 단계를 순차적으로 나타낸 흐름도.1 is a block diagram illustrating a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the temperature of the air conditioner measured by the temperature sensor of FIG. 1 .
Fig. 3 is a block diagram showing the configuration of the management server of Fig. 1;
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the virtual sensor unit of FIG. 3 .
5 is a graph of the result of obtaining classification error values by comparing the refrigerant mass flow rates estimated from the compressor map virtual sensor, the energy balance virtual sensor, and the expansion device virtual sensor of the refrigerant mass flow sensor.
6 is a block diagram showing the configuration of the deep learning unit of FIG.
7 is a flowchart illustrating a building energy failure diagnosis and analysis method using a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart sequentially illustrating step S1 of FIG. 7 .
9 is a flowchart sequentially illustrating steps S2 of FIG. 7;
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the description of the present invention with reference to the drawings is not limited to specific embodiments, and various modifications may be made and various embodiments may be provided. In addition, it should be understood that the contents described below include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following description, terms such as first and second are terms used to describe various components, meanings are not limited thereto, and are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Like reference numbers used throughout this specification refer to like elements.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprises", "comprising" or "have" described below are intended to designate the existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It should be construed as not precluding the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1 to 9.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 온도 센서부가 측정하는 공조장치의 온도를 도시한 개념도이고, 도 3은 도 1의 관리서버의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 도 3의 가상센서부의 구성을 도시한 블록도이고, 도 5는 냉매 질량 유량 센서의 압축기 맵 가상센서, 에너지 평형 가상센서 및 팽창 장치 가상센서에서 추정된 냉매 질량 유량을 비교하여 분류 오차값을 구한 결과 그래프이며, 도 6은 도 3의 딥러닝부의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the temperature of the air conditioner measured by the temperature sensor unit of FIG. It is a conceptual diagram, Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the management server of Figure 1, Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the virtual sensor unit of Figure 3, Figure 5 is a compressor map virtual sensor of the refrigerant mass flow sensor, It is a graph as a result of obtaining a classification error value by comparing the refrigerant mass flow estimated from the energy balance virtual sensor and the expansion device virtual sensor, and FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the deep learning unit of FIG. 3 .
본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템(이하 '건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템'이라 함)은 하나 이상의 공조장치가 설치된 건물에 적용되어, 공조장치의 고장을 정확하게 예측하고 단시간에 고장원인을 파악할 수 있어 건물의 공조장치를 효율적으로 유지/보수하도록 할 수 있도록 한다. 이를 통해 건물 에너지를 최적의 조건으로 용이하게 관리하도록 할 수 있다.The building energy failure diagnosis and analysis system (hereinafter referred to as 'building energy failure diagnosis and analysis system') that integrates a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention is applied to a building in which one or more air conditioners are installed, It enables the efficient maintenance/repair of the air conditioning system of the building by accurately predicting the failure of the building and identifying the cause of the failure in a short time. Through this, building energy can be easily managed under optimal conditions.
도 1을 참조하면, 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템은 온도 센서부(1), 관리서버(2) 및 관리자 단말(3)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the building energy failure diagnosis and analysis system may include a temperature sensor unit 1 , a
먼저, 온도 센서부(1)는 하나 이상의 범용 온도 센서로 이루어질 수 있으며, 하나 이상의 공조장치가 설치된 건물에서 공조장치의 온도를 측정하여 건물 온도 데이터를 획득하고, 이를 관리서버(2)로 전송할 수 있다.First, the temperature sensor unit 1 may include one or more general-purpose temperature sensors, measure the temperature of the air conditioner in a building in which one or more air conditioners are installed, obtain building temperature data, and transmit it to the
이러한 온도 센서부(1)는 건물 온도 데이터로, 공조장치의 증발 온도(Evaporating temperature, Teva), 응축 온도(Condensing temperature, Tcond), 흡기 라인 온도(Suction line temperature, Tsuc), 액체 라인 온도(Liquid line temperature, Tliquid), 배출 라인 온도(Discharging line temperature, Tdis), 응축기 입구 온도(Condenser Inlet dry temperature, Tcond.in), 응축기 출구 온도(Condenser Oulet dry temperature, Tcond.out), 증발기 입구 온도(Evaporator Inlet dry temperature, Teva.in) 및 증발기 출구 온도(Evaporator Oulet dry temperature, Teva.out) 중 하나 이상을 측정할 수 있으며, 모두 측정하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 도 2와 같이, 상기 온도들은 각 위치에서의 냉매의 온도를 지칭 한다.The temperature sensor unit 1 is the building temperature data, evaporating temperature (T eva ), condensing temperature (T cond ), intake line temperature (Suction line temperature, T suc ) of the air conditioner, liquid line temperature (Liquid line temperature, T liquid) , the discharge line temperature (discharging line temperature, T dis) , the condenser inlet temperature (inlet dry condenser temperature, T cond.in), the condenser outlet temperature (condenser Oulet dry temperature, T cond.out ), evaporator inlet dry temperature (T eva.in ), and evaporator outlet temperature (Evaporator Oulet dry temperature, T eva.out ) can be measured, and it is most preferable to measure all of them it doesn't happen As shown in Figure 2, the temperatures refer to the temperature of the refrigerant at each location.
