KR20230094401A - 주방 통합 환기 시스템 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주방의 통합 환기 시스템 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치는 수신부, 연산부, 및 제어부를 포함한다. 그리고 본 발명에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 방법은 (1) 스위치 신호 수신 단계, (2) 총 요구 배기 풍량 연산 단계, (3) 배기팬 및 급기팬 제어 단계를 포함한다. 본 발명의 주방의 통합 환기 시스템 제어 장치 및 방법에 따르면, 통합 환기 시스템을 통합적으로 관리 및 제어하면서도 각각의 주방별로 서로 다른 니즈 변화에 탄력적으로 대응하여 운영할 수 있다.
Description
본 발명은 주방의 통합 환기 시스템 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 음식점에는 주방의 환기 시설이 개별적으로 설치되어 운영된다. 반면, 도 1과 같이, 여러 음식점과 그 주방이 모여 있는 푸드 코트나 식당가에는 건물 구조상 급/배기 설비가 하나로 통합된 환기 시스템이 설치되는 경우가 많다. 이러한 통합 환기 시스템은 급/배기 설비를 여러 음식점에서 공유하며, 각각의 주방에서 발생하는 각종 냄새, 연기, 및 열 등을 건물 외부로 배출한다.
주방 통합 환기 시스템은 주방의 사용 시간에 따라 급/배기 설비를 가동하고, 그 외의 시간에는 급/배기 설비를 중지하는 단순 On/Off 제어 방식으로 운영되고 있었다. 그러나 이러한 제어 방식은 일반적인 음식점의 환기 시설 운영 방식을 통합 환기 시스템에 단순 적용한 것에 불과했다. 따라서 푸드 코트 등의 각각의 주방마다 서로 다른 운영 시간 및 환기 설비에 대한 요구 조건 등을 탄력적으로 반영하여 주방 통합 환기 시스템을 운영할 수 없었다.
더욱이, 기존의 주방 통합 환기 시스템 제어 방식에서는 가동 시 급/배기 설비의 최대 전력을 소비하는 문제점이 있었다. 이로 인해 필요 이상의 전력이 소비되고, 전체적인 시스템 운영 비용을 개별적인 사용량에 따라 적절하게 산정하기가 어려웠다. 또한, 주방 통합 환기 시스템 가동 시 불필요하게 많은 공기가 배출되는 문제점도 있었다. 이로 인해 실내외 차압에 불균형이 발생하고, 실내로 유입되는 외부 공기를 적절한 온도로 조절하기 위한 열 에너지도 추가로 소비되었다.
(1) 여러 주방마다 서로 다른 환기량에 대한 니즈를 탄력적으로 반영하고, (2) 주방별로 개별 사용량에 따라 비용을 산정하며, (3) 불필요한 에너지 소비를 효율적으로 절감하면서도, (4) 실내 공기 환경이 쾌적하게 조절되도록 주방 통합 환기 시스템을 제어 및 운영하고자 한다.
본 발명에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치는 주방에 설치되는 스위치로부터 스위치 신호를 수신하는 수신부; 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산하는 연산부; 및 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬을 제어하고, 배기팬의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 방법은 (1) 주방에 설치되는 스위치로부터 스위치 신호를 수신하는 단계; (2) 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산하는 단계; 및 (3) 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬을 제어하고, 배기팬의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명은 다음의 여러 효과가 있다.
첫째, 주방 통합 환기 시스템을 통합적으로 관리 및 제어하면서도 각각의 주방별로 서로 다른 니즈에 탄력적으로 대응하여 운영할 수 있다.
둘째, 주방 통합 환기 시스템의 상태 및 운영 현황을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
셋째, 각각의 주방별로 사용하는 주방 통합 환기 시스템의 사용량에 따라 개별적으로 분리하여 비용을 산정할 수 있다.
넷째, 각각의 주방별로 필요한 환기량에 따라 주방 통합 환기 시스템을 최적 제어하여 전기 에너지 소비를 효율적으로 절감시킬 수 있다.
다섯째, 주방의 조리 단계와 피크 타임을 고려하여 배기 풍량을 가변적으로 제어할 수 있다.
