KR20220105704A - 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 건물 내의 차양과 조명, 냉난방 시스템을 연동하여 자연 채광을 조절하여, 냉난방과 조명 부하율을 줄여 에너지 절감이 가능하고, 중앙감시장치(SCADA)를 통해 조명 등 각종 설비 상태와 온도 등 설정이 가능하며, 수동 및 자동 등의 다양한 모드의 부가 기능을 실행할 수 있으며, IoT 와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 모발일과 태블릿을 통해 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 건물 내의 차양과 조명, 냉난방(공조) 시스템을 연동하여 외부에 설치된 웨더(기상)센서에 의한 실시간 차양장치의 슬랫 제어를 통해 자연 채광을 조절하여, 냉난방과 조명 부하율을 줄여 에너지 절감이 가능하고, 중앙제어장치(SCADA)를 통해 조명 등 각종 설비 상태와 온도 등 설정이 가능하며, 수동 및 자동 등의 다양한 모드의 부가 기능을 실행할 수 있으며, IoT 와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 모발일과 태블릿을 통해 제어 가능한 차양 장치 복합 제어를 통한 지능형 건물 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건물에너지관리시스템(BEMS, Building Energy Management System)은 에너지를 효율적으로 관리해주는 시스템으로 빌딩 내 에너지 관리 설비의 다양한 정보를 실시간 수집, 분석해 에너지 사용 효율을 개선하는 시스템으로 정의된다.
BEMS는 조명, 냉난방 설비, 환기 설비, 콘센트 등 센서와 계측정비가 통신망으로 연계되어 에너지원별, 용도별 등의 상세 사용량을 실시간 모니터링하고 수집된 에너지 사용 정보를 S/W를 통해 분석하고 설비의 자동제어를 통해 운영 최적화를 통한 에너지 절감을 하는 통합 관리 시스템으로 수집된 정보를 분석하여 건물 특성에 따라 개선방안 제시 및 자동제어를 통해 운영 상태를 최적화하는 첨단 시스템이다.
그러나, 종래의 BEMS는 프로그램제어나 스케줄제어로 차양장치, 조명장치, 냉난방(공조)장치 등 실내 환경을 직접적으로 조절할 수 있는 인공적인 설비를 이용해서 에너지를 절감하는 시스템으로 구축되고 있을 뿐, 외부 기상상태에 대응하여 실시간으로 태양광을 유입하고 차단하는 차양 장치와 연동되어 실내의 조도와 온도를 적극적으로 조절하여 건물 에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 시스템은 전무한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 건물 내의 차양과 조명, 냉난방 시스템을 연동하여 자연 채광을 조절하여, 냉난방과 조명 부하율을 줄여 에너지 절감이 가능하고, 중앙감시장치(SCADA)를 통해 조명 등 각종 설비 상태와 온도 등 설정이 가능하며, 수동 및 자동 등의 다양한 모드의 부가 기능을 실행할 수 있으며, IoT 와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 모발일과 태블릿을 통해 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템은 환경 정보를 센싱하는 센서 유닛과; 창에 설치되어 태양광의 유입을 조절하는 차양 유닛과; 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 조명 유닛과; 건물 내부에 설치되어 실내의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조) 유닛과; 상기 센서 유닛을 통해 획득된 환경 정보에 따라 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛을 통합 제어하는 통합 제어기를 포함한다.
상기 통합 제어기는 상기 센서 유닛으로부터 획득된 환경정보를 수집하여 관리하는 센서유닛관리모듈과; 상기 센서유닛관리모듈로부터 획득된 환경정보를 토대로 차양장치, 조명장치 및 냉난방기의 동작여부를 결정하는 실내환경분석모듈과; 상기 실내환경분석모듈을 통해 상기 차양장치, 조명장치 및 냉난방기 중 적어도 하나의 장치에 대한 동작이 결정되면 차양제어기, 조명제어기 및 냉난방(&공조)제어기 중 적어도 하나의 제어기에 제어신호를 전송하는 복합장치제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 센서 유닛은 상기 차양 유닛을 제어하기 위한 웨더(기상) 센서, 실내에 사람이 위치하는지 여부를 감지하기 위한 재실 센서, 상기 조명 유닛을 제어하기 위한 조도 센서, 상기 냉난방(&공조) 유닛을 제어하기 위한 온습도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨더 센서는 외기 온도, 풍속, 풍향, 외기 조도, 대기압, 강수량, 태양 고도각, 방위각 등의 정보를 수집하되; GPS 수신기를 내장하고, 설치된 위치의 경도와 위도를 자동으로 측정하고, 지역 별 태양의 고도각과 방위각 정보를 미리 저장하고, 상기 측정된 설치 위치에 대한 태양의 고도각과 방위각 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 차양 유닛은 지능형 제어를 위해 전동 루버 또는 전동 블라인드로 구성된 차양장치와 상기 차양장치의 동작을 제어하는 차양제어기를 포함하고; 상기 조명 유닛은 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 조명장치와 상기 조명장치의 동작을 제어하는 조명제어기를 포함하고; 상기 냉난방(&공조) 유닛은 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 온도, 습도를 조절하는 역할을 담당하며, 건물 내부의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조)장치와 상기 냉난방(&공조)장치의 동작을 제어하는 냉난방(&공조)제어기(HVAC 제어기)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서유닛관리모듈은 차양 유닛 제어에 필요한 웨더 센서를 식별하여 관리하는 웨더센서관리모듈과; 사람의 유무를 감지하는 재실센서를 식별하여 관리하는 재실센서관리모듈과; 조명 유닛 제어에 필요한 조도 센서를 식별하여 관리하는 조도센서관리모듈과; 냉난방(&공조) 유닛 제어에 필요한 온습도 센서를 식별하여 관리하는 온습도센서관리모듈을 포함하고; 상기 웨더센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 웨더센서를 관리하고, 상기 웨더센서가 설치된 위치 정보(차양장치 정보)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 복수 개의 웨더센서 중에서 특정 웨더 센서를 식별하고 이에 대응되는 차양장치를 식별하고 식별된 웨더센서로부터 수집된정보를 저장 관리하고; 상기 재실센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 재실센서를 관리하고, 상기 재실센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 복수 개의 재실센서 중에서 특정 재실센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별하고 식별된 재실센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하고; 상기 조도센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 조도센서를 관리하고, 상기 조도센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 조도센서를 식별하고 이에 대응되는 조명장치를 식별하고 식별된 조도센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하고; 상기 온습도센서관리모듈 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 온습도센서를 관리하고, 상기 온습도센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 온습도센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별하고 식별된 온습도센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하는 것을 특징으로 한다.