관리서버(2)는 온도 센서부(1)로부터 건물 온도 데이터를 수신받고, 건물 온도 데이터를 이용하여 가상센서와 딥러닝을 통합한 알고리즘을 통해 공조장치의 고장 여부를 진단하고, 고장 시 원인을 분석하여 최종 진단 결과를 생성하고, 이를 관리자 단말(3)에 전송할 수 있다.The management server (2) receives the building temperature data from the temperature sensor unit (1), uses the building temperature data to diagnose the failure of the air conditioner through an algorithm that integrates the virtual sensor and deep learning, and determines the cause of the failure It is possible to generate a final diagnosis result by analyzing, and transmit it to the
도 3을 참조하면, 관리서버(2)는 데이터베이스(20), 가상센서부(21), 딥러닝부(22), 고장진단 통합부(23) 및 고장인지부(24)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
구체적으로, 데이터베이스(20)는 적어도 하나 이상의 공조장치가 설치된 건물에서 온도 센서부로부터 측정된 건물 온도 데이터를 수집하여 저장할 수 있다. 또한, 데이터베이스(20)는 가상센서부(21), 딥러닝부(22) 및 고장진단 통합부(23)로부터 생성된 공조장치 가상 데이터, 제1 고장 진단 결과, 제2 고장 진단 결과 및 최종 진단 결과를 저장할 수 있다.Specifically, the
또한, 데이터베이스(20)는 실제 건물 에너지 정보를 획득하여 저장할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 이외에 시스템에서 필요한 다양한 정보를 저장하고 있을 수 있다.In addition, the
가상센서부(21)는 가상센서의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘이 구현된 것으로, 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 공조장치 가상 데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성할 수 있다.The
이러한 가상센서부(21)는, 도 4를 참조하면, 가상센서(210), 가상 분류오차부(211), 가상 고장진단부(212) 및 가상 진단출력부(213)를 포함할 수 있다.4 , the
가상센서(210)는 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정할 수 있다. The
여기서 공조장치 가상 데이터는 압축기 전력 사용량, 냉매 질량 유량, 기체 부피 유량, 냉매 충전량 등 중 하나 이상을 포함할 수 있는데, 이를 추정하기 위해, 가상센서(210)는 압축기 전력 센서, 냉매 질량 유량 센서, 기체 유량 센서 및 냉매 충전량 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the air conditioner virtual data may include one or more of compressor power usage, refrigerant mass flow rate, gas volume flow rate, refrigerant charge amount, etc. In order to estimate this, the
압축기 전력 센서(Virtual Compressor Power(VCP) sensor)는 건물 온도 데이터 중 증발 온도 및 응축 온도를 이용하여 압축기 전력 사용량을 추정하는 것으로, 하기 수학식 1을 통해 압축기 전력 사용량()을 추정할 수 있다.The compressor power sensor (Virtual Compressor Power (VCP) sensor) estimates the compressor power usage by using the evaporation temperature and the condensation temperature among the building temperature data, and the compressor power usage ( ) can be estimated.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Tc는 응축온도, Te는 증발 온도, a0 내지 a8는 독립변수의 계수들이다.Here, T c is the condensation temperature, T e is the evaporation temperature, and a 0 to a 8 are coefficients of the independent variable.
냉매 질량 유량 센서(Virtual Refriderant Mass Flow(VRMF) sensor)는 건물 온도 데이터를 통해 냉매 질량 유량을 추정하는 것으로, 압축기 맵 가상센서, 에너지 평형 가상센서 및 팽창 장치 가상센서를 포함하고, 이 중 하나 이상을 이용하여 각각 냉매 질량 유량을 추정할 수 있다.Refrigerant mass flow sensor (Virtual Refriderant Mass Flow (VRMF) sensor) estimates refrigerant mass flow through building temperature data, and includes a compressor map virtual sensor, an energy balance virtual sensor, and an expansion device virtual sensor, at least one of them can be used to estimate the refrigerant mass flow, respectively.
첫번째, 압축기 맵 가상센서는 증발 온도와 응축 온도를 기반으로 압축기의 냉매 질량 유량을 추정하는 가상 센서로, 하기수학식 2를 통해 냉매 질량 유량()을 추정할 수 있다.First, the compressor map virtual sensor is a virtual sensor that estimates the refrigerant mass flow rate of the compressor based on the evaporation temperature and the condensation temperature, and the refrigerant mass flow rate ( ) can be estimated.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, Tc는 응축 온도, Te는 증발 온도, ρsuc,rated는 흡기 라인 냉매 가스의 밀도, 는 냉매의 체적 유량, c1 내지 c5는 독립변수의 계수들이다.where T c is the condensation temperature, T e is the evaporation temperature, ρ suc,rated is the density of the intake line refrigerant gas, is the volume flow rate of the refrigerant, and c 1 to c 5 are coefficients of the independent variable.
두번째, 에너지 평형 가상센서는 냉동 사이클에 적용되는 에너지 평형 방정식과 열역학 상태의 원리를 기반으로 개발된 가상 센서로, 증발 온도, 응축 온도, 흡기 라인 온도, 배출 라인 온도와 열역학 상태의 원리를 기반으로 각각의 엔탈피를 계산한 후, 에너지 평형 방정식을 이용하여 냉매 질량 유량을 추정하는 것이다. 즉, 하기 수학식 3을 통해 냉매 질량 유량()을 추정할 수 있다.Second, the energy balance virtual sensor is a virtual sensor developed based on the principle of the energy balance equation and thermodynamic state applied to the refrigeration cycle. After calculating each enthalpy, the refrigerant mass flow rate is estimated using the energy balance equation. That is, the refrigerant mass flow rate ( ) can be estimated.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, 는 압축기 전력 사용량, αloss는 압축기 손실 계수, hdis 배출 라인 냉매 가스의 엔탈피, Tdis는 배출 라인 온도, Pdis는 배출 라인 압력, hsuc는 흡기 라인 냉매 가스의 엔탈피, Tsuc는 흡기 라인 온도, Psuc는 흡기 라인 압력이다.here, is the compressor power usage, α loss is the compressor loss factor, h dis is the enthalpy of the discharge line refrigerant gas, T dis is the discharge line temperature, P dis is the discharge line pressure, h suc is the enthalpy of the intake line refrigerant gas, T suc is the intake line The temperature, P suc, is the intake line pressure.
마지막으로, 팽창 장치 가상센서는 증발 온도, 응축 온도, 흡기 라인 온도, 액체 라인 온도를 이용하여 팽창 장치 밸브의 누설과 같은 고장을 체크하는데 주로 사용되는 가상센서이다.Finally, the expansion device virtual sensor is a virtual sensor mainly used to check failures such as leakage of expansion device valves using evaporation temperature, condensation temperature, intake line temperature, and liquid line temperature.
