KR20220109013A - 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법 - Google Patents

전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법 Download PDF

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KR20220109013A KR1020210012187A KR20210012187A KR20220109013A KR 20220109013 A KR20220109013 A KR 20220109013A KR 1020210012187 A KR1020210012187 A KR 1020210012187A KR 20210012187 A KR20210012187 A KR 20210012187A KR 20220109013 A KR20220109013 A KR 20220109013A
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Abstract

본 발명은 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법에 관한 것으로서, 상기 건물 에너지 제어 시스템은 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치되어 해당 건축물의 전일사량을 측정하는 일사량계와, 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경 정보를 입력할 수 있는 입력모듈과, 상기 일사량계에서 제공되는 전일사량 값과, 상기 입력모듈에서 제공되는 입력 정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출모듈과, 상기 산출모듈에서 제공되는 상기 실내 유입 일사량 또는 일사 에너지에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈을 제어하는 제어모듈을 구비한다.
본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법은 건축물 외부에 설치된 일사량계의 측정데이터와 태양의 위치정보를 이용하여 측정데이터를 직달 일사와 확산 일사로 분리한 후, 분리된 직달 일사와 확산 일사를 별도로 계산하여 건물 내부로 유입되는 태양광 일사량을 산출하여 건축물 내부 환경을 제어하므로 건축물 내부의 환경을 제어하는 데 불필요하게 낭비되는 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Description