상기 실내환경분석모듈은 자동모드와 수동모드 중 하나의 모드를 선택할 수 있는 인터페이스를 제공하는 동작모드UI모듈과; 상기 동작모드UI모듈로부터 선택된 모드에 따른 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 동작판단모듈을 포함하고; 상기 자동모드는 계절별 날짜별 시간대별로 바람직한 실내 환경을 유지하기 위한 기준 환경정보를 기록한 기준환경정보 테이블을 토대로 현재 시간에 대응되는 기준 환경정보를 추출하여 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미하고, 수동모드는 유저가 직접 실내의 환경정보를 설정하고 설정된 유저 환경정보와 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미하고; 자동모드에 따른 계절별 날짜별 시간대별 기준 환경 정보를 저장한 기준환경정보테이블 및 수동모드에 따른 유저가 설정한 유저환경정보테이블을 구비하고, 모드에 따라 기준환경정보테이블의 기준 환경정보 또는 유저환경정보테이블의 유저 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 복합장치제어모듈은 상기 실내환경분석모듈이 장치의 동작이 필요하다고 결정한 경우, 상기 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛의 제어 조건을 산출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송하되; 상기 제어 조건은 기준 환경정보 또는 유저 환경정보 범위내로 충족하기 위해 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛 중 적어도 하나의 유닛을 조절하여 실내 환경을 조절하기 위한 조건을 의미하고, 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 복수 개의 제어조건이 존재할 경우 설정된 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 복합장치제어모듈은 기준 환경 정보를 만족할 때까지 각 유닛이 동작에 소요되는 시간과 에너지 소모량을 시뮬레이션하여 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 적어도 하나의 제어 조건을 산출하여 생성하는 제어조건생성모듈과; 선택조건을 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 복수 개의 제어 조건이 생성된 경우 상기 설정된 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 선택하는 제어조건선택모듈과; 상기 추출된 제어조건에 따라 센서 유닛으로부터 수집된 실제 환경조건이 설정된 환경조건을 만족하도록 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛 중 적어도 하나의 유닛에 제어명령을 전송하여 제어하는 제어명령전송모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 통합 제어기는 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛의 동작에 따른 실시간 전력량을 계측하는 전력 계측기와; 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛의 작동 상태 확인 및 원격 제어가 가능하고, IoT와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 원격지 단말을 통한 원격 제어가 가능하도록 지원하는 중앙제어장치와 연동되어 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙제어장치는 상기 전력 계측기로부터 실시간으로 계측된 전력량을 전력량 기준 테이블과 비교하여 전력량 과다여부를 검토하여 절전형 제어를 유도하도록 상기 통합 제어기에 절전 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템은 BEMS(Building Energy Management System) 시스템과 연동하여 건물 내의 차양 장치, 조명 장치 및 냉난방(&공조) 장치의 복합 제어가 가능하여 에너지 절감 효과가 발생하고, 실시간 전력 및 에너지 계측과 현장 센서 데이터를 기반으로 복합 부하의 연동을 통해 유연한 제어가 가능한 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템을 개략적으로 도시한 시스템 구성도이고,
도 2는 도 1의 상세 블럭도이고,
도 3은 제어를 위한 블럭다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템의 제어 알고리즘이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 상세 블럭도이고,
도 3은 제어를 위한 블럭다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템의 제어 알고리즘이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템을 개략적으로 도시한 시스템 구성도이고, 도 2는 도 1의 상세 블럭도이고, 도 3은 제어를 위한 블럭다이어그램이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템은 환경 정보를 센싱하는 센서 유닛(10)과 창에 설치되어 태양광의 유입을 조절하는 차양 유닛(20)과 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 조명 유닛(30)과 건물 내부에 설치되어 실내의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조) 유닛(40)과 상기 센서 유닛을 통해 획득된 환경 정보에 따라 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛을 통합 제어하는 통합 제어기(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 통합 제어기(50)를 통해 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛을 제어할 수 있는 제어 명령을 전송하는 유저 컨트롤러(80)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 창호의 자동 개폐가 가능한 전동 창호 장치를 구비한 경우 창호 장치의 개폐하여 환기 및 습도를 조절하는 창호 유닛(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유저 컨트롤러(80)는 상기 통합 제어기와 유무선을 통해 연결되어 상기 통합 제어기(50)에 제어명령을 전송하는 역할을 담당하고, 상기 유저 컨트롤러(60)는 건물 실내의 특정 위치에 고정 설치되어 터치스크린 제어가 가능한 제어기 또는 PC 단말, 원격에서 제어가 가능한 유저가 소지하는 휴대폰과 같은 휴대 단말로 구성될 수 있다.
상기 유저 컨트롤러860)는 상기 통합 제어기(50)와 데이터를 송수신하고, 제어 명령을 전송하기 위한 통합 제어 어플리케이션(610)을 구비할 수 있다.
상기 센서 유닛(10)은 건물 내 외부의 환경정보를 획득하는 역할을 담당하고, 웨더 센서, 온습도 센서, 움직임 감지 센서(재실 센서), 조도 센서를 적어도 하나 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 창호 유닛을 포함하는 경우 실내 미세 먼지를 측정하는 미세먼지 측정센서를 더 포함하여 구성될 수 있다.
기본적으로, 상기 센서 유닛(10)은 차양 유닛(20)을 제어하기 위한 웨더 센서(110), 사람의 유무를 감지하기 위한 재실 센서(120)와 조명 유닛(20)을 제어하기 위한 조도 센서(130) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)을 제어하기 위한 온습도 센서(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 웨더 센서(110)는 건물 외부에 직접 설치될 수 있지만, 기상청으로부터 수집된 기상 정보(외부 온도, 습도)로 대체될 수 있다.
상기 센서 유닛(10)은 건물 내외의 온도, 습도, 조도 등의 환경 정보를 제공하여 차양, 조명, 냉난방 제어에 필요한 기본 데이터를 제공한다.
상기 웨더 센서(110)는 외기 온도, 풍속, 풍향, 외기 조도, 대기압, 강수량, 태양 고도각, 방위각 등의 정보를 수집할 수 있다.
상기 웨더 센서(110)는 차양 장치가 설치된 향에 따라 고도각과 방위각이 달라지므로 향이 다른 차양장치에 복수 개의 웨더 센서가 설치될 수 있다.