밸브의 위치에 따라 냉매가 흐르는 단면적이 변화하는 관계를 통해 유량을 제어하여 질량 유량을 결정하게 되므로, 최대로 밸브가 열렸을 때의 질량 유량을 기준으로 현재 밸브 개방 상태에 따른 냉매 질량 유량()을 하기 수학식 4를 통해 추정할 수 있다.The mass flow rate is determined by controlling the flow rate through the relationship that the cross-sectional area through which the refrigerant flows according to the position of the valve is changed, so the refrigerant mass flow rate ( ) can be estimated through
[수학식 4][Equation 4]
여기서, 는 팽창장치밸브를 지나는 냉매 질량 유량, Dorifice는 팽창장치밸브의 최대 개도, Dpin는 팽창장치밸브의 폐쇄 지름, 는 팽창장치밸브를 지나는 최대 냉매 질량 유량, CO, C1은 독립변수의 계수들, Aorifice는 팽창장치밸브의 최대 개도 면적, 는 냉매 밀도, K는 팽창장치밸브 형상별 계수, Pc는 응축기 압력, Pe는 증발기 압력이다.here, is the refrigerant mass flow through the expansion device valve, D orifice is the maximum opening of the expansion device valve, D pin is the closing diameter of the expansion device valve, is the maximum refrigerant mass flow passing through the expansion device valve, C O and C 1 are the coefficients of the independent variable, A orifice is the maximum opening area of the expansion device valve, is the refrigerant density, K is the coefficient for each expansion device valve shape, Pc is the condenser pressure, and P e is the evaporator pressure.
한편, 팽창 장치 밸브는 증발기에서 증발을 쉽게 할 수 있도록 압력을 낮춰주는 역할을 하며, 종류로는 고정 오리피스와 가변 팽창 밸브가 있는데, 팽창 장치 가상센서는 가변 팽창 밸브일 경우 적용될 수 있다.On the other hand, the expansion device valve serves to lower the pressure to facilitate evaporation in the evaporator, and there are fixed orifices and variable expansion valves as types. The expansion device virtual sensor may be applied to a variable expansion valve.
기체 유량 센서(Virtual Air Flow(VAF) sensor)는 건물 온도 데이터를 통해 응축기 및 증발기 중 하나 이상의 기체 부피 유량을 추정하는 것으로, 건물 온도 데이터, 열역학 상태의 원리 및 냉매 질량 유량 센서에서 추정된 냉매 질량 유량을 사용하여 기체 부피 유량을 추정하는 가상 센서이다.A virtual air flow (VAF) sensor estimates the gas volume flow rate of one or more of a condenser and an evaporator through building temperature data. It is a virtual sensor that uses the flow rate to estimate the gas volume flow rate.
먼저 응축기에서는 압축기에서 나온 냉매가스를 증발이 쉽도록 액체 상태로 상태변화 과정을 통해 고온, 고압의 냉매액으로 만든다.First, the condenser converts the refrigerant gas from the compressor into a liquid state for easy evaporation to a high-temperature, high-pressure refrigerant liquid through a state change process.
이에 기체 유량 센서는 응축기를 지나는 냉매가스로부터 방출되는 에너지와 공기가 흡수하는 에너지 사이의 열전달 평형을 이용하여 기체 부피 유량을 추정할 수 있도록, 응축기 입구 온도, 응축기 출구 온도, 열역학 상태의 원리 및 냉매 질량 유량을 사용하여 하기 수학식 5를 통해 응축기를 지나는 기체 부피 유량()을 추정할 수 있다.Accordingly, the gas flow sensor uses the heat transfer equilibrium between the energy emitted from the refrigerant gas passing through the condenser and the energy absorbed by the air to estimate the gas volume flow rate, so that the condenser inlet temperature, the condenser outlet temperature, the principle of the thermodynamic state and the refrigerant Using the mass flow rate, the gas volume flow rate through the condenser is ) can be estimated.
[수학식 5][Equation 5]
여기서, 는 추정된 냉매 질량 유량, hc,out는 응축기 출구 냉매 액체의 엔탈피, Pc는 응축기 압력, Tc,in은 응축기 입구 온도, Tc,out는 응축기 출구 온도, va는 공기의 비체적, Ta,out은 응축기 출구 공기의 온도, Ta,in은 응축기 입구 공기의 온도, cp,a는 공기 비열이다.here, is the estimated refrigerant mass flow rate, h c,out is the enthalpy of the condenser outlet refrigerant liquid, P c is the condenser pressure, T c,in is the condenser inlet temperature, T c,out is the condenser outlet temperature, and v a is the specific volume of air , Ta ,out is the temperature of the condenser outlet air, T a,in is the temperature of the condenser inlet air, and c p,a is the specific heat of air.
또한 증발기에서는 팽창밸브를 통해 나온 저온, 저압의 냉매가 실내공기로부터 열교환을 통해 기화가 되고, 그 결과 실온이 내려가게 되어 냉방 효과가 나타나도록 한다.In addition, in the evaporator, the low-temperature, low-pressure refrigerant discharged through the expansion valve is vaporized through heat exchange from the indoor air, and as a result, the room temperature is lowered so that the cooling effect appears.
이에 기체 유량 센서는 증발기를 지나는 공기의 기체 부피 유량()을 냉매측과의 에너지 평형을 이용하여 하기 수학식 6을 통해 추정할 수 있다.Accordingly, the gas flow sensor detects the gas volume flow rate of the air passing through the evaporator ( ) can be estimated through Equation 6 below using the energy balance with the refrigerant side.
[수학식 6][Equation 6]
여기서, 는 추정된 냉매 질량 유량, hliq는 액체 라인 냉매 액체의 엔탈피, he,out는 증발기 출구 냉매 기체의 엔탈피, Pc는 응축기 압력, Pe는 증발기 압력, Tliq는 액체 라인 온도, Te,out는 증발기 출구 온도, va는 공기의 비체적, ha,out은 증발기 출구 공기의 엔탈피, ha,in은 증발기 입구 공기의 엔탈피이다.here, is the estimated refrigerant mass flow rate, h liq is the enthalpy of the liquid line refrigerant liquid, h e,out is the enthalpy of the evaporator outlet refrigerant gas, P c is the condenser pressure, P e is the evaporator pressure, T liq is the liquid line temperature, T e ,out is the evaporator outlet temperature, v a is the specific volume of air, h a,out is the enthalpy of the evaporator outlet air, and h a,in is the enthalpy of the evaporator inlet air.