전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법{Building energy control system based on direct sunlight separation of total office solar radiation and building energy control method using the same}
본 발명은 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물 내부로 유입되는 태양광 일사량을 산출하고, 산출된 태양광 일사량에 따라 건축물 내부의 조명장치 또는 냉난방 장치를 제어할 수 있는 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법에 관한 것이다.
국내에서 소비되는 총 에너지 중 건물에서 차지하는 비중이 약 23%이며 그에 따른 온실가스 배출량의 비중이 25%로 높은 비중을 차지한다. 특히, 건물에서 소비되는 에너지는 전체 36%이고, 이 중 공조에너지는 약 48%를 차지하고 있다.
또한, 정부 및 지방자치단체에서 최근 발주하는 공공건물은 에너지 자립형 건물 구현을 목표로 하고, 건물 에너지 관리 시스템(BEMS, Building Energy Management System) 도입의 의무화에 따라 학교건물에 설치되는 건축설비시스템의 제어 및 데이터 모니터링 시스템이 BEMS로 통합하여 관리된다. 이러한 이유로 인해, 건물에너지 절감을 위해 건축설비시스템의 통합제어가 필요한 실정이다.
통합제어란 외부차양, 실내 지능형 차양시스템, 인공조명, 공조시스템 등 액티브 건축설비시스템을 외부 환경 부하를 고려하여 최적으로 운용하는 시스템 알고리즘을 의미한다.
건물의 통합제어 및 에너지 효율화를 위하여 건물의 구조나 디자인을 통해 통풍, 채광을 조절하거나 에너지 손실을 줄이는 재료를 사용하는 등의 패시브 디자인(Pasive Design)이 고려되어야 하며, 특히 공공건물의 설계지침에는 건물방위각에 따른 외부차양의 설치가 필수사항으로 포함되어 있다.
또한, 건물 외부에서 발생 된 태양에너지는 건물 외벽과 창호 시스템으로 대표되는 건물 외피를 통해 실내로 유입되고 있으며, 건물 외부차양의 성능에 따라 실내로 유입되는 일사 및 일조 성분의 양이 달라져 실내의 환경부하량에 영향을 미친다.
이러한 이유로 인해, 실내로 유입되는 태양광 일사량의 예측은 액티브 건축설비시스템의 통합제어를 위한 알고리즘 정확도 향상을 위해 반드시 필요하다.
건물 내부에 유입되는 태양광의 일사량 해석을 위하여 종래에 다양한 방법들이 제시되어 있다.
특허문헌 1은 기건축된 또는 건축 예정인 건물의 일조 및 일사 분석을 하기 위해 해당 단지, 지역, 날짜, 솔라 차트 및 분석좌표에 대한 기초자료를 입력하는 자료입력과정과, 그 입력된 기초자료에 의거하여 태양좌표, 솔라 차트 또는 신 솔라 차트 및 일조·일사량 현황을 계산하는 계산과정과, 그 자료입력과정에서의 분석 좌표 설정 값 변화에 따른 솔라 차트 및 일간 총 가조 시간을 분석하는 태양 궤적도 분석, 시간별 및 누적 일영도 분석, 그리고 시간별 및 누적 입면 평가분석, 천동설의 관점에서 분석 대상 건물의 주위를 돌며 시간별로 일사차폐 현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 기능을 수행하면서 분석하는 솔라 뷰 분석을 수행함에 따라 표현되는 일영도를 다시 분석하는 분석과정과, 이 분석과정에서 분석된 결과를 화면 캡쳐 및 프린터에 의한 3차원적 그래픽 파일 또는 표로 사용자에게 보여주는 분석 결과 출력과정을 포함한다.
이 경우, 건물의 외부차양에 의해 발생하는 일사량의 변화를 예측하지 못하는 단점이 있었다.
특허문헌 2는 컴퓨터 그래픽 프로그램을 사용하지 않고 일반 사용자가 용이하게 건물의 단위세대까지 실제와 같이 형상화 시키고 이를 이용하여 자동으로 각 세대별로 정확한 일조시간을 계산해 내는 건물의 일조시간분석방법을 제공한다.
이 경우 역시, 건물의 외부차양에 의해 발생하는 일사량의 변화를 예측하지 못하는 단점이 있었다.
한국 등록특허 제10-0307871호 (1999. 11. 09) 한국 등록특허 제10-0369540호 (2000. 05. 19)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 건축물 외부에 설치된 일사량계의 측정데이터와 태양의 위치정보를 이용하여 측정데이터를 직달 일사와 확산 일사로 분리한 후, 분리된 직달 일사와 확산 일사를 별도로 계산하여 건물 내부로 유입되는 태양광 일사량을 산출하여 건축물 내부 환경을 제어할 수 있는 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템은 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치되어 해당 건축물의 전일사량을 측정하는 일사량계와, 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경 정보를 입력할 수 있는 입력모듈과, 상기 일사량계에서 제공되는 전일사량 값과, 상기 입력모듈에서 제공되는 입력 정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출모듈과, 상기 산출모듈에서 제공되는 상기 실내 유입 일사량 또는 일사 에너지에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈을 제어하는 제어모듈을 구비한다.
상기 산출모듈은 상기 일사량계에서 제공되는 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다.
상기 입력모듈은 상기 건축물 상공의 구름 양에 따른 천공청명도에 대한 정보가 입력되고, 상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 입력된 천공청명도 값에 따라 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출할 수 있다.
상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 제공되는 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 하기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출하고,
[수학식1]
Figure pat00001
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00002
는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00003
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00004
는 상기 확산 일사 값이다.
상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 제공되는 상기 천공청명도 값 및 상기 일사량계에서 제공되는 상기 전일사량을 하기의 수학식2에 대입하여 상기 확산 일사 값을 산출하고,
[수학식2]
Figure pat00005
상기 수학식에서 상기
Figure pat00006
는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00007
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00008
는 상기 천공청명도 값에 따른 확산청명도 값이다.
상기 산출모듈은 상기 천공청명도 값이 0.22 이하인 경우, 해당 건축물의 상공이 담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식3에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고, 상기 천공청명도 값이 0.22 초과하되, 0.8 이하일 경우, 해당 건축물의 상공이 부분담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식4에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고, 상기 천공청명도 값이 0.8이상일 경우, 해당 건축물의 상공이 청천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식5에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
[수학식 3]
Figure pat00009
[수학식 4]
Figure pat00010
[수학식 5]
Figure pat00011
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00012
는 상기 확산청명도 값이고, 상기
Figure pat00013
는 상기 천공청명도 값이다.
상기 산출모듈은 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출할 수 있다.
상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식6에 대입하여 상기 경사면 직달 일사량을 산출하고,
[수학식6]
Figure pat00014
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00015
는 상기 경사면 직달 일사량이고, 상기
Figure pat00016
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00017
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00018
는 상기 전일사량이고,
Figure pat00019
는 상기 건축물에 대한 태양의 입사각이고, 상기
Figure pat00020
는 천정고도이다.
상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식7에 대입하여 상기 경사면 확산 일사량을 산출하고,
[수학식7]
Figure pat00021
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00022
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00023
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00024
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다.
상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식8에 대입하여 상기 경사면 반사 일사량을 산출하고,
[수학식8]
Figure pat00025
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00026
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00027
는 상기 전일사량이고, 상기
Figure pat00028
는 지표면에서 반사되는 태양 에너지의 비율인 알베도(albedo)이고, 상기
Figure pat00029
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다.
상기 산출모듈은 산출된 상기 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 및 경사면 반사 일사량을 하기의 수학식9에 대입하여 상기 경사면 일사량을 산출하고,
[수학식9]
Figure pat00030
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00031
는 상기 경사면 일사량이고, 상기
Figure pat00032
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00033
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00034
는 상기 경사면 직달 일사량이다.
상기 산출모듈은 산출된 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출할 수 있다.
상기 산출모듈은 해당 건축물의 창호에 대한 창호의 일사투과율과 해당 건축물에 설치된 차양장치의 일사투과율을 곱하여 총 일사투과율을 산출하고, 산출된 상기 총 일사투과율을 상기 경사면 일사량과 곱하여 상기 실내 수직면 일사량을 산출할 수 있다.
상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 입력된 상기 건축물의 환경정보 및 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출할 수 있다.
상기 산출모듈은 상기 경사면 일사량을 하기의 수학식10에 대입하여 상기 실내 유입 일사량을 산출하고,
[수학식10]
Figure pat00035
상기 수학식에서, 상기 I는 상기 실내 유입 일사량이고, 상기
Figure pat00036
는 상기 건축물의 총 열류량이고, 상기 A는 상기 건축물의 일사 유입 면적이고, 상기
Figure pat00037
는 상기 건축물의 실내외 온도차에 의한 열류량이고, 상기
Figure pat00038
는 상기 건축물의 일사에 의한 열류량이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00039
는 상기 건축물의 실내외 온도차이고, 상기 g-value는 상기 건축물의 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00040
는 상기 경사면 일사량이다.
상기 산출모듈은 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우, 하기의 수학식 11을 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하고,
[수학식11]
Figure pat00041
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00042
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00043
는 유리의 투과율이고, 상기
Figure pat00044
는 유리의 흡수율이고, 상기
Figure pat00045
는 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수이고, 상기
Figure pat00046
