KR20220082352A - 공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 실내 환경 요소의 정보를 수집하는 수집부, 상기 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 PMV 연산이 이루어지게 하는 연산부, 상기 연산부를 통해 연산된 상기 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값과, 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교하는 비교부 및 상기 비교부를 통한 비교 결과, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, 상기 PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법{Operating control system and method of air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인간의 온열 감각을 형성하는 주요 인자들, 예를 들어 인체 주위의 평균 공기온도, 평균 복사온도, 기류속도, 상대습도, 신진대사량, 착의량 등을 반영하여 예측할 수 있는 PMV(Predicted Mean Vote)를 고려한 운전 제어가 이루어지게 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 하절기와 같이 기온이 높은 계절에 실내의 더운 공기를 흡입하여 열교환 작용을 통해 냉각시킨 다음, 다시 실내로 분출함으로써 실내의 기온을 적절히 조절하기 위한 것으로, 압축기와 응축기, 증발기 및 팽창 밸브 등과 같이 냉동사이클을 이루어 냉기를 생성하기 위한 기기들과, 생성된 냉기를 배출하는 송풍팬 등을 포함하여 구성되어 있다.
이러한 공기조화기는 냉동사이클을 이루는 기기들의 배치 구조에 따라 크게 일체형과 분리형으로 구분되며, 이중에서 분리형 공기조화기는 실내에 설치되어 실내 공기의 냉각 순환작용을 행하는 실내기와, 실외에 설치되는 실외기로 분리 구성되는데, 실내기에는 증발기 및 순환팬이 구비되며, 실외기에는 응축기와 압축기, 응축기용 냉각팬 및 팽창 밸브가 구비되고, 실내기와 실외기는 냉매관에 의해 연결된다.
이와 같은 공기조화기에 의하면 저온 저압의 기체상태 냉매가 압축기에 의해 고온 고압으로 압축되고, 압축된 고온 고압의 기체상태 냉매가 응축기에 의해 냉각 응축되어 고압의 액체상태로 된 다음, 팽창 밸브에 의해 저온 저압의 기체 상태로 변화되고, 계속해서 증발기에서 저온 저압의 기체 상태로 변하면서 주위로부터 열을 빼앗아 증발기 주위 공기를 냉각시키게 되며, 이때 냉각된 공기는 순환팬에 의해 실내기 외부로 배출됨으로써 실내의 기온이 조절된다.
한편, 공기조화기는 실내온도를 특정치로 설정할 경우 냉방부하에 따라 냉방용량이 자동제어됨으로써 실내온도가 설정된 특정치에 가깝게 유지되도록 하는 자동 운전 방식으로 제어되는데, 이러한 자동 운전 방식에 의하면, 실내온도가 설정 온도를 기준으로 제한 범위(대략 1℃) 이하로 낮아지면, 압축기와 순환팬의 작동이 멈추게 되고, 이 상태에서 실내온도가 제한 범위 이상으로 높아질 경우, 압축기와 순환팬의 작동이 재개됨으로써, 실내온도의 조절이 이루어진다.
여기서, 냉방부하가 클 경우에는 압축기에 의한 냉매 순환량이 많아짐과 동시에, 순환팬의 회전속도 역시 빨라짐으로써 냉기 배출량이 증대되어 냉각효과가 높아지게 되는데, 이와 같은 자동 운전 방식에 의하면 냉기의 토출량이 조절되기 때문에, 냉방부하 변화에 신속한 대응이 가능하다는 특징이 있다.
한편, 공기조화기의 작동 시 실내기와 근접한 사람의 경우에는 실내기에서 토출되는 냉기와 직접 접하게 되는데, 상술한 바와 같이 냉기의 온도를 조절할 수 없는 종래의 냉방용량 조절 시스템에 의하면 특히 냉방부하가 증가되어 냉기의 배출량이 많아질 경우, 실내기를 중심으로 급격히 기온이 낮아지기 때문에 근접한 사람들이 한기를 느끼거나, 국부적인 피부온도의 차이를 느끼게 되며, 심할 경우에는 감기에 걸리기도 하는 등, 건강에 해로운 결과가 유발된다는 문제점이 있다.