냉매 충전량 센서(Virtual Refrigerant charge(VRC) sensor)는 건물 온도 데이터 중 증발 온도, 응축 온도, 흡기 라인 온도, 액체 라인 온도를 이용하여 하기 수학식 7을 통해 냉매 충전량()을 추정할 수 있다.The refrigerant charge sensor (Virtual Refrigerant charge (VRC) sensor) uses the evaporation temperature, condensation temperature, intake line temperature, and liquid line temperature among the building temperature data to calculate the amount of refrigerant charge ( ) can be estimated.
[수학식 7][Equation 7]
여기서, 는 이상적인 냉매 충전량, Tsc는 응축기 출구 과냉도, Tsc,rated는 이상적인 냉매 충전량일 때 응축기 출구 과냉도, Tsh는 증발기 출구 과열도, Tsh,rated는 이상적인 냉매 충전량일 때 증발기 출구 과열도, xevap,in는 증발기 입구 건도, xevap,in,rated는 이상적인 냉매 충전량일 때 증발기 입구 건도, Ksc, Ksh , Kx은 냉동 시스템에 대한 독립 변수 계수들이다.here, is the ideal refrigerant charge, T sc is the condenser outlet subcooling, T sc,rated is the condenser outlet subcooling at the ideal refrigerant charge, T sh is the evaporator outlet superheating, T sh,rated is the evaporator outlet superheating at the ideal refrigerant charge , x evap,in is the evaporator inlet dryness, x evap,in,rated is the evaporator inlet dryness at the ideal refrigerant charge, and K sc , K sh , K x are the independent variable coefficients for the refrigeration system.
상기에서 과열도는 증발기에서 냉매를 액체상태가 없도록 소모하여 적절하게 과열시켜주는 것을 말하며 과냉도는 응축기에서 기체상태가 없도록 정적하게 과냉각시켜주는 것을 의미한다. In the above, the degree of superheat means that the refrigerant is consumed in the evaporator so as not to be in a liquid state and is appropriately superheated, and the degree of supercooling means that the refrigerant is statically supercooled so that there is no gaseous state in the condenser.
냉매 충전량이 너무 많을 경우 응축기 출구 부분이 과냉된 냉매액으로 차있어 응축효과가 줄어 응축용량이 줄어들고, 압축비가 높아지게 된다. 즉, 과냉도가 커지고 과열도가 적어지는 것이다. 반대로, 냉매 충전략이 적은 경우에는 증발기의 출구 부분이 증발작용에 못 쓰이고, 흡입 배관 역할을 하여 증발기 면적이 감소, 흡입관이 길어져 흡입압력의 손실이 커지게 된다. 즉, 과열도가 커지고 과냉도가 적어지는 것이다.If the refrigerant charge is too large, the condenser outlet is filled with the supercooled refrigerant liquid, which reduces the condensation effect, reducing the condensation capacity and increasing the compression ratio. That is, the degree of subcooling increases and the degree of superheat decreases. Conversely, when the refrigerant filling strategy is small, the outlet of the evaporator is not used for evaporation, and the evaporator area is reduced by serving as a suction pipe, and the suction pipe is lengthened, thereby increasing the loss of suction pressure. That is, the degree of superheating increases and the degree of subcooling decreases.
이와 같이 가상센서(210)는 압축기 전력 사용량, 냉매 질량 유량, 응축기의 기체 부피 유량, 증발기의 기체 부피 유량, 냉매 충전량 등을 추정하여 공조장치 가상 데이터를 획득할 수 있는 것이다.As described above, the
가상 분류오차부(211)는 가상센서(210)로부터 추정된 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산할 수 있다.The virtual
즉, 가상 분류오차부(211)는 실제 고장 정보를 이용하여 가상센서에서 추정된 공조장치 가상 데이터의 값들을 각각 상호 비교하여 분류 오차값을 계산할 수 있다.That is, the virtual
가상 고장진단부(212)는 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성할 수 있다.The virtual
예를 들어, 압축기 고장이 있는 공조 장치를 본 시스템을 이용하여 가상센서로 예측하였을 때, 가상 분류오차부(211)를 통해 도 6과 같은 결과를 얻을 수 있다.For example, when an air conditioner having a compressor failure is predicted by a virtual sensor using the present system, the result shown in FIG. 6 may be obtained through the virtual
도 5를 참조하면, 에너지 평형 가상센서, 팽창 장치 가상센서, 압추기 맵 가상센서로부터 추정된 값들을 각각 상호 비교한 결과, 에너지 평형 가상센서의 분류 오차값은 4% 이하, 팽창 장치 가상센서의 분류 오차값은 3% 이하로 나타났으나, 압축기 맵 가상센서의 분류 오차값은 19%까지 나타나는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 압축기 고장 정도가 심해짐에 따라 압축기 맵 가상센서의 분류 오차값이 커지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 5, as a result of comparing the values estimated from the energy balance virtual sensor, the inflation device virtual sensor, and the compression map virtual sensor, respectively, the classification error value of the energy balance virtual sensor is 4% or less, that of the inflation device virtual sensor Although the classification error value was less than 3%, it can be seen that the classification error value of the compressor map virtual sensor was up to 19%. Here, it was confirmed that the classification error value of the compressor map virtual sensor increased as the degree of compressor failure increased.
따라서, 가상 고장진단부(212)는 상기와 같은 결과를 획득한 후, 오차 한계치를 기준으로 오차 한계치보다 분류 오차값이 크면 고장으로 판단하여 진단 정보를 생성할 수 있다. 반대로, 오차 한계치보다 분류 오차값이 작을 경우에는 고장없음으로 판단하여 진단 정보를 생성할 수 있다.Accordingly, the virtual
또한, 오차 한계치가 넘은 분류 오차값을 가지는 값을 추정한 센서가 무엇이냐에 따라 공조 장치의 어느 부분이 고장인지를 도출해 내어 진단 정보를 생성할 수 있다.Also, it is possible to generate diagnostic information by deriving which part of the air conditioner is defective according to which sensor has estimated a value having a classification error value exceeding the error threshold.
예를 들어, 컴프레서 고장, 팽창장치 고장 등으로 진단 정보를 생성할 수 있는 것이다.For example, it is possible to generate diagnostic information due to a compressor failure, an expansion device failure, and the like.