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다.
상기 산출모듈은 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 하기의 수학식12를 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하고,
[수학식12]
Figure pat00047
,
Figure pat00048
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00049
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00050
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00051
는 상기 건축물의 차양의 반사율이고, 상기
Figure pat00052
는 상기 건축물의 차양의 흡수율이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00053
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다.
상기 유리의 실내 대류열 전달계수(
Figure pat00054
)는 4W/m2K이고, 상기 유리의 실외 대류열 전달계수(
Figure pat00055
)는 18W/m2K일 수도 있다.
상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 조도를 조절하기 위해 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 구비하고, 상기 제어모듈은 상기 산출모듈에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 상기 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 조명장치를 제어할 수 있다.
상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 온도를 조절하기 위해 상기 건축물에 설치된 냉난방장치를 구비하고, 상기 제어모듈은 상기 산출모듈에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 상기 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출하고, 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 상기 냉난방장치의 에너지 소비량을 산출하고, 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치를 작동시킬 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 건물 에너지 제어 방법은 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치된 일사량계를 통해 해당 건축물의 전일사량을 획득하는 일사량 획득단계와, 상기 일사량 획득단계에서 획득한 전일사량 값과, 입력모듈을 통해 입력된 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출단계와, 상기 산출단계에서 산출된 상기 실내 유입 일사량에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 제어모듈이 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈을 제어하는 제어단계를 포함한다.
상기 산출단계에서는, 상기 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 상기 입력모듈을 통해 입력된 천공청명도 값에 따라 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 상기 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 하기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출하고,
[수학식1]
Figure pat00056
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00057
는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00058
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00059
는 상기 확산 일사 값이다.
상기 산출단계에서는, 상기 천공청명도 값 및 상기 일사량계에서 제공되는 상기 전일사량을 하기의 수학식2에 대입하여 상기 확산 일사 값을 산출하고,
[수학식2]
Figure pat00060
상기 수학식에서 상기
Figure pat00061
는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00062
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00063
는 상기 천공청명도 값에 따른 확산청명도 값이다.
상기 산출단계에서는, 상기 천공청명도 값이 0.22 이하인 경우, 해당 건축물의 상공이 담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식3에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
상기 천공청명도 값이 0.22 초과하되, 0.8 이하일 경우, 해당 건축물의 상공이 부분담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식4에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
상기 천공청명도 값이 0.8이상일 경우, 해당 건축물의 상공이 청천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식5에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
[수학식 3]
Figure pat00064
[수학식 4]
Figure pat00065
[수학식 5]
Figure pat00066
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00067
는 상기 확산청명도 값이고, 상기
Figure pat00068
는 상기 천공청명도 값이다.
상기 산출단계에서는, 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식6에 대입하여 상기 경사면 직달 일사량을 산출하고,
[수학식6]
Figure pat00069
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00070
는 상기 경사면 직달 일사량이고, 상기
Figure pat00071
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00072
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00073
는 상기 전일사량이고,
Figure pat00074
는 상기 건축물에 대한 태양의 입사각이고, 상기
Figure pat00075
는 천정고도이다.
상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식7에 대입하여 상기 경사면 확산 일사량을 산출하고,
[수학식7]
Figure pat00076
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00077
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00078
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00079
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다.
상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식8에 대입하여 상기 경사면 반사 일사량을 산출하고,
[수학식8]
Figure pat00080
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00081
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00082
는 상기 전일사량이고, 상기
Figure pat00083
는 지표면에서 반사되는 태양 에너지의 비율인 알베도(albedo)이고, 상기
Figure pat00084
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다.
상기 산출단계에서는, 산출된 상기 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 및 경사면 반사 일사량을 하기의 수학식9에 대입하여 상기 경사면 일사량을 산출하고,
[수학식9]
Figure pat00085
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00086
는 상기 경사면 일사량이고, 상기
Figure pat00087
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00088
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00089
는 상기 경사면 직달 일사량이다.
상기 산출단계에서는, 산출된 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 해당 건축물의 창호에 대한 창호의 일사투과율과 해당 건축물에 설치된 차양장치의 일사투과율을 곱하여 총 일사투과율을 산출하고, 산출된 상기 총 일사투과율을 상기 경사면 일사량과 곱하여 상기 실내 수직면 일사량을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 상기 입력모듈에서 입력된 상기 건축물의 환경정보 및 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출한다.
상기 산출단계에서는, 상기 경사면 일사량을 하기의 수학식10에 대입하여 상기 실내 유입 일사량을 산출하고,
[수학식10]
Figure pat00090
상기 수학식에서, 상기 I는 상기 실내 유입 일사량이고, 상기
Figure pat00091
는 상기 건축물의 총 열류량이고, 상기 A는 상기 건축물의 일사 유입 면적이고, 상기
Figure pat00092
는 상기 건축물의 실내외 온도차에 의한 열류량이고, 상기
Figure pat00093
는 상기 건축물의 일사에 의한 열류량이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00094
는 상기 건축물의 실내외 온도차이고, 상기 g-value는 상기 건축물의 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00095
는 상기 경사면 일사량이다.
상기 산출단계에서는, 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우, 하기의 수학식 11을 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하고,
[수학식11]
Figure pat00096
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00097
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00098
는 유리의 투과율이고, 상기
Figure pat00099
는 유리의 흡수율이고, 상기
Figure pat00100
는 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수이고, 상기
Figure pat00101
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다.
상기 산출단계에서는, 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 하기의 수학식12를 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하고,
[수학식12]
Figure pat00102
,
Figure pat00103
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00104
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00105
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00106
는 상기 건축물의 차양의 반사율이고, 상기
Figure pat00107
는 상기 건축물의 차양의 흡수율이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00108
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다.
상기 유리의 실내 대류열 전달계수(
Figure pat00109
)는 4W/m2K 이고, 상기 유리의 실외 대류열 전달계수(
Figure pat00110
)는 18W/m2K 일 수 있다.
상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 조도를 조절하기 위해 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 구비하고, 상기 제어단계에서는, 상기 산출단계에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 상기 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 제어한다.
상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 온도를 조절하기 위해 상기 건축물에 설치된 냉난방장치를 구비하고, 상기 제어단계에서는, 상기 산출단계에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 상기 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출하고, 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 상기 냉난방장치의 에너지 소비량을 산출하고, 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치를 작동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법은 건축물 외부에 설치된 일사량계의 측정데이터와 태양의 위치정보를 이용하여 측정데이터를 직달 일사와 확산 일사로 분리한 후, 분리된 직달 일사와 확산 일사를 별도로 계산하여 건물 내부로 유입되는 태양광 일사량을 산출하여 건축물 내부 환경을 제어하므로 건축물 내부의 환경을 제어하는 데 불필요하게 낭비되는 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템에 대한 개념도이고,