상기와 같이 온도만을 이용하여 공기조화기를 제어하는 경우 발생할 수 있는 단점을 극복하기 위한 다양한 구성들이 제안되었다.
예를 들면, 공개특허 제10-2002-0004097호에는 운전 초기에 운전초기 설정값 이하로 운전하여 벽면 온도를 낮추어 줌으로써, 실내의 공기온도가 어느 정도 상승하더라도 사용자의 체감온도를 계속해서 같도록 해주어 절전 효과를 얻을 수 있도록 하고, 실내의 공기온도 뿐만 아니라, 사용자의 체감온도를 조절해 줌으로써 쾌적한 환경을 만들어 주는 공기조화기의 쾌적 운전방법이 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제10-2003-0030414호에는 압축기와 순환팬의 작동되는 냉방시작단계와; 사용자의 조작에 의해 목표로 하는 실내온도 기준치가 설정되는 실내온도 설정단계와; 냉방작동 시작시점으로부터의 경과시간을 체크하는 타이머 작동단계와; 토출되는 냉기의 온도 및 풍량, 풍향 등의 냉기조건이 설정되는 냉기 조건설정단계와; 상기 타이머를 통해 냉방작동 시간의 기준치 경과여부를 판단하는 냉방 작동 시간 판단 단계와; 냉방 작동 시간이 기준치를 경과한 경우에 냉기온도를 일정치 만큼 높이는 냉기온도 상승단계와; 상기 냉기온도 상승단계가 시작되어 일정시간이 경과된 후, 실내온도의 기준치 도달여부를 판단하는 실내온도 측정단계와; 상기 실내온도 측정단계에서 실내온도가 기준치에 도달한 경우, 압축기는 정지하고, 순환팬만이 작동상태를 유지하며, 실내온도 측정단계로 순환하는 압축기 정지단계;를 포함하여 이루어지는 에어컨의 쾌적 운전 방법이 개시되어 있다.
상기 발명들은 냉방 운전 시 체감 온도를 대상으로 다양한 방식의 제어 방법을 제안하여 추구하고자 하는 목적에 대해서 우수한 효과는 나타내고 있으나, 실제 사람이 외기에서 느끼는 쾌적성은 온도만이 아니라 다른 요소들도 포함하고 있으므로, 온도만을 제어 대상으로 하는 경우, 쾌적성 달성이 극히 제한적인 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 공기조화기의 운전 제어 시에, 단순한 온도 뿐만 아니라, 인간의 온열 감각을 형성하는 주요 인자들, 예를 들어 인체 주위의 평균 공기온도, 평균 복사온도, 기류속도, 상대습도, 신진대사량, 착의량 등을 반영하여 예측할 수 있는 PMV(Predicted Mean Vote)를 함께 고려한 운전 제어가 이루어지도록 함으로써, 각 개인마다 다르게 느끼는 사용자의 쾌적감을 최대한 만족시킬 수 있게 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템은 복수의 실내 환경 요소의 정보를 수집하는 수집부, 상기 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 PMV 연산이 이루어지게 하는 연산부, 상기 연산부를 통해 연산된 상기 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값과, 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교하는 비교부 및 상기 비교부를 통한 비교 결과, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, 상기 PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실내 환경 요소는 실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량으로 이루어진다.
상기 실내 환경 요소는, 기류속도 및 대사량은 고정 값으로 입력되며, 착의량은 하절기 또는 동절기 온도 범위 및 시간에 따라 설정된 기준 값으로 조절되어 입력된다.
그리고, 상기 제어부는 냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 운전 형태로 상기 공기조화기의 구동을 제어하되, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에서 에너지 소비량을 최소화하는 수준에 따라 구동되도록 제어한다.