가상 진단출력부(213)는 가상센서(210)로부터 추정된 공조장치 가상 데이터 및 가상 고장진단부(212)로부터 생성된 진단 정보를 포함하는 제1 고장 진단 결과를 생성하고, 데이터베이스(20), 딥러닝부(22), 고장진단 통합부(23)에 전달하여 저장 또는 이용되도록 할 수 있다.The virtual
딥러닝부(22)는 딥러닝의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘이 구현된 것으로, 딥러닝 모델에 건물 온도 데이터와 가상센서부(21)의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성할 수 있다.The
도 6을 참조하면, 딥러닝부(22)는 모델선정부(220), 딥러닝 검증부(221), 딥러닝 고장진단부(222) 및 딥러닝 진단출력부(223)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
모델선정부(220)는 딥러닝 모델에 데이터베이스에 저장된 건물 온도 데이터와 가상센서부(21)의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정할 수 있다.The
이때, 건물 온도 데이터와 고장 진단 결과들은 정규화 과정을 거쳐 딥러닝 모델의 학습에 이용될 수 있고, 이는 학습 결과가 발산하는 현상을 방지할 수 있다. 여기서 정규화 과정은 GPU병렬 처리 기술을 사용해 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In this case, the building temperature data and the failure diagnosis results can be used for learning the deep learning model through a normalization process, which can prevent the learning results from divergence. Here, the normalization process may be performed using a GPU parallel processing technique, but is not limited thereto.
또한, 모델선정부(220)는 선정한 딥러닝 모델의 예측 정확도를 판별하여, 신뢰범위를 벗어날 경우 딥러닝 모델을 다시 선정할 수 있다. 즉, 예측 정확도가 신뢰범위 내에 속할 경우에만 그 딥러닝 모델을 최종적으로 선정하여 다음 과정이 진행되도록 할 수 있는 것이다.In addition, the
이를 통해 시스템에서 최종 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.This can improve the accuracy of the final diagnostic result in the system.
딥러닝 검증부(221)는 모델선정부(220)에서 선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하여 검증 결과를 얻을 수 있다.The deep
에너지 절감 시뮬레이션 검증은 딥러닝 모델을 통해 건물의 피크 전력을 예측하는 것으로, 예측한 건물 전력량을 검증 결과로 얻을 수 있으며, 이 외에 제어목표 전력량, 예측식 최적화 제어를 사용하였을 때 전력량 등에 대한 정보들도 얻을 수 있다.Energy saving simulation verification predicts the peak power of a building through a deep learning model, and the predicted building power amount can be obtained as a verification result. can also be obtained
딥러닝 고장진단부(222)는 상기와 같이 딥러닝 검증부(221)로부터 얻어진 검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성할 수 있다.The deep learning
딥러닝 진단출력부(223)는 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하여, 데이터베이스(20)에 저장시키고, 고장진단 통합부(23)에 전달하여 이용되도록 할 수 있다.The deep learning diagnosis output unit 223 may generate a second fault diagnosis result through the diagnosis information, store it in the
고장진단 통합부(23)는 가상센서부(21)로부터 생성된 제1 고장 진단 결과와 딥러닝부(22)로부터 생성된 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성할 수 있다.The fault
이때, 고장진단 통합부(23)는 고장 상태, 경고 상태 및 고장 없음 상태 중 하나로 판단하여 최종 진단 결과를 생성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In this case, the fault
상기와 같은 경우에는, 고장진단 통합부(23)는 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 판정일 경우, 고장 상태로 판단할 수 있다.In the above case, the fault
또한, 고장진단 통합부(23)는 제1 및 제2 고장 진단 결과 중 하나만 고장 판정일 경우, 경고 상태로 판단할 수 있다.In addition, when only one of the first and second failure diagnosis results is a failure determination, the failure
마지막으로, 고장진단 통합부(23)는 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 없음 판정일 경우, 고장 없음 상태로 판단할 수 있다.Finally, the fault
이와 같이 최종 진단 결과를 생성한 후, 고장진단 통합부(23)는 최종 진단 결과를 데이터베이스(20)에 저장하고, 관리자 단말(3)에 전송할 수 있다.After generating the final diagnosis result in this way, the
고장인지부(24)는 고장진단 통합부(23)로부터 생성된 최종 진단 결과에 따라 보수 및 교체가 필요한 경우, 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인할 수 있다.The
즉, 최종 진단 결과가 고장 상태일 경우에 보수와 교체가 필요한데, 이에 따라 관리자가 대응하여 보수와 교체를 실제로 수행하였는지를 확인할 수 있다.That is, when the final diagnosis result is a failure state, repair and replacement are required. Accordingly, it is possible to check whether the manager has actually performed the repair and replacement in response.
만약 고장이 일정시간 동안 해결되지 않을 경우 알림을 관리자 단말(3)에 전송하여 행동을 취하도록 고장을 재인지 시켜 줄 수 있다.If the failure is not resolved for a certain period of time, a notification may be transmitted to the
관리자 단말(3)은 공조 장치 사용인, 건물의 관리인, 거주자 등인 관리자의 단말기 일 수 있으며, 모바일 단말 외 PC, 태블릿, PDA(Personal Digital Assistant) 등으로 이루어질 수 있다.The
이러한 관리자 단말(3)은 관리서버(2)로부터 최종 진단 결과를 수신받아 관리자에게 제공할 수 있으며, 이외에 실시간으로 다양한 정보를 모두 수신받을 수 있어 관리자가 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 한다.The
또한, 관리자가 관리자 단말(3)을 이용하여 관리서버(2)를 통해 공조 장치를 제어할 수 있도록 한다.In addition, it allows the manager to control the air conditioner through the management server (2) using the manager terminal (3).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 8은 도 7의 S1 단계를 순차적으로 나타낸 흐름도이며, 도 9는 도 7의 S2 단계를 순차적으로 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart showing a building energy failure diagnosis and analysis method using a building energy failure diagnosis and analysis system integrated with a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a step S1 of FIG. 7 sequentially It is a flowchart shown, and FIG. 9 is a flowchart sequentially showing step S2 of FIG. 7 .
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법은 가상센서 진단단계(S1), 딥러닝 진단단계(S2) 및 고장진단 통합단계(S3)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the method for diagnosing and analyzing a building energy failure using a building energy failure diagnosis and analysis system integrating a virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention includes a virtual sensor diagnosis step (S1), a deep learning diagnosis step (S2) and a fault diagnosis integration step (S3) may be included.