도 2는 도 1의 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템에 대한 블럭도이고,
도 3은 본 발명에 따른 건물 에너지 제어 방법에 대한 순서도이고,
도 4는 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템의 성능검사를 위한 건축물에 대한 사진이고,
도 5는 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템의 성능검사를 위한 건축물에 대한 개념도이고,
도 6은 본 발명의 건물 에너지 제어 시스템이 적용된 건축물의 에너지 소비량에 대한 그래프이고,
도 7은 성능검사 기간 전체에 대한 본 발명이 적용된 건축물과 비교예의 건축물의 에너지 소비량 비교 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 전천공일사량 직산 분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템(100)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 전천공일사량 직산 분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템(100)은 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치되어 해당 건축물의 전일사량을 측정하는 일사량계(110)와, 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경 정보를 입력할 수 있는 입력모듈(120)과, 상기 일사량계(110)에서 제공되는 전일사량 값과, 상기 입력모듈(120)에서 제공되는 입력 정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출모듈(130)과, 상기 산출모듈(130)에서 제공되는 상기 실내 유입 일사량 또는 일사 에너지에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈(150)을 제어하는 제어모듈(140)을 구비한다.
상기 일사량계(110)는 제어대상 건축물의 외벽면에 설치되어 해당 건축물로 입사되는 전일사량을 측정한다. 상기 일사량계(110)는 일사량을 측정하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 일사량 계측장치가 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
입력모듈(120)은 사용자가 제어대상 건축물에 대한 정보를 입력할 수 있도록 키보드와 같은 입력수단(미도시)이 마련되어 있다. 상기 건축물에 대한 정보는 해당 건축물의 높이, 건물방위각, 건물 경사각, 건물 외벽의 단열율, 창호 및 차양의 투과율, 건축물의 창호에 설치된 유리의 투과율, 열흡수율, 실내 대류열 전달계수, 건축물 실외 대류열 전달계수, 실외 대류열 전달계수, 건축물에 마련된 차양 또는 차양장치의 반사율, 열흡수율, 열관류율 등이 포함된다.
또한, 입력모듈(120)은 사용자에 의해 건축물의 환경 정부가 입력될 수 있다. 여기서, 건축물의 환경 정보에는 건축물 상공의 구름 양에 따른 천공청명도 값이 포함된다. 상기 천공청명도는 건축물 상공의 청명도를 수치로 나타낸 것으로서, 상공에 구름이 없는 청명한 상태가 1이고, 건축물의 상공에 구름양이 많을 수록 천공청명도 값은 감소한다. 한편, 입력모듈(120)은 천공청명도를 측정하는 측정기관의 서버에 접속하여 해당 서버로부터 해당 건축물 상공의 천공천명도에 대한 정보를 획득할 수도 있다.
상기 산출모듈(130)은 상기 일사량계(110)에서 제공되는 전일사량 값과, 상기 입력모듈(120)에서 제공되는 입력 정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출한다. 이때, 산출모듈(130)은 상기 일사량계(110)에서 제공되는 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다. 여기서, 직달 일사는 대기의 수증기나 작은 먼지에 의해 흡수되거나 산란되지 않고, 태양으로부터 직접 지표면에 도달하는 일사이고, 확산 일사는 대기 중의 산란이나 지형, 지물의 반사에 의한 일사이다.
먼저, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 입력된 천공청명도 값에 따라 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출한다. 즉, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 제공되는 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 하기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출한다.
Figure pat00111
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00112
는 상기 일사량계(110)에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00113
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00114
는 상기 확산 일사 값이다.
이때, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 제공되는 상기 천공청명도 값 및 상기 일사량계(110)에서 제공되는 상기 전일사량을 하기의 수학식2에 대입하여 확산 일사 값을 산출할 수 있다.
Figure pat00115
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00116
는 상기 일사량계(110)에서 측정된 전일사량이고, 상기
Figure pat00117
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00118
는 상기 천공청명도 값에 따른 확산청명도 값이다.
여기서, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에 입력된 천공청명도 값에 따라 상이한 확산청명도 값을 수학식 2에 대입한다.
즉, 산출모듈(130)은 천공청명도 값이 0.22 이하인 경우, 해당 건축물의 상공이 담천공 상태인 것으로 판단하고, 하기의 수학식3에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출한다. 여기서, 담청공 상태는 건축물 상공에 소정의 구름양이 존재하는 상태이다.
Figure pat00119
여기서, 상기
Figure pat00120
는 상기 확산청명도 값이고, 상기
Figure pat00121
는 상기 천공청명도 값이다.
또한, 산출모듈(130)은 천공청명도 값이 0.22를 초과하되, 0.8 이하일 경우, 해당 건축물의 상공이 부분 담천공 상태인 것으로 판단하고, 하기의 수학식4에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출한다. 여기서, 부분담천공은 상기 담천공 상태보다 구름양이 적은 상태이다.
Figure pat00122
여기서, 상기
Figure pat00123
는 상기 확산청명도 값이고, 상기
Figure pat00124
는 상기 천공청명도 값이다.
그리고, 산출모듈(130)은 천공청명도 값이 0.8 이상일 경우, 해당 건축물의 상공이 청천공 상태인 것으로 판단하고, 하기의 수학식 5를 통해 확산청명도 값을 산출한다. 여기서, 청천공 상태는 부분담천공 상태보다 상공에 구름양이 적은 상태이다.
Figure pat00125
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00126
는 상기 확산청명도 값이다.
상기 산출모듈(130)은 천공청명도 값에 따라 수학식 3,4,5를 통해 확산청명도 값을 산출하고, 산출된 확산청명도 값과, 전일사량 값을 수학식 1,2에 대입하여 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출한다.
한편, 산출모듈(130)은 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다.
먼저, 산출모듈(130)은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식 6에 대입하여 경사면 직달 일사량을 산출한다.
Figure pat00127
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00128
는 상기 경사면 직달 일사량이고, 상기
Figure pat00129
는 상기 직달 일사 값이고, 상기
Figure pat00130
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00131
는 상기 전일사량이고,
Figure pat00132
는 상기 건축물에 대한 태양의 입사각이고, 상기
Figure pat00133
는 천정고도이다. 여기서, 건축물에 대한 태양의 입사각 및 천정고도는 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다. 또한, 입력모듈(120)이 태양의 고도를 측정하는 측정기관의 데이터 서버에 접속하여 해당 건축물에 대한 태양의 입사각 및 천정고도에 대한 정보를 획득할 수도 있다.
또한, 산출모듈(130)은 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식 7에 대입하여 경사면 확산 일사량을 산출할 수 있다.
Figure pat00134
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00135
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00136
는 상기 확산 일사 값이고, 상기
Figure pat00137
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다. 수평면에 대한 건축물의 경사각은 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다. 이때, 수평면 즉, 지표면에 대한 건축물의 경사각은 보통 90°가 적용된다.
그리고, 산출모듈(130)은 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식 8에 대입하여 경사면 반사 일사량을 산출한다.
Figure pat00138
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00139
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00140
는 상기 전일사량이고, 상기
Figure pat00141
는 지표면에서 반사되는 태양 에너지의 비율인 알베도(albedo)이고, 상기
Figure pat00142
는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각이다.
다음, 산출모듈(130)은 산출된 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량 및 경사면 반사 일사량을 하기의 수학식 9에 대입하여 경사면 일사량을 산출한다.
Figure pat00143
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00144
는 상기 경사면 일사량이고, 상기
Figure pat00145
는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
Figure pat00146
는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
Figure pat00147
는 상기 경사면 직달 일사량이다. 여기서, 일반적으로 건물 외피나 창호는 지면과 수직인 90°을 이루고 있으므로 산출된 경사면 일사량을 외부 수직면 일사량으로 간주한다.
다음, 산출모듈(130)은 외부 수직면 일사량 즉, 산출된 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출한다.
먼저, 산출모듈(130)은 해당 건축물의 창호에 대한 창호의 일사투과율과, 해당 건축물에 설치된 차양장치의 일사투과율을 곱하여 총 일사투과율을 산출하고, 산출된 총 일사투과율을 상기 경사면 일사량과 곱하여 상기 실내 수직면 일사량을 산출한다. 여기서, 차양장치는 건축물의 창호에 설치되며, 상하방향으로 슬라이딩되어 창호를 차폐하는 블라인드와 같은 차량수단이 적용된다. 창호의 일사투과율과, 차양장치의 일사투과율은 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다.
다음, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 입력된 건축물의 환경정보 및 경사면 일사량 즉, 외부 수직면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출한다. 이때, 산출모듈(130)은 외부 수직면 일사량 즉, 경사면 일사량을 하기의 수학식 10에 대입하여 실내 유입 일사량을 산출한다.
Figure pat00148
상기 수학식에서, 상기 I는 상기 실내 유입 일사량이고, 상기
Figure pat00149
는 상기 건축물의 총 열류량이고, 상기 A는 상기 건축물의 일사 유입 면적이고, 상기
Figure pat00150
는 상기 건축물의 실내외 온도차에 의한 열류량이고, 상기
Figure pat00151
는 상기 건축물의 일사에 의한 열류량이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00152