여섯째, 급기 풍량을 배기 풍량과 연동 제어하여 적절한 실내외 차압을 유지함으로써 주방 통합 환기 시스템의 과도한 배기로 인해 발생하는 실내 바람 발생을 억제하고, 열 손실을 최소화하여 유입된 외부 공기를 적절한 온도로 조절하기 위한 열 에너지 소비를 절감할 수 있다.
일곱째, 주방 지역에 지속적인 음압을 제공하여 냄새 확산을 방지할 수 있다.
여덟째, 주방에서 주방 통합 환기 시스템을 사용하지 않더라도 실내 공기 환경이 적절하게 조절될 수 있다.
아홉째, 주방 통합 환기 시스템의 필터 교체 시기를 자동적으로 확인할 수 있다.
여기에 직접적으로 기재되지 않은 효과라고 하더라도, 발명의 설명에 의해 예상되거나 기대되는 효과는 발명의 효과에 기재된 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 기존의 주방 통합 환기 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 제어부가 급기팬을 제어하는 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 운영 모드에 따른 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템에서 댐퍼를 제어하는 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 차압값의 변화값을 추정하는 변화값 추정 모델을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 통계적 검정을 수행하는 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치의 연산부에서 개별 비용 함수로 음식점별 비용을 연산하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 방법의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 제어부가 급기팬을 제어하는 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치를 포함하는 주방 통합 환기 시스템의 운영 모드에 따른 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템에서 댐퍼를 제어하는 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 차압값의 변화값을 추정하는 변화값 추정 모델을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치에서 통계적 검정을 수행하는 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치의 연산부에서 개별 비용 함수로 음식점별 비용을 연산하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 방법의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 다양하게 구현될 수 있다. 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 이 분야의 기술자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다.
발명의 설명에서 사용하는 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용하는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용하는 것이 아니다. 발명의 설명에서 '포함하다'의 용어는 기재된 특징이 조합된 구성이 존재함을 지정하려는 것이다. 그러므로 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 이들을 조합한 구성의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 구성이나 기능에 대한 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)(이하, '주방 통합 환기 시스템 제어 장치')는 푸드 코트 등에 설치된 주방 통합 환기 시스템의 여러 급/배기 설비를 제어한다. 종래의 주방 통합 환기 시스템과 달리, 본 발명의 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 단순 On/Off 제어 방식으로 여러 급/배기 설비를 제어하는 것이 아니라, 각각의 주방마다 개별적으로 요구하는 배기 풍량에 맞춰 급/배기 설비를 유기적으로 제어한다. 즉, 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)가 여러 급/배기 설비를 동적으로 제어하기 때문에 각각의 주방별로 서로 다른 환기량에 대한 니즈에 탄력적으로 대응하여 주방 통합 환기 시스템을 운영할 수 있다.
주방 통합 환기 시스템은 각각의 배기 덕트(50), 배기팬(40), 급기 덕트(70), 및 급기팬(60)을 포함한다. 이때, 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 제어하여 주방 후드(10)를 통해 각각의 주방에서 환기가 이루어지도록 한다.
도 3을 참조하면, 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 수신부(100), 연산부(200), 및 제어부(300)를 포함하고, 각각의 주방에서 개별 배기 풍량에 따라 배기가 이루어지도록 한다. 또한, 실시예에 따라서, 주방 환기 시스템 제어 장치(1)는 제어 판넬 형태로 구현될 수 있으며, 각종 출력부 및 입력부를 통해 주방 통합 환기 시스템의 상태 및 운영 현황을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있다.
수신부(100)는 주방에 설치되는 스위치(20)로부터 스위치 신호를 수신한다. 스위치(20)는 각각의 주방마다 설치되고, 각각의 주방에서 개별적으로 주방 후드(10)를 가동시킬 수 있도록 한다. 도 4의 예시에서는 6개의 주방 중 3개의 주방에서 스위치(20)가 '온(On)' 되어 있는 상태이다. 그러면 수신부(100)는 3개의 스위치 신호를 수신하고, 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 제어하여 스위치 신호가 '온(On)' 상태인 주방 후드(10)에서 환기가 이루어지도록 한다.