또한, 상기 연산부는 아래의 수학식을 통해 상기 PMV 산출 값을 연산한다.
(수학식)
Figure pat00001
여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미함.
이러한 상기 PMV 설정 값은 하절기에는 0.4 보다 작거나 같으며, 동절기에는 - 0.4 보다 크거나 같은 범위로 설정되고, 상기 비교부는 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당하는지 비교한다.
또한, 상기 PMV 설정 값은 습공기선도 내에서 열적 쾌적 대역에 존재하는 값의 범위로 설정된다.
한편, 본 발명에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법은 복수의 실내 환경 요소를 수집하는 제1단계, 상기 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값을 연산하는 제2단계, 상기 PMV 산출 값과 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교하는 제3단계 및 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, 상기 PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기 구동을 제어하는 제4단계를 포함한다.
이때, 상기 제2단계는 아래의 수학식을 통해 상기 PMV 산출 값을 연산한다.
(수학식)
Figure pat00002
여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미함.
또한, 상기 PMV 설정 값은 하절기에는 0.4 보다 작거나 같으며, 동절기에는 - 0.4 보다 크거나 같은 범위로 설정되고, 상기 제2단계는, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당하는지 비교한다.
본 발명은, 공기조화기의 운전 제어 시에, 단순한 온도 뿐만 아니라, 인간의 온열 감각을 형성하는 주요 인자들, 예를 들어 인체 주위의 평균 공기온도, 평균 복사온도, 기류속도, 상대습도, 신진대사량, 착의량 등을 반영하여 예측할 수 있는 PMV(Predicted Mean Vote)를 함께 고려한 운전 제어가 이루어지도록 함으로써, 각 개인마다 다르게 느끼는 사용자의 쾌적감을 최대한 만족시킬 수 있게 하는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 외기 온도 및 습도에 따라 착의량 값을 설정하고, 이러한 착의량 변화 및 실내온도, 상대습도의 변화에 따라 서로 다르게 입력되는 실험값을 이용하여 PMV를 계산하고, 이때의 PMV 결과 값이 미리 설정된 최적 값에 해당하면, 해당 실험값으로 운전 제어를 수행함으로써, 공기조화기 운전 제어에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
그에 따라, 본 발명은 실내공간의 복수의 위치에 설치된 고가의 측정 센서를 이용하지 않으면서도, 실험값 입력을 통해 계산된 최적 PMV 조건으로 운전 제어가 이루어지게 함으로써, 에너지 절감을 가능하게 함과 동시에, 효율적인 공기조화기 운전이 가능하게 하는 효과를 갖는다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 PMV 산출 값 입력을 위한 입력 테이블을 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 대사량의 입력을 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 착의량의 입력을 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 PMV 설정 값을 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 습공기선도를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법에 대한 분석의 실시예를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 PMV 산출 값 입력을 위한 입력 테이블을 보여주는 도면이다.
그리고, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 대사량의 입력을 예시한 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 착의량의 입력을 예시한 도면이다.
또한, 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 PMV 설정 값을 보여주는 도면이고, 도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템에 대한 습공기선도를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 시스템은 수집부(100), 연산부(200), 비교부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
먼저, 수집부(100)는 복수의 실내 환경 요소의 정보를 수집한다.
여기서, 복수의 실내 환경 요소는 실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량으로 이루어지며, 이러한 실내 환경 요소를 이용하여 PMV(Predicted Mean Vote) 산출 값을 계산할 수 있다.
연산부(200)는 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 PMV 연산이 이루어지게 함으로써, PMV 산출 값의 계산이 수행되게 한다.
통상 PMV는 실내 환경과 인간의 쾌적감과의 상관관계를 나태는 대표적인 열환경 평가지표로서, 국제 표준(ISP 7730)에 의거하여 계산되는 값이며, 공기조화기(10)는 이러한 PMV에 기반하여 효율적인 운전을 수행할 수 있다.