구체적으로, 가상센서 진단단계(S1)는 관리서버(2)의 가상센서부(21)가 온도 센서부(1)로부터 측정된 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 공조장치 가상데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성할 수 있다.Specifically, in the virtual sensor diagnosis step (S1), the
이를 위해, S1 단계는 도 8에 나타난 바와 같이, 추정단계(S10), 오차계산단계(S11), 가상진단단계(S12) 및 결과출력단계(S13)를 포함할 수 있다.To this end, step S1 may include an estimation step (S10), an error calculation step (S11), a virtual diagnosis step (S12), and a result output step (S13), as shown in FIG. 8 .
추정단계(S10)는 가상센서부(21)의 가상센서(210)가 온도 센서부(1)로부터 측정된 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정할 수 있다.In the estimating step ( S10 ), the
이때, S10단계에서 가상센서부(21)는 압축기 전력 센서, 냉매 질량 유량 센서, 기체 유량 센서 및 냉매 충전량 센서 중 하나 이상으로 이루어져, 공조장치 가상 데이터로 압축기 전력 사용량, 냉매 질량 유량, 기체 부피 유량, 냉매 충전량 등 중 하나 이상을 추정할 수 있는데, 이에 대해서는 상기 시스템 설명과 동일하므로 생략하기로 한다.At this time, in step S10, the
오차계산단계(S11)는 가상센서부(21)의 가상 분류오차부(211)가 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산할 수 있는데, 실제 고장 정보를 이용하여 가상센서에서 추정된 공조장치 가상 데이터의 값들을 각각 상호 비교하여 분류 오차값을 계산할 수 있다.In the error calculation step S11, the virtual
가상진단단계(S12)는 가상센서부(21)의 가상 고장진단부(212)가 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성할 수 있다. 이는 상기 시스템에서 설명했던 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the virtual diagnosis step ( S12 ), the virtual
결과출력단계(S13)는 가상센서부(21)의 가상 진단출력부(213)가 공조장치 가상 데이터 및 진단 정보를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하여, 데이터베이스(20)에 저장하고 관리서버(2)의 딥러닝부(22), 고장진단 통합부(23) 등에 전달할 수 있다.In the result output step (S13), the virtual
딥러닝 진단단계(S2)는 관리서버(2)의 딥러닝부(22)가 딥러닝 모델에 건물 온도 데이터 및 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성할 수 있다.In the deep learning diagnosis step (S2), the
도 9를 참조하면, S2 단계는 모델선정단계(S20), 딥러닝검증단계(S21), 딥러닝진단단계(S22) 및 결과출력단계(S23)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , step S2 may include a model selection step (S20), a deep learning verification step (S21), a deep learning diagnosis step (S22), and a result output step (S23).
모델선정단계(S20)는 딥러닝부(22)의 모델선정부(220)가 딥러닝 모델에 데이터베이스(20)에 저장된 건물 온도 데이터와 가상센서부(21)의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정할 수 있다.In the model selection step (S20), the
또한, S20 단계는 딥러닝 모델 선정 후, 선정한 딥러닝 모델의 예측 정확도를 판별할 수 있고, 이때, 예측 정확도가 신뢰범위를 벗어날 경우 딥러닝 모델을 다시 선정하거나, 벗어나지 않을 경우 S21 단계로 넘어갈 수 있다. 자세한 설명은 상기 시스템 설명과 중복되므로 생략하기로 한다.In addition, in step S20, after selecting a deep learning model, the prediction accuracy of the selected deep learning model can be determined. At this time, if the prediction accuracy is out of the confidence range, the deep learning model is selected again, there is. A detailed description will be omitted because it overlaps with the description of the system.
딥러닝검증단계(S21)는 딥러닝부(22)의 딥러닝 검증부(221)가 선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하여 검증 결과를 얻을 수 있다. 이는 상기 시스템에서 설명했던 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the deep learning verification step (S21), the deep
딥러닝진단단계(S22)는 딥러닝부(22)의 딥러닝 고장진단부(222)가 검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성할 수 있다.In the deep learning diagnosis step (S22), the deep learning
결과출력단계(S23)는 딥러닝부(22)의 딥러닝 진단출력부(223)가 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하여, 관리서버(2)의 데이터베이스(20)에 저장하고, 고장진단 통합부(23)에 전달할 수 있다.In the result output step (S23), the deep learning diagnosis output unit 223 of the
고장진단 통합단계(S3)는 관리서버(2)의 고장진단 통합부(23)가 제1 및 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성할 수 있다. 통합 방법에 대해서는 상기 시스템에서 설명했던 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the fault diagnosis integration step S3 , the fault
또한, 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템을 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법은 S3 단계 후, 생성된 최종 진단 결과에 따라 관리단계(S4)를 더 포함할 수 있다.In addition, the building energy failure diagnosis and analysis method using the building energy failure diagnosis and analysis system integrated with the virtual sensor and deep learning according to the embodiment of the present invention is performed after the step S3, according to the generated final diagnosis result, the management step (S4) may further include.
즉, S3 단계에서 생성된 최종 진단 결과가 고장 상태일 경우, 보수 및 교체가 필요하고, 이에 따라 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 관리단계(S4)를 통해 확인할 수 있다.That is, if the final diagnosis result generated in step S3 is in a faulty state, repair and replacement are required, and accordingly, it can be checked through the management step (S4) whether maintenance and replacement have been performed for a certain period of time.
S4 단계는 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인한 후, 시행이 이루어지지 않으면 관리자 단말(3)에 알림을 전송할 수 있다.In step S4, after confirming whether maintenance and replacement have been implemented for a certain period of time, if the enforcement is not performed, a notification may be transmitted to the
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템, 이를 이용한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법은 가상센서의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘과 인공 신경망의 개념을 가지고 있는 고장 진단 및 분석 알고리즘을 통합 구현함으로써, 최적화된 에너지 활용을 통해 건물의 공조장치를 효율적으로 유지/보수하도록 할 수 있다.As described above, the building energy failure diagnosis and analysis system that integrates the virtual sensor and deep learning according to an embodiment of the present invention, and the building energy failure diagnosis and analysis method using the same, have the concept of a virtual sensor. By integrating the algorithm and the failure diagnosis and analysis algorithm with the concept of an artificial neural network, it is possible to efficiently maintain/repair the air conditioning system of the building through the optimized energy utilization.