연산부(200)는 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산한다. 환기를 위해 필요로 하는 배기 풍량은 여러 주방마다 서로 다를 수 있다. 따라서 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 각각의 주방별로 서로 다른 니즈에 탄력적으로 대응하기 위해 어느 한 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량을 특정한다. 그리고 연산부(200)는 이러한 개별 배기 풍량을 합산하여 총 요구 배기 풍량을 연산한다. 이때, 연산부(200)는 스위치 신호가 '온(On)' 상태인 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량을 특정하고, 특정된 개별 배기 풍량을 합산하여 총 요구 배기 풍량을 연산할 수 있다. 이는 스위치 신호가 '오프(Off)' 상태인 주방은 배기를 제공할 필요가 없으므로, 실제로 필요한 개별 배기 풍량만을 합산하기 위함이다.
제어부(300)는 주방 통합 환기 시스템의 배기팬(40) 및 급기팬(60)과 연결되어 작동을 제어하고, 외부 시스템과 연동되어 다양한 관리 기능을 제공할 수 있다. 제어부(300)는 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬(40)을 제어한다. 실시예에 따라서, 제어부(300)는 인버터 모듈을 이용하여 배기팬(40)의 회전수를 동적으로 제어할 수 있다. 주방 통합 환기 시스템에서 배기팬(40)의 배기 풍량은 적어도 총 요구 배기 풍량보다는 같거나 높아야 한다. 이에 연산부(200)에서 연산한 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬(40)을 제어하면 보다 효율적으로 주방 통합 환기 시스템을 운영할 수 있다. 즉, 배기팬(40)에 의해 이루어져야 하는 최소한의 배기 풍량을 특정하고, 그 최소한의 배기 풍량에 근접하도록 배기팬(40)의 회전수를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 풍량 센서로부터 배기팬(40)의 회전수에 따른 배기 풍량을 수신할 수 있다. 이에 제어부(300)는 배기팬(40)의 풍량이 총 요구 배기 풍량과 일치하거나 미리 정해진 차이 이내가 되도록 배기팬(40)의 회전수를 제어한다. 이에 따라 각각의 주방 후드(10)에서 개별 배기 풍량에 따라 배기가 이루어지게 된다. 여기서, 미리 정해진 차이는 주방 통합 환기 시스템의 환경 및 운영에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 각각의 주방 후드(10)까지의 풍량 손실을 고려하여 계산될 수 있다.
기존의 주방 통합 환기 시스템은 어느 한 주방에서 배기 설비를 켜면, 전체 주방 통합 환기 시스템의 배기 설비가 가동되었다. 이때, 전체 주방 통합 환기 시스템의 배기 설비는 단순 On/Off 제어 방식에 의해 실제 배기가 필요하지 않은 일부 주방에 대한 배기까지 모두 합산될 수 밖에 없었다. 따라서 실제 불필요한 배기 풍량까지 고려되어 주방 통합 환기 시스템이 매우 비효율적으로 운영되었다. 반면, 본 발명의 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 수신부(100) 및 연산부(200)에 의해 각각의 주방별로 실제 요구하는 배기 풍량만을 특정한다. 그리고 제어부(300)에 의해 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬(40)을 제어하여 불필요한 에너지 낭비를 방지할 수 있다. 즉, 주방 통합 환기 시스템을 최적 제어하여 전체적인 에너지 소비를 효율적으로 절감시킬 수 있다.