상기 웨더 센서(110)는 GPS 수신기를 내장할 수 있으며 설치된 위치의 경도와 위도를 자동으로 측정할 수 있으며, 지역 별 태양의 고도각과 방위각 정보를 저장하고, 상기 측정된 설치 위치에 대한 태양의 고도각과 방위각 정보를 추출할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 웨더 센서(110)는 GPS/GLONASS 신호를 수신하여, 현재 시간과 날짜를 자동으로 수신한다. 또한, GPS/GLONASS 를 통해 수신된 위도/경도 위치 정보를 통해 센서가 설치되어 있는 위치의 태양 고도각과 방위각 정보를 실시간으로 전송 받고, 상기 정보를 통합 제어기(50)에 전송하고 차양장치의 슬랫 및 루버의 상하 위치 제어를 할 수 있다.
태양 고도각과 방위각은 별도의 서버가 필요하지 않으며, 별도의 위치 정보를 설정 및 측정하지 않아도 되며, GPS 에 의해 수신된 건물의 정확한 위치를 설정할 수 있어서 건물의 가장 정확한 태양 방위각과 고도각 정도를 확보할 수 있으며, 서버의 네트워크 및 장비 고장에 상관없이 센서에 의한 데이터 취득으로 인해 안정적인 데이터 확보가 가능하다.
따라서, 상기 웨더 센서(110)의 계측 및 기본 저장된 기상 값에 따라 차양 유닛이 동작이 되며, 눈부심 방지와 더불어 자연 채광을 천장면에 반사하게 하여 실내 조도를 제어할 수 있다.
상기 웨더 센서(110)에 저장된 방위각과 고도각에 따라 차양 유닛은 차양 장치의 슬랫 각도를 조절할 수 있다. 다만, 외부 기상이 흐려서 실내 조도가 더욱 확보해야 하면 눈부심을 주지 않는 정도를 맞추어 슬랫의 각을 더욱 열어 자연 채광을 더욱 확보하여 조명 부하의 출력 값을 낮출 수 있다.
상기 재실 센서(120)는 실내의 사람의 유무를 감지하는 센서로 적외선 센서, 이미지 센서, UWB 레이더(UWB radar) 센서 등으로 구성될 수 있으며, 사람이 감지되지 않는 경우 통합 제어기(50)를 절전 모드로 제어하도록 구성할 수 있다.
상기 재실 센서(120)는 실내 공간이 구획된 경우 구획된 공간마다 설치될 수 있으며, 구획된 공간마다 사람 유무를 감지하여 절전모드를 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있다.
그리고 상기 조도 센서(130)는 실내의 조도를 감지하는 센서로 KNX 국제 빌딩 프로토콜을 지원하는 KNX 센서로 구성될 수 있으며, 실내 조도 및 온도를 측정하고, 선택적으로 CO2 및 VOC 계측도 가능할 수 있다.
상기 조도 센서(130)는 조명장치가 설치된 공간에 설치될 수 있으며, 복수 개의 공간으로 구획된 경우 구획된 공간마다 개별적인 조도 센서가 설치될 수 있으며, 이에 따라 구획된 공간마다 구분하여 조도를 관리할 수 있다.
상기 온습도 센서(140)는 실내의 온도 및 습도를 측정하는 센서로 통상의 온도계와 습도계가 결합된 형태로 구성될 수 있다.
상기 온습도 센서(140)도 복수 개의 공간으로 구획된 경우 구획된 공간마다 개별적인 온습도 센서가 설치될 수 있으며, 이에 따라 구획된 공간마다 구분하여 온습도를 관리할 수 있다.
상기 차양 유닛(20)은 창에 설치되어 태양광의 내부 유입을 조절하는 역할을 담당하고, 통상의 루버, 블라인드, EVB 등의 차양장치로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 차양 유닛(20)은 지능형 제어를 위해 전동 루버 또는 전동 블라인드로 구성된 차양장치(210)와 상기 차양장치의 동작을 제어하는 차양제어기(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차양장치(210)는 루버 또는 블라인드의 각도를 조절하여 태양광을 유입하거나 차단시킬 수 있으며, 상부로 반사시켜 내부 실내 조도를 위한 간접광으로 활용하도록 제어할 수 있다.
따라서, 상기 차양장치(210)는 일사광의 차단은 물론 일사광 직접 유입과 반사로 인한 간접광 유입을 통한 실내 조도를 조절할 수 있는 자연 광원의 역할을 담당하게 된다.
또한 상기 차양장치(210)는 태양광의 유입 및 차단을 통해 직접적인 조도를 조절함과 동시에 실내 온도에도 영향을 미치게 된다. 유입되는 태양광과 실내 면적을 통해 온도 조절 능력을 수치화할 수 있다. 예를 들어, 창호의 크기가 커서 태양광 유입량이 많을수록 실내 면적이 작을수록 차양장치의 온도 조절 능력이 커지게 된다.
상기 차양 제어기(220)는 각종 센서와 호환되도록 구성될 수 있으며, KNX 프로토콜을 지원하고, KNX 통신 단자를 통해 통신하며 모터 출력 단자를 통해 차양의 상하 및 슬랫의 각도를 제어할 수 있으며, 통신을 통해 차양 장치의 상태 값을 통합 제어기(50)에 전달할 수 있다.
여기서, 상기 차양 제어기(220)는 웨더 센서로부터 태양 고도각과 방위각을 전송받은 통합 제어기(50)에서 프로그래밍된 출력값을 전송받아 차양장치를 제어할 수 있다.
상기 차양장치(210)의 구체적인 구성은 본 발명의 통상의 지식을 가진 당업자에게 자명한 사항일 뿐만 아니라, 본 발명의 핵심에서 벗어나는 부분이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 조명 유닛(30)은 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 역할을 담당하며, 실내 조도를 조절하는 조명장치(310)와 상기 조명장치의 동작을 제어하는 조명제어기(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 조명장치(310)는 LED, 백열등, 형광등 등의 통상의 조명등으로구 구성될 수 있지만, 단계별 밝기 제어가 가능한 LED 등으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 조명제어기(320)는 KNX/DALI 통신 지원하는 제어기로 구성될 수 있으며, LED 등과 같은 조명장치의 안정기를 통해 디밍을 제어하고, 조명의 점멸 및 밝기가 0~100% 조절이 가능하다.