즉, 온도 센서부로 건물 온도 데이터를 수집하고, 열역학 및 유체역학적 정보를 참고한 가상센서를 통해 추정된 데이터를 기반으로 딥러닝 기술을 활용하여 자동으로 고장 진단 및 분석함으로써, 고장을 정확하게 예측하고 단시간에 고장 원인을 직관적으로 파악할 수 있어 관리자가 빠르게 대응하도록 할 수 있다.In other words, it collects building temperature data from the temperature sensor unit and uses deep learning technology to automatically diagnose and analyze failures accurately and in a short time based on the data estimated through the virtual sensor referring to thermodynamic and hydrodynamic information. The cause of the failure can be intuitively identified, allowing the administrator to respond quickly.
이에 따라, 유지/보수 과정에서 낭비되는 시간을 절약시킬 수 있고, 관리자의 만족도가 향상되며 건물 에너지를 최적의 조건으로 용이하게 관리할 수 있다.Accordingly, time wasted in the maintenance/repair process can be saved, manager satisfaction is improved, and building energy can be easily managed under optimal conditions.
이상에서 설명한 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.The embodiment of the present invention described above is not implemented only through an apparatus and/or 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, etc. Also, such an implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
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 improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.
1: 온도 센서부
2: 관리서버
20: 데이터베이스
21: 가상센서부
210: 가상센서
211: 가상 분류오차부
212: 가상 고장진단부
213: 가상 진단출력부
22: 딥러닝부
220: 모델선정부
221: 딥러닝 검증부
222: 딥러닝 고장진단부
223: 딥러닝 진단출력부
23: 고장진단 통합부
24: 고장인지부
3: 관리자 단말1: temperature sensor unit
2: Management Server
20: Database
21: virtual sensor unit
210: virtual sensor
211: virtual classification error part
212: virtual fault diagnosis unit
213: virtual diagnostic output unit
22: Deep Learning Department
220: model selection unit
221: deep learning verification unit
222: deep learning fault diagnosis unit
223: deep learning diagnostic output unit
23: fault diagnosis integration unit
24: fault recognition unit
3: Administrator terminal
Claims (12)
상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 상기 공조장치 가상 데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상센서부;
딥러닝 모델에 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝부 및
상기 제1 및 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성하는 고장진단 통합부를 포함하는 관리서버를 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
a database for collecting and storing building temperature data measured from a temperature sensor unit in a building in which at least one air conditioner is installed;
a virtual sensor unit for estimating virtual data of the air conditioner by using the building temperature data and generating a first failure diagnosis result through the virtual data of the air conditioner;
A deep learning unit for learning the building temperature data and the first failure diagnosis result of the virtual sensor unit in a deep learning model, and generating a second failure diagnosis result through simulation verification using the learned deep learning model;
A building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning including a management server including a failure diagnosis integrator for generating a final diagnosis result by integrating the first and second failure diagnosis results.
상기 가상센서부는,
상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정하는 가상센서;
상기 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산하는 가상 분류오차부;
상기 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성하는 가상 고장진단부 및
상기 공조장치 가상 데이터 및 진단 정보를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상 진단출력부를 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
According to claim 1,
The virtual sensor unit,
a virtual sensor for estimating virtual data of an air conditioner using the building temperature data;
a virtual classification error unit for calculating a classification error value through the air conditioner virtual data;
a virtual fault diagnosis unit that determines whether there is a fault based on the classification error value and generates diagnostic information; and
A building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning including a virtual diagnosis output unit that generates a first failure diagnosis result through the air conditioning device virtual data and diagnosis information.
상기 온도 센서부는,
상기 건물 온도 데이터로 상기 공조장치의 증발 온도(Evaporating temperature, Teva), 응축 온도(Condensing temperature, Tcond), 흡기 라인 온도(Suction line temperature, Tsuc), 액체 라인 온도(Liquid line temperature, Tliquid), 배출 라인 온도(Discharging line temperature, Tdis), 응축기 입구 온도(Condenser Inlet dry temperature, Tcond .in), 응축기 출구 온도(Condenser Oulet dry temperature, Tcond .out), 증발기 입구 온도(Evaporator Inlet dry temperature, Teva.in) 및 증발기 출구 온도(Evaporator Oulet dry temperature, Teva .out) 중 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
3. The method of claim 2,
The temperature sensor unit,
Evaporating temperature, T eva , Condensing temperature, T cond , Suction line temperature, T suc , Liquid line temperature, T of the air conditioner as the building temperature data liquid ), Discharging line temperature (T dis ), Condenser Inlet dry temperature (T cond .in ), Condenser Oulet dry temperature (T cond .out ), Evaporator inlet temperature (Evaporator) Inlet dry temperature, T eva.in ) and evaporator outlet temperature (Evaporator Oulet dry temperature, T eva .out ) A building energy failure diagnosis and analysis system incorporating a virtual sensor and deep learning, characterized in that it is measured.
상기 가상센서는,
상기 증발 온도 및 응축 온도를 이용하여 압축기 전력 사용량을 추정하는 압축기 전력 센서;
상기 건물 온도 데이터를 통해 냉매 질량 유량을 추정하는 냉매 질량 유량 센서; 상기 건물 온도 데이터를 통해 응축기 및 증발기 중 하나 이상의 기체 부피 유량을 추정하는 기체 유량 센서 및
상기 증발 온도, 응축 온도, 흡기 라인 온도, 액체 라인 온도를 이용하여 냉매 충전량을 추정하는 냉매 충전량 센서 중 하나 이상을 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
4. The method of claim 3,
The virtual sensor is
a compressor power sensor for estimating compressor power usage using the evaporation temperature and the condensation temperature;
a refrigerant mass flow sensor for estimating a refrigerant mass flow rate through the building temperature data; a gas flow sensor for estimating a gas volume flow rate of at least one of a condenser and an evaporator through the building temperature data; and
A building energy failure diagnosis and analysis system integrating deep learning and a virtual sensor including at least one of a refrigerant charge amount sensor for estimating a refrigerant charge amount using the evaporation temperature, condensation temperature, intake line temperature, and liquid line temperature.