또한, 제어부(300)는 배기팬(40)의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬(60)을 제어한다. 다시 말해, 제어부(300)는 배기팬(40)을 동적 제어하면서 급기팬(60)을 제어한다. 실시예에 따라서, 수신부(100)는 실내와 배기 덕트(50) 사이에 설치된 차압 센서로부터 차압값을 수신할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 차압 센서가 측정하는 차압값이 미리 정해진 값 이상이면 급기팬(60)의 풍량이 상승하고, 미리 정해진 값 미만이면 급기팬(60)의 풍량이 하락하도록 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. 이는 배기 풍량과 급기 풍량이 일정한 차이를 유지하도록 조절하기 위함이다. 또한, 배기팬(40) 가동으로 인해 실내에 발생하는 음압을 이용하여 주방 지역의 냄새 확산을 방지하면서, 음압이 지나치게 커지지 않도록 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따라서, 제어부(300)는 급기팬(60)의 풍량이 총 요구 배기 풍량의 70%가 되도록 제어할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 차압값이 미리 정해진 값 이상이면 급기팬(60)의 풍량이 총 요구 배기 풍량의 70%를 초과하도록 급기팬(60)을 제어할 수 있다. 급기팬(60)은 초기에 총 요구 배기 풍량의 70%가 되도록 설정되나, 차압값이 미리 정해진 값 이상이면 배기팬(40) 제어 및 환경 변화에 의해 음압이 미리 설정된 기준 이상으로 커진 상태가 된다. 이를 해소하기 위해서 제어부(300)는 급기팬(60)의 풍량이 총 요구 배기 풍량의 70%를 초과하도록 제어한다. 이후 제어부(300)의 급기팬(60) 제어에 의해 차압값이 미리 정해진 값 미만이 되면, 제어부(300)는 다시 급기팬(60)의 풍량이 총 요구 배기 풍량의 70%가 되도록 제어한다. 통합 환기 시스템 제어 장치(1)의 배기팬(40) 및 급기팬(60) 동적 제어에 따라, 각각의 주방별로 필요한 환기량에 따라 통합 환기 시스템을 최적 제어하면서도 적절한 실내외 차압을 유지할 수 있다. 즉, 급기 풍량을 배기 풍량과 연동 제어하여 적절한 실내외 차압을 유지함으로써 주방 통합 환기 시스템의 과도한 배기로 인해 발생하는 실내 바람 발생을 억제할 수 있다. 또한, 열 손실을 최소화하여 유입된 외부 공기를 적절한 온도로 조절하기 위한 불필요한 열 에너지 소비를 방지할 수 있다.
도 4의 예시에서 개별 배기 풍량을 3,000 CMH라고 가정했을 때, 연산부(200)는 스위치(20)가 '온(On)' 상태인 첫 번째, 세 번째, 및 다섯 번째 주방의 개별 배기 풍량을 합산한다. 이에 연산부(200)에서 연산하는 총 요구 배기 풍량은 9,000 CMH이다. 제어부(300)는 배기팬(40)의 풍량이 총 요구 배기 풍량인 9,000 CMH와 같거나 그 이상이 되도록 배기팬(40)의 회전수를 제어한다. 그리고 제어부(300)는 총 요구 배기 풍량인 9,000 CMH의 70%에 해당하는 6,300 CMH의 풍량을 가지도록 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. 만약 차압값이 미리 정해진 값 이상이 되는 경우, 제어부(300)는 급기팬(60)의 풍량이 6,300 CMH를 초과하도록 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. 이후 차압값이 미리 정해진 값 미만이 되는 경우, 제어부(300)는 다시 6,300 CMH의 풍량을 가지도록 급기팬(60)의 회전수를 제어한다.
도 6을 참조하면, 연산부(200)는 주방 통합 환기 시스템의 운영 모드에 따라 개별 배기 풍량에 0.8 내지 1.2 사이에서 특정되는 가중치를 부여하여 총 요구 배기 풍량을 연산할 수 있다. 주방에서는 음식의 조리 단계에 따라 필요로 하는 배기 풍량이 달라질 수 있다. 음식을 준비하는 단계에서는 상대적으로 적은 배기 풍량이 필요하고, 손님이 많이 몰리는 피크 타임에는 가장 큰 배기 풍량이 필요하다. 따라서 각각의 주방에서 개별 배기 풍량을 가변적으로 쉽게 제어할 수 있도록 운영 모드를 설정할 수 있다. 도 6의 예시에서는 통합 환기 시스템의 운영 모드로서 준비 모드, 일반 모드, 및 터보 모드를 포함한다. 첫 번째와 세 번째 주방은 준비 모드, 그리고 다섯 번째 주방은 터보 모드로 설정되어 있다. 개별 배기 풍량을 3,000 CMH라고 가정했을 때, 준비 모드에는 가중치 0.8을 곱한 2,400 CMH, 일반 모드에는 가중치 1을 곱한 3,000 CMH, 그리고 터보 모드에는 가중치 1.2를 곱한 3,600 CMH로 특정된다. 이에 연산부(200)는 총 요구 배기 풍량을 8,400 CMH로 연산한다. 도 6의 예시에서와 같이, 운영 모드의 설정에 따라 총 요구 배기 풍량은 더욱 탄력적으로 변동될 수 있다. 따라서 주방 통합 환기 시스템 제어 장치는 주방의 조리 단계와 피크 타임을 고려하여 배기 풍량을 가변적으로 제어할 수 있다. 실시예에 따라서, 통합 환기 시스템의 운영 모드와 그에 따른 가중치는 다양하게 설정될 수 있다.