상기 조명제어기(320)는 조명장치의 안정기와 통신 할 수 있으며, 각 안정기는 디지털 통신을 통해 제어하며, 각 안정기에는 개별 주소가 할당된다.
통합 제어기(50)는 실내 조도 센서의 현재 계측 조도 값을 전송 받고, PID 제어 기능을 통해 디밍 제어 명령 값을 전송하고, 조명제어기(320)는 상기 디밍 제어 명령 값을 수신하고 조명장치의 안정기로 디밍 제어 명령 값을 전송하여 조명장치를 제어하게 된다.
상기 조명장치와 차양장치는 실내 조도를 조절하는 역할을 담당하고, 차양장치를 통해 태양광이 유입되는 양을 조절하여 실내 조도를 조절하고, 차양장치 만으로 설정된 실내 조도 확보가 어려운 경우 조명장치를 혼합하여 동작함으로써 에너지 효율적으로 실내 조도 확보가 가능하다.
즉, 일사가 풍부한 주간에는 차양장치만 이용하고, 날씨가 흐리거나 오전, 오후와 같이 일사가 부족한 경우에는 차양장치와 조명장치를 혼합하여 이용하고, 외부 일사가 없는 야간에는 조명장치만 이용하여 실내 조도를 조절하게 된다.
상기 냉난방(&공조) 유닛(40)은 건물 내부에 설치되어 건물 내부의 온도, 습도를 조절하는 역할을 담당하며, 건물 내부의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조)장치(410)와 상기 냉난방(&공조)장치의 동작을 제어하는 냉난방(&공조)제어기(420, HVAC 제어기)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉난방(&공조)장치(410)는 시스템 에어컨과 같이 통상의 냉난방기로 구성될 수 있다.
한편, 상기 통합 제어기(50)는 센서 유닛(10)을 통해 획득된 환경 정보에 따라 상기 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)을 통합 제어하는 역할을 담당한다.
보다 구체적으로, 상기 통합 제어기(50)는 센서 유닛(10)으로부터 획득된 환경정보를 수집하여 관리하는 센서유닛관리모듈(510)과 상기 센서유닛관리모듈로부터 획득된 환경정보를 토대로 차양장치, 조명장치 및 냉난방기의 동작여부를 결정하는 실내환경분석모듈(520)과 상기 실내환경분석모듈을 통해 상기 차양장치, 조명장치 및 냉난방기 중 적어도 하나의 장치에 대한 동작이 결정되면 차양제어기, 조명제어기 및 냉난방(&공조)제어기 중 적어도 하나의 제어기에 제어신호를 전송하는 복합장치제어모듈(530)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 통합 제어기(50)는 등록된 유저를 식별하는 유저식별모듈(540)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유저식별모듈(540)은 유저의 휴대 단말에 설치된 유저 어플리케이션을 통해 유저의 휴대 단말을 등록할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 등록된 휴대 단말과의 네트워킹을 통해 유저를 식별하는 역할을 담당한다.
보다 구체적으로, 상기 유저식별모듈(540)은 휴대 단말을 통해 유저를 등록하여 관리하는 유저등록관리모듈(541)과 상기 등록된 유저의 휴대 단말과의 네트워킹을 통해 등록된 유저를 식별하고 식별된 유저의 위치를 확인하는 유저식별관리모듈(542)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유저등록관리모듈(541)은 유저가 소지한 휴대 단말에 설치된 유저 어플리케이션을 통해 유저 정보, 휴대 단말 정보를 전송받아 등록 관리하는 역할을 담당한다.
상기 유저 정보는 유저의 고유 식별정보(ID, PW), 유저 일반정보(유저 이름, 소속, 나이, 성별 등)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 휴대 단말 정보는 휴대 단말을 식별하기 위한 단말식별정보(휴대폰 번호 또는 단말 ID)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유저식별관리모듈(542)은 등록된 유저의 휴대 단말과 네트워킹을 통해 휴대 단말 정보를 수신하고, 수신된 휴대 단말 정보와 기 등록된 휴대 단말 정보를 비교하여 휴대 단말을 식별하고, 식별된 휴대 단말로부터 유저를 식별하고, 네트워킹을 통해 유저의 위치를 확인하여 관리하는 역할을 담당한다.
상기와 같이 유저가 식별되면, 식별된 유저가 설정한 실내의 환경정보를 토대로 실시간 수집된 환경정보와 비교하여 복합 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정할 수 있으므로 유저 맞춤형 실내 환경 제어가 가능하다.
예를 들어, 복수 명의 등록된 유저가 존재하고 구획된 공간에 개별 유저가 존재하면 개별 유저가 설정한 실내 환경정보에 따라 실내 환경을 제어할 수 있다.
그리고 복수 명의 등록된 유저가 감지된 경우 공통으로 설정된 실내 환경정보에 따라 실내 환경을 제어할 수 있다.
상기 센서유닛관리모듈(510)은 웨더 센서, 온습도 센서, 움직임 감지 센서(재실 센서), 조도 센서로부터 측정된 센싱 정보를 실시간 수신하여 저장 관리하는 역할을 담당한다.
상기 센서유닛관리모듈(510)은 차양 유닛 제어에 필요한 웨더 센서를 관리하는 웨더센서관리모듈(511)과 사람의 유무를 감지하는 재실센서를 관리하는 재실센서관리모듈(512)와 조명 유닛 제어에 필요한 조도 센서를 관리하는 조도센서관리모듈(513)과 냉난방(&공조) 유닛 제어에 필요한 온습도 센서를 관리하는 온습도센서관리모듈(514)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 웨더센서관리모듈(511)은 차양 장치 외부에 설치된 웨더센서(110)를 통합적으로 관리하는 역할을 담당하고, 웨더센서(110)를 식별하고 웨더센서(110)로부터 수집된 정보를 저장 및 관리하는 역할을 담당한다.
상기 웨더센서(110)는 고유 식별코드를 구비하여 복수 개가 설치될 수 있으며, 웨더센서관리모듈은 웨더센서(110)가 설치된 위치 정보(차양장치 정보)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하여 관리함으로써 복수 개의 웨더 센서(110) 중에서 특정 웨더 센서를 식별하고 이에 대응되는 차양장치를 식별할 수 있다.
예를 들어, 남향에 설치된 차양장치와 동향에 설치된 차양장치에 각각 웨더 센서가 설치된 경우 웨더 센서가 설치된 장소와 웨더센서의 고유 식별코드를 매핑하여 저장하면, 웨더센서가 식별되면 웨더센서가 설치된 장소와 차양장치를 식별할 수 있으므로 차양장치에 대한 개별적인 제어가 가능하다.