는 상기 건축물의 실내외 온도차이고, 상기 g-value는 상기 건축물의 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00153
는 상기 경사면 일사량이다. 여기서, 상기 건축물의 열관율, 건축물의 실내외 온도차는 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다. 한편, 입력모듈(120)은 건축물의 실내 및 실외에 각각 설치된 온도센서들을 구비하고, 해당 온도센서들에서 제공되는 온도 정보를 토대로 건축물의 실내외 온도차를 산출하여 산출모듈(130)에 제공할 수도 있다.
한편, 산출모듈(130)은 건축물에 차양 장치의 유무에 따라 상기 태양열 취득계수를 상이하게 대입할 수 있다. 이때, 사용자는 입력모듈(120)을 통해 건축물의 차량 장치의 유무에 대한 정보를 입력할 수 있다.
먼저, 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우, 산출모듈(130)은 하기의 수학식 11을 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출할 수 있다.
Figure pat00154
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00155
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00156
는 유리의 투과율이고, 상기
Figure pat00157
는 유리의 흡수율이고, 상기
Figure pat00158
는 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수이고, 상기
Figure pat00159
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다. 여기서, 유리의 투과율, 유리의 흡수율, 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수, 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수는 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다.
한편, 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 산출모듈(130)은 하기의 수학식 12를 이용하여 태양열 취득계수를 산출한다.
Figure pat00160
Figure pat00161
상기 수학식에서, 상기
Figure pat00162
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00163
는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
Figure pat00164
는 상기 건축물의 차양의 반사율이고, 상기
Figure pat00165
는 상기 건축물의 차양의 흡수율이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
Figure pat00166
는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수이다. 상기 건축물의 차양의 반사율, 건축물의 차양의 흡수율, 건축물의 연관율, 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수는 사용자가 입력모듈(120)을 통해 입력할 수 있다.
한편, 산출모듈(130)은 유리의 실내 대류열 전달계수(
Figure pat00167
)로 4W/m2K을 적용하고, 상기 유리의 실외 대류열 전달계수(
Figure pat00168
)는 18W/m2K 를 대입할 수 있다. 해당 유리의 실내 대류열 전달계수 값 및 실외 대류열 전달계수 값은 일반적으로 건축 설계에 사용되는 계수 값이다.
상술된 바와 같이 산출모듈(130)은 건축물의 차양 장치 유무에 따라 태양열 취득계수를 산출하고, 산출된 태양열 취득계수를 수학식 10에 대입하여 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출한다. 산출모듈(130)은 산출된 실내 유입 일사량에 대한 정보를 제어모듈(140)에 전달한다.
제어모듈(140)은 산출모듈(130)에서 제공되는 실내 유입 일사량을 토대로 건축물에 마련된 환경 조절모듈(150)을 제어한다. 이때, 환경 조절모듈(150)은 상기 건축물의 실내공간의 조도를 조절하기 위해 상기 실내공간에 설치된 조명장치(151)과, 상기 건축물의 실내공간의 온도를 조절하기 위해 상기 건축물에 설치된 냉난방장치를 포함한다.
여기서, 조명장치(151)는 도면에 도시되진 않았지만, 건축물의 실내공간 천장면에 설치된 다수의 엘이디 램프를 구비한다. 또한, 상기 냉난방장치는 실내공간을 냉난방하기 위해 건축물에 설치되는 종래에 일반적으로 사용되는 공조 시스템이므로 상세한 설명은 생략한다.
제어모듈(140)은 산출모듈(130)에서 산출된 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 조명장치(151)를 제어한다.
이때, 제어모듈(140)은 실내공간을 다수의 단위공간으로 구획하고, 각 단위공간별로 조도값을 산출한다. 여기서, 조명장치(151)는 다수개가 단위공간에 각각 마련되고, 제어모듈(140)은 해당 조명장치(151)들을 제어하여 각 단위공간이 기준 조도에 도달하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어모듈(140)은 조명장치(151)를 10단계 디밍제어방식을 통해 제어하는 것이 바람직하다. 상술된 바와 같이 제어모듈(140)은 각 단위공간 별로 서로 다른 디밍제어 값을 부여하므로 조명 장치를 작동하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.
한편, 제어모듈(140)은 입력모듈(120)을 통해 획득한 천공청명도 값이 0.3 이하이면, 태양의 조건에 관계없이 건축물의 창호가 모두 개방되도록 건축물에 마련된 차양 장치를 작동시킬 수도 있다.
또한, 제어모듈(140)은 산출모듈(130)에서 제공되는 건축물의 실내 유입 일사량을 통해로 냉난방 장치(152)를 제어한다. 상기 제어모듈(140)은 상기 실내 유입 일사량을 통해 건축물의 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출한다. 여기서, 제어모듈(140)은 기설정된 부하 산출 알고리즘을 토대로 냉난방 부하를 산출하는 것이 바람직하다. 다음, 제어모듈(140)은 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 냉난방 장치(152)의 에너지 소비량을 산출한다. 여기서, 가동 알고리즘은 냉난방 장치(152)의 가동 조건이 적용된다. 일예로, 가동 알고리즘은 가동시간, 가동과 비가동 사이의 간격 등이 적용될 수 있다. 다음, 제어모듈(140)은 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치(152)를 제어한다.
한편, 도 3에는 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템(100)을 이용한 건물 에너지 제어 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 건물 에너지 제어 방법은 일사량 획득단계(S110), 산출단계(S120) 및 제어단계(S130)를 포함한다.
상기 일사량 획득단계(S110)는 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치된 일사량계(110)를 통해 해당 건축물의 전일사량을 획득하는 단계이다. 일사량계(110)는 측정된 전일사량을 산출모듈(130)에 제공한다.
산출단계(S120)는 상기 일사량 획득단계(S110)에서 획득한 전일사량 값과, 입력모듈(120)을 통해 입력된 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 단계이다. 여기서, 산출모듈(130)은 상기 일사량계(110)에서 제공되는 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다.
먼저, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 입력된 천공청명도 값에 따라 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출한다. 즉, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 제공되는 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 상기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출한다.
상기 산출모듈(130)은 천공청명도 값에 따라 수학식 3,4,5를 통해 확산청명도 값을 산출하고, 산출된 확산청명도 값과, 전일사량 값을 수학식 1,2에 대입하여 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출한다.
한편, 산출모듈(130)은 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출한다. 이때, 산출모듈(130)은 상술된 바와 같이 산출된 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량 및 경사면 반사 일사량을 수학식 9에 대입하여 경사면 일사량을 산출한다.
또한, 산출모듈(130)은 외부 수직면 일사량 즉, 산출된 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출한다. 그리고, 산출모듈(130)은 입력모듈(120)에서 입력된 건축물의 환경정보 및 경사면 일사량 즉, 외부 수직면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출한다. 이때, 산출모듈(130)은 외부 수직면 일사량 즉, 경사면 일사량을 수학식 10에 대입하여 실내 유입 일사량을 산출한다.
상술된 바와 같이 산출모듈(130)은 건축물의 차양 장치 유무에 따라 태양열 취득계수를 산출하고, 산출된 태양열 취득계수를 수학식 10에 대입하여 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출한다. 산출모듈(130)은 산출된 실내 유입 일사량에 대한 정보를 제어모듈(140)에 전달한다.
제어단계(S130)는 상기 산출단계(S120)에서 산출된 상기 실내 유입 일사량에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 제어모듈(140)이 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈(150)을 제어하는 단계이다.
여기서, 제어모듈(140)은 산출모듈(130)에서 산출된 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 조명장치(151)를 제어한다.
또한, 제어모듈(140)은 상술된 바와 같이 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 상기 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출하고, 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 상기 냉난방장치의 에너지 소비량을 산출하고, 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치(152)를 작동시킨다.
한편, 본 발명의 전천공일사량 직산 분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템(100)에 대한 성능 검사를 실시하였다. 도 4에는 본 발명의 건물 에너지 제어 시스템(100)이 설치된 건축물에 대한 사진이 게시되어 있고, 도 5에는 해당 건축물에 대한 개념도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 건축물 내부에, 다수의 온도계를 상호 이격되게 배치하고, 본 발명의 건물 에너지 제어 시스템(100)을 작동시켰다.
도 6에는 본 발명의 건물 에너지 제어 시스템(100)이 적용된 건축물의 에너지 소비량에 대한 그래프가 게시되어 있다. 여기서, Test_Room은 본 발명이 적용된 건축물의 에너지 소비량이고, Ref_Room은 본 발명이 미적용된 비교예의 에너지 소비량이다. 첫번째 그래프는 1주차에 대한 것이고, 두번째 그래프는 2주차에 대한 것이고, 세번째 그래프는 3주차에 대한 그래프이다. 도면을 참조하면, 본 발명이 적용된 건축물이 비교예의 건축물보다 에너지 소비량이 절감됨을 알 수 있다. 더욱, 평균기온이 하락하여도 본 발명이 적용된 건축물의 에너지 소비량이 절감됨을 알 수 있다.
한편, 도 7에는 성능검사 기간 전체에 대한 본 발명이 적용된 건축물과 비교예의 건축물의 에너지 소비량 비교 그래프가 게시되어 있다. 도면을 참조하면, 전체 기간 중 본 발명이 적용된 건축물의 에너지 소비량이 비교예의 건축물의 에너지 소비량보다 적음을 알 수 있다. 또한, 도 의 하측 그래프는 평균 운량에 대한 본 발명의 에너지 소비 절감률을 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 본 발명은 평균 운량수치와 에너지 절감률이 비례함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 흐린날 순간적으로 발생하는 일사에 대한 대비로 인한 소비 에너지 절감률이 상승함을 알 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템(100) 및 이를 이용한 건물 에너지 제어 방법은 건축물 외부에 설치된 일사량계(110)의 측정데이터와 태양의 위치정보를 이용하여 측정데이터를 직달 일사와 확산 일사로 분리한 후, 분리된 직달 일사와 확산 일사를 별도로 계산하여 건물 내부로 유입되는 태양광 일사량을 산출하여 건축물 내부 환경을 제어하므로 건축물 내부의 환경을 제어하는 데 불필요하게 낭비되는 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템
110: 일사량계
120: 입력모듈
130: 산출모듈
140: 제어모듈
150: 환경 조절모듈
151: 조명장치
152: 냉난방 장치

