WO2020085573A1 - 홈 에너지 관리 시스템 및 그 동작방법 - Google Patents

홈 에너지 관리 시스템 및 그 동작방법 Download PDF

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WO2020085573A1
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environment information
management system
energy management
home energy
indoor
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PCT/KR2018/015129
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진병진
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(주)온테스트
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F24F11/74—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Electricity, gas or water supply
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a home energy management system, and more specifically, a controller of a home energy management system and its operation that can efficiently save energy while supplying cooling in consideration of various environments inside and outside the home and individual differences of users, etc. It's about how.
  • HEMS Home Energy Management System
  • Such a home energy management system has an advantage of inducing a user to voluntarily act to save energy by grasping actual energy consumption in the home by providing energy consumption information in a specific form to the user.
  • a number of air conditioners are installed to efficiently operate cooling, and these air conditioners are controlled by zones, that is, each floor or section, or by attaching a temperature controller to each air conditioner.
  • the operation of the air conditioner was controlled according to the temperature of the installed space.
  • users in the Middle East basically do not change once the set temperature of the air conditioner is set. However, the user changes the temperature setting by season or at a specific time. Looking at each period (seasonal), during February to October, the user rarely operates the temperature after setting at a specific temperature. During November to January, the user does not use or minimizes the package air conditioner (A / C).
  • the present invention is to provide a home energy management system that can control a package air conditioner, lighting device, and blinds covering a plurality of indoor spaces according to a thermal comfort model.
  • the present invention is to provide an indoor home adaptive home energy management system considering not only indoor environment information but also outdoor environment information.
  • the present invention is to provide a home energy management system that learns an optimized thermal comfort model for each occupant.
  • the present invention is to provide a controllable, home energy management system according to the power supply situation.
  • a home energy management system installed in a home having a plurality of indoor spaces covered by at least one package air conditioner includes temperature, humidity, and illuminance for each indoor space, A smart sensor for sensing indoor environment information including at least one CO2 amount and motion detection information; A HEMS controller for determining a set value according to outdoor environment information, the indoor environment information, and at least one thermal comfort model; A smart damper installed in each of the indoor spaces to adjust an opening / closing rate according to the set value; And a smart adjusting device that adjusts the blowing temperature of the package air conditioner, the lighting device installed in each of the indoor spaces, and the blinds according to the determined set value.
  • the thermal comfort model is indoor temperature, humidity, and illuminance information that is set in consideration of at least one of occupant information, indoor environment information, and the outdoor environment information.
  • the smart damper supplies a certain amount of blowing according to the opening / closing rate, and the opening / closing rate is adjusted so that the sum of the blowing air supplied to all the indoor spaces is 50% or more of the blowing amount supplied by the package air conditioner. .
  • the HEMS controller may be wired or wirelessly connected to transmit the determined setting value to the smart controller.
  • the HEMS controller may database the outdoor environment information, the manual setting values manually input by the user, and the sensed indoor environment information, update the thermal comfort model, and learn.
  • the HEMS controller includes a first communication unit that communicates with the smart damper, the smart sensor, the package air conditioner, and the smart control device by wire or wireless; A storage unit for storing information on the thermal comfort model; A control unit for selecting the thermal comfort model according to the occupant information in each of the indoor spaces; And a calculation unit calculating the set value based on the outdoor environment information and the sensed indoor environment information according to the selected thermal comfort model.
  • the smart sensor transmits the sensed indoor environment information to the smart control device by wire or wireless, and the smart control device is based on the sensed indoor environment information of each indoor space, and if there is no occupant for a predetermined time It may further include a smart outlet to cut off the power.
  • the home energy management system includes a display unit that displays the indoor environment information and the outdoor environment information of the home; An input unit that receives a manual setting value for the indoor environment information; And a communication unit that communicates with the HEMS controller to receive the sensed indoor environment information and the outdoor environment information and transmit the manual setting value.
  • the smart control device may adjust the blowing temperature, the opening and closing rate, the illuminance amount of the lighting device, and the up and down and tilt angle of the blind.
  • a home energy management system installed in a home having a plurality of indoor spaces covered by at least one package air conditioner includes: a smart sensor for sensing indoor environment information; A HEMS controller for determining a set value according to the outdoor environment information and the indoor environment information; A smart control module for adjusting the blowing temperature of the package air conditioner, the lighting device installed in each of the indoor spaces, the smart outlet, and the blind according to the determined set value; A user terminal receiving the set value from the HEMS controller and transmitting the set value determined according to at least one thermal comfort model or manually controlled by a user; And an area server that receives the sensed indoor environment information and the set value.
  • the thermal comfort model may be indoor temperature, humidity, and illuminance information that are respectively set in consideration of at least one of occupant information, indoor environment information, and the outdoor environment information.
  • the user terminal is a communication unit that receives the indoor environment information and the outdoor environment information, and transmits a set value optimized or manually controlled to the occupant;
  • a display unit that displays the indoor environment information, the outdoor environment information, and manipulation related information of the home;
  • An input unit that receives personal information about the occupant or a manually controlled setting value of a user; It may include a calculation unit for calculating the set value according to the thermal comfort model optimized for the occupant from the indoor environment information, the outdoor environment information.
  • the home energy management system may further include a smart damper that is installed in each of the plurality of indoor spaces and supplies a predetermined amount of ventilation according to an opening / closing rate.
  • the opening and closing rate is characterized in that the sum of the blowing air supplied to each indoor space is adjusted to be 50% or more of the blowing amount supplied by the package air conditioner.
  • the HEMS controller may transmit and receive data to and from the smart regulating device, the smart damper, and the smart sensor in a LoRa communication method.
  • the smart outlet In the basic mode, the smart outlet is connected to the transmission grid and supplies power to the home energy management system. In the power failure mode, power is supplied from the self-generation module to supply power to the home energy management system.
  • the regional server may centrally control the home energy management system according to a setting mode.
  • the setting mode may include a first mode in which home energy usage data is transmitted to the local server according to user approval of the home, and operation of the home energy management system is controlled according to central control of the local server. have.
  • the setting mode may include a second mode in which home energy use data is transmitted to the local server according to the user's denial of the home, but central access of the local server is denied access.
  • the regional server is characterized in that it centrally controls energy management of at least one of the homes based on home energy use data and power data of a power supply chain, respectively, received from a plurality of home energy management systems in a set area.
  • the local server may control power supply by transmitting a central setting value to the at least one smart control module.
  • a home energy management system installed in a home having a plurality of indoor spaces covered by at least one package air conditioner includes a smart sensor for sensing indoor environment information; A HEMS controller for determining a set value according to the outdoor environment information and the indoor environment information; A smart control device for adjusting ducts, lighting devices, smart outlets, and blinds installed in each of the indoor spaces according to the determined set values; A user terminal for transmitting the set value manually controlled by the user; And a learning server receiving the sensed indoor environment information and the set value, and learning at least one thermal comfort model for optimizing for each occupant.
  • the thermal comfort model is indoor temperature, humidity, and illuminance information that is set in consideration of at least one of occupant information, indoor environment information, and the outdoor environment information, and the HEMS controller is configured according to the thermal comfort model or manual control.
  • the determined set value is output.
  • the learning server database izes the outdoor environment information, the manual setting values manually input by the user, and the sensed indoor environment information, updates the optimized settings according to the information of the occupants, and learns the thermal comfort model do.
  • the home energy management system of the present invention by using a smart damper to supply cooling, it is possible to use a constant air volume package air conditioner while cooling with an individual preferred air volume.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to reduce power consumption as well as provide an effect of providing cooling and lighting in an adaptive room by controlling according to a thermal comfort model. That is, by controlling the illuminance using the occupant information, the indoor environment information, and the outdoor environment information, it is possible to reduce the power consumption while providing the preferred illuminance for each individual.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to remotely monitor and control using a user terminal, thereby reducing power consumption in the Middle East region where there is a lack of cooling habits.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to centrally control the power supply for each individual home, and there is an effect of evenly distributing power to home consumption according to the power supply situation in a set area.
  • FIG. 1 and 2 are views showing a home energy management system applied to embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the cooling operation of the home energy management system of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the lighting control operation of the home energy management system of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation method of an adaptive home energy management system according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a home energy management system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a home energy management system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the embodiment of FIG. 10.
  • buildings in the Middle East are north. North of all windows. And the buildings in the Middle East are inhabited by people in the center of the multifamily. In the case of ordinary houses, multi-family families live together in 2 to 3 stories.
  • Package air conditioners are installed in these buildings to perform the cooling operation of the house.
  • the package air conditioner can be installed as a roof top type package air conditioner. Looking at the roof top package air conditioner, a duct-type air vent and a ventilation system are installed on the roof. Depending on the scale, 5 to 8 blowers can be installed.
  • One package air conditioner covers 2 to 3 or 2.5 spaces or rooms.
  • the package air conditioner is directly connected to the roof air conditioner ventilation system and the thermostat.
  • One air conditioner is connected and installed for each package air conditioner.
  • the general three-story standard structure there is a living room and a reception room on the ground floor of the building. There is a living room and room on the 1st floor. On the 2nd floor, there is a room and laundry room / housekeeper room. On the rooftop, there is an air conditioning ventilation system and a power terminal box.
  • the user basically does not change the temperature once set. However, the user changes the temperature setting by season or at a specific time.
  • FIG. 1 and 2 are views showing a home energy management system applied to embodiments of the present invention.
  • 3 is a conceptual diagram for explaining the cooling operation of the home energy management system of the present invention
  • Figure 4 is a conceptual diagram for explaining the lighting control operation of the home energy management system of the present invention.
  • the home energy management system 1000 includes a HEMS controller 100, a smart sensor 210, a smart regulating device 230, and a smart outlet 250, and the HEMS controller 100 is a user terminal (10) and the external server (20).
  • the smart control module 200 of the HEMS controller 100 includes a lighting 310, a window / blind 330, an air conditioning device 350, and a power supply network (transmission grid or self-generation module), respectively. And connected, to control each device.
  • the smart adjustment module 200 includes a smart sensor 210, a smart adjustment device 230, and a smart outlet 250.
  • the smart sensor 210 senses indoor environment information of the entire home.
  • smart sensors are installed in every part of the home space-living room, room, kitchen, etc.
  • the smart sensor is a complex sensor including a temperature sensor 211, a humidity sensor 212, an illuminance sensor 213, and a motion detection sensor 214, such as temperature, humidity, illuminance, CO2 amount, or The amount of fine dust and motion detection information are sensed.
  • the smart sensor 210 may further include a thermal sensor, an occupant sensor, and an infrared sensor.
  • the smart sensor 210 may communicate with the HEMS controller 100 through wired or wireless.
  • the smart sensor 210 includes a Bluetooth (BLE) based temperature / humidity sensor, and periodically measures and transmits the temperature / humidity, heat detection, occupancy detection information, and motion information to the HEMS controller 100. have.
  • BLE Bluetooth
  • the smart regulating device 230 is connected to the lighting device 310, the window / blind 330, and the cooling device 350, respectively, to adjust the illuminance, cooling, blowing, and mining with the set values received from the HEMS controller 100. Adjust.
  • the temperature control unit 231 and the humidity control unit 232 are connected to the cooling device 350 to control the temperature or humidity of the corresponding indoor space to be controlled.
  • the cooling device 350 is at least one package air conditioner, and one package air conditioner may cover the entire home, or two or more package air conditioners may cover the entire home.
  • the package air conditioner 350 cools through ducts 351-1 to 351-4 connected to each indoor space (room 1 and room 2 in the illustrated example).
  • One or more ducts may be installed depending on the area of each interior space.
  • the package air conditioner 350 may further include a smart damper 360 between a duct 351 and a tuyere connected from a roof top air conditioner.
  • the package air conditioner 350 may be an air conditioner that supplies a constant amount of air to all spaces to which the air outlet is connected.
  • the smart damper 360 is a device that controls the opening / closing rate so that only a certain amount of ventilation passes, and the opening / closing rate is adjusted according to the control of the temperature control unit 231, the humidity control unit 232, or the HEMS controller 100.
  • the smart damper 36 is adjusted so that the sum of the blowing air supplied to all indoor spaces is 50% or more of the total blowing amount supplied by the package air conditioner 350. This is because when the amount of air blown by each of the smart dampers 36 installed in all the indoor spaces is 50% or less of the total air flow of the package air conditioner 350, it is a burden on the air conditioner that supplies the airflow.
  • the temperature controller 231 is a thermostat that controls the temperature of the blower supplied by the package air conditioner, and may be connected 1: 1 with each package air conditioner.
  • the temperature controller 231 may communicate with the HEMS controller 100 and the package air conditioner 350 based on LoRa (Long Range Communication).
  • the lighting control unit 233 is connected to the lighting device 310 to adjust the illuminance of each indoor space.
  • the lighting control unit 233 may be operated, for example, including a master operation unit (not shown) and a slave operation unit (not shown).
  • the master operation unit may control each indoor space at a time, and transmits to the HEMS controller 100 the control values and sensed illumination values currently set in each indoor space in conjunction with the illuminance sensor 203 and the communication unit.
  • the slave manipulation unit may adjust the illuminance intensity of the interlocked lighting device in conjunction with the lighting device of the target indoor space in which each is disposed.
  • the lighting control unit 233 may receive weather information and illuminance information from the outdoor environment information from the HEMS controller 100 as another example, and adjust the lighting itself. For example, when the outdoor is bright daylight and there is a large amount of light, if the sensed illuminance value is greater than or equal to the preset maximum illuminance value, the lighting control unit 233 turns on and maintains the preset minimum illuminance value or the illumination disposed in the corresponding room Turn off device 310.
  • the lighting control unit 233 may be connected to the window / blind 330 as another example to adjust the amount of light by adjusting the tilt angle of the blind.
  • the lighting control unit 233 controls the illuminance of the lighting device and the tilt angle of the blind, respectively, to reduce the power consumption of the lighting device 310 so as to reduce power consumption while maintaining proper indoor illumination.
  • Each of the 310 can be controlled.
  • the window / blind is directly connected to the HEMS controller 100, separately from the lighting control unit 233, and monitors the indoor and outdoor illumination values, respectively, so that the light is supplied to the indoor space in an appropriate amount.
  • the slit angle and tilt angle can be adjusted.
  • the HEMS controller 100 may adjust the slit angle based on the window position information to secure the outside view area and prevent the inside from being visible.
  • the home energy management system 1000 may further include a smart outlet 250.
  • the smart outlet 250 is a switching module for selecting a power supply line, and when power is stably supplied from the grid, it is connected to the grid as a basic mode to supply power to the home energy management system 1000.
  • a problem occurs in the grid of the transmission network-for example, interruption due to a power outage or accident-it is connected to a self-generation device as a power generation mode to supply power to the home energy management system 1000.
  • the self-powered device includes, for example, a photovoltaic power generation panel.
  • the HEMS controller 100 collects and processes adjustment and sensing data. More specifically, after receiving and processing sensing data (eg, temperature, humidity, occupant location information, etc.) from the smart sensor 200, the set value is transmitted to the smart control device 230, and the sensing data and The set value is transmitted to the external server 20 and the user terminal 10.
  • the HEMS controller 100 performs a function of transmitting a set value received from the user terminal 10-for example, a manually set temperature or humidity information to the smart controller 230.
  • the HEMS controller 100 determines the set value of the smart controller 230 according to the thermal comfort model based on the outdoor environment information, the sensing data of the indoor environment information, and human information about the occupant.
  • Thermal comfort can be determined by comparing heat generated by occupants in consideration of the heat transfer effects of radiation, convection, and conduction of indoor air in a predetermined indoor space by calculating the heat transfer energy balance.
  • thermal comfort is a mood state that represents satisfaction in a thermal environment, and is evaluated separately by environmental factors and personal factors.
  • Environmental factors include temperature, heat radiation, relative humidity and ambient air velocity, and personal factors include activity level (eg sitting or exercising) and metabolic rate depending on clothing. That is, not only is the thermal comfort different for each user, but also may vary depending on the location and number of occupants in a predetermined indoor space.
  • the HEMS controller 100 determines a plurality of control values, that is, set values, to be delivered to components in the smart controller 230 according to at least one thermal comfort model.
  • the thermal comfort model is a scenario of indoor environment information that is set in consideration of not only user-specific variables including environmental factors and personal factors, but also information on occupants, outdoor environment information, and user's life patterns.
  • the sensational thermal comfort may differ according to the gender of men and women.
  • the ventilation comfort may not be directly affected by the location of the duct and the location of the male, so the thermal comfort index may be low.
  • the ventilation may be directly affected by the location of the duct and the location of the woman who is present, so the thermal comfort index may be high.
  • room 1 is a room with windows, where 1 adult is located, room 2 is reading an adult, and room 3 is without occupants.
  • Each room is equipped with a temperature control device 233 and an illuminance sensor 213, respectively.
  • the desired illuminance depending on the activities of the occupants may be different.
  • the light intensity according to the light may differ depending on the location of the window and the current outdoor weather and time (day / night).
  • the lighting device may not provide lighting or only a small amount of illumination.
  • a dark night since there is no natural light, it is necessary to provide lighting depending on a 100% lighting device, so it is possible to provide an adjusted illumination according to the activity of the occupant.
  • the power supply to the cooling and lighting of the room 3 may be cut off or the power supply mode may be reduced by supplying only a minimum amount of power.
  • the thermal comfort model may monitor information on the occupants using the corresponding indoor space, and control cooling with the basic thermal comfort model.
  • the basic thermal comfort model refers to a database group of control values set as default according to the gender, age, clothing, and movement information of the occupant.
  • the thermal comfort model includes indoor environment information, outdoor environment information, and manual Based on the control values, the control values for temperature / humidity / illuminance for the main occupant are updated and learned. Thereafter, the home energy management system 1000 may provide an optimized indoor environment by adaptively controlling cooling, lighting, and lighting according to the life pattern of the main user due to the learned thermal comfort model.
  • the thermal comfort model is machine learning based on the priority of each room space according to the living pattern in the user's home space, priority by time, priority by each room, and at least one of the limit ranges for each indoor space.
  • the control value can be calculated by reflecting it in the analysis.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to an embodiment of the present invention.
  • determination of a set value according to the thermal comfort model may be performed in the HEMS controller 100.
  • the HEMS controller 100 includes a control unit 110, a calculation unit 120, a storage unit 13, and a first communication unit 140.
  • the control unit 110 selects a thermal comfort model according to the user in the room. In addition, the controller 110 determines a set value based on the outdoor environment information, the indoor environment information, and the information of the occupant according to the selected thermal comfort model.
  • the operation unit 120 includes a learning module. That is, the calculation unit 120 updates the thermal comfort model by learning outdoor environment information, manual setting values manually input by the user, and indoor environment information.
  • the storage unit 131 stores information on at least one thermal comfort model, that is, a database.
  • the first communication unit 140 is wired or wirelessly connected to the second communication unit 13 and the external server 20 of the user terminal 10, and each component (smart damper, smart) installed in the home energy management system 1000 Sensor, package air conditioner, or smart controller) is connected to LoRa-based communication or Bluetooth-based communication to transmit and receive data.
  • the user terminal 10 includes a display unit 11, an input unit 12 and a second communication unit 13.
  • the display unit 11 displays indoor environment information, outdoor environment information, and manipulation related information for the entire home and each indoor space.
  • the input unit 12 receives a manual setting value for indoor environment information as a user input.
  • the second communication unit 13 communicates with the HEMS controller 100 to receive indoor environment information and outdoor environment information and transmit manual setting values.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to another embodiment of the present invention. For convenience of explanation, differences from FIG. 4 will be mainly described.
  • determination of a set value according to the thermal comfort model may be performed in the user terminal 10.
  • the HEMS controller 100 includes a control unit 110, a first operation unit 120, a storage unit 13, and a first communication unit 140. Unlike the FIG. 4, the user terminal 10 further includes a second operation unit 14.
  • the first operation unit 120 may perform simple basic setting based on sensing data from the smart sensor 210. For example, if there is no occupant for a predetermined period of time in a predetermined indoor space, there are decisions such as blocking the cooling supply, lighting or power supply, or controlling to perform only a minimum amount of supply.
  • the second operation unit 14 learns a user-adaptive thermal comfort model when receiving sensing data from the HEMS controller 100 or inputting a user manual setting value based on the thermal comfort model algorithm. Therefore, the indoor environment information and the outdoor environment information of the HEMS controller 100 then transmits to the HEMS controller 100 a set value that is calculated and determined by the learned thermal comfort model algorithm of the user terminal 10. In this case, the HEMS controller 100 does not need to be replaced frequently, and has the advantage of being able to update the thermal comfort model algorithm to a better version as well as learning.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an adaptive home energy management system according to another embodiment of the present invention. For convenience of description, differences from FIG. 5 will be mainly described.
  • the learning server 30 may include a second calculation unit 31, a learning unit 32, and a storage unit 33.
  • the first operation unit 120 may perform simple basic setting based on the sensing data from the smart sensor 210 as in FIG. 5. For example, if there is no occupant for a predetermined period of time in a predetermined indoor space, there are decisions such as blocking the cooling supply, lighting or power supply, or controlling to perform only a minimum amount of supply.
  • the second calculator 31 calculates a set value based on the occupant information, indoor environment information, and outdoor environment information according to the learned thermal comfort model.
  • the learning unit 32 learns a user-adaptive thermal comfort model in consideration of indoor environment information, outdoor environment information, and occupant information.
  • the storage unit 33 stores information on the learned at least one thermal comfort model.
  • the learning server 30 receives indoor environment information, outdoor environment information, and occupant information, and then returns the set value determined and calculated by the learned thermal comfort model algorithm back to the HEMS controller 100.
  • the thermal comfort model of various scenarios be stored, but also machine learning reflecting big data has an advantage.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating an adaptive home energy management system according to embodiments of the present invention.
  • the system is initialized and control objects are initially set.
  • the initial setting may be an initial setting value stored in the system, or may be a setting value set in each control target at the last use.
  • the home energy management system 1000 receives sensing data from sensors installed all over the home (S12).
  • the sensing data includes at least one of temperature / humidity of indoor space, fine dust, CO2 amount, heat detection, occupancy detection information, and motion information, as well as at least one of outdoor temperature / humidity, fine dust, and weather information. do.
  • the home energy management system checks whether it is a manual control mode or an automatic control mode (S13), and when a user inputs a setting of the home energy management system through the user terminal 10, it recognizes it as manual control and HEMS the set value by the user Output to the controller 100 (S20).
  • the user terminal if there is no input for the set value in the user terminal, it basically operates in the automatic control mode, and it is checked whether there are occupants in the indoor space of the home (S14).
  • the thermal comfort of the indoor space where the occupants are located is evaluated (S15), and a thermal comfort model is selected according to the evaluation result (S16).
  • the thermal comfort model is a database of setting values of a control target for creating a comfortable indoor environment based on information of the occupants (eg, gender, number of occupants, clothing, activity, etc.) and outdoor environment information. At least one thermal comfort model exists according to the main user (resident) 's lifestyle pattern / habit, and multiple scenarios may be learned according to machine learning.
  • the home energy management system outputs respective control values for the control object, that is, a set value according to the selected thermal comfort model.
  • the home energy management system determines the presence or absence of occupants in the indoor space through at least one of sensing data among heat detection, motion information, and occupancy detection information, and if the occupancy is not detected even after a predetermined time (S18), it switches to the absence mode.
  • the absent mode for example, refers to a setting for supplying cooling of an indoor space without occupants to an off or a minimum, or turning off lighting.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a home energy management system according to another embodiment of the present invention.
  • the home energy management system 1000 is externally connected to the user terminal 10.
  • the user terminal 10 may be, for example, a buried pad installed on one wall of the home, but as another example, a mobile electronic device 11 such as a tablet PC is detached from the HEMS controller 100 having a cradle structure, and charging is possible. Can also be provided.
  • the user terminal 10 may be provided in a form installed as an application as a portable telephone 12 of the user and connected through wired / wireless communication.
  • the HEMS controller 100 includes a smart damper 360, a smart sensor 210, a smart temperature controller 231, a smart light switch 232, a smart outlet 250, and a blind 233 and known wired / wireless
  • the control value is transmitted by a communication method, for example, LoRa or IoT communication method, respectively.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a home energy management system according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the embodiment of FIG. 10.
  • the user is constructing a home energy management system in the home H1.
  • Home energy management system as described in Figure 1, HEMS controller 100, smart control module 200, lighting 310, window / blind 330, air conditioning device 350 and other electronics in the home not shown Devices.
  • the HEMS controller 100 includes a lighting 310, a window / blind 330 and a cooling device 350, and a power supply network (or a transmission grid, 50) or a self-generation module 40 through the smart control module 200, respectively. Connected to control each device.
  • the smart sensor 210 senses indoor environment information of the entire home.
  • the smart regulating device 230 is connected to the lighting device 310, the window / blind 330, and the cooling device 350, respectively, to adjust the illuminance, cooling, blowing, and mining with the set values received from the HEMS controller 100. Adjust.
  • the temperature control unit 231 and the humidity control unit 232 are connected to the cooling device 350 to control the temperature or humidity of the corresponding indoor space to be controlled.
  • the smart outlet 250 is a switching module for selecting a power supply line, and when power is stably supplied from the power grid grid 50, it is connected to the power grid grid 50 as a basic mode to power the home energy management system H1. Supplies.
  • a problem occurs in the power grid grid 50-for example, a power failure or an accident interruption-it is connected to the self-generation module 40 as a power generation mode to supply power to the home energy management system H1.
  • the self-powered module 40 includes, for example, a photovoltaic power generation panel.
  • the user can select a setting mode to approve the central control of the local server 40 to the home energy management system H1.
  • the setting mode includes at least two or more modes.
  • the setting mode can be switched by soft key or hard key.
  • the soft key means a key by a program, an application, etc.
  • the hard key can mean a physically implemented key.
  • the user may directly set the setting mode by operating the HEMS controller 100 in the home, or remotely using the user terminal 10.
  • the first mode is a case in which the operation of the HEMS controller 100 is controlled according to the central control of the regional server 40 according to user approval.
  • the second mode is a case where access to the HEMS controller 100 is denied to the central control of the regional server 40 according to the user's denial.
  • the regional server 20 receives home energy usage data from the HEMS controller 100.
  • the home energy usage data may be, for example, at least one of indoor environment information measured by the smart sensor 200, set values currently set by the smart controller 230, or power supplied from the smart outlet 250.
  • the regional server 20 is connected to a plurality of home energy management systems in a set area (eg, village units, complex units, etc.), from each of the home energy management systems (H1, H2, H3) Receive home energy usage data.
  • the regional server 40 receives power data on the total amount of power supplied, power failure, and the like from the power supply network (for example, the grid 50).
  • the regional server 20 may centrally control home energy use for the home energy management system set to the first mode by comparing power data and home energy use data received from a plurality of home energy management systems, respectively. .
  • the regional server 20 when the regional server 20 receives home energy use data for the home energy management system H1 of the target home, it uses home energy for surrounding homes (other than H1, H2, H3) Data and power data are received to analyze the current power situation.
  • the regional server 20 controls home energy use of each home according to a preset guideline based on the analyzed current power situation.
  • the guideline includes setting information for power supply and central control in various cases, such as when a power supply is less than a certain amount of power demand, a power outage, or a disaster such as a fire.
  • the regional server 20 transmits a central control value to the HEMS controller 100 according to the above guidelines when the amount of energy used in the target homes H1 and H2 exceeds a predetermined criterion.
  • the central control value includes, for example, a central air conditioning temperature set value, a central illuminance set value, and a smart outlet control value.
  • the HEMS controller 100 may reduce the amount of power used by increasing the air conditioning set temperature, turning off some of the lighting, or darkening the illuminance based on the central control value.
  • the second mode is a third mode in which only the home energy use data is transmitted and the central control is blocked, and the fourth mode in which the central control is blocked while only storing in the HEMS controller 100 without transmitting the home energy use data at all. It may further include.
  • the local server 20 may transmit a push notification requesting whether to allow central control to the user terminal 10. The user may select whether to switch from the third mode to the first mode through the user terminal 10.
  • the HEMS controller 100 set to the fourth mode operates with an internal algorithm.
  • the internal algorithm is to operate the smart adjustment module 100 according to the thermal comfort model as described in FIG. 1.
  • the home energy management system of the present invention by using a smart damper to supply cooling, it is possible to use a constant air volume package air conditioner while cooling with an individual preferred air volume.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to reduce power consumption as well as provide an effect of providing cooling and lighting in an adaptive room by controlling according to a thermal comfort model. That is, by controlling the illuminance using the occupant information, the indoor environment information, and the outdoor environment information, it is possible to reduce the power consumption while providing the preferred illuminance for each individual.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to remotely monitor and control using a user terminal, thereby reducing power consumption in the Middle East region where there is a lack of cooling habits.
  • the home energy management system of the present invention it is possible to centrally control the power supply for each individual home, and there is an effect of evenly distributing power to home consumption according to the power supply situation in a set area.

Abstract

본 발명의 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 및 움직임 감지 정보를 적어도 하나 포함하는 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보 및 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어, 상기 설정값에 따라 개폐율을 조절하는 스마트 댐퍼; 및 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치를 포함한다. 상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이다.

Description

홈 에너지 관리 시스템 및 그 동작방법
본 발명은 홈 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홈 내외의 다양한 환경 및 사용자의 개인차 등을 고려하여 냉방을 공급하면서도 에너지를 효율적으로 절감할 수 있는, 홈 에너지 관리 시스템의 컨트롤러 및 그 동작방법에 관한 것이다.
최근에는 기존 홈 서버에 에너지 소비량 모니터링 및 분석 기능을 탑재한 홈 에너지 관리 시스템(HEMS: Home Energy Management System)이 개발되어 이를 신규 아파트를 위주로 공급하고 있으며, 모바일 기술을 통해서 원격에서 접속할 수 있도록 함으로써 홈 네트워크 기술과 연동한 제어 기능 등을 서비스하고 있다.
이러한 홈 에너지 관리 시스템은 에너지 소비 정보를 사용자에게 구체적으로 형태로 제공함으로써 사용자가 가정에서의 실제적인 에너지 소비량을 파악하여 자발적으로 에너지를 절약하기 위한 행동을 하도록 유도할 수 있는 장점이 있다.
한편, 에너지 가격의 국제적이고 지속적인 인상과 환경파괴 등의 위험에 대응하여, 태양광/태양열/지열/풍력 등의 다양한 신재생 에너지에 대한 도입이 적극적으로 검토되고 있다. 특히, 태양광 발전의 경우, BIPV(Building Integrated Photovoltaic system) 형태로 건물에 적용하는 경우가 증가하고 있다.
그러나 이러한 기존의 홈 에너지 관리 시스템은 단순 에너지 소비량만을 제공하는데 그치고 있어 에너지 소비를 비효율적으로 사용하는 패턴 및 기기에 대한 정보 제공이 없으며, 또한 자발적인 에너지 절감에는 사용자의 참여 지속성 유지에 대한 어려움이 발생한다. 또한, 효율적인 BIPV 제어를 위해서는 에너지 소비 현황 정보와 기상 정보를 함께 고려하여 최적의 에너지 충/방전 제어 및 집광판 제어, 전동블라인더, 수평 차양막 등의 공통 에너지 관련 설비 제어 등의 적극적인 에너지 설비에 대한 최적화된 중앙 제어가 필요하다.
한편, 중동지역의 국가의 주택은 보통 2 내지 3층의 단독주택 형태이며, 다수의 에어컨을 운용하고 있다.
이러한 중동지역 건물에는 냉방을 효율적으로 동작시키기 위해 에어컨을 다수 개 설치하고 있으며, 이러한 에어컨은 존(zone)별 제어, 즉 각 층별 또는 구간별 제어를 하거나 개별 에어컨에 온도조절기를 부착하여 각 에어컨이 설치된 공간의 온도에 따라서 에어컨의 동작을 제어하였다.
그러나 이러한 종래의 방법은 온도에 의하여 제어되는 방식으로 건물 내 각 공간(방 1, 방 2, 거실 등)이 여러 개 존재할 경우 사람이 있는 경우와 없는 경우에 관계없이 온도에 따라서만 작동된다. 그러므로 사람이 없는 공간에도 에어컨이 작동되어 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
또한, 건물 내의 에너지를 많이 사용하는 다수의 에어컨의 통합제어가 어렵고, 일일이 모니터링하기가 어렵기 때문에 불필요한 에너지 낭비를 줄일 수 있는 방안이 시급히 모색되고 있다.
한편, 중동 지역의 사용자들은 기본적으로 에어컨의 설정 온도를 한번 설정해 놓으면 변경하지 않는다. 단, 사용자는 계절별 또는 특정한 시기에는 온도 설정을 변경한다. 시기(계절별)별로 살펴보면, 2월 내지 10월 동안, 사용자는 특정 온도에 설정한 후 거의 온도 조작을 하지 않는다. 11월 내지 1월 동안, 사용자는 패키지 에어컨(A/C)을 사용하지 않거나 최소로 사용한다.
하루를 기준으로 아침, 점심 및 저녁별로 살펴보면, 사용자는 한번 설정해 놓은 값을 고정하여 사용하며 변경하지 않는다. 그러나 중동의 하루 날씨 온도를 보면 아침, 점심 및 저녁의 일교차가 꽤 큰 편이다.
그러나 중동 지역의 국가들은 오일 머니 기반 부가 축적된 국가로서, 사막 국가로 에어컨을 항상 켜 놓는다. 특히, 쿠웨이트는 국가에서 95%의 전기요금을 지원해 주고 있어 1년 내내 습관적으로 에어컨을 가동함으로써 낭비가 심한 문제점이 있다.
본 발명은 열쾌적성 모델에 따라 복수의 실내 공간을 커버하는 패키지 에어컨, 조명 장치 및 블라인드 등을 조절할 수 있는, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 실내 환경 정보 뿐만 아니라 실외 환경 정보까지 고려한 재실자 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 재실자마다 각각 최적화된 열쾌적성 모델을 학습하는, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 전력 공급 상황에 따라 제어가능한, 홈 에너지 관리 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 및 움직임 감지 정보를 적어도 하나 포함하는 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보 및 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어, 상기 설정값에 따라 개폐율을 조절하는 스마트 댐퍼; 및 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이다.
상기 스마트 댐퍼는 상기 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하며, 상기 개폐율은 상기 모든 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 HEMS 컨트롤러는 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 스마트 조절장치에 상기 결정된 설정값을 전달할 수 있다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고, 상기 열쾌적성 모델을 업데이트하며 학습할 수 있다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 스마트 댐퍼, 상기 스마트 센서, 상기 패키지 에어컨 및 상기 스마트 조절장치와 유무선으로 통신하는 제1 통신부; 상기 열 쾌적성 모델에 대한 정보를 저장하는 저장부; 상기 각 실내 공간에 상기 재실자 정보에 따른 상기 열쾌적성 모델을 선택하는 제어부; 및 상기 선택된 열쾌적성 모델에 따라 상기 실외 환경 정보 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로 상기 설정값을 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.
상기 스마트 센서는 상기 스마트 조절 장치로 상기 센싱된 실내 환경 정보를 유선 또는 무선으로 전송하고, 상기 스마트 조절 장치는 상기 각 실내 공간의 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로, 기설정된 시간 동안 재실자가 없으면 전원을 차단하는 스마트 컨센트를 더 포함할 수 있다.
상기 홈 에너지 관리시스템은 상기 홈의 상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 상기 실내 환경 정보에 대한 수동설정값을 입력받는 입력부; 및 상기 HEMS 컨트롤러와 통신하여, 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고 상기 수동설정값을 송신하는 통신부를 포함하는 사용자 단말과 연동된다.
상기 스마트 조절 장치는 상기 송풍 온도, 상기 개폐율, 상기 조명 장치의 조도량, 상기 블라인드의 업앤다운 및 틸트각도를 조절할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은, 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 스마트 컨센트, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절모듈; 상기 HEMS 컨트롤러로부터 상기 설정값을 수신하고, 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 결정되거나 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받는 지역서버를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보일 수 있다.
상기 사용자 단말은 상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고, 상기 재실자에 최적화되거나 수동제어된 설정값을 송신하는 통신부; 상기 홈의 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보, 조작 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이부; 상기 재실자에 대한 인적 정보 또는 사용자의 수동제어된 설정값을 입력받는 입력부; 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보로부터 상기 재실자에 최적화된 열쾌적성 모델에 따라 상기 설정값을 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 홈 에너지 관리 시스템은 상기 복수의 실내 공간에 각각 설치되어, 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하는 스마트 댐퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 개폐율은 상기 각 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 HEMS 컨트롤러는 상기 스마트 조절장치, 상기 스마트 댐퍼 및 상기 스마트 센서와 LoRa 통신방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 스마트 컨센트는 기본모드에서는 송전망 그리드에 연결되어 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하고, 정전모드에서는 자가발전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급할 수 있다.
상기 지역 서버는 설정 모드에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템을 중앙 제어할 수 있다.
상기 설정 모드는 상기 홈의 사용자 승인에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하고, 상기 지역 서버의 중앙 제어에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템의 동작이 제어되는 제1 모드를 포함할 수 있다.
상기 설정 모드는 상기 홈의 사용자 거부에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하나, 상기 지역 서버의 중앙 제어는 액세스 거부되는 제2 모드를 포함할 수 있다.
상기 지역 서버는 설정 지역 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 공급망의 전력 데이터를 기초로 적어도 하나의 상기 홈의 에너지 관리를 중앙 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 지역 서버는 적어도 하나의 상기 스마트 조절 모듈에 중앙 설정값을 전송하여 전력 공급을 조절할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템은 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서; 실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러; 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 덕트, 조명장치, 스마트 컨센트, 및 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치; 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받아, 재실자마다 최적화하기 위한 적어도 하나의 열쾌적성 모델을 학습하는 학습서버를 포함한다.
상기 열쾌적성 모델은 재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이고, 상기 HEMS 컨트롤러는 상기 열쾌적성 모델 또는 수동제어에 따라 결정된 설정값을 출력한다.
상기 학습서버는 상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고, 상기 재실자의 정보에 따라 최적화된 설정값으로 업데이트하며 상기 열쾌적성 모델을 학습한다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 스마트 댐퍼를 활용하여 냉방을 공급함으로써 정풍량 패키지 에어컨을 이용하면서도 개인별로 선호하는 풍량으로 냉방을 할 수 있다.
또한 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 열쾌적성 모델에 따라 제어함으로써 재실자 적응형으로 냉방 및 조명을 제공할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 전력소비를 절감할 수 있다. 즉, 재실자 정보, 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보를 활용하여 조도를 제어함으로써 개인별로 선호하는 조도를 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면 사용자 단말을 이용하여 원격 모니터링하고 제어할 수 있어 냉방장치 사용 절약습관이 부족한 중동지역에서 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 개개의 홈마다 전력 공급을 중앙 제어할 수 있어, 설정 지역 내 전력 공급 상황에 맞추어 홈 소비에 전력을 골고루 배분할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예들에 적용되는 홈 에너지 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 냉방 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 조명 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 10는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 10의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
우선, 설명에 앞서, 본 발명의 실시 예들에 적용되는 패키지 에어컨이 설치되어 있는 중동지역의 건물 특징에 대해서 살펴보기로 한다.
일반적으로 중동지역의 건물은 북향이다. 모든 창문의 북쪽으로 나있다. 그리고 중동지역의 건물은 다가구 중심으로 사람들이 거주하고 있다. 일반 주택의 경우에는 2층 내지 3층 건물에 다가구 가족이 함께 거주한다.
이러한 건물에 패키지 에어컨이 설치되어 주택의 냉방 동작을 수행한다. 패키지 에어컨은 루프톱형 패키지 에어컨으로 설치될 수 있다. 루프톱형 패키지 에어컨을 살펴보면, 옥상에 덕트형태의 송풍구 및 송풍시스템이 설치되어 있다. 규모에 따라 송풍구들은 5개 내지 8개가 설치될 수 있다.
하나의 패키지 에어컨은 2개 내지 3개 또는 2.5개의 공간이나 룸(Room)을 커버한다.
이러한 패키지 에어컨은 옥상의 에어컨 송풍시스템과 온도 조절기(Thermostat)와 직접 연결되어 있다. 패키지 에어컨별로 1개의 온도조절기가 연결되어 설치되어 있다.
일반적인 3층 기준의 건물 구조를 살펴보면, 건물의 1층(Ground Floor)에는 거실 및 접견실이 있다. 2층(1st Floor)에는 거실 및 방이 있다. 3층(2nd Floor)에는 방 및 세탁실/하우스키퍼(Housekeeper) 방이 있다. 옥상(Rooftop)에는 에어컨 송풍 시스템 및 전원 단자 함이 있다.
한편, 일반적인 3층 및 지하 기준의 건물 구조를 살펴보면, 건물의 지하 1층에는 거실, 기도실 및 방이 있다. 건물의 1층(Ground Floor)에는 거실, 접견실 및 방이 있다. 2층(1st Floor)에는 거실 및 방이 있다. 3층(2nd Floor)에는 거실, 방 및 세탁실/하우스키퍼(Housekeeper) 방이 있다. 옥상(Rooftop)에는 에어컨 송풍 시스템 및 전원 단자 함이 있다.
한편, 중동 지역의 사용자가 패키지 에어컨을 조작하는 에어컨 조작패턴에 대해서 살펴보기로 한다.
기본사항에 대해서는, 사용자는 기본적으로 온도를 한번 설정해 놓으면 변경하지 않는다. 단, 사용자는 계절별 또는 특정한 시기에는 온도 설정을 변경한다.
시기(계절별)별로 살펴보면, 2월 내지 10월 동안, 사용자는 특정 온도에 설정한 후 거의 온도 조작을 하지 않는다. 11월 내지 1월 동안, 사용자는 패키지 에어컨(A/C)을 사용하지 않거나 최소로 사용한다.
시즌별로 살펴보면, 여름휴가, 크리스마스 시즌 및 라마단 동안에 가족은 집을 비우고, 하우스키퍼(Housekeeper) 만 거주하는 경우, 가급적 최소한의 에너지 사용 형태를 유지한다. 하우스키퍼(Housekeeper)가 거주하는 층이 별도의 공간으로 존재한다.
하루를 기준으로 아침, 점심 및 저녁별로 살펴보면, 사용자는 한번 설정해 놓은 값을 고정하여 사용하며 변경하지 않는다. 중동의 하루 날씨 온도를 보면 아침, 점심 및 저녁의 일교차가 꽤 큰 편이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 홈 에너지 관리 시스템에 적용되는 패키지 에어컨의 특징 및 방 배치도에서의 냉방 동작에 대해서 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예들에 적용되는 홈 에너지 관리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 냉방 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템의 조명 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참고하면, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 HEMS 컨트롤러(100), 스마트 센서(210), 스마트 조절장치(230) 및 스마트 컨센트(250)를 포함하고, HEMS 컨트롤러(100)는 사용자 단말(10) 및 외부 서버(20)와 연동된다.
홈 에너지 관리 시스템(1000)은 HEMS 컨트롤러(100)의 스마트 조절 모듈(200)이 각각 조명(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350) 및 전원 공급망(송전망 그리드 또는 자가발전모듈)과 연결되어, 각 장치를 제어한다.
스마트 조절 모듈(200)은 스마트 센서(210), 스마트 조절 장치(230) 및 스마트 컨센트(250)를 포함한다.
스마트 센서(210)는 홈 전체의 실내 환경 정보를 센싱한다. 일 예로 스마트 센서는 홈 전체의 공간 곳곳-거실, 방, 주방 등- 마다 설치된다. 일 예로 스마트 센서는 온도 센서(211), 습도 센서(212), 조도 센서(213) 및 움직임 감지 센서(214) 등을 포함한 복합 센서로서, 각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 또는 미세먼지량, 및 움직임 감지 정보 등을 센싱한다.
도시하지는 않았으나 스마트 센서(210)는 열 센서, 재실자 센서 및 적외선 센서를 더 포함할 수 있다. 스마트 센서(210)는 HEMS 컨트롤러(100)와 유선 또는 무선을 통해 통신할 수 있다. 예컨대, 스마트 센서(210)는 블루투스(Bluetooth, BLE) 기반의 온/습도 센서를 포함하고, 주기적으로 HEMS 컨트롤러(100)로 온/습도, 열 감지, 재실 감지 정보, 움직임 정보를 측정하여 전송할 수 있다.
스마트 조절 장치(230)는 각각 조명장치(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350)에 연결되어, HEMS 컨트롤러(100)에서 수신된 설정값으로 조도, 냉방, 송풍 및 채광 등을 조절한다.
온도 조절부(231) 및 습도 조절부(232)는 냉방 장치(350)와 연결되어, 제어 대상이 되는 해당 실내 공간의 온도 또는 습도를 조절한다.
도 3을 참고하면, 냉방 장치(350)는 적어도 하나의 패키지 에어컨으로, 하나의 패키지 에어컨이 홈 전체를 커버할 수도 있고, 둘 이상의 패키지 에어컨이 홈 전체를 커버할 수도 있다. 이 경우 패키지 에어컨(350)은 각 실내 공간(도시된 예에서 방 1, 방 2)에 연결된 덕트(351-1 내지 351-4)를 통해 냉방 동작한다. 덕트는 각 실내 공간의 면적에 따라 하나 이상 설치될 수 있다.
패키지 에어컨(350)은 루프톱형 에어컨으로부터 연결된 송풍구와 덕트(351) 사이에 스마트 댐퍼(360)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 패키지 에어컨(350)은 송풍구가 연결된 모든 공간에 정풍량의 송풍을 공급하는 에어컨일 수 있다.
스마트 댐퍼(360)는 개폐율을 조절하여 일정량의 송풍만 통과하게 하는 장치로, 개폐율은 온도 조절부(231), 습도 조절부(232) 또는 HEMS 컨트롤러(100)의 제어에 따라 조절된다. 일 예로 스마트 댐퍼(36)는 모든 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 패키지 에어컨(350)이 공급하는 전체 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절된다. 모든 실내 공간에 설치된 각각의 스마트 댐퍼(36)가 각각 공급하는 송풍량이 패키지 에어컨(350)의 전체 송풍량의 50% 이하가 되면 정풍량을 공급하는 에어컨에 부담이 되기 때문이다.
온도 조절부(231)는 패키지 에어컨이 공급하는 송풍의 온도를 조절하는 온도 조절기(Thermostat)로서, 각 패키지 에어컨과 1:1로 연결될 수 있다. 온도 조절부(231)는 HEMS 컨트롤러(100) 및 패키지 에어컨(350)과 LoRa(Long Range Communication) 기반으로 통신할 수 있다.
조명 조절부(233)는 조명 장치(310)에 연결되어, 각 실내 공간의 조도를 조절한다.
조명 조절부(233)는 일예로 마스터 조작부(미도시)와 슬레이브 조작부(미도시)를 포함하여 각각 조작될 수 있다. 마스터 조작부는 각 실내공간을 한꺼번에 제어할 수 있고, 조도 센서(203) 및 통신부와 연동하여 각 실내공간에 현재 설정되어 있는 제어값 및 센싱된 조도값을 HEMS 컨트롤러(100)로 전송한다. 슬레이브 조작부는 각각이 배치된 대상 실내 공간의 조명 장치와 연동하여, 연동된 조명 장치의 조도 세기만 조절할 수 있다.
중동 지역 거주자들은 채광시 복사열로 인한 실내 온도 상승이 걱정되어 햇빛이 많이 들어오지 않도록 채광을 차단하는 셔터를 닫고 생활하는 경우가 많다. 그러나 복사열은 차단하고 가시광선만 통과해주는 특수 유리 등을 사용하는 창문의 경우 외부 조망 및 자연 채광을 위해 셔터를 닫지 않고 사용할 필요가 있다.
이때 조명 조절부(233)는 다른 예로 HEMS 컨트롤러(100)로부터 실외 환경 정보 중 날씨 정보 및 조도 정보를 수신받아, 자체적으로 조명을 조절할 수도 있다. 예를 들어 실외가 환한 대낮이어서 채광량이 많은 경우, 센싱된 조도값이 기설정된 최대 조도값 이상이면 조명 조절부(233)는 기설정된 최소 조도값으로 턴-온하여 유지하거나 해당 실내에 배치된 조명 장치(310)를 턴-오프한다.
조명 조절부(233)는 또다른 예로 창문/블라인드(330)와 연결되어 블라인드의 틸트 각도를 조절하여 채광량을 조절할 수 있다. 조명 조절부(233)는 조명 장치(310)의 전력 절감을 위해 조명 장치의 조도 조절 및 블라인드의 틸트 각도를 각각 제어하여 소비전력을 줄이면서 적절한 실내 조도를 유지할 수 있도록 블라인드(330) 및 조명 장치(310)를 각각 제어할 수 있다.
도시하지는 아니하였으나 또다른 예로 창문/블라인드는 조명 조절부(233)와 별개로, HEMS 컨트롤러(100)에 직접 연결되어, 실내 조도 및 실외 조도값을 각각 모니터링하여 실내 공간에 채광이 적정량 공급되도록 블라인드의 슬릿 각도 및 틸트 각도를 조절할 수 있다. 또한, HEMS 컨트롤러(100)는 창문 위치 정보를 기초로, 슬릿 각도를 조절하여 외부 조망권은 확보하면서 내부가 보이지 않도록 할 수도 있다.
홈 에너지 관리 시스템(1000)는 스마트 컨센트(250)를 더 포함할 수 있다. 스마트 컨센트(250)는 전력공급라인을 선택하기 위한 스위칭 모듈로써, 송전망 그리드로부터 전력이 안정적으로 공급될 때에는 기본 모드로써 송전망 그리드에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(1000)에 전원을 공급한다. 한편 송전망 그리드에 문제가 생기는 경우 - 예를 들면 정전 또는 사고로 인한 차단 등- 에는 발전 모드로써 자가 발전 장치에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(1000)에 전원을 공급한다. 자가 발전 장치는 예를 들면 태양광 발전 패널 등이 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 조절 및 센싱 데이터를 수집하여 처리한다. 보다 구체적으로 설명하면, 스마트 센서(200)로부터 센싱 데이터(예컨대, 온도, 습도, 재실자, 재실자 위치 정보 등)을 수신하여 처리한 후 스마트 조절 장치(230)로 설정값을 전송하고, 센싱 데이터 및 설정값을 외부 서버(20) 및 사용자 단말(10)로 전송한다. HEMS 컨트롤러(100)는 사용자 단말(10)로부터 수신한 설정값 - 예를 들면 수동설정된 설정온도나 습도 정보를 스마트 조절 장치(230)로 전송하는 기능을 수행한다.
HEMS 컨트롤러(100)는 실외 환경 정보, 실내 환경 정보의 센싱 데이터 및 재실자에 대한 인적 정보를 기초로 열쾌적성 모델에 따른 스마트 조절장치(230)의 설정값을 결정한다.
열쾌적성은 열 전달 에너지 균형을 계산하는 것으로써, 소정 실내 공간에서 실내 공기의 복사, 대류, 전도의 열 전달 효과를 고려하여 재실자에 의해 발생한 열을 비교하여 판단될 수 있다. ASHRAE Standard 55-2004에 따르면, 열쾌적성은 열 환경에서 만족을 나타내는 기분 상태로, 환경 계수와 개인 계수로 각각 구분하여 평가된다. 환경 계수는 온도, 열 복사, 상대 습도 및 주변 공기 속도를 포함하고, 개인 계수는 활동 레벨(예를 들어 앉아있는지, 운동 중인지 등) 및 의상에 따른 대사율 등을 포함한다. 즉, 열쾌적성은 사용자마다 다를 뿐만 아니라, 소정의 실내 공간 내에서의 위치 및 재실자의 수에 따라 다를 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 스마트 조절장치(230) 내 구성요소에 전달할 복수의 제어값, 즉 설정값들을 결정한다.
본 발명에서 열쾌적성 모델은 환경 계수 및 개인 계수를 포함한 사용자별 변수 뿐만 아니라, 재실자의 정보 및 실외환경 정보, 사용자의 생활 패턴 등을 고려하여 설정되는 실내 환경 정보의 시나리오이다.
이하 도 3을 참고하여, 열쾌적성 모델에 따른 제어 동작에 대해 자세히 설명한다.
방 1에는 남자 1명이 어느 한 구석에 위치하고, 방 2에는 여자 1명이 방 중앙에 위치하고 동일한 개폐율로 동일한 양의 송풍이 공급된다고 가정하자. 이 경우 남성과 여성의 성별에 따른 체감 열쾌적성은 다를 수 있다. 방 1의 경우 덕트의 위치 및 재실한 남성의 위치에 따라 송풍이 직접적으로 미치지 않아 열쾌적성 지수가 낮을 수 있다. 방 2의 경우 덕트의 위치 및 재실한 여성의 위치에 따라 송풍이 직접적으로 미쳐 열쾌적성 지수가 높을 수 있다.
이하 도 4를 참고하여, 조도 제어 동작에 대해 자세히 설명한다.
방 1에는 창문이 있는 방으로서, 성인 1명이 위치하고, 방 2에는 성인 1명이 책을 읽는 중이며, 방 3에는 재실자가 없다고 가정하자. 각 방에는 온도조절 장치(233) 및 조도 센서(213)가 각각 설치되어 있다. 이 경우 재실자의 활동에 따른 희망 조도는 다를 수 있다.
방 1의 경우 창문의 위치 및 현재 실외의 날씨 및 시간(낮/밤)에 따라 채광에 따른 조도가 다를 수 있다. 환한 대낮의 경우, 자연광의 정도에 따라 조명장치는 조명을 제공하지 않거나 소량의 조도만 제공할 수 있다. 그러나 어두운 밤의 경우, 자연광이 없으므로 100% 조명장치에 의존하여 조명을 제공해야 하므로, 재실자의 활동에 따라 조절된 조도를 제공할 수 있다.
방 2의 경우 창문이 없는 방 또는 창문이 있더라도 자연광이 거의 제공되지 않는 상태라고 하자. 재실자는 책을 읽기 위해 높은 조도의 조명이 필요하다. 이 경우 재실자는 온도 조절 장치(233)를 직접 수동제어하거나 사용자 단말(10)을 활용한 수동제어로 조도를 더 높일 수 있다.
방 3의경우 실내에 재실자가 없는 경우이다. 열 센서, 움직임 감지 센서 또는 적외선 센서 등에 기초하여 기설정된 시간이 경과하더라도 재실이 감지되지 않는 경우, 방 3의 냉방, 조명 등에 전원공급을 차단하거나 최소 전원만 공급하여 절전모드로 전환할 수 있다.
이경우 열쾌적성 모델은 해당 실내 공간을 사용하는 재실자에 대한 정보를 모니터링하여, 기본 열쾌적성 모델로 냉방을 제어할 수 있다. 이 경우 기본 열쾌적성 모델은 재실자의 성별, 나이, 복장, 움직임 정보 등에 따라 기본으로 설정되어 있는 제어값들의 데이터베이스 군을 말한다.
그러나 소정의 실내 공간을 주로 사용하는 재실자(주사용자)가 사용자 단말(10) 또는 스마트 조절 장치(230) 등을 활용하여 수동제어할 경우, 열쾌적성 모델은 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 수동제어값을 기초로 주 재실자에 대한 온도/습도/조도 등에 대한 제어값들을 업데이트하며 학습한다. 이후 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 학습된 열쾌적성 모델로 인해 주사용자의 생활패턴에 따라 적응적으로 냉방, 조명, 채광 등을 제어하여 최적화된 실내 환경을 제공할 수 있다.
또한 열쾌적성 모델은 사용자의 홈 공간 내에서의 생활패턴에 따른 실내 공간별 우선순위, 시간별 우선순위, 재실별 우선순위 및 실내 공간별 한계치 범위 중에서 적어도 하나 이상이 조합된 조절 우선순위를 머신러닝 분석에 반영하여 제어값을 산출할 수 있다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에서 열쾌적성 모델에 따른 동작은 이하 도 5 내지 도 8을 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 5를 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 HEMS 컨트롤러(100)에서 수행될 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 제어부(110), 연산부(120), 저장부(13) 및 제1 통신부(140)를 포함한다.
제어부(110)는 각 실내 공간의 재실 중인 사용자에 따라 열쾌적성 모델을 선택한다. 또한 제어부(110)는 선택된 열쾌적성 모델에 따라 실외 환경 정보, 실내 환경 정보, 재실자의 정보를 기초로 설정값을 결정한다.
연산부(120)는 학습 모듈을 포함한다. 즉 연산부(120)는 실외 환경 정보, 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 실내 환경 정보를 데이터베이스화하여, 열쾌적성 모델을 업데이트하며 학습한다.
저장부(131)는 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 대한 정보, 즉, 데이터베이스를 저장한다.
제1 통신부(140)는 사용자 단말(10)의 제2 통신부(13) 및 외부 서버(20)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 홈 에너지 관리 시스템(1000) 내에 설치된 각 구성요소(스마트 댐퍼, 스마트 센서, 패키지 에어컨 또는 스마트 조절장치)와 LoRa 기반의 통신 또는 블루투스 기반의 통신으로 연결되어 데이터를 송수신한다.
사용자 단말(10)은 디스플레이부(11), 입력부(12) 및 제2 통신부(13)를 포함한다.
디스플레이부(11)는 홈의 전체 및 각 실내 공간에 대한 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 조작 관련 정보를 디스플레이한다.
입력부(12)는 사용자의 입력으로 실내 환경 정보에 관한 수동 설정값을 입력받는다.
제2 통신부(13)는 HEMS 컨트롤러(100)와 통신하여, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보를 수신하고 수동 설정값을 송신한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다. 설명의 편의를 위해 도 4와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 6을 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 사용자 단말(10)에서 수행될 수 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 제어부(110), 제1 연산부(120), 저장부(13) 및 제1 통신부(140)를 포함한다. 사용자 단말(10)는 도 4와 달리 제2 연산부(14)를 더포함한다.
도 6의 실시예에서 제1 연산부(120)는 스마트 센서(210)에서의 센싱 데이터를 기초로 간단한 기초 설정을 수행할 수 있다. 예를 들면 소정의 실내 공간에 기설정된 시간동안 재실자가 없는 경우 냉방 공급, 조명 또는 전력 공급을 차단하거나 최소량의 공급만 수행하도록 제어하는 것과 같은 결정이 있다.
제2 연산부(14)는 열쾌적성 모델 알고리즘을 기초로, HEMS 컨트롤러(100)로부터 센싱 데이터를 수신하거나 사용자 수동 설정값을 입력받으면, 사용자 적응형 열쾌적성 모델을 학습한다. 따라서, 이후 HEMS 컨트롤러(100)의 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보는 사용자 단말(10)의 학습된 열쾌적성 모델 알고리즘에서 연산되어 결정되는 설정값을 HEMS 컨트롤러(100)로 전송한다. 이 경우 HEMS 컨트롤러(100)는 자주 교체되지 않아도 되고, 학습 뿐 아니라 열쾌적성 모델 알고리즘을 더 나은 버젼으로 업데이트할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.설명의 편의를 위해 도 5와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 7을 참고하면, 열쾌적성 모델에 따른 설정값 결정은 학습 서버(30)에서 수행될 수 있다. 학습서버(30)는 제2 연산부(31), 학습부(32) 및 저장부(33)를 포함할 수 있다.
도 7의 실시예에서 제1 연산부(120)는 도 5와 마찬가지로 스마트 센서(210)에서의 센싱 데이터를 기초로 간단한 기초 설정을 수행할 수 있다. 예를 들면 소정의 실내 공간에 기설정된 시간동안 재실자가 없는 경우 냉방 공급, 조명 또는 전력 공급을 차단하거나 최소량의 공급만 수행하도록 제어하는 것과 같은 결정이 있다.
제2 연산부(31)는 학습된 열 쾌적성 모델에 따라 재실자 정보, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보에 기초한 설정값을 연산한다.
학습부(32)는 사용자 수동 설정값을 입력받으면, 실내 환경 정보, 실외 환경 정보, 재실자 정보 등을 고려하여 사용자 적응형 열쾌적성 모델을 학습한다.
저장부(33)는 학습된 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 대한 정보를 저장한다.
따라서, 이후 학습 서버(30)는 실내 환경 정보, 실외 환경 정보 및 재실자 정보를 수신받아 학습된 열쾌적성 모델 알고리즘에서 연산되어 결정되는 설정값을 다시 HEMS 컨트롤러(100)로 회신한다. 이 경우 보다 다양한 시나리오의 열쾌적성 모델이 저장될 수 있을 뿐 아니라 빅데이터를 반영한 머신러닝이 보다 용이한 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 홈 에너지 관리 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 먼저 홈 에너지 관리 시스템의 전원이 켜지면(S10) 시스템이 초기화 되며 제어 대상들이 각각 초기 설정된다. 이때 초기 설정은 시스템에 저장된 초기 설정값일 수도 있고 마지막 사용시 각 제어대상에 셋팅되어 있던 설정값일 수도 있다.
초기 설정 후, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 홈 전체 곳곳에 설치된 센서들로부터 센싱 데이터를 수신한다(S12). 센싱 데이터는 실내 공간의 온/습도, 미세먼지, CO2량, 열 감지, 재실 감지 정보, 움직임 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 뿐 아니라 실외의 온/습도, 미세먼지, 날씨 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 홈 에너지 관리 시스템은 수동제어모드인지 자동제어모드인지 확인하여(S13), 사용자가 사용자 단말(10)을 통한 홈 에너지 관리 시스템의 설정을 입력하면, 수동제어로 인지하여 사용자에 의한 설정값을 HEMS 컨트롤러(100)로 출력한다(S20).
그러나 사용자 단말에 설정값에 대한 입력이 없으면, 기본적으로 자동제어모드로 동작하고, 홈의 실내 공간에 재실자가 있는지 여부(S14)를 확인한다.
재실자가 있는 것으로 판단되면, 재실자가 있는 실내 공간의 열쾌적성을 평가하여(S15) 평가결과에 따른 열쾌적성 모델을 선택한다(S16). 열쾌적성 모델은 재실자의 정보(예를 들어 성별, 재실자의 수, 의복, 활동성 등) 및 실외 환경 정보에 기초하여 쾌적한 실내환경을 조성하기 위한 제어 대상의 설정값을 데이터베이스화한 것이다. 주 사용자(거주자)의 생활 패턴/습관에 따라 열쾌적성 모델은 적어도 하나 이상 존재하고, 머신러닝에 따라 복수의 시나리오를 학습할 수 있다.
홈 에너지 관리 시스템은 선택된 열쾌적성 모델에 따라 제어 대상에 대한 각각의 제어값들, 즉 설정값을 출력한다.
홈 에너지 관리 시스템은 열 감지, 움직임 정보, 재실 감지 정보 중 적어도 하나의 센싱 데이터를 통해 실내 공간에 재실자 유무를 판단하고, 소정의 시간이 지나도 재실이 감지되지 않으면(S18) 부재중모드로 전환한다. 부재중모드란 예를 들어 재실자가 없는 실내 공간의 냉방을 오프 또는 최소로 공급하거나 조명을 턴오프하는 설정 등을 말한다.