그리고 상기 재실센서관리모듈(512)는 실내 공간에 설치되어 사람의 유무를 감지하는 재실센서(120)를 통합적으로 관리하는 역할을 담당하고, 재실센서(120)로부터 수집된 정보를 저장 및 관리하는 역할을 담당한다.
상기 재실센서(120)는 고유 식별코드를 구비하여 복수 개의 구획된 공간마다 설치될 수 있으며, 재실센서관리모듈(512)은 재실센서(120)가 설치된 위치 정보(구획된 공간, 예를 들어, 방, 거실, 욕실 등)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하여 관리함으로써 복수 개의 재실센서(120) 중에서 특정 재실 센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별할 수 있다.
그리고 상기 조도센서관리모듈(513)은 조명이 설치된 실내에 배치된 조도센서(130)를 통합적으로 관리하는 역할을 담당하고, 조도센서(130)로부터 수집된 정보를 저장 및 관리하는 역할을 담당한다.
보다 구체적으로, 상기 조도센서(130)는 고유 식별코드를 구비하고, 조도센서관리모듈(513)은 조도센서가 설치된 위치 정보(조명장치 정보)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하여 관리함으로써 조도 센서를 식별하고 이에 대응되는 조명장치를 식별할 수 있다.
예를 들어, 방, 거실 및 주방에 각각 조도 센서가 설치된 경우 조도 센서가 설치된 장소와 조도센서의 고유 식별코드를 매핑하여 저장하면, 조도센서가 식별되면 조도센서가 설치된 장소와 조명장치를 식별할 수 있므므로 조명장치에 대한 개별적인 제어가 가능하다.
그리고 상기 온습도센서관리모듈(514)은 냉난방(&공조) 장치가 설치된 실내에 배치된 온습도센서(140)를 통합적으로 관리하는 역할을 담당하고, 온습도센서(140)로부터 수집된 정보를 저장 및 관리하는 역할을 담당한다.
상기 온습도센서(140)도 고유 식별코드를 구비하고, 온습도센서관리모듈(514)은 온습도센서가 설치된 위치 정보(구획된 공간, 예를 들어, 방, 거실, 주방 등)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하여 관리함으로써 온습도센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별할 수 있다.
따라서, 냉난방(&공조)기가 설치된 구획된 공간 별로 개별적인 온습도 조절이 가능하다.
상기 실내환경분석모듈(520)은 상기 센서유닛관리모듈(510)로부터 실시간 수집된 환경정보에 따라 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 역할을 담당한다.
상기 실내환경분석모듈(520)은 동작 모드를 결정할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 설정된 동작모드에 따라 실시간 수집된 환경정보에 따라 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 실내환경분석모듈(520)은 자동모드와 수동모드 중 하나의 모드를 선택할 수 있는 인터페이스를 제공하는 동작모드UI모듈(521)동작모드UI모듈로부터 선택된 모드에 따른 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 동작판단모듈(522)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 자동모드는 계절별 날짜별 시간대별로 바람직한 실내 환경을 유지하기 위한 기준 환경정보를 기록한 기준환경정보 테이블을 토대로 현재 시간에 대응되는 기준 환경정보를 추출하여 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미하고, 수동모드는 유저가 직접 실내의 환경정보를 설정하고 설정된 유저 환경정보와 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미한다.
즉, 상기 실내환경분석모듈(520)은 자동모드에 따른 계절별 날짜별 시간대별 기준 환경 정보를 저장한 기준환경정보테이블 및 수동모드에 따른 유저가 설정한 유저환경정보테이블을 구비하고, 모드에 따라 기준환경정보테이블의 기준 환경정보 또는 유저환경정보테이블의 유저 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정한다.
여기서, 상기 동작판단모듈(522)은 모드에 따른 환경정보와 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경정보가 상이할 경우 장치의 동작이 필요하다고 판단하여 복합장치제어모듈(530)로 전송한다.
상기 복합장치제어모듈(530)은 상기 실내환경분석모듈(520)이 장치의 동작이 필요하다고 결정한 경우, 상기 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 제어 조건을 산출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송한다.
여기서, 상기 제어 조건은 기준 환경정보 또는 유저 환경정보 범위내로 충족하기 위해 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40) 중 적어도 하나의 유닛을 조절하여 실내 환경을 조절하기 위한 조건을 의미한다.
기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 복수 개의 조건이 존재할 경우 최소 전력량으로 만족이 가능한 조건을 추출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송할 수 있다.
예를 들어, 특정 시간의 기준 환경 정보가 온도 23~25도, 습도 40~60%, 조도 70% 200 ~ 220lx이고, 실제로 측정된 실제 환경 정보가 온도 24도, 습도 50%, 조도 50lx인 경우 온도, 습도는 기준 환경 정보를 만족하지만, 조도만 기준 환경조도보다 낮기 때문에 차양장치 또는 조명장치의 동작이 필요하다고 판단하게 된다.
여기서, 상기 복합장치제어모듈(530)은 차양장치와 조명장치 모두 동작하도록 제어할 수 있지만, 차양장치 제어만으로 기준 환경 정보를 만족할 수 있는 경우 차양장치 제어만 필요하다고 판단하여 에너지 절감이 가능하도록 분석할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 복합장치제어모듈(530)은 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 제어 조건을 산출하여 생성하는 제어조건생성모듈(531)과 상기 생성된 제어조건이 복수 인 경우 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하는 제어조건선택모듈(532)과 상기 추출된 제어조건에 따라 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40) 중 적어도 하나의 유닛에 제어명령을 전송하는 제어명령전송모듈(533)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 선택조건은 최단시간 조건, 에너지 효율 조건, 유저결정조건과 같이 유저가 실내 환경을 만족하기 위해 설정한 조건을 의미하고, 최단시간 조건은 에너지 효율에 상관없이 기준 환경정보 또는 유저 환경정보를 만족하기 위해 소요되는 시간을 최소하할 수 있는 제어 조건을 의미하고, 에너지 효율 조건은 시간에 상관없이 기준 환경정보 또는 유저 환경정보를 만족하기 위해 소요되는 에너지가 최소가 되는 제어 조건을 의미하고, 유저결정조건은 복수 개의 제어 조건 중 유저가 직접 제어 조건을 선택하는 것을 의미한다.