이러한 PMV는 +3 ~ -3 까지의 7 단계(Hot, Slightly warm, Neutral, Slightly cool, Cool, Cold)로 사람이 느끼는 열 쾌적감을 표현한 값으로, 인간의 온열감각을 형성하는 주요 인자들, 일례로 본 실시예에서 실내 환경 요소로 이용되는 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량 뿐만 아니라, 건구온도 등을 기반으로 예측할 수 있으며, 각각의 실내 환경 요소에 대한 입력 값을 입력하여 PMV 산출 값을 연산하도록 한다.
PMV 산출 값 연산을 위하여, 복수의 실내 환경 요소로 입력되는 실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량의 입력 값 중, 실내온도 및 습도는 별도의 센서를 통해 측정되어 입력되고, 복사온도는 측정된 실내온도와 동일하게 입력되며, 기류속도는 통상적으로 0.1m/s 과 같은 고정 값으로 입력될 수 있다.
또한, 대사량은 사무실 환경에서는 0.1 met 과 같은 고정 값으로 입력될 수 있으며(사무실에서 앉아져 생활하는 환경이 아닌, 예를 들어 도 3에서와 같이, 선 자세로 접시를 세척하는 환경에서는 2.5 met 으로 서로 다른 값으로 입력될 수도 있음), 착의량은 도 4에 도시된 바와 같이, 자켓, 코드 등을 입었는지 여부 등에 따라 서로 다르게 입력될 수 있다.
외기온도
(하절기)		 오전 오후 외기온도
(동절기)		 오전 오후
32℃↑ 0.7 0.6 -5℃↓ 2.0 1.3
30℃ ~ 32℃ 0.7 0.6 -5℃ ~ 0℃ 1.8 1.2
27℃ ~ 29℃ 0.8 0.7 0℃ ~ 10℃ 1.8 1.2
27℃↓ 0.8 0.7 10℃↑ 1.5 1.1
즉, 착의량은 하절기와 동절기에 따라, 오전 또는 오후에 따라 서로 다르게 입력될 수 있으며, 상기 [표 1]에서와 같이 하절기 또는 동절기의 온도 범위 및 오전, 오후의 시간에 따라 설정된 기준 값으로 입력될 수 있다.
다시 말해, 하절기에는 외기 온도가 높을수록, 그 중에서 오전 보다 오후에 그 기온이 더 높아 상대적으로 가벼운 옷차림으로 생활하기 때문에, 상기 [표 1]와 같은 온도 범위에 따라 착의량에 대한 상대적으로 낮은 입력 값이 입력될 수 있고, 또한 동절기에는 하절기 보다 기온이 낮고, 오후 보다 오전에 기온이 더 낮으므로, 상대적으로 두꺼운 착의량에 해당하는, 즉 상기 [표 1]와 같은 온도 범위에 따라 하절기 보다 높은 값으로 착의량에 대한 입력 값이 입력될 수 있다.
한편, 비교부(300)는 연산부(200)를 통해 연산된 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값과, 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교한다.
여기서, 연산부(200)를 통한 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값은 하기 (수학식)을 통해 연산될 수 있다.
(수학식)
Figure pat00003
여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미한다.
더 자세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 연산부(200)에서는 실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량에 대한 6가지 변수를 전술된 입력 값 또는 기준 값으로 하여 각각 입력 테이블에 입력하게 되면, 상기 (수학식)에 의해 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값이 연산되는데, 이때 비교부(300)는 연산된 PMV 산출 값과 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교, 현재 쾌적 지수가 습공기선도 내에서 열대 쾌적 대역(도 7 의 섹션부분)에 존재되는지 여부를 통해 연산되는 PMV 산출 값이 재실자로 하여금 쾌적한 상태에 해당하는지 판단함에 있어 그 척도로 사용될 수 있다.
제어부(400)는 비교부(300)를 통한 비교 결과, PMV 산출 값이 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기(10)의 구동을 제어한다.