도 7을 참조하면, 수신부(100)는 주방 후드(10)에 설치되는 댐퍼(30)의 개폐에 따른 댐퍼 신호를 수신할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 수신부(100)에서 수신하는 댐퍼 신호 또는 제어부(300)에서 생성하는 댐퍼(30) 제어 신호에 따라 댐퍼(30)를 개별적으로 제어할 수 있다. 실시예에 따라서, 댐퍼(30)는 주방별로 설치되는 별도의 스위치(20)를 통해 직접 작동될 수 있다. 이러한 실시예에서는 주방 통합 환기 시스템과 분리되어 주방에서 개별적으로 댐퍼(30)의 작동을 제어할 수 있다. 또는, 수신부(100)가 댐퍼 신호를 수신하고, 제어부(300)가 댐퍼(30)의 작동을 제어할 수 있다. 이러한 실시예에서는 제어부(300)와 연동하여 댐퍼(30)의 작동을 다양하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 스케쥴에 따라 댐퍼(30)의 작동을 제어하거나, 제어부(300)를 통해 외부에서 원격으로 개별 주방의 댐퍼(30)를 작동시킬 수 있다. 댐퍼(30)의 작동 방식은 직접 제어 또는 제어부(300)에 의한 제어 중에 선택될 수 있으며, 하나의 주방 통합 환기 시스템 내에서 두 제어 방식이 혼합될 수도 있다. 실시예에 따라서, 댐퍼(30)는 단계적으로 개폐의 제어가 가능할 수 있다. 예를 들어, 1단, 2단, 및 3단으로 제어가 가능할 수 있으며, 그 이상의 단계로도 제어될 수 있다.
연산부(200)는 시간별로 실내 인원 수 및 열린 문의 수를 측정하여 차압값의 변화값을 추정한다. 차압값은 차압 센서에 의해 측정되는 값으로, 이를 누적하면 시간별 차압 데이터를 생성할 수 있다. 그러나 실제 푸드 코트 등의 차압은 실내 인원 수 및 열린 문의 수에 의해 변화될 수 있으며, 이러한 차압 변화를 차압 센서에 의해 감지하기까지는 다소 시간이 소요될 수 있다. 본 발명의 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)는 실내 인원 수 및 열린 문의 수를 이용하여 차압 변화를 감지하기 전에 변화값을 미리 추정할 수 있다. 그리고 이러한 변화값을 시간별 차압 데이터에 반영하여 차압값을 예측할 수 있다.
구체적으로, 실내 인원 수 및 열린 문의 수가 변하지 않는 상태에서 측정된 시간별 차압 데이터를 생성한다. 그리고 시간별로 차압값, 실내 인원 수, 및 열린 문의 수를 측정하여 학습 데이터를 생성한다. 이러한 학습 데이터를 이용하여 통계적 기법으로 변화값을 추정할 수 있는 변화값 추정 모델을 생성한다. 도 8의 예시에서는 회귀분석을 이용하여 변화값 추정 모델을 생성한 예시이다. 학습 데이터를 이용하면, 도 8의 변화값 추정 모델에서 a, b1, 및 b2가 추정될 수 있다. 그러나 변화값 추정 모델을 생성할 수 있다면, 기계학습과 같은 다양한 통계적 기법이 활용될 수 있다. 변화값 추정 모델을 생성하면 실내 인원 수 및 열린 문의 수에 따라 변화하는 변화값을 추정할 수 있다. 그리고 이러한 변화값을 시간별 차압 데이터에 반영하면 예측 차압값을 연산할 수 있으며, 이러한 예측 차압값을 이용하여 제어부(300)는 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 제어할 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참조하면, 연산부(200)는 변화값을 추정하여 예측 차압값을 예측하고, 제어부(300)는 차압값과 예측 차압값의 차이를 이용하여 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. 구체적으로, 연산부(200)는 차압값과 예측 차압값의 차이의 절대값이 검정값 이상인지 여부를 판단한다. 여기서, 검정값은 차압값과 예측 차압값의 차이를 인정하는 정도를 나타내는 기준이며, 0을 포함하여 다양하게 설정될 수 있다. 검정값이 크게 설정되면, 차압값과 예측 차압값과 다르더라도 이러한 차이를 인정하는 범위가 커지게 된다. 반대로, 검정값이 작게 설정되면, 차압값과 예측 차압값의 차이가 있는 것으로 인정하는 범위가 커지게 된다. 이때, 이러한 차이가 실제로 유의미한 차이인지 여부는 통계적 검정을 통해 판단된다.