상기 제어조건생성모듈(531)은 기준 환경 정보를 만족할 때까지 각 유닛이 동작에 소요되는 시간과 에너지 소모량을 시뮬레이션하여 적어도 하나의 제어 조건을 생성할 수 있다.
상기 제어조건선택모듈(532)은 선택조건을 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 복수 개의 제어 조건이 생성된 경우 상기 설정된 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 선택한다.
즉, 상기 제어조건생성모듈(531)은 선택조건으로 최단시간조건이 설정된 경우 에너지 효율에 상관없이 각 제어조건에 대하여 기준 환경 정보를 만족할 때까지 소요되는 각 유닛 장치의 구동 시간이 최소가 되는 제어조건을 선택한다.
에너지 효율조건인 경우 시간에 상관없이 각 제어조건에 대하여 기준 환경 정보를 만족할 때까지 소요되는 각 유닛 장치의 구동 시간과 그에 따른 에너지 소모를 합한 에너지 소모량이 최소가 되는 제어조건을 선택한다.
예를 들어, 기준 환경 정보를 만족하는 제어 조건이 차양장치만 조절하는 제 1 제어조건, 차양장치와 조명 장치를 조절하는 제 2 제어조건, 차양장치, 조명장치 및 냉난방(&공조)장치를 모두 조절하는 제 3 제어조건이 생성된 경우 제 1 제어조건의 에너지 소모량이 제일 적기 때문에 제어조건으로 선택한다.
그리고 유저결정조건이 설정된 경우 복수 개의 제어조건 중 유저가 지정한 제어조건을 선택한다.
여기서, 유저식별모듈(540)을 통해 유저가 식별된 경우 식별된 유저가 지정한 제어조건을 유저결정조건으로 설정하여 제저조건을 선택할 수 있다.
상기 제어명령전송모듈(533)은 추출된 제어조건에 따라 센서 유닛으로부터 수집된 실제 환경조건이 설정된 환경조건을 만족하도록 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40) 중 적어도 하나의 유닛에 제어명령을 전송하여 제어한다.
따라서, 상기 복합장치제어모듈(530)은 기준 환경 정보와 에너지 효율 정보를 토대로 장치의 동작을 지능적으로 제어할 수 있도록 가이드할 수 있다.
또한, 상기 센서유닛(10)은 실시간으로 환경 정보를 수집하기 때문에 실제 환경 정보가 기준 환경정보 또는 유저 환경정보 범위와 일치하지 않아서 장치를 동작시켰다 하더라도 장치 동작에 따라 실제 환경정보가 기준 환경정보 또는 유저 환경정보 범위내로 들어오면 장치의 동작을 정지시켜 절전형으로 제어할 수 있다.
그리고 상기 통합 제어기(50)는 실시간 전력량을 계측하는 전력 계측기(60)와 중앙제어장치(70, SCADA)와 연동되어 제어되도록 구성될 수 있다.
상기 중앙제어장치(70)는 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 공조 유닛(40)의 작동 상태 확인 및 원격 제어가 가능하고, IoT와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 원격지 단말을 통한 원격 제어가 가능하도록 지원한다.
보다 구체적으로, 상기 전력 계측기(60)는 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)을 통해 사용된 전력량을 실시간으로 계측하고, 상기 중앙제어장치(70)는기 전력 계측기(60)로부터 실시간으로 계측된 전력량을 전력량 기준 테이블과 비교하여 전력량 과다여부를 검토하여 절전형 제어를 유도하도록 상기 통합 제어기(50)에 절전 제어 명령을 전송할 수 있다.
여기서, 상기 전력량 기준 테이블은 실시간 계측중인 건물이 속하는 표준 건물에 대한 통계로 축적된 적정 전력량 정보를 빅데이터 기반으로 저장한 테이블로 정의될 수 있다. 즉, 건물용도, 평수, 향, 지역 등의 건물 정보가 특정되면 전력량 기준 테이블로부터 이에 대응되는 표준 건물의 적정 전력량 정보를 추출할 수 있다.
그리고 상기 중앙제어장치(70)는 실시간으로 계측된 전력량이 상기 전력량 기준 테이블에서 추출된 표준 건물의 적정 전력량 정보와 비교하여 적을 경우 에너지 절전이 우수한 것으로 판단할 수 있으며, 클 경우 에너지 절감이 필요한 것으로 판단하여 절전형으로 제어하도록 상기 통합 제어기(50)에 절전 제어 명령을 전송할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 제어를 통한 지능형 건물 에너지 관리 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 시스템의 제어 알고리즘이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차양 장치 복합 제어를 통한 건물 에너지 관리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
먼저, 센서 유닛(10)으로부터 환경 정보를 수집한다.
보다 구체적으로, 통합제어기(50)의 센서유닛관리모듈(510)은 웨더 센서로부터 외부 기상상태(외부 온도, 습도, 방위각, 고도각, 풍향, 풍속, 외기 조도, 대기압, 강수량 등) 정보를 수집하고, 재실 센서 및 조도 센서로부터 내부의 사람의 유무 및 밝기(내부 조도) 정보를 수집하고, 온습도 센서로부터 내부의 온도 및 습도 정보를 수집한다.
그리고 통합제어기(50)의 실내환경분석모듈(520)은 상기와 같이 실시간 수집된 환경 정보와 동작모드에 따른 설정된 환경모드를 비교하여 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작 여부를 결정한다.
동작모드가 자동모드인 경우, 실시간 수집된 환경정보와 기준환경정보테이블에서 추출된 현재 시간에 대응되는 기준 환경정보를 비교하고, 수동모드인 경우 유저가 설정한 유저 환경정보를 비교하고, 상기 기준 환경정보 또는 유저 환경정보의 범위내에 있는 경우, 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작이 불필요하지만, 상기 기준 환경정보 또는 유저 환경정보의 범위를 벗어난 경우 범위내로 실내 환경을 조절하기 위해 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작이 필요하다고 판단한다.
차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작이 필요한 경우, 상기 통합 제어기(50)의 복합장치제어모듈(530)은 실시간 수집된 실제 환경 정보와 기준 환경정보 또는 유저 환경정보의 범위로부터 차이가 나는 환경 정보를 토대로 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40) 중 적어도 하나의 유닛에 대해 동작을 위한 제어조건을 생성한다.
제어조건이 복수 개인 경우 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 선택하고 해당 제어조건에 따른 제어명령을 해당 제어기로 전송한다.