여기서, PMV 설정 값은 - 0.4 에서 0.4 사이의 값으로 미리 설정되는데, 만일 비교부(300)를 통해 도 6의 습공기선도에서 열대 쾌적 대역에 대한 PMV 산출 값, 즉 열대 쾌적 대역 내의 복수의 PMV 산출 값들을 정리하여 소정의 범위를 이루도록 설정된 값과, PMV 산출 값을 비교한 결과, PMV 산출 값이 - 0.4 에서 0.4 사이의 값을 가지게 되면(도 5 참조), 제어부(400)는 해당 PMV 산출 값을 연산하기 위해 입력된 실내온도에 해당하도록 공기조화기(10)의 구동을 제어할 수 있다.
바람직하게는, PMV 설정 값의 경우, 하절기와 동절기에 따라 습공기선도에서 열대 쾌적 대역에 해당하는 실내온도 범위가 각각 다르기 때문에, PMV 산출 값의 연산과 마찬가지로, 입력되는 실내온도, 복사온도, 착의량 등의 실내 환경 요소를 반영한 산출 값이 하절기와 동절기에 따라 서로 다르게 되며, 그에 따라 더 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이, 그 PMV 설정 값의 범위가 하절기에는 0 ~ 0.4 사이, 동절기에는 0 ~ - 0.4 사이로 설정된다.
따라서, 제어부(400)는 냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 운전 형태로 공기조화기(10)의 구동을 제어하되, PMV 산출 값이 PMV 설정 값의 범위 내에서 에너지 소비량을 최소화하는 수준에 따라 구동되도록 제어할 수 있다.
다시 말해, 예를 들어 하절기에는 PMV 설정 값의 범위가 0 ~ 0.4 사이가 되기 때문에, 비교부(300)를 통한 PMV 산출 값과 PMV 설정 값 비교 결과, PMV 산출 값이 PMV 설정 값 범위 내에 위치하면서, 임계 범위에 해당하는 0 또는 0.4 보다는 그 중간 값, 즉 0.2의 값에 해당하도록 실내 환경 요소에 대한 입력 값을 변화시켜 PMV 산출 값이 연산되게 하면, 습공기선도 내에서 열대 쾌적 대역 중심에 PMV 산출 값이 해당하는 것으로 판단해볼 수 있기 때문에, 에너지 소비량을 최소화하는 수준에 따라 구동되도록 제어할 수 있는 것이다.
이하, 도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법을 순차적으로 보여주는 도면이고, 도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법에 대한 분석의 실시예를 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공기조화기의 운전 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
복수의 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 수집한다(S100),
여기서, 실내 환경 요소는 실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량의 6가지 요소로 이루어질 수 있다.
이후, 수집부(100)를 통해 수집된 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력 테이블에 입력하여(도 2 참조), 연산부(200)를 통해 PMV 값이 산출 값이 연산되도록 한다(S200).
즉, 연산부(200)는 아래의 수학식을 통해 PMV 산출 값을 연산할 수 있다.
(수학식)
Figure pat00004
여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미한다.
이후, 상기와 같은 수학식을 통해 수집된 실내 환경 요소를 입력하여 연산된 PMV 산출 값을 비교부(300)를 통해 미리 설정된 PMV 설정 값과 비교한다(S300).
이와 같은 PMV 설정 값은, - 0.4 에서 0.4 사이의 값으로 미리 설정되는데, 이는 비교부(300)를 통해 전술된 도 6의 습공기선도에서 열대 쾌적 대역에 대한 PMV 산출 값, 즉 열대 쾌적 대역 내의 복수의 PMV 산출 값들을 정리하여 소정의 범위를 이루도록 설정된 값으로 이루어질 수 있다.