제어부(300)는 차압값과 예측 차압값의 차이의 절대값이 검정값 이하인 경우, 예측 차압값으로 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. 검정값 이하의 차이는 오차 범위 내에서 인정할 수 있는 정도이므로, 더 많은 변수가 고려되어 정확도가 높은 예측 차압값을 급기팬(60)의 제어 변수로 사용한다. 반대로, 차압값과 예측 차압값의 차이의 절대값이 검정값을 초과하는 경우, 이러한 차이가 통계적으로 유의미한 차이인지를 검정하기 위해 통계적 검정을 진행한다.
시간별 차압 데이터는 일정한 확률분포를 따르게 되는데, 데이터의 개수가 일정량(예를 들어, 30개)을 넘어가면 중심극한정리에 따라 시간별 차압 데이터는 정규분포로 수렴하게 된다. 시간별 차압 데이터의 확률분포를 알면, 시간별 차압 데이터에 대한 통계적 검정을 진행할 수 있다. 시간별 차압 데이터가 정규분포로 수렴한다는 가정 하에, 제어부(300)는 차압값과 예측 차압값의 차이에 대한 검정통계량 P값이 0 이상 미리 정해진 값 이하인 경우, 예측 차압값으로 급기팬(60)의 회전수를 제어한다. P값이 0 이상 미리 정해진 값 이하인 경우, 변화값 추정 모델을 통해 통계적으로 예측된 예측 차압값이 유의한 것으로 판단되기 때문이다. 즉, 실내 인원 수와 열린 문의 수에 의해 차압값에 유의미한 차이가 발생한 것으로 볼 수 있다. 따라서 유의미한 변화값을 반영한 예측 차압값을 활용해야 보다 정교하게 실제 차압을 제어할 수 있다. 반대로, P값이 1 이하 미리 정해진 값 초과인 경우, 변화값 추정 모델을 통해 통계적으로 예측된 예측 차압값이 유의한 것으로 판단되지 않는다. 다시 말해, 예측 차압값은 차압값과 통계적으로 오차 범위 내에 있다는 것을 의미한다. 따라서 제어부(300)는 예측 차압값이 아닌, 차압 센서가 실제 감지하는 차압값으로 급기팬(60)의 회전수를 제어한다.
검정통계량 P값은 어떠한 확률 분포를 따르는 두 집단(차압값 데이터, 예측 차압값 데이터) 간에 차이가 없다는 가정 하에서, 실제 수집된 두 집단의 데이터에서 차이가 나타날 확률을 의미한다. 예를 들어, 검정통계량 P값이 0.01이라면, 차압값과 예측 차압값의 차이가 나타날 확률이 1%라는 것을 의미한다. 두 집단 간에 차이가 없다는 가정 하에서, 실제 수집된 데이터로부터 차이가 나타날 확률이 1%에 불과하다면, 결국 차이가 없다는 가정이 틀리다는 것을 지지할 수 있게 된다. 즉, 매우 작은 P값은 차압값과 예측 차압값 간에 유의미하게 차이가 있다는 것을 지지하는 근거가 된다. 이러한 차이가 유의미하게 차이가 있다는 것은 예측 차압값에 포함된 실내 인원 수와 열린 문의 수에 의해 실제 차압에 차이가 발생했다는 것을 의미한다. 따라서 그러한 차이를 반영한 예측 차압값을 이용하여 제어부(300)는 급기팬(60)의 회전수를 제어하는 것이다. 여기서, 미리 정해진 값은 0.05일 수 있으나, 통합 환기 시스템의 운영 정책에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 10을 참조하면, 연산부(200)는 각각의 주방별로 개별 배기 풍량, 사용 시간, 및 전력량 중 적어도 어느 하나를 변수로 포함하는 개별 비용 함수를 이용하여 주방 통합 환기 시스템의 비용을 연산한다. 개별 비용 함수는 개별 배기 풍량, 사용 시간, 및 전력량 중 적어도 어느 하나를 입력 변수로 하는 함수이다. 본 발명의 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)에서는 각각의 주방별로 서로 다른 환기 풍량을 설정할 수 있으며, 사용 시간도 달라질 수 있다. 따라서 각각의 주방별로 사용하는 주방 통합 환기 시스템의 사용량에 따라 개별적으로 분리하여 비용을 산정할 수 있다. 도 10의 예시에서는 6개의 주방에 대해 6개의 개별 비용이 산정될 수 있다. 실시예에 따라서는 기본 요금에 개별 비용 함수를 가산하는 방법으로 최종 비용이 산정될 수 있다. 기존의 주방 통합 환기 시스템의 단순 On/Off 제어 방식에서는 관리의 불편함으로 인해 음식점의 운영 시간 내내 환기 시설을 가동하는 경우가 빈번했다. 반면, 본 발명의 주방 통합 환기 시스템 제어 장치(1)에서는 분리 과금이 가능하므로, 각각의 주방별로 에너지 절감 의식을 고취시킬 수 있다.