Claims (40)

  1. 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치되어 해당 건축물의 전일사량을 측정하는 일사량계;
    상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경 정보를 입력할 수 있는 입력모듈;
    상기 일사량계에서 제공되는 전일사량 값과, 상기 입력모듈에서 제공되는 입력 정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출모듈; 및
    상기 산출모듈에서 제공되는 상기 실내 유입 일사량 또는 일사 에너지에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈을 제어하는 제어모듈;을 구비하는,
    전천공일사량 직산 분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 일사량계에서 제공되는 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    전천공일사량 직산 분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력모듈은 상기 건축물 상공의 구름 양에 따른 천공청명도에 대한 정보가 입력되고,
    상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 입력된 천공청명도 값에 따라 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출하는,
    전천공일사량 직산분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 제공되는 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 하기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출하는,
    [수학식1]
    Figure pat00169

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00170
    는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
    Figure pat00171
    는 상기 직달 일사 값이고, 상기
    Figure pat00172
    는 상기 확산 일사 값인,
    전천공일사량 직산분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 제공되는 상기 천공청명도 값 및 상기 일사량계에서 제공되는 상기 전일사량을 하기의 수학식2에 대입하여 상기 확산 일사 값을 산출하는,
    [수학식2]
    Figure pat00173

    상기 수학식에서 상기
    Figure pat00174
    는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
    Figure pat00175
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00176
    는 상기 천공청명도 값에 따른 확산청명도 값인,
    전천공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산출모듈은
    상기 천공청명도 값이 0.22 이하인 경우, 해당 건축물의 상공이 담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식3에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
    상기 천공청명도 값이 0.22 초과하되, 0.8 이하일 경우, 해당 건축물의 상공이 부분담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식4에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
    상기 천공청명도 값이 0.8이상일 경우, 해당 건축물의 상공이 청천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식5에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하는,
    [수학식 3]
    Figure pat00177