예를 들어, 선택된 제어조건이 조도를 높이기 위해 차양장치를 조절하는 제어명령인 경우 차양 장치(210)의 개구부 면적을 증가시키는 차양 제어신호를 생성하여 차양 제어기(210)로 전송할 수 있으며, 이와 함께 조명장치(310)의 디밍 제어를 조절하는 제어명령인 경우 디밍 제어신호를 생성하여 조명 제어기(310)으로 전송할 수 있다.
또한, 실내 온도가 지나치게 높아서 온도를 낮출 필요가 있는 경우 냉난방(&공조)장치(410)의 에어컨 온도를 조절하는 냉난방(&공조) 제어신호를 생성하여 냉난방(&공조) 제어기(410)로 전송할 수 있다.
즉, 제어조건은 차양장치의 개구부 면적 또는 각도를 변화시키는 차양 제어명령, 조명장치의 턴온/턴오프, 디밍을 조절하는 조명 제어명령, 냉난방(&공조)장치의 온도 또는 습도를 조절하는 냉난방(&공조) 제어명령 중 적어도 하나의 제어명령이 포함된다.
또한, 실내에 복수 개의 구획된 공간이 형성되고, 개별적인 차양유닛, 조명유닛, 냉난방(&공조) 유닛이 설치된 경우 구획된 공간마다 개별적으로 동작모드를 설정하여 개별적인 제어조건에 따라 개별적으로 제어될 수 있다.
그리고 자동 모드 또는 수동 모드가 설정된 상태라 하더라도, 재실 센서(120)가 사람이 감지되지 않는 경우 절전모드롤 변경하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 제어될 수 있다.
보다 구체적으로, 복합 유닛(차양 유닛, 조명 유닛, 냉난방(&공조) 유닛)이 동작하고 있는 경우 재실센서(120)가 실내에 사람이 감지되지 않아서 이벤트 오프(Event OFF) 신호를 생성하여 통합제어기(50)로 전송하면, 상기 통합제어기(50)의 복합장치제어모듈(530)은 설정시간 동안 상기 이벤트 오프 신호가 유지되면 상기 복합 유닛을 설정된 절전모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 설정시간은 실내에 있는 사람이 특정 용무로 잠시 자리를 비운 경우를 고려하여 설정되는 시간으로, 5분 또는 10분과 같이 선택적 또는 임의적으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 설정시간은 2단계로 구분되어 설정될 수 있으며, 절전모드로 운용되는 절전시간과 복합 유닛의 동작을 차단하는 차단시간으로 구분되어 설정될 수 있다.
상기 절전시간은 사람이 다시 실내로 복귀할 것을 예상하여 절전모드로 운용하기 위한 시간이며, 상기 차단시간은 절전시간을 넘도록 사람이 감지되지 않을 경우 사람이 돌아오지 않을 것으로 간주하여 동작을 차단시켜 에너지 사용을 최소화하기 위한 시간이다. 상기 절전시간과 차단시간은 유저의 설정에 따라 임의로 선태될 수 있다.
예를 들어, 절전시간은 10분, 차단시간은 1시간과 같이 설정된 경우 10분 동안 사람이 감지되지 않으면 절전모드로 동작하고, 이후 1시간 동안 사람이 감지되지 않으면 복합 유닛의 동작을 차단하도록 제어할 수 있다.
그리고 재실센서(120)가 실내에 사람을 감지하여 이벤트 온(Event On) 신호를 생성하여 통합제어기(50)로 전송하면, 상기 통합제어기(50)의 복합장치제어모듈(530)은 절전모드를 동작모드로 전환하여 상기 복합 유닛을 동작하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 재실센서(120)가 복수 개의 구획된 공간에 각각 설치된 경우 특정 재실센서(예를 들어, 거실)가 실내에 사람이 감지되지 않아서 이벤트 오프(Event OFF) 신호를 생성하여 통합제어기(50)로 전송하면, 상기 통합제어기(50)는 재실센서의 고유 식별코드로부터 재실센서를 식별하여 구획된 공간인 거실을 식별하고, 거실만 절전모드로 동작하도록 제어하여 구획된 공간별로 사람의 유무에 따른 절전모드 제어가 가능하다.
여기서, 전력 계측기(60)가 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작에 따른 전력량을 계측하고, 상기 중앙감시장치(70)는 실시간으로 계측된 전력량이 상기 전력량 기준 테이블에서 추출된 표준 건물의 적정 전력량 정보와 비교하여 전력량이 클 경우 에너지 절감이 필요한 것으로 판단하여 절전형으로 제어하도록 상기 통합 제어기(50)에 절전 제어 명령을 전송할 수 있다.
이에 따라, 상기 통합 제어기(50)는 기준 환경정보의 범위를 만족시키기 위해 전력량을 최소화할 수 있는 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작을 산출하여 제어함으로써 효율적인 건물 에너지 관리가 가능하다.