이때, 만일 비교부(300)를 통한 비교 결과(S300), PMV 산출 값이 - 0.4 에서 0.4 사이의 값, 더 구체적으로는 하절기에는 0 에서 0.4, 동절기에는 0 에서 ?? 0.4 사이의 값을 가지게 되면(S310), 제어부(400)는 해당 PMV 산출 값을 연산하기 위해 입력된 실내온도에 해당하도록 공기조화기(10)의 구동을 제어한다(S400).
또한, 만일 비교부(300)를 통한 비교 결과(S300), PMV 산출 값이 - 0.4 에서 0.4 사이를 벗어난 값을 가지게 되면, 공기조화기(10) 구동을 정지시키거나, 또는 최소한의 풍량으로 공기조화기(10)가 구동되도록 제어한다(S320).
이러한 경우, 일례로 하절기의 경우, PMV 산출 값이 미리 설정된 PMV 설정 값, 즉 0 ~ 0.4 사이의 값을 가져야 습공기선도의 열적 쾌적 대역에 존재하게 되므로(도 6 및 전술된 실시예 참조), 서로 다른 복수의 입력 값을 입력 테이블에 입력하여(도 2 참조), PMV 산출 값이 PMV 설정 값의 범위 내에 존재하게 할 수 있다.
더 바람직하게는, 하절기에는 PMV 설정 값의 범위가 0 ~ 0.4 사이가 되기 때문에, 비교부(300)를 통한 PMV 산출 값과 PMV 설정 값 비교 결과, PMV 산출 값이 PMV 설정 값 범위 내에 위치하면서, 임계 범위에 해당하는 0 또는 0.4 보다는 그 중간 값, 즉 0.2의 값에 해당하도록 실내 환경 요소에 대한 입력 값을 변화시켜 PMV 산출 값이 연산되게 하면, 습공기선도 내에서 열대 쾌적 대역 중심에 PMV 산출 값이 해당하는 것으로 판단해볼 수 있기 때문에, 에너지 소비량을 최소화하는 수준에 따라 구동되도록 제어할 수도 있다.
한편, 상기와 같이 PMV 산출 값을 통한 공기조화기(10)의 구동 제어 시에는, 해당되는 실내 환경 요소가 유지되는지를 설정된 시간 간격, 일례로 15분 간격으로 수집할 수 있고, 그에 따라 수집부(100)를 통해 해당 실내 환경 요소를 연속적으로 수집하여 저장할 수 있다.
이와 같이, 실내 환경 요소가 소정의 기간동안 누적되어 저장되게 되면, 도 8과 같이 실내온도에 따라 연산되는 PMV 산출 값의 그래프, 다시 말해 미리 설정된 PMV 설정 값 - 0.4 내지 0.4 범위 내의 PMV 산출 값에 대한 그래프가 만들어질 수 있으며, 이를 이용하게 되면, 유사한 환경 조건을 가진 다른 장소에서도 동일한 수준의 실내온도로 공기조화기(10)의 구동이 제어되게 할 수 있다.