한편, 제어부(300)는 실내에 설치된 에어 센서로부터 실내 공기 상태에 대한 에어 센싱값을 수신하고, 에어 센싱값에 따라 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 제어할 수 있다. 여기서, 에어 센싱값은 온도, 습도, CO2 농도, 미세먼지 농도를 포함할 수 있다. 주방에서 스위치 신호를 '온(On)' 상태로 설정하지 않더라도, 실내 공기 상태로 인해 환기가 필요한 경우, 제어부(300)는 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(300)는 배기팬(40) 및 급기팬(60)을 동적으로 제어하므로, 공기압에 대한 밸런스까지 조절할 수 있다. 따라서 주방에서 주방 통합 환기 시스템을 사용하지 않더라도 실내 공기 환경이 적절하게 조절될 수 있다. 실시예에 따라서, 에어 센서는 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서 및 미세먼지 센서를 포함할 수 있으나, 공기의 상태를 감지할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따라서, 연산부(200)는 차압 센서가 수신하는 차압값을 이용하여 배기 덕트(50) 또는 급기 덕트(70)에 설치되는 필터의 교체 시기를 추정할 수 있다. 필터의 위치를 기준으로 전, 후의 차압을 측정하면 필터에 의해 변화되는 차압을 특정할 수 있다. 그러면 각각의 차압으로부터 필터의 교체 시기에 발생하는 차압의 차이를 추정할 수 있으며, 차압의 차이가 일정한 값 이상이 되는 경우에 필터의 교체가 필요한 것으로 예측할 수 있다. 연산부(200)가 차압값을 이용하여 필터의 교체 시기를 추정하면, 제어부(300)는 그 교체 시기에 필터 교체 신호를 발생시킬 수 있다. 필터 교체 신호를 확인하면, 주방 통합 환기 시스템의 필터 교체 시기를 자동적으로 확인할 수 있다. 필터 교체 신호는 교체 신호 출력부에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 교체 신호 출력부는 발광부 또는 전자적 방식의 알람부일 수 있으나, 이러한 실시예로 한정되지는 않는다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주방 통합 환기 시스템 제어 방법은 (1) 주방에 설치되는 스위치(20)로부터 스위치 신호를 수신하는 단계(S100), (2) 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산하는 단계(S200), 및 (3) 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬(40)을 제어하고, 배기팬(40)의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬(60)을 제어하는 단계(S300)를 포함한다. 이러한 각각의 단계는 통합 환기 시스템 제어 장치에서 수행될 수 있다. 각각의 단계는 전술한 통합 환기 시스템 제어 장치의 구성에 대한 설명과 중복되므로, 그 자세한 설명은 생략한다.
발명의 설명에 기재된 내용은 예시에 불과하며, 본 발명은 이 분야의 기술자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 보호범위는 설명된 실시예의 기재와 표현으로 제한되지 않는다.