상기 딥러닝부는,
딥러닝 모델에 상기 데이터베이스에 저장된 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정하는 모델선정부;
선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하는 딥러닝 검증부;
상기 딥러닝 검증부로부터 얻어진 검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성하는 딥러닝 고장진단부 및
상기 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝 진단출력부를 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
According to claim 1,
The deep learning unit,
a model selection unit for learning the building temperature data stored in the database and a first failure diagnosis result of the virtual sensor unit in the deep learning model, and selecting the learned deep learning model;
a deep learning verification unit that performs energy saving simulation verification through the selected deep learning model;
A deep learning failure diagnosis unit that compares the verification result obtained from the deep learning verification unit with the actual building energy information to determine whether there is a failure and generates diagnostic information; and
A building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning including a deep learning diagnostic output unit that generates a second failure diagnosis result through the diagnostic information.
상기 모델선정부는,
선정한 딥러닝 모델의 예측 정확도를 판별하여, 신뢰범위를 벗어날 경우 딥러닝 모델을 다시 선정하는 것을 특징으로 하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
6. The method of claim 5,
The model selection unit,
A building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning, characterized in that it determines the prediction accuracy of the selected deep learning model and reselects the deep learning model if it is out of the confidence range.
상기 고장진단 통합부는,
상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 판정일 경우, 고장 상태로 판단하고,
상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 중 하나만 고장 판정일 경우, 경고 상태로 판단하고,
상기 제1 및 제2 고장 진단 결과 모두 고장 없음 판정일 경우, 고장 없음 상태로 판단하여 최종 진단 결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
According to claim 1,
The fault diagnosis integration unit,
If both the first and second failure diagnosis results are failure determination, it is determined as a failure state,
If only one of the first and second failure diagnosis results is a failure determination, it is determined as a warning state,
Building energy failure diagnosis and analysis system integrating virtual sensor and deep learning, characterized in that when the first and second failure diagnosis results are both failure-free determination, the failure-free state is determined and a final diagnostic result is generated.
상기 관리서버는,
상기 고장진단 통합부로부터 생성된 최종 진단 결과에 따라 보수 및 교체가 필요한 경우, 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인하는 고장인지부를 더 포함하는 가상센서와 딥러닝을 통합한 건물 에너지 고장 진단 및 분석 시스템.
8. The method of claim 7,
The management server,
When repair and replacement are required according to the final diagnosis result generated from the failure diagnosis integration unit, the building energy failure diagnosis and analysis system.
(a) 온도 센서부로부터 측정된 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정한 후, 공조장치 가상데이터를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 가상센서 진단단계;
(b) 딥러닝 모델에 건물 온도 데이터 및 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 이용하여 시뮬레이션 검증을 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 딥러닝 진단단계 및
(c) 상기 제1 및 제2 고장 진단 결과를 통합시켜 최종 진단 결과를 생성하는 고장진단 통합단계를 포함하는 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법.
In a building energy failure diagnosis and analysis method using a building energy failure diagnosis and analysis system that integrates a virtual sensor and deep learning,
(a) a virtual sensor diagnosis step of estimating the air conditioner virtual data using the building temperature data measured from the temperature sensor unit, and then generating a first failure diagnosis result through the air conditioner virtual data;
(b) a deep learning diagnosis step of learning the building temperature data and the first failure diagnosis result in the deep learning model, and generating a second failure diagnosis result through simulation verification using the learned deep learning model; and
(c) a failure diagnosis integration step of generating a final diagnosis result by integrating the first and second failure diagnosis results; and a building energy failure diagnosis and analysis method.
상기 (a) 단계는,
상기 건물 온도 데이터를 이용하여 공조장치 가상 데이터를 추정하는 추정단계;
상기 공조장치 가상 데이터를 통해 분류 오차값을 계산하는 오차계산단계;
상기 분류 오차값을 통해 고장 여부를 판단하여 진단 정보를 생성하는 가상진단단계 및
상기 공조장치 가상 데이터 및 진단 정보를 통해 제1 고장 진단 결과를 생성하는 결과출력단계를 포함하는 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법.
10. The method of claim 9,
The step (a) is,
an estimation step of estimating virtual data of an air conditioner using the building temperature data;
an error calculation step of calculating a classification error value through the air conditioner virtual data;
a virtual diagnosis step of generating diagnostic information by judging whether there is a failure based on the classification error value; and
and a result output step of generating a first failure diagnosis result through the air conditioner virtual data and diagnosis information.
상기 (b) 단계는,
딥러닝 모델에 상기 데이터베이스에 저장된 상기 건물 온도 데이터와 가상센서부의 제1 고장 진단 결과를 학습시키고, 학습된 딥러닝 모델을 선정하는 모델선정단계;
선정된 딥러닝 모델을 통해 에너지 절감 시뮬레이션 검증을 수행하는 딥러닝검증단계;
검증 결과를 실제 건물 에너지 정보와 비교하여 고장 여부를 판단하고 진단 정보를 생성하는 딥러닝진단단계 및
상기 진단 정보를 통해 제2 고장 진단 결과를 생성하는 결과출력단계를 포함하는 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법.
10. The method of claim 9,
Step (b) is,
a model selection step of learning the building temperature data stored in the database in the deep learning model and the first failure diagnosis result of the virtual sensor unit, and selecting the learned deep learning model;
A deep learning verification step of performing energy saving simulation verification through the selected deep learning model;
A deep learning diagnostic step that compares the verification result with the actual building energy information to determine whether there is a failure and generates diagnostic information;
and a result output step of generating a second failure diagnosis result through the diagnosis information.
상기 (c) 단계 후,
생성된 최종 진단 결과에 따라 보수 및 교체가 필요한 경우, 일정시간 동안 보수 및 교체가 시행되었는지 확인하는 관리단계를 더 포함하는 건물 에너지 고장 진단 및 분석 방법.
10. The method of claim 9,
After step (c),
If repair and replacement are required according to the generated final diagnosis result, the building energy failure diagnosis and analysis method further comprising a management step of checking whether repair and replacement have been performed for a certain period of time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200011076A KR102298489B1 (en) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | Building Energy Failure Diagnosis and Analysis System with integrated Virtual sensor and Deep learning, and Building Energy Failure Diagnosis and Analysis Method |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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