즉, 습공기선도에서 열적 쾌적 대역 내에 존재하는 수준으로 실내온도를 제어하기 위해서는, 실내 환경 요소를 수집하기 위해 실내온도 측정 센서, 습도 센서 등과 같은 복수의 센서들이 필요하지만, 동일한 구조를 가지는 건물의 각각의 층에 대한 실내온도를 제어함에 있어 모든 층에 복수의 센서를 설치하게 되면, 비용적 측면에서 어려움이 발생하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 하나의 건물에 대하여 전술된 바와 같이 PMV 산출 값과 PMV 설정 값의 비교를 통한 실내온도로 공기조화기의 구동을 제어하게 되면, 동일한 구조를 가지는 다른 층에서도 계절 또는 시간에 따라 실내 환경 요소가 동일하게 적용되어도 무방하기 때문에, 별도로 복수의 센서를 설치하지 않으면서도, 건물 전체에 대한 공기조화기(10) 구동을 동일하게 제어할 수 있으므로, 그 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명은, 공기조화기의 운전 제어 시에, 단순한 온도 뿐만 아니라, 인간의 온열 감각을 형성하는 주요 인자들, 예를 들어 인체 주위의 평균 공기온도, 평균 복사온도, 기류속도, 상대습도, 신진대사량, 착의량 등을 반영하여 예측할 수 있는 PMV(Predicted Mean Vote)를 함께 고려한 운전 제어가 이루어지도록 함으로써, 각 개인마다 다르게 느끼는 사용자의 쾌적감을 최대한 만족시킬 수 있게 하는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 외기 온도 및 습도에 따라 착의량 값을 설정하고, 이러한 착의량 변화 및 실내온도, 상대습도의 변화에 따라 서로 다르게 입력되는 실험값을 이용하여 PMV를 계산하고, 이때의 PMV 결과 값이 미리 설정된 최적 값에 해당하면, 해당 실험값으로 운전 제어를 수행함으로써, 공기조화기 운전 제어에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
그에 따라, 본 발명은 실내공간의 복수의 위치에 설치된 고가의 측정 센서를 이용하지 않으면서도, 실험값 입력을 통해 계산된 최적 PMV 조건으로 운전 제어가 이루어지게 함으로써, 에너지 절감을 가능하게 함과 동시에, 효율적인 공기조화기 운전이 가능하게 하는 효과를 갖는다.
이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.
10 : 공기조화기 100 : 수집부
200 : 연산부 300 : 비교부
400 : 제어부

Claims (10)

  1. 복수의 실내 환경 요소의 정보를 수집하는 수집부;
    상기 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 PMV 연산이 이루어지게 하는 연산부;
    상기 연산부를 통해 연산된 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값과, 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부를 통한 비교 결과, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, 상기 PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내 환경 요소는,
    실내온도, 복사온도, 기류속도, 습도, 대사량, 착의량으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실내 환경 요소는,
    기류속도 및 대사량은 고정 값으로 입력되며, 착의량은 하절기 또는 동절기 온도 범위 및 시간에 따라 설정된 기준 값으로 조절되어 입력되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 운전 형태로 상기 공기조화기의 구동을 제어하되, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에서 에너지 소비량을 최소화하는 수준에 따라 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    아래의 수학식을 통해 상기 PMV 산출 값을 연산하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
    (수학식)
    Figure pat00005

    여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미함.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 PMV 설정 값은,
    하절기에는 0.4 보다 작거나 같으며, 동절기에는 - 0.4 보다 크거나 같은 범위로 설정되고,
    상기 비교부는, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당하는지 비교하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 PMV 설정 값은,
    습공기선도 내에서 열적 쾌적 대역에 존재하는 값의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 시스템.
  8. 복수의 실내 환경 요소를 수집하는 제1단계;
    상기 실내 환경 요소에 대한 서로 다른 복수의 입력 값을 입력하여 현재 쾌적 지수에 대한 PMV 산출 값을 연산하는 제2단계;
    상기 PMV 산출 값과 미리 설정된 PMV 설정 값을 비교하는 제3단계; 및
    상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당함에 따라, 상기 PMV 산출 값이 연산된 실내온도의 입력 값으로 공기조화기 구동을 제어하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    아래의 수학식을 통해 상기 PMV 산출 값을 연산하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 방법.
    (수학식)
    Figure pat00006

    여기서, M 은 대사량, W 는 외부일, lcl 은 의복의 열저항, fcl 은 나체 시의 표면적에 대한 착의 시의 표면적의 비, ta 는 공기온도, Pa 는 수증기 분압, t'r 은 평균 복사온도, hc 는 대류열전달률, Var 은 상대풍속을 의미함.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 PMV 설정 값은,
    하절기에는 0.4 보다 작거나 같으며, 동절기에는 - 0.4 보다 크거나 같은 범위로 설정되고,
    상기 제2단계는, 상기 PMV 산출 값이 상기 PMV 설정 값의 범위 내에 해당하는지 비교하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전 제어 방법.
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