1: 통합 환기 시스템 제어 장치
10: 주방 후드
20: 스위치
30: 댐퍼
40: 배기팬
50: 배기 덕트
60: 급기팬
70: 급기 덕트
100: 수신부
200: 연산부
300: 제어부
10: 주방 후드
20: 스위치
30: 댐퍼
40: 배기팬
50: 배기 덕트
60: 급기팬
70: 급기 덕트
100: 수신부
200: 연산부
300: 제어부
Claims (14)
- 주방에 설치되는 스위치로부터 스위치 신호를 수신하는 수신부;
상기 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산하는 연산부; 및
상기 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬을 제어하고, 상기 배기팬의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬을 제어하는 제어부를 포함하고,
각각의 주방에서 상기 개별 배기 풍량에 따라 배기가 이루어지는, 주방 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 연산부는,
상기 스위치 신호가 온(On) 상태인 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량을 특정하고, 특정된 개별 배기 풍량을 합산하여 상기 총 요구 배기 풍량을 연산하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 연산부는,
통합 환기 시스템의 운영 모드에 따라 상기 개별 배기 풍량에 0.8 내지 1.2 사이에서 특정되는 가중치를 부여하여 상기 총 요구 배기 풍량을 연산하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수신부에서 수신하는 댐퍼 신호 또는 상기 제어부에서 생성하는 댐퍼 제어 신호에 따라 상기 댐퍼를 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배기팬의 풍량이 상기 총 요구 배기 풍량과 일치하거나 미리 정해진 차이 이내가 되도록 상기 배기팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 수신부는,
실내와 배기 덕트 사이에 설치된 차압 센서로부터 차압값을 수신하고,
상기 제어부는,
상기 차압값이 미리 정해진 값 이상이면 상기 급기팬의 풍량이 상승하고, 미리 정해진 값 미만이면 상기 급기팬의 풍량이 하락하도록 상기 급기팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 급기팬의 풍량이 상기 총 요구 배기 풍량의 70%가 되도록 제어하고, 상기 차압값이 미리 정해진 값 이상이면 상기 급기팬의 풍량이 상기 총 요구 배기 풍량의 70%를 초과하도록 상기 급기팬을 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 연산부는,
시간별로 실내 인원 수 및 열린 문의 수를 측정하여 상기 차압값의 변화값을 추정하고, 상기 변화값을 시간별 차압 데이터에 반영하여 예측 차압값을 연산하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제어부는,
상기 차압값과 상기 예측 차압값의 차이의 절대값이 검정값 이상인 경우 상기 예측 차압값으로 상기 급기팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 제어부는,
상기 차압값과 상기 예측 차압값의 차이에 대한 검정통계량 P값이 0 이상 미리 정해진 값 이하인 경우, 상기 예측 차압값으로 상기 급기팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 연산부는,
상기 차압 센서가 수신하는 차압값을 이용하여 배기 덕트의 필터에 대한 교체 시기를 추정하고,
상기 제어부는,
상기 교체 시기에 필터 교체 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 연산부는,
각각의 주방별로 상기 개별 배기 풍량, 사용 시간, 및 전력량 중 적어도 어느 하나를 변수로 포함하는 개별 비용 함수를 이용하여 주방 통합 환기 시스템의 음식점별 비용을 연산하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
실내에 설치된 에어 센서로부터 실내 공기의 상태에 대한 에어 센싱값을 수신하고, 상기 에어 센싱값에 따라 상기 배기팬 및 상기 급기팬을 제어하는 것을 특징으로 하는, 통합 환기 시스템 제어 장치. - (1) 주방에 설치되는 스위치로부터 스위치 신호를 수신하는 단계;
(2) 상기 스위치 신호에 따라 적어도 하나 이상의 주방에서 요구하는 개별 배기 풍량의 총합인 총 요구 배기 풍량을 연산하는 단계; 및
(3) 상기 총 요구 배기 풍량에 따라 배기팬을 제어하고, 상기 배기팬의 풍량과 일정한 범위를 유지하도록 급기팬을 제어하는 단계를 포함하고,
각각의 주방에서 상기 개별 배기 풍량에 따라 배기가 이루어지는, 통합 환기 시스템 제어 방법.
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KR20110004229U (ko) | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 이은종 | 주방 급배기 풍량 분배 장치 |
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KR102561177B1 (ko) | 2023-07-28 |
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