상기와 같이 통합 제어기(50)가 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)을 제어하여 실내 환경을 조절한 후, 센서 유닛(10)을 통해 수집된 환경 정보가 기준 환경정보의 범위를 만족하는 경우 상기 차양 유닛(20), 조명 유닛(30) 및 냉난방(&공조) 유닛(40)의 동작을 중단시킨다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 센서 유닛 20 : 차양 유닛
30 : 조명 유닛 40 : 냉난방(&공조) 유닛
50 : 복합 제어기 60 : 전력 계측기
70 : 중앙 제어 장치
30 : 조명 유닛 40 : 냉난방(&공조) 유닛
50 : 복합 제어기 60 : 전력 계측기
70 : 중앙 제어 장치
Claims (10)
- 환경 정보를 센싱하는 센서 유닛과;
창에 설치되어 태양광의 유입을 조절하는 차양 유닛과;
건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 조명 유닛과;
건물 내부에 설치되어 실내의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조) 유닛과;
상기 센서 유닛을 통해 획득된 환경 정보에 따라 상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛을 통합 제어하는 통합 제어기를 포함하고;
상기 통합 제어기는
상기 센서 유닛으로부터 획득된 환경정보를 수집하여 관리하는 센서유닛관리모듈과;
상기 센서유닛관리모듈로부터 획득된 환경정보를 토대로 차양장치, 조명장치 및 냉난방기의 동작여부를 결정하는 실내환경분석모듈과;
상기 실내환경분석모듈을 통해 상기 차양장치, 조명장치 및 냉난방기 중 적어도 하나의 장치에 대한 동작이 결정되면 차양제어기, 조명제어기 및 냉난방(&공조)제어기 중 적어도 하나의 제어기에 제어신호를 전송하는 복합장치제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 센서 유닛은
상기 차양 유닛을 제어하기 위한 웨더 센서,
실내에 사람이 위치하는지 여부를 감지하기 위한 재실 센서,
상기 조명 유닛을 제어하기 위한 조도 센서,
상기 냉난방(&공조) 유닛을 제어하기 위한 온습도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 웨더 센서는
외기 온도, 풍속, 풍향, 외기 조도, 대기압, 강수량, 태양 고도각, 방위각 등의 정보를 수집하되;
GPS 수신기를 내장하고, 설치된 위치의 경도와 위도를 자동으로 측정하고, 지역 별 태양의 고도각과 방위각 정보를 미리 저장하고, 상기 측정된 설치 위치에 대한 태양의 고도각과 방위각 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 차양 유닛은
지능형 제어를 위해 전동 루버 또는 전동 블라인드로 구성된 차양장치와 상기 차양장치의 동작을 제어하는 차양제어기를 포함하고;
상기 조명 유닛은
건물 내부에 설치되어 건물 내부의 조도를 조절하는 조명장치와 상기 조명장치의 동작을 제어하는 조명제어기를 포함하고;
상기 냉난방(&공조) 유닛은
건물 내부에 설치되어 건물 내부의 온도, 습도를 조절하는 역할을 담당하며, 건물 내부의 온습도를 조절하는 냉난방(&공조)장치와 상기 냉난방(&공조)장치의 동작을 제어하는 냉난방(&공조)제어기(HVAC 제어기)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 센서유닛관리모듈은
차양 유닛 제어에 필요한 웨더 센서를 식별하여 관리하는 웨더센서관리모듈과; 사람의 유무를 감지하는 재실센서를 식별하여 관리하는 재실센서관리모듈과; 조명 유닛 제어에 필요한 조도 센서를 식별하여 관리하는 조도센서관리모듈과; 냉난방(&공조) 유닛 제어에 필요한 온습도 센서를 식별하여 관리하는 온습도센서관리모듈을 포함하고;
상기 웨더센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 웨더센서를 관리하고, 상기 웨더센서가 설치된 위치 정보(차양장치 정보)와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 복수 개의 웨더센서 중에서 특정 웨더 센서를 식별하고 이에 대응되는 차양장치를 식별하고 식별된 웨더센서로부터 수집된정보를 저장 관리하고;
상기 재실센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 재실센서를 관리하고, 상기 재실센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 복수 개의 재실센서 중에서 특정 재실센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별하고 식별된 재실센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하고;
상기 조도센서관리모듈은 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 조도센서를 관리하고, 상기 조도센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 조도센서를 식별하고 이에 대응되는 조명장치를 식별하고 식별된 조도센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하고;
상기 온습도센서관리모듈 고유 식별코드를 구비하여 설치된 적어도 하나의 온습도센서를 관리하고, 상기 온습도센서가 설치된 위치 정보와 고유 식별코드를 매핑하여 등록하고 관리하여 온습도센서를 식별하고 이에 대응되는 구획된 공간을 식별하고 식별된 온습도센서로부터 수집된 정보를 저장 관리하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 실내환경분석모듈은
자동모드와 수동모드 중 하나의 모드를 선택할 수 있는 인터페이스를 제공하는 동작모드UI모듈과;
상기 동작모드UI모듈로부터 선택된 모드에 따른 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 동작판단모듈을 포함하고;
상기 자동모드는 계절별 날짜별 시간대별로 바람직한 실내 환경을 유지하기 위한 기준 환경정보를 기록한 기준환경정보 테이블을 토대로 현재 시간에 대응되는 기준 환경정보를 추출하여 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미하고, 수동모드는 유저가 직접 실내의 환경정보를 설정하고 설정된 유저 환경정보와 센서유닛으로부터 수집된 실제 환경 정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 모드를 의미하고;
자동모드에 따른 계절별 날짜별 시간대별 기준 환경 정보를 저장한 기준환경정보테이블 및 수동모드에 따른 유저가 설정한 유저환경정보테이블을 구비하고, 모드에 따라 기준환경정보테이블의 기준 환경정보 또는 유저환경정보테이블의 유저 환경정보와 상기 센서 유닛으로 실시간 수집된 실제 환경정보를 비교하여 장치의 동작이 필요한지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 복합장치제어모듈은
상기 실내환경분석모듈이 장치의 동작이 필요하다고 결정한 경우, 상기 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛의 제어 조건을 산출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송하되;
상기 제어 조건은 기준 환경정보 또는 유저 환경정보 범위내로 충족하기 위해 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛 중 적어도 하나의 유닛을 조절하여 실내 환경을 조절하기 위한 조건을 의미하고,
기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 복수 개의 제어조건이 존재할 경우 설정된 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 생성된 제어 신호를 해당 유닛의 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 복합장치제어모듈은
기준 환경 정보를 만족할 때까지 각 유닛이 동작에 소요되는 시간과 에너지 소모량을 시뮬레이션하여 기준 환경정보 범위내로 충족하기 위한 적어도 하나의 제어 조건을 산출하여 생성하는 제어조건생성모듈과;
선택조건을 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 복수 개의 제어 조건이 생성된 경우 상기 설정된 선택조건을 만족하는 제어조건을 추출하여 선택하는 제어조건선택모듈과;
상기 추출된 제어조건에 따라 센서 유닛으로부터 수집된 실제 환경조건이 설정된 환경조건을 만족하도록 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛 중 적어도 하나의 유닛에 제어명령을 전송하여 제어하는 제어명령전송모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 통합 제어기는
상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조) 유닛의 동작에 따른 실시간 전력량을 계측하는 전력 계측기와;
상기 차양 유닛, 조명 유닛 및 냉난방(&공조)냉난방(&공조)의 작동 상태 확인 및 원격 제어가 가능하고, IoT와의 연동을 통해 건물의 내외에 상관없이 원격지 단말을 통한 원격 제어가 가능하도록 지원하는 중앙제어장치와 연동되어 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
- 제 9항에 있어서,
상기 중앙제어장치는
상기 전력 계측기로부터 실시간으로 계측된 전력량을 전력량 기준 테이블과 비교하여 전력량 과다여부를 검토하여 절전형 제어를 유도하도록 상기 통합 제어기에 절전 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 실시간 차양 장치 복합 제어를 통한 조명 및 냉난방 제어에 특화된 건물 에너지 관리 시스템.
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| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |