WO2018004017A1 - 빌딩 에너지 관리 시스템 및 방법 - Google Patents
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- WO2018004017A1 WO2018004017A1 PCT/KR2016/006819 KR2016006819W WO2018004017A1 WO 2018004017 A1 WO2018004017 A1 WO 2018004017A1 KR 2016006819 W KR2016006819 W KR 2016006819W WO 2018004017 A1 WO2018004017 A1 WO 2018004017A1
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- building energy
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
Definitions
- the present invention relates to a building energy management method and a building energy management system using the same, and more particularly, to a building automatic control system for controlling an air conditioner operation at various times.
- BAS building automation systems
- BEMS building energy management systems
- EMMS energy management control systems
- an object of the present invention is to divide the day into a plurality of time zones, based on which time zone the current time, the operation mode for performing building energy management In providing a building automatic control system to determine.
- a building energy management method by a building energy management system includes: dividing a day into a first time zone, a second time zone, a third time zone, and a fourth time zone; And determining an operation mode for performing building energy management based on which of the first time zone, the second time zone, the third time zone, and the fourth time zone.
- the first time zone is a night time zone from the exit end time to the entrance start time
- the determining of the operation mode may include: when the current time is the first time zone, outside air is supplied during the summer period set by the user.
- the operation mode may be determined as a first mode for controlling the gas to be introduced into the room and controlling the outside air to be cut off during the winter period set by the user.
- the second time zone may be an admission allowed time zone that is from an entrance start time to an entrance end time, and the determining of the operation mode may be performed by using a current outside air temperature and a current room temperature when the current time is the second time zone.
- the operation mode may be determined as a second mode in which the air conditioner is operated so that the room temperature reaches a first set temperature until the entrance end time.
- the determining of the operation mode may include calculating a first estimated time for the room temperature to reach the first set temperature using the current outside air temperature and the current room temperature; And starting the operation of the air conditioner when the current time reaches a time obtained by subtracting the first estimated time from the entrance end time.
- the third time zone may be a time allowed for leaving the room from the departure start time to the departure end time, and the determining of the operation mode may include using the current outside air temperature and the current room temperature when the current time is the third time zone.
- the operation mode may be determined as a third mode in which the air conditioner is stopped until the room temperature reaches the second set temperature until the exit end time.
- the determining of the operation mode may include calculating a second estimated time for the room temperature to reach the second set temperature using the current outside temperature and the current room temperature; And stopping the operation of the air conditioner when the current time reaches a time obtained by subtracting the second estimated time from the exit end time.
- the fourth time zone may be an occupancy time zone from the entrance end time to the departure start time, and the determining of the operation mode may include inflow of external air when the current time is the fourth time zone and the indoor carbon dioxide concentration is lower than or equal to a predetermined value.
- the operating mode may be determined as a fourth mode of operating the air conditioner to reduce it.
- the operation mode when the current time is the fourth time zone and the indoor enthalpy is higher than the outdoor enthalpy, the operation mode may be determined as a fifth mode in which the air conditioner is operated to increase the inflow of external air.
- the determining of the operation mode may include: operating the air conditioner so that the indoor temperature is maintained at the third set temperature when the current time is the fourth time zone, the indoor carbon dioxide concentration is higher than the set value, and the indoor enthalpy is lower than the outdoor enthalpy.
- the operation mode may be determined as the sixth mode.
- the day is divided into a first time zone, a second time zone, a third time zone, and a fourth time zone, and the current time is the first time zone, the second time zone, and the first time zone.
- a building energy management unit that determines an operation mode for performing building energy management based on which time zone belongs to the third time zone and the fourth time zone; And a building automation unit controlling the operation of the air conditioner according to the determined operation mode.
- a building energy management method for classifying a day into a plurality of time zones and determining an operation mode for performing building energy management based on which time zone the current time belongs to and building energy using the same
- the building energy management device grasps the time zone of the current time and operates in various operation modes, thereby automatically controlling the operation of the air conditioner for each situation. The energy used can be reduced as much as possible.
- FIG. 1 is a view showing the structure of a building energy management system, according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a method of dividing a day into four time zones for building management according to an embodiment of the present invention
- FIG. 3 is a flowchart provided to explain a building energy management method in which different operation modes are executed for each time zone according to an embodiment of the present invention.
- the building energy management system 100 includes a building energy management unit 110, a building automation unit 115, a first meter unit 125, and a second meter unit 135.
- the building energy management unit 110 monitors and manages various energies such as electricity and gas required in the managed building. Specifically, the building energy management unit 110 performs a monitoring function for monitoring the power usage by the energy source for each building and facility, and performs a database interworking function for registering, storing and deleting the collected data in the database.
- the building energy management unit 110 divides the day into a first time zone, a second time zone, a third time zone, and a fourth time zone, and the current time is any one of the first time zone, the second time zone, the third time zone, and the fourth time zone. Based on whether it belongs to a time zone, an operation mode for performing building energy management is determined.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a method of dividing a day into four time zones for building management according to an embodiment of the present invention.
- the building energy management unit 110 may set a time zone based on entrance and departure.
- the first time zone is a night time zone that represents the departure end time to the entrance start time.
- the first time zone is a time zone in which buildings are rarely used, and the operation of the air conditioner is minimized or stopped.
- the second time zone is an admission allowed time zone from the entrance start time to the entrance end time.
- the second time zone is a time zone where people enter the building, and the air conditioner is operated at an appropriate time, so that the room temperature needs to be comfortably set.
- the third time zone is a leaving allowable time zone from the departure start time to the exit end time.
- the third time zone is the time when people leave the building, and the air conditioner stops at an appropriate time and needs to properly adjust the room temperature in consideration of the last remaining people.
- a 4th time slot is a reoccurring time slot from the entrance end time to the departure start time.
- the fourth time zone is a time when people are occupied in the building, and is a time zone in which the air conditioner needs to operate properly according to the carbon dioxide concentration and enthalpy compared to the outdoors because it is a time zone in which the air conditioner operation rate is high.
- the building energy management unit 110 divides the day into four time zones so as to properly manage the operation of the air conditioner.
- the building automation unit 115 controls the operation of the air conditioner 140 according to the operation mode determined by the building energy management unit 110. In addition, the building automation unit 115 controls the electrical installation 120 and the mechanical installation 130 included in the building under the control of the building energy management unit 110.
- the first meter unit 125 measures the energy consumption of the electrical installation 120.
- the first meter unit 125 may measure the amount of power consumed by the electrical installation.
- the second meter unit 135 measures the energy consumption of the machine facility 130.
- the second meter 135 may measure the amount of power consumed by the mechanical equipment.
- the first meter unit 125 and the second meter unit 135 transmit the measured energy consumption to the building energy management unit 110.
- the building energy management unit 110 monitors the electrical installation 120 and the mechanical installation 130 based on the energy consumption information received from the first meter 125 and the second meter 135.
- the air conditioner 140 performs a function of cooling or heating to maintain the temperature inside the building at the set temperature.
- the building energy management system 100 having such a structure determines an operation mode for performing building energy management based on which of the first time zone, the second time zone, the third time zone, and the fourth time zone. Done. Operation modes are described in detail below.
- FIG. 3 is a flowchart provided to explain a building energy management method in which different operation modes are executed for each time zone according to an embodiment of the present invention.
- the building energy management system 100 determines whether the current time is the occupancy time zone that is the third time zone (S310). And, if the current time is not in the occupancy time zone (S310-N), the building energy management system 100 determines whether the current time is the allowance for leaving the time zone (S320). In addition, when the current time is not the time allowed for leaving (S320-N), the building energy management system 100 determines whether the current time is the allowed time for entering the second time zone (S330).
- the building energy management system 100 controls the outside air to flow into the room during the summer period set by the user, and the winter period set by the user.
- the operation mode is determined as the first mode for controlling the external air to be blocked (S333).
- the first mode is a mode in which the building energy management system 100 is operated at night, and the air conditioner 140 is in an inactive state, and controls the outside air to flow into the room during the summer period set by the user.
- the winter season set by the control mode to block the outside air.
- the building energy management system 100 sets current season information, indoor temperature information, outdoor temperature information, and indoor set temperature information as a control point for utility comparison.
- the building energy management system 100 sets a facility code, an air conditioner start stop, an outdoor air damper, an exhaust damper, and a circulation damper as a control point for automatic control.
- the building energy management system 100 sets a minimum outside air introduction temperature, an indoor / outdoor temperature difference, a reduction rate, an offset value, an on time gap time, and an off time gap time for first mode control. It will be used as a value.
- the building energy management system 100 uses the current outside temperature and the current room temperature, and the room temperature is the first set temperature until the entrance end time.
- the operation mode is determined as the second mode in which the air conditioner is operated to reach (S336).
- the building energy management system 100 calculates a first estimated time for the room temperature to reach the first set temperature using the current outside air temperature and the current room temperature.
- the first set temperature is a temperature at which the room can be comfortably maintained, for example, may be 26 degrees Celsius.
- the first estimated time is a time taken for the current room temperature to reach the first set temperature in the state where the air conditioner 140 is operated.
- the building energy management system 100 calculates a first estimated time using a current outside temperature, a current room temperature, and an air conditioner's cooling / heating capability.
- the building energy management system 100 starts cooling or heating the air conditioner when the current time reaches a time obtained by subtracting the first estimated time from the entrance end time. For example, if the entrance end time is 9:00 AM and the first estimated time is 2 hours, the building energy management system 100 may cool or heat the air conditioner from 7:00 AM, which is 2 hours minus 2 AM. Will start running.
- the building energy management system 100 sets the current season information, the indoor temperature information, the outdoor temperature information, and the first set temperature information as a control point for calculating the first estimated time.
- the building energy management system 100 sets the facility code and the air conditioner start and stop as a control point for automatic control.
- the building energy management system 100 uses the first estimated time, schedule, cooling allowable change value, heating allowable change value, entrance start time, and entrance end time as setting values for the second mode control.
- the second mode corresponds to a mode in which the air conditioner is activated by calculating the first estimated time, which is an optimal time for adjusting the comfortable space temperature before the building entrance time, using the outdoor temperature, the indoor temperature, and the current time.
- the management system 100 predicts the operating time of the air conditioner 140 in consideration of the external environment, thereby increasing the air conditioner 140 operating time than when the air conditioner 140 is activated every predetermined time. To reduce energy waste. In addition, it is possible to minimize energy (power, flow) consumption due to overload during initial operation.
- the building energy management system 100 uses the current outside temperature and the current room temperature, and the room temperature is the second set temperature until the end time of leaving the room.
- the operation mode is determined as the third mode in which the air conditioner is stopped to reach.
- the building energy management system 100 calculates a second estimated time for the room temperature to reach the second set temperature by using the current outdoor temperature and the current room temperature.
- the second set temperature is a temperature at which the room can be comfortably maintained even if the air conditioner 140 is stopped, for example, may be 28 degrees Celsius.
- the second estimated time is a time taken for the current room temperature to reach the second set temperature in the state in which the air conditioner 140 is stopped.
- the building energy management system 100 calculates a second estimated time using the current outside temperature and the current room temperature.
- the building energy management system 100 stops the operation of the air conditioner 140. For example, if the departure end time is 22:00 and the second estimated time is 3 hours, the building energy management system 100 stops cooling or heating the air conditioner from 19:00, which is the time minus 3 hours from 22:00. do.
- the building energy management system 100 sets the current season information, the indoor temperature information, the outdoor temperature information, and the second set temperature information as a control point for calculating the second estimated time.
- the building energy management system 100 sets the facility code and the air conditioner start and stop as a control point for automatic control.
- the building energy management system 100 may include a building influence factor (cooling or heating), an outside air influence factor (cooling or heating), a second estimated time, a schedule, a change in cooling allowance, a change in heating allowance, a departure start time, and a departure end time. Is used as a set value for the third mode control.
- the third mode calculates a second estimated time which is an optimal time for adjusting the comfortable space temperature without starting the air conditioner 140 before the building leaving time by using the outside temperature, the indoor temperature, and the present time.
- the building energy management system 100 operates in the third mode to stop the air conditioner 140 at a predetermined time by predicting and operating the stop time of the air conditioner 140 in consideration of the external environment. It is possible to reduce energy waste by reducing the operating time of the air conditioner 140 than if the start is repeated.
- the building energy management system 100 checks whether the air conditioner 140 is turned on (S340). If the air conditioner 140 is turned on (S340-Y), the building energy management system 100 determines whether the indoor carbon dioxide concentration is lower than or equal to the set value (S350).
- the set value represents the carbon dioxide concentration in a state in which the indoor carbon dioxide is sufficiently low so that outside air does not need to be introduced, for example, the set value may be a carbon dioxide concentration of 1000 ppm.
- the building energy management system 100 determines the operation mode as the fourth mode in which the air conditioner 140 is operated to reduce external air inflow (S355). ). In addition, when operating in the fourth mode, the building energy management system 100 may operate the air conditioner 100 such that the outside air inflow is lower as the indoor carbon dioxide concentration is lowered. As such, when the carbon dioxide concentration is sufficiently low, the building energy management system 100 may block the inflow of external air appropriately, thereby increasing the efficiency of cooling or heating and reducing energy consumption.
- the building energy management system 100 determines whether the indoor enthalpy is higher than the outdoor enthalpy (S360), if the indoor enthalpy is higher than the outdoor enthalpy In a case S360-Y, the building energy management system 100 determines an operation mode as a fifth mode in which the air conditioner 140 is operated to increase external air inflow S365. When operating in the fifth mode, the building energy management system 100 may increase external air inflow as the indoor enthalpy becomes larger than the outdoor enthalpy. And, if the indoor enthalpy is greater than a certain value than the outdoor enthalpy, the building energy management system 100 terminates cooling of the air conditioner 140 and introduces external air as much as possible.
- the building energy management system 100 controls the ventilation point information for calculating the enthalpy of the ventilation temperature information, the ventilation humidity information, the outside temperature information, the outside humidity information, the indoor temperature information, and the indoor set temperature information.
- the building energy management system 100 sets a facility code, a cooling valve, an outdoor air damper, an exhaust air damper, and a circulation dam as a control point for automatic control.
- the building energy management system 100 uses the outside air enthalpy, enthalpy offset value, and minimum operating time as setting values for the fifth mode control.
- the building energy management system 100 performs cooling by introducing external air to reduce the energy required for cooling.
- the building energy management system 100 determines the operation mode to the sixth mode of operating the air conditioner so that the room temperature is maintained at the third set temperature ( S370).
- the third set temperature represents a temperature at which the room is comfortable to be comfortable, for example, the third set temperature may be 26 degrees Celsius. That is, when operating in the sixth mode, the building energy management system 100 operates the air conditioner to maintain the room temperature at the third set temperature in a normal operating state.
- the building energy management apparatus 100 determines which time zone the current time is and operates in various operation modes, thereby automatically controlling the operation of the air conditioner for each situation.
- the energy used can be reduced as much as possible.
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Abstract
빌딩 자동 제어 시스템이 제공된다. 본 빌딩 에너지 관리 방법에 따르면, 하루를 복수의 시간대로 구분하고, 현재 시간이 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정할 수 있게 되어, 빌딩 에너지 관리 장치는 현재 시간이 어떤 시간대인지를 파악하여 다양한 동작모드로 동작하게 됨으로써, 각각의 상황에 맞는 공조기의 동작을 자동으로 제어할 수 잇게 되어, 공조기에 사용되는 에너지를 최대한 절감할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 빌딩 에너지 관리 방법 및 이를 적용한 빌딩 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다양한 시간대별로 공조기 동작을 제어하기 위한 빌딩 자동 제어 시스템에 관한 것이다.
에너지 자원 수급의 해외 의존도가 높은 우리나라는 특히, 초고유가 시기임에도 수입에너지의 소비는 감소하지 않고, 여전히 증가하고 있다. 이러한 실정을 감안해볼 때, 에너지 소비 분야 중 건물분야의 에너지 절약에 대한 기술개발 및 적용은 매우 중요한 분야로 받아들여지고 있다.
건물에서의 효율적인 에너지 사용은 건물주는 물론 국가 기간 산업에도 직접적인 영향을 주는 중요한 요소로써, 이에 대한 기술개발 및 투자가 절실하다.
특히, 건물에서의 합리적이지 못한 에너지 사용은 건물 내 설비들의 비효율적인 운전 및 관리에도 연관성이 있다. 예를 들어, 여름철 전력수요의 20%가량이 건물의 총 부하 중에서 냉방부하의 몫이라는 결과는 냉방부하가 피크 전력과 전력예비율에 상당한 영향을 준다는 것을 알 수 있으며, 겨울철 또한 난방부하가 상당한 부분을 차지하고 있다. 이러한 건물에서의 에너지 절약 방법으로는 건축 계획적 접근방법과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전효율을 향상시키는 설비적 접근 방법이 있다. 이러한 접근 방법 중 설비 분야에 있어서는 적절한 환경을 창조하는 것과 동시에 에너지 소비량이나 환경보전을 고려한 설계와 효율적인 설비 시스템의 운용이 요구되고 있다.
또한, 건물의 소유주 입장에서, 건물의 에너지 소비량은 금전적인 지출과 연결되므로 비효율적인 건물의 에너지 소비는 건물 소유주에게 상당한 금전적 부담을 주는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 건물에서 소비하는 에너지의 사용을 효율적이고 체계적으로 관리하는 것이 요구된다.
현재, 건물 자동화 시스템(BAS: Building Automation System)과 건물 에너지 관리 시스템(BEMS: Building Energy Management System or EMCS: Energy Management Control System)이나 최근 개발되고 있는 설비 성능 진단 시스템에서는 각종 센서를 통해 계측한 설비의 운전 데이터를 활용하여 설비의 성능 및 효율을 자동으로 계산하고 이를 다양한 그래프 형태로 설비 운영자에게 제공하고 있다. 그러나, 설비 효율 정보 및 그래프를 활용하여 설비의 효율 저하 여부를 판단하고, 효율 저하 시 이를 유발한 원인을 도출하는 것은 여전히 건물 관리자 또는 설비 운영자 개인의 몫으로 남아 있다.
따라서, 사용자들의 개입을 최소화 할 수 있는 자동화된 빌딩 에너지 관리 방법을 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 하루를 복수의 시간대로 구분하고, 현재 시간이 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 빌딩 자동 제어 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 에너지 관리 시스템에 의한 빌딩 에너지 관리 방법은, 하루를 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대로 구분하는 단계; 및 현재 시간이 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대 중 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 시간대는 퇴실 종료 시간부터 입실 시작 시간까지인 야간시간대이고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제1 시간대일 경우, 사용자에 의해 설정된 하절기 기간 동안에는 외부의 공기가 실내로 유입되도록 제어하고 사용자에 의해 설정된 동절기 기간 동안에는 외부의 공기가 차단되도록 제어하는 제1 모드로 동작 모드를 결정할 수도 있다.
또한, 상기 제2 시간대는 입실 시작 시간으로부터 입실 종료시간까지인 입실 허용 시간대이고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제2 시간대일 경우, 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 상기 입실 종료 시간까지 실내온도가 제1 설정 온도에 도달하도록 공조기를 가동시키는 제2 모드로 동작 모드를 결정할 수도 있다.
그리고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 상기 현재 외기 온도 및 상기 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 상기 제1 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제1 예상 시간을 산출하는 단계; 및 현재 시간이 상기 입실 종료 시간으로부터 상기 제1 예상시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 상기 공조기의 가동을 시작시키는 단계;를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제3 시간대는 퇴실 시작 시간으로부터 퇴실 종료시간까지인 퇴실 허용 시간대이고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제3 시간대일 경우, 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 퇴실 종료 시간까지 실내온도가 제2 설정 온도에 도달하도록 공조기를 중단시키는 제3 모드로 동작 모드를 결정할 수도 있다.
그리고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 상기 현재 외기 온도 및 상기 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 상기 제2 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제2 예상 시간을 산출하는 단계; 및 현재 시간이 상기 퇴실 종료 시간으로부터 상기 제2 예상 시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 상기 공조기의 가동을 중단시키는 단계;를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제4 시간대는 입실 종료 시간으로부터 퇴실 시작 시간까지인 재실 시간대이고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제4 시간대이고 실내 이산화탄소 농도가 설정값 이하인 경우, 외부 공기 유입을 감소시키도록 공조기를 동작시키는 제4 모드로 동작 모드를 결정할 수도 있다.
그리고, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제4 시간대이고 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높은 경우, 외부 공기 유입을 증가시키도록 공조기를 동작시키는 제5 모드로 동작 모드를 결정할 수도 있다.
또한, 상기 동작 모드를 결정하는 단계는, 현재 시간이 상기 제4 시간대이고 실내 이산화탄소 농도가 설정값 이상이고 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 낮은 경우, 실내 온도가 제3 설정 온도로 유지되도록 공조기를 동작시키는 제6 모드로 동작모드를 결정할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 에너지 관리 시스템은, 하루를 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대로 구분하고, 현재 시간이 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대 중 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 빌딩 에너지 관리부; 및 상기 결정된 동작모드에 따라 공조기의 동작을 제어하는 빌딩 자동화부;를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 하루를 복수의 시간대로 구분하고, 현재 시간이 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 빌딩 에너지 관리 방법 및 이를 적용한 빌딩 에너지 관리 시스템을 제공할 수 있게 되어, 빌딩 에너지 관리 장치는 현재 시간이 어떤 시간대인지를 파악하여 다양한 동작모드로 동작하게 됨으로써, 각각의 상황에 맞는 공조기의 동작을 자동으로 제어할 수 잇게 되어, 공조기에 사용되는 에너지를 최대한 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 에너지 관리 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 관리를 위해 하루를 4가지 시간대로 나누는 방법에 대해 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간대 별로 서로 다른 동작 모드가 실행되는 빌딩 에너지 관리 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)의 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 빌딩 에너지 관리부(110), 빌딩 자동화부(115), 제1 미터부(125), 및 제2 미터부(135)를 포함한다.
빌딩 에너지 관리부(110)는 관리 대상 빌딩 내에서 소요되는 전기, 가스 등의 다양한 에너지를 모니터링 및 관리한다. 구체적으로, 빌딩 에너지 관리부(110)는 건물별, 설비별 에너지원별 전력 사용량을 모니터링하는 모니터링 기능을 수행하고, 수집된 데이터들을 데이터베이스에 등록, 저장 및 삭제하는 데이터베이스 연동 기능을 수행한다.
또한, 빌딩 에너지 관리부(110)는 하루를 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대로 구분하고, 현재 시간이 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대 중 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하게 된다.
여기에서, 하루를 4가지의 시간대로 나누는 것에 대해서는 도 2에 도시된 바와 같이 구분된다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 빌딩 관리를 위해 하루를 4가지 시간대로 나누는 방법에 대해 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 빌딩 에너지 관리부(110)는 입실과 퇴실을 기준으로 하여 시간대를 설정할 수도 있다.
제1 시간대는 퇴실 종료 시간부터 입실 시작 시간까지를 나타내는 야간시간대이다. 제1 시간대는 빌딩이 거의 사용되지 않는 시간대로 공조기의 동작도 최소한으로 가동되거나 가동이 중지된다.
그리고, 제2 시간대는 입실 시작 시간으로부터 입실 종료시간까지인 입실 허용 시간대이다. 제2 시간대는 사람들이 빌딩에 입실하는 시간대로 적절한 시점에 공조기가 가동되어 실내 온도를 쾌적하게 맞춰 놓을 필요가 있는 시간대이다.
또한, 제3 시간대는 퇴실 시작 시간으로부터 퇴실 종료시간까지인 퇴실 허용 시간대이다. 제3 시간대는 사람들이 빌딩에서 퇴실하는 시간대로 적절한 시점에 공조기가 정지되어 마지막에 남는 사람들까지 고려하여 실내 온도를 적절히 조절할 필요가 있는 시간이다.
그리고, 제4 시간대는 입실 종료 시간으로부터 퇴실 시작 시간까지인 재실 시간대이다. 이와 같이, 제4 시간대는 사람들이 빌딩에 재실해 있는 시간으로, 공조기의 가동 비율이 높은 시간대이므로 이산화탄소 농도 및 엔탈피를 실외와 비교하여 적절하게 공조기를 가동시킬 필요가 있는 시간대이다.
빌딩 에너지 관리부(110)는 이와 같이 하루를 4가지 시간대로 구분으로 하여 공조기의 동작을 적절히 관리하게 된다.
빌딩 자동화부(115)는 빌딩 에너지 관리부(110)에 의해 결정된 동작모드에 따라 공조기(140)의 동작을 제어하게 된다. 또한, 빌딩 자동화부(115)는 빌딩 에너지 관리부(110)의 제어에 따라 빌딩에 포함된 전기 설비(120)와 기계 설비(130)를 제어하게 된다.
제1 미터부(125)는 전기 설비(120)의 에너지 소모량을 측정한다. 예를 들어, 제1 미터부(125)는 전기 설비에서 소요되는 전력량을 측정할 수도 있다.
제2 미터부(135)는 기계 설비(130)의 에너지 소모량을 측정한다. 예를 들어, 제2 미터부(135)는 기계 설비에서 소요되는 전력량을 측정할 수도 있다.
그리고, 제1 미터부(125)와 제2 미터부(135)는 측정된 에너지 소모량을 빌딩 에너지 관리부(110)로 전송한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리부(110)는 제1 미터부(125)와 제2 미터부(135)로부터 수신된 에너지 소모량 정보를 기초로 전기 설비(120) 및 기계 설비(130)를 모니터링하게 된다.
공조기(140)는 건물 내부의 온도를 설정된 온도로 유지하기 위해 냉방 또는 난방을 하는 기능을 수행한다.
이와 같은 구조의 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 시간이 제1 시간대, 제2 시간대, 제3 시간대 및 제4 시간대 중 어느 시간대에 속하는지에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하게 된다. 동작 모드들에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 시간대 별로 서로 다른 동작 모드가 실행되는 빌딩 에너지 관리 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
먼저, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 시간이 제3 시간대인 재실 시간대인지 여부를 판단한다(S310). 그리고, 현재 시간이 재실 시간대가 아닌 경우(S310-N), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 시간이 제3 시간대인 퇴실 허용 시간대인지 판단한다(S320). 그리고, 현재 시간이 퇴실 허용 시간대가 아닌 경우(S320-N), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 시간이 제2 시간대인 입실 허용 시간대인지 판단한다(S330).
만약, 현재 시간이 야간 시간대인 제1 시간대일 경우(S330-N), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 사용자에 의해 설정된 하절기 기간 동안에는 외부의 공기가 실내로 유입되도록 제어하고 사용자에 의해 설정된 동절기 기간 동안에는 외부의 공기가 차단되도록 제어하는 제1 모드로 동작 모드를 결정하게 된다(S333). 여기에서 제1 모드는 빌딩 에너지 관리 시스템(100)이 야간에 작동되는 모드로써, 공조기(140)는 미가동 상태이며, 사용자에 의해 설정된 하절기 기간 동안에는 외부의 공기가 실내로 유입되도록 제어하고 사용자에 의해 설정된 동절기 기간 동안에는 외부의 공기가 차단되도록 제어하는 모드이다. 이를 통해, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 야간에 외부 공기를 이용하여 실내 온도를 적절히 조절할 수 있게 되어 에너지를 절감할 수 있게 된다.
이와 같이 제1 모드로 동작하기 위해, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 계절 정보, 실내온도 정보, 실외 온도 정보, 실내 설정온도 정보를 효용성 비교를 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 설비 코드, 공조기 기동 정지, 외기 댐퍼, 배기 댐퍼, 순환 댐퍼를 자동 제어를 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 최소 외기 도입 온도, 실내외 온도차, 감소율, 옵셋값, 온타임갭(On Time Gap) 시간, 오프타임갭(Off Time Gap) 시간을 제1 모드 제어를 위한 설정값으로 이용하게 된다.
만약, 현재 시간이 입실 허용 시간대인 제2 시간대일 경우(S330-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 입실 종료 시간까지 실내온도가 제1 설정 온도에 도달하도록 공조기를 가동시키는 제2 모드로 동작 모드를 결정하게 된다(S336).
구체적으로, 제2 모드로 동작 모드가 결정된 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 제1 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제1 예상 시간을 산출한다. 여기에서, 제1 설정 온도는 실내가 쾌적하게 유지될 수 있는 온도이며, 예를 들어, 섭씨 26도가 될 수도 있다. 그리고, 제1 예상 시간은 공조기(140)가 가동된 상태에서 현재 실내 온도가 제1 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 시간이다. 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기온도, 현재 실내 온도, 및 공조기의 냉방/난방 능력을 이용하여 제1 예상 시간을 산출하게 된다.
그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 시간이 입실 종료 시간으로부터 제1 예상시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 공조기의 냉방 또는 난방을 가동시키기 시작한다. 예를 들어, 입실 종료 시간이 오전 9시이고, 제1 예상 시간이 2시간인 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 오전 9시에서 2시간을 뺀 시간인 오전 7시부터 공조기의 냉방 또는 난방을 가동시키기 시작하게 된다.
이와 같이 제2 모드로 동작하기 위해, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 계절 정보, 실내온도 정보, 실외 온도 정보, 제1 설정온도 정보를 제1 예상시간을산출하기 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 설비 코드, 공조기 기동 정지를 자동 제어를 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제1 예상 시간, 스케줄, 냉방허용 변화치, 난방허용 변화치, 입실 시작 시간, 입실 종료 시간을 제2 모드 제어를 위한 설정값으로 이용하게 된다.
이와 같이, 제2 모드는 외기온도, 실내온도, 현재시간을 이용하여 빌딩 입실 시간 전에 쾌적한 공간온도를 맞추기 위한 최적의 시간인 제1 예상 시간을 계산하여 공조기를 기동하는 모드에 해당 되며, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제2 모드로 동작함으로써, 외부 환경을 고려하여 공조기(140)의 가동 시간을 예측 운영함으로써 정해진 매 시간에 공조기(140)를 기동하게 되는 경우보다 공조기(140) 가동 시간을 줄여 에너지 낭비를 줄일수 있다. 또한 초기 운전시 과부하로 인한 에너지(전력,유량) 소비도 최소화 할 수 있다.
만약, 현재 시간이 퇴실 허용 시간대인 제3 시간대일 경우(S320-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 퇴실 종료 시간까지 실내온도가 제2 설정 온도에 도달하도록 공조기를 중단시키는 제3 모드로 동작 모드를 결정하게 된다(S339).
구체적으로, 제3 모드로 동작하게 되는 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 제2 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제2 예상 시간을 산출하게 된다. 여기에서, 제2 설정 온도는 공조기(140)가 중단되더라도 실내가 쾌적하게 유지될 수 있는 온도이며, 예를 들어, 섭씨 28도가 될 수도 있다. 그리고, 제2 예상 시간은 공조기(140)가 중단된 상태에서 현재 실내 온도가 제2 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 시간이다. 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 외기온도, 현재 실내 온도를 이용하여 제2 예상 시간을 산출하게 된다.
그 후에, 현재 시간이 퇴실 종료 시간으로부터 제2 예상 시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 공조기(140)의 가동을 중단시키게 된다. 예를 들어, 퇴실 종료 시간이 22시 이고, 제2 예상 시간이 3시간인 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 22시에서 3시간을 뺀 시간인 19시부터 공조기의 냉방 또는 난방을 중단시키게 된다.
이와 같이 제3 모드로 동작하기 위해, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 현재 계절 정보, 실내온도 정보, 실외 온도 정보, 제2 설정온도 정보를 제2 예상시간을산출하기 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 설비 코드, 공조기 기동 정지를 자동 제어를 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 건물 영향 계수(냉방 또는 난방), 외기 영향 계수(냉방 또는 난방), 제2 예상 시간, 스케줄, 냉방 허용 변화치, 난방 허용 변화치, 퇴실 시작 시간, 퇴실 종료 시간을 제3 모드 제어를 위한 설정값으로 이용하게 된다.
이와 같이, 제3 모드는 외기온도, 실내온도, 현재시간을 이용하여 빌딩 퇴실 시간 전에 공조기(140)의 기동 없이 쾌적한 공간온도를 맞추기 위한 최적의 시간인 제2 예상 시간을 계산하여 공조기(140)를 중단시키는 모드에 해당 되며, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제3 모드로 동작함으로써, 외부 환경을 고려하여 공조기(140)의 중단 시간을 예측 운영함으로써 정해진 매 시간에 공조기(140)를 중단/기동을 반복하게 되는 경우보다 공조기(140) 가동 시간을 줄여 에너지 낭비를 줄일수 있다.
반면, 현재 시간이 재실 시간대인 제4 시간대인 경우(S310-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 공조기(140)가 켜진 상태인지 여부를 확인하게 된다(S340). 만약, 공조기(140)가 켜진 상태인 경우(S340-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 실내 이산화탄소 농도가 설정값 이하인지 여부를 판단한다(S350). 여기에서, 설정값은 실내의 이산화탄소가 충분히 낮은 상태라서 외부의 공기가 유입되지 않아도 되는 상태의 이산화탄소 농도를 나타내며, 예를 들어, 설정값은 1000ppm의 이산화탄소 농도가 될 수도 있다.