소정의 시간 내에 재실이 감지되면(S18) 재실자가 있는 것으로 판단하여 주기적으로 센싱 데이터를 수신하며 S12 단계 내지 S17 단계를 수행한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 9를 참고하면, 홈 에너지 관리 시스템(1000)은 대외적으로 사용자 단말(10)과 연결된다. 사용자 단말(10)은 일 예로 홈의 일 벽면에 설치된 매립형 패드 등일 수도 있으나 다른 예로 태블릿 PC 등의 모바일 전자장치(11)로써 거치대 구조의 HEMS 컨트롤러(100)와 탈착되며 충전 등이 가능한 실시예로도 제공될 수 있다. 또다른 예로 사용자 단말(10)은 사용자의 휴대용 전화(12)로서 어플리케이션 형태로 설치된 형태로 제공되어 유무선통신으로 연결될 수도 있다.
HEMS 컨트롤러(100)는 앞서 설명한 바와 같이 스마트 댐퍼(360), 스마트 센서(210), 스마트 온도 조절기(231), 스마트 조명 스위치(232), 스마트 콘센트(250) 및 블라인드(233)와 공지된 유무선 통신방식, 예를 들면 각각 LoRa 또는 IoT 통신 방식으로 제어값을 전달한다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 홈 에너지 관리 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 11은 도 10의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10를 참고하면, 사용자는 홈(H1)에 홈 에너지 관리 시스템을 구축하고 있다. 홈 에너지 관리 시스템은 도 1에서 설명한 바와 같이, HEMS 컨트롤러(100), 스마트 조절 모듈(200), 조명(310), 창문/블라인드(330), 냉방 장치(350) 및 기타 미도시된 홈 내 전자장치들을 포함한다.
HEMS 컨트롤러(100)는 스마트 조절 모듈(200)을 통해 각각 조명(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350) 및 전력공급망(또는 송전망 그리드, 50) 또는 자가발전모듈(40)과 연결되어, 각 장치를 제어한다.
스마트 센서(210)는 홈 전체의 실내 환경 정보를 센싱한다.
스마트 조절 장치(230)는 각각 조명장치(310), 창문/블라인드(330) 및 냉방 장치(350)에 연결되어, HEMS 컨트롤러(100)에서 수신된 설정값으로 조도, 냉방, 송풍 및 채광 등을 조절한다.
온도 조절부(231) 및 습도 조절부(232)는 냉방 장치(350)와 연결되어, 제어 대상이 되는 해당 실내 공간의 온도 또는 습도를 조절한다.
스마트 컨센트(250)는 전력공급라인을 선택하기 위한 스위칭 모듈로써, 송전망 그리드(50)로부터 전력이 안정적으로 공급될 때에는 기본 모드로써 송전망 그리드(50)에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 전원을 공급한다. 한편 송전망 그리드(50)에 문제가 생기는 경우 - 예를 들면 정전 또는 사고로 인한 차단 등- 에는 발전 모드로써 자가 발전 모듈(40)에 연결되어 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 전원을 공급한다. 자가 발전 모듈(40)는 예를 들면 태양광 발전 패널 등이 있다.
사용자는 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 대한 지역 서버(40)의 중앙 제어를 승인할 것인지 설정 모드를 선택할 수 있다. 설정모드는 적어도 둘 이상의 모드를 포함한다. 설정모드는 소프트 키로 전환할 수도 있고, 하드 키로 전환할 수도 있다. 이때 소프트 키랑 프로그램, 어플리케이션 등에 의한 키를 의미하고, 하드 키는 물리적으로 구현된 키를 의미할 수 있다.
한편 사용자는 설정 모드를 홈 내에서 HEMS 컨트롤러(100)를 조작하여 직접 설정할 수도 있고, 사용자 단말(10)을 이용하여 원격으로 설정할 수도 있다.
제1 모드는 사용자 승인에 따라, 지역서버(40)의 중앙 제어에 따라 HEMS컨트롤러(100)의 동작을 제어하는 경우이다. 제2 모드는 사용자 거부에 따라, 지역 서버(40)의 중앙 제어에 대해 HEMS컨트롤러(100)에의 액세스 거부되는 경우이다.
지역 서버(20)는 HEMS 컨트롤러(100)로부터 홈 에너지 사용 데이터를 수신한다. 홈 에너지 사용 데이터는 예를 들면 스마트 센서(200)에서 측정된 실내 환경 정보, 스마트 조절장치(230)에서 현재 설정된 설정값들, 또는 스마트 컨센트(250)에서 공급된 전력량 중 적어도 하나일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 지역 서버(20)는 설정된 지역(예를 들면 마을 단위, 단지 단위 등) 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템과 연결되어, 각각의 홈 에너지 관리 시스템(H1,H2,H3)으로부터 홈 에너지 사용 데이터를 수신한다. 또한 지역 서버(40)는 전력 공급망(예를 들어 그리드, 50)으로부터 총공급 전력량, 정전 여부 등에 대한 전력 데이터를 수신한다.
일 예로, 지역 서버(20)는 전력 데이터와 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터를 비교하여, 제1 모드로 설정된 홈 에너지 관리 시스템에 대한 홈 에너지 사용을 중앙 제어할 수 있다.
도 11을 참고하면, 지역 서버(20)는 대상(target) 홈의 홈 에너지 관리 시스템(H1)에 대해 홈 에너지 사용 데이터를 수신받으면, 주변 홈(H1 이외, H2,H3)에 대한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 데이터를 수신하여 현재 전력 상황을 분석한다.
지역 서버(20)는 상기 분석된 현재 전력 상황에 기초하여 기설정된 가이드 라인에 따라 각 홈의 홈 에너지 사용을 제어한다. 가이드 라인은 전력 공급량이 전력 수요량에 일정량 이상 못 미치는 경우, 정전된 경우, 화재 등 재난이 발생하는 경우 등등 다양한 경우에 대한 전력 공급 및 중앙 제어에 대한 설정 정보를 포함한다.
예를 들어 지역 서버(20)는 대상 홈(H1, H2)에서 사용되는 에너지 사용량이 기설정된 기준을 초과하는 경우, 상기 가이드 라인에 따라 HEMS컨트롤러(100)에 중앙 제어값을 전송한다. 중앙 제어값은 예를 들면 에어컨 온도 중앙 설정값, 조도 중앙 설정값, 스마트 컨센트 제어값 등을 포함한다. HEMS 컨트롤러(100)는 중앙 제어값에 기초하여 에어컨 설정 온도를 상향하거나 조명을 일부 오프(OFF)하거나 조도를 어둡게 하여 사용 전력량을 감소시킬 수 있다.
한편 지역 서버(20)는 제2 모드로 설정된 홈(H3)의 홈 에너지 관리 시스템에 대해서는 홈 에너지 사용을 중앙 제어할 수 없다(L3 Access Denied). 제2 모드는 홈 에너지 사용 데이터를 전송만 하고 중앙 제어는 차단할 수 있는 제3 모드 및 홈 에너지 사용 데이터를 전혀 전송하지 않고 HEMS컨트롤러(100) 내에서 저장만 해두면서 중앙 제어도 차단하는 제4 모드를 더 포함할 수 있다.
HEMS컨트롤러(100)가 제3 모드로 설정된 경우, 지역 서버(20)는 사용자 단말(10)로 중앙 제어를 허용할 것인지 요청하는 푸쉬 알림을 전송할 수 있다. 사용자는 사용자 단말(10)을 통해 제3 모드에서 제1 모드로 전환할 것인지 선택할 수 있다.
제4 모드의 경우 통신을 외부와 완전히 차단하는 경우로서, 제4 모드로 설정된 HEMS 컨트롤러(100)는 내부 알고리즘으로 동작한다. 이때 내부 알고리즘은 도 1에서 설명한 바와 같이 열쾌적성 모델에 따라 스마트 조절 모듈(100)을 동작시키는 것이다.
본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 스마트 댐퍼를 활용하여 냉방을 공급함으로써 정풍량 패키지 에어컨을 이용하면서도 개인별로 선호하는 풍량으로 냉방을 할 수 있다.
또한 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 열쾌적성 모델에 따라 제어함으로써 재실자 적응형으로 냉방 및 조명을 제공할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 전력소비를 절감할 수 있다. 즉, 재실자 정보, 실내 환경 정보 및 실외 환경 정보를 활용하여 조도를 제어함으로써 개인별로 선호하는 조도를 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면 사용자 단말을 이용하여 원격 모니터링하고 제어할 수 있어 냉방장치 사용 절약습관이 부족한 중동지역에서 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 홈 에너지 관리 시스템에 따르면, 개개의 홈마다 전력 공급을 중앙 제어할 수 있어, 설정 지역 내 전력 공급 상황에 맞추어 홈 소비에 전력을 골고루 배분할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템으로서,
    각 실내 공간에 대한 온도, 습도, 조도, CO2량 및 움직임 감지 정보를 적어도 하나 포함하는 실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서;
    실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보 및 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러;
    상기 실내 공간 각각에 설치되어, 상기 설정값에 따라 개폐율을 조절하는 스마트 댐퍼; 및
    상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치를 포함하고,
    상기 열쾌적성 모델은
    재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보인, 홈 에너지 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 댐퍼는
    상기 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하며,
    상기 개폐율은
    상기 모든 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는, 홈 에