    [수학식 4]
    Figure pat00178

    [수학식 5]
    Figure pat00179

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00180
    는 상기 확산청명도 값이고, 상기
    Figure pat00181
    는 상기 천공청명도 값인,
    전천공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 산출모듈은 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    전천공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식6에 대입하여 상기 경사면 직달 일사량을 산출하는,
    [수학식6]
    Figure pat00182

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00183
    는 상기 경사면 직달 일사량이고, 상기
    Figure pat00184
    는 상기 직달 일사 값이고, 상기
    Figure pat00185
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00186
    는 상기 전일사량이고,
    Figure pat00187
    는 상기 건축물에 대한 태양의 입사각이고, 상기
    Figure pat00188
    는 천정고도인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식7에 대입하여 상기 경사면 확산 일사량을 산출하는,
    [수학식7]
    Figure pat00189

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00190
    는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
    Figure pat00191
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00192
    는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식8에 대입하여 상기 경사면 반사 일사량을 산출하는,
    [수학식8]
    Figure pat00193

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00194
    는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
    Figure pat00195
    는 상기 전일사량이고, 상기
    Figure pat00196
    는 지표면에서 반사되는 태양 에너지의 비율인 알베도(albedo)이고, 상기
    Figure pat00197
    는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 산출모듈은 산출된 상기 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 및 경사면 반사 일사량을 하기의 수학식9에 대입하여 상기 경사면 일사량을 산출하는,
    [수학식9]
    Figure pat00198

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00199
    는 상기 경사면 일사량이고, 상기
    Figure pat00200
    는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
    Figure pat00201
    는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
    Figure pat00202
    는 상기 경사면 직달 일사량인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산출모듈은 산출된 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출하는,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산출모듈은 해당 건축물의 창호에 대한 창호의 일사투과율과 해당 건축물에 설치된 차양장치의 일사투과율을 곱하여 총 일사투과율을 산출하고, 산출된 상기 총 일사투과율을 상기 경사면 일사량과 곱하여 상기 실내 수직면 일사량을 산출하는,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 입력모듈에서 입력된 상기 건축물의 환경정보 및 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출하는,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 경사면 일사량을 하기의 수학식10에 대입하여 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    [수학식10]
    Figure pat00203

    상기 수학식에서, 상기 I는 상기 실내 유입 일사량이고, 상기
    Figure pat00204
    는 상기 건축물의 총 열류량이고, 상기 A는 상기 건축물의 일사 유입 면적이고, 상기
    Figure pat00205
    는 상기 건축물의 실내외 온도차에 의한 열류량이고, 상기
    Figure pat00206
    는 상기 건축물의 일사에 의한 열류량이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
    Figure pat00207
    는 상기 건축물의 실내외 온도차이고, 상기 g-value는 상기 건축물의 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00208
    는 상기 경사면 일사량인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우, 하기의 수학식 11을 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하는,
    [수학식11]
    Figure pat00209

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00210
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00211
    는 유리의 투과율이고, 상기
    Figure pat00212
    는 유리의 흡수율이고, 상기
    Figure pat00213
    는 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수이고, 상기
    Figure pat00214
    는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 산출모듈은 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 하기의 수학식12를 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하는,
    [수학식12]
    Figure pat00215
    ,
    Figure pat00216

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00217
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00218
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00219
    는 상기 건축물의 차양의 반사율이고, 상기
    Figure pat00220
    는 상기 건축물의 차양의 흡수율이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
    Figure pat00221
    는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 유리의 실내 대류열 전달계수(
    Figure pat00222
    )는 4W/m2K이고,
    상기 유리의 실외 대류열 전달계수(
    Figure pat00223
    )는 18W/m2K인,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 조도를 조절하기 위해 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 구비하고,
    상기 제어모듈은 상기 산출모듈에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 상기 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 조명장치를 제어하는,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 온도를 조절하기 위해 상기 건축물에 설치된 냉난방장치를 구비하고,
    상기 제어모듈은 상기 산출모듈에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 상기 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출하고, 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 상기 냉난방장치의 에너지 소비량을 산출하고, 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치를 작동시키는,
    전청공일사량 직사분리에 기반한 건물 에너지 제어 시스템.
  21. 내부에 실내공간이 마련된 건축물에 설치된 일사량계를 통해 해당 건축물의 전일사량을 획득하는 일사량 획득단계;
    상기 일사량 획득단계에서 획득한 전일사량 값과, 입력모듈을 통해 입력된 상기 건축물에 대한 정보 또는 상기 건축물의 환경정보를 토대로 상기 건축물의 실내공간으로 유입되는 실내 유입 일사량을 산출하는 산출단계;
    상기 산출단계에서 산출된 상기 실내 유입 일사량에 대한 정보를 토대로 상기 실내공간이 기설정된 기준환경 상태를 유지할 수 있도록 제어모듈이 상기 실내공간의 실내 환경을 조절하기 위해 상기 건축물에 마련된 환경 조절모듈을 제어하는 제어단계;를 구비하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 전일사량 값을 토대로 직달 일사 값과, 확산 일사 값을 산출하고, 산출된 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 입력모듈을 통해 입력된 천공청명도 값에 따라 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 천공청명도 값에 따라 상기 확산일사 값을 산출하고, 산출된 확산 일사 값을 하기의 수학식1에 대입하여 상기 직달 일사 값을 산출하는,
    [수학식1]
    Figure pat00224

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00225
    는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
    Figure pat00226
    는 상기 직달 일사 값이고, 상기
    Figure pat00227
    는 상기 확산 일사 값인,
    건물 에너지 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 천공청명도 값 및 상기 일사량계에서 제공되는 상기 전일사량을 하기의 수학식2에 대입하여 상기 확산 일사 값을 산출하는,
    [수학식2]
    Figure pat00228

    상기 수학식에서 상기
    Figure pat00229
    는 상기 일사량계에서 측정된 전일사량이고, 상기
    Figure pat00230
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00231
    는 상기 천공청명도 값에 따른 확산청명도 값인,
    건물 에너지 제어 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 산출단계에서는,
    상기 천공청명도 값이 0.22 이하인 경우, 해당 건축물의 상공이 담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식3에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
    상기 천공청명도 값이 0.22 초과하되, 0.8 이하일 경우, 해당 건축물의 상공이 부분담천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식4에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하고,
    상기 천공청명도 값이 0.8이상일 경우, 해당 건축물의 상공이 청천공 상태인 것으로 판단하여 하기의 수학식5에 상기 천공청명도 값을 대입하여 상기 확산청명도 값을 산출하는,
    [수학식 3]
    Figure pat00232