따라서, 실내 이산화탄소 농도가 설정값 이하인 경우(S350-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 외부 공기 유입을 감소시키도록 공조기(140)를 동작시키는 제4 모드로 동작 모드를 결정하게 된다(S355). 또한, 제4 모드로 동작하는 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 실내 이산화탄소 농도가 낮아질수록 외부 공기 유입량이 낮아지도록 공조기(100)를 가동할 수도 있다. 이와 같이 이산화 탄소 농도가 충분히 낮은 경우, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 외부 공기 유입을 적절히 차단시킴으로써 냉방 또는 난방의 효율을 증가시키고 에너지 소비를 절감할 수 있게 된다.
한편, 실내 이산화탄소 농도가 설정값이하가 아닌 경우(S350-N), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높은지 여부를 판단한다(S360), 만약, 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높은 경우(S360-Y), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 외부 공기 유입을 증가시키도록 공조기(140)를 동작시키는 제5 모드로 동작 모드를 결정하게 된다(S365). 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제5 모드로 동작하는 경우, 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 더욱 커질수록 외부 공기 유입을 증가시킬 수 있다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 특정값 이상 큰 경우, 공조기(140)의 냉방을 종료시키고 외부 공기를 최대한 유입시키게 된다.
이와 같이 제5 모드로 동작하기 위해, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 환기 온도 정보, 환기 습도 정보, 외기 온도 정보, 외기 습도 정보, 실내온도 정보, 실내 설정온도 정보를 엔탈피를 산출하기 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 설비 코드, 냉방밸브, 외기 댐버, 배기 댐버, 순환 댐버를 자동 제어를 위한 관제점으로 설정한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 외기도입 엔탈피, 엔탈피 옵셋값, 최소 동작 시간을 제5 모드 제어를 위한 설정값으로 이용하게 된다.
이와 같이, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제5 모드를 실행함으로써, 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높은 경우, 외부 공기를 유입시켜 냉방을 수행하게 됨으로써 냉방에 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 된다.
한편, 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높지 않은 경우(S360-N), 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 실내 온도가 제3 설정 온도로 유지되도록 공조기를 동작시키는 제6 모드로 동작모드를 결정하게 된다(S370). 제3 설정 온도는 실내가 쾌적하다고 느꺼지는 온도를 나타내며, 예를 들어 제3 설정 온도는 섭씨 26도가 될 수도 있다. 즉, 빌딩 에너지 관리 시스템(100)은 제6 모드로 동작할 경우 일반적인 동작 상태로 제3 설정 온도로 실내온도가 유지되도록 공조기를 동작시키게 된다.
이와 같은 과정을 통해, 빌딩 에너지 관리 장치(100)는 현재 시간이 어떤 시간대인지를 파악하여 다양한 동작모드로 동작하게 됨으로써, 각각의 상황에 맞는 공조기의 동작을 자동으로 제어할 수 잇게 되어, 공조기에 사용되는 에너지를 최대한 절감할 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (6)
- 빌딩 에너지 관리 시스템에 의한 빌딩 에너지 관리 방법에 있어서,현재 시간이 어느 시간대에 속하는지 판단하는 단계; 및상기 판단 단계에서 판단된 시간대에 기초하여, 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 단계;를 포함하는 빌딩 에너지 관리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 동작 모드를 결정하는 단계는,현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 제1 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제1 예상 시간을 산출하는 단계; 및현재 시간이 입실 종료 시간으로부터 상기 제1 예상시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 공조기의 가동을 시작시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 빌딩 에너지 관리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 동작 모드를 결정하는 단계는,현재 외기 온도 및 현재 실내 온도를 이용하여, 실내 온도가 제2 설정 온도까지 도달하는데 걸리는 제2 예상 시간을 산출하는 단계; 및현재 시간이 퇴실 종료 시간으로부터 제2 예상 시간을 뺀 시간에 도달한 경우, 공조기의 가동을 중단시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 빌딩 에너지 관리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 동작 모드를 결정하는 단계는,현재 시간이 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 높은 경우, 외부 공기 유입을 증가시키도록 공조기를 동작시키는 제5 모드로 동작 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 빌딩 에너지 관리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 동작 모드를 결정하는 단계는,현재 시간이 실내 이산화탄소 농도가 설정값 이상이고 실내 엔탈피가 실외 엔탈피보다 낮은 경우, 실내 온도가 제3 설정 온도로 유지되도록 공조기를 동작시키는 제6 모드로 동작모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 빌딩 에너지 관리 방법.
- 현재 시간이 어느 시간대에 속하는지 판단하고, 판단된 시간대에 기초하여 빌딩 에너지 관리를 수행하기 위한 동작 모드를 결정하는 빌딩 에너지 관리부; 및상기 결정된 동작모드에 따라 공조기의 동작을 제어하는 빌딩 자동화부;를 포함하는 빌딩 에너지 관리 시스템.
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