    [수학식 4]
    Figure pat00233

    [수학식 5]
    Figure pat00234

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00235
    는 상기 확산청명도 값이고, 상기
    Figure pat00236
    는 상기 천공청명도 값인,
    건물 에너지 제어 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 산출된 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 토대로 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 경사면 반사 일사량 및 경사면 일사량을 산출하고, 산출된 경사면 일사량을 토대로 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식6에 대입하여 상기 경사면 직달 일사량을 산출하는,
    [수학식6]
    Figure pat00237

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00238
    는 상기 경사면 직달 일사량이고, 상기
    Figure pat00239
    는 상기 직달 일사 값이고, 상기
    Figure pat00240
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00241
    는 상기 전일사량이고,
    Figure pat00242
    는 상기 건축물에 대한 태양의 입사각이고, 상기
    Figure pat00243
    는 천정고도인,
    건물 에너지 제어 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식7에 대입하여 상기 경사면 확산 일사량을 산출하는,
    [수학식7]
    Figure pat00244

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00245
    는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
    Figure pat00246
    는 상기 확산 일사 값이고, 상기
    Figure pat00247
    는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각인,
    건물 에너지 제어 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 직달 일사 값 및 확산 일사 값을 하기의 수학식8에 대입하여 상기 경사면 반사 일사량을 산출하는,
    [수학식8]
    Figure pat00248

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00249
    는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
    Figure pat00250
    는 상기 전일사량이고, 상기
    Figure pat00251
    는 지표면에서 반사되는 태양 에너지의 비율인 알베도(albedo)이고, 상기
    Figure pat00252
    는 수평면에 대한 상기 건축물의 경사각인,
    건물 에너지 제어 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 산출된 상기 경사면 직달 일사량, 경사면 확산 일사량, 및 경사면 반사 일사량을 하기의 수학식9에 대입하여 상기 경사면 일사량을 산출하는,
    [수학식9]
    Figure pat00253

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00254
    는 상기 경사면 일사량이고, 상기
    Figure pat00255
    는 상기 경사면 반사 일사량이고, 상기
    Figure pat00256
    는 상기 경사면 확산 일사량이고, 상기
    Figure pat00257
    는 상기 경사면 직달 일사량인,
    건물 에너지 제어 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 산출된 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 수직면 일사량을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 해당 건축물의 창호에 대한 창호의 일사투과율과 해당 건축물에 설치된 차양장치의 일사투과율을 곱하여 총 일사투과율을 산출하고, 산출된 상기 총 일사투과율을 상기 경사면 일사량과 곱하여 상기 실내 수직면 일사량을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 입력모듈에서 입력된 상기 건축물의 환경정보 및 상기 경사면 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내 유입 일사량을 산출하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 경사면 일사량을 하기의 수학식10에 대입하여 상기 실내 유입 일사량을 산출하는,
    [수학식10]
    Figure pat00258

    상기 수학식에서, 상기 I는 상기 실내 유입 일사량이고, 상기
    Figure pat00259
    는 상기 건축물의 총 열류량이고, 상기 A는 상기 건축물의 일사 유입 면적이고, 상기
    Figure pat00260
    는 상기 건축물의 실내외 온도차에 의한 열류량이고, 상기
    Figure pat00261
    는 상기 건축물의 일사에 의한 열류량이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
    Figure pat00262
    는 상기 건축물의 실내외 온도차이고, 상기 g-value는 상기 건축물의 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00263
    는 상기 경사면 일사량인,
    건물 에너지 제어 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우, 하기의 수학식 11을 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하는,
    [수학식11]
    Figure pat00264

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00265
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00266
    는 유리의 투과율이고, 상기
    Figure pat00267
    는 유리의 흡수율이고, 상기
    Figure pat00268
    는 유리의 건축물 실내 대류열 전달계수이고, 상기
    Figure pat00269
    는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수인,
    건물 에너지 제어 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 산출단계에서는, 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 하기의 수학식12를 이용하여 상기 태양열 취득계수를 산출하는,
    [수학식12]
    Figure pat00270
    ,
    Figure pat00271

    상기 수학식에서, 상기
    Figure pat00272
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련된 경우, 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00273
    는 상기 건축물에 차양 장치가 마련되지 않은 경우 상기 태양열 취득계수이고, 상기
    Figure pat00274
    는 상기 건축물의 차양의 반사율이고, 상기
    Figure pat00275
    는 상기 건축물의 차양의 흡수율이고, 상기 U는 상기 건축물의 열관류율이고, 상기
    Figure pat00276
    는 유리의 건축물 실외 대류열 전달계수인,
    건물 에너지 제어 방법.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서,
    상기 유리의 실내 대류열 전달계수(
    Figure pat00277
    )는 4W/m2K 이고,
    상기 유리의 실외 대류열 전달계수(
    Figure pat00278
    )는 18W/m2K 인,
    건물 에너지 제어 방법.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 조도를 조절하기 위해 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 구비하고,
    상기 제어단계에서는, 상기 산출단계에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 해당 건축물의 실내공간의 조도 값을 산출하고, 산출된 조도값을 토대로 상기 실내공간의 조도가 기설정된 기준 조도에 도달하도록 상기 실내공간에 설치된 조명장치를 제어하는,
    건물 에너지 제어 방법.
  40. 제34항에 있어서,
    상기 환경 조절모듈은 상기 건축물의 실내공간의 온도를 조절하기 위해 상기 건축물에 설치된 냉난방장치를 구비하고,
    상기 제어단계에서는, 상기 산출단계에서 산출된 상기 건축물의 실내 유입 일사량을 토대로 상기 실내공간을 기설정된 기준온도로 유지하는데 소요되는 냉난방 부하를 산출하고, 산출된 냉난방 부하에 대해 기저장된 가동 알고리즘들에 따라 작동되는 상기 냉난방장치의 에너지 소비량을 산출하고, 상기 가동 알고리즘들 중 상기 에너지 소비량이 가장 적은 가동 알고리즘으로 상기 냉난방 장치를 작동시키는,
    건물 에너지 제어 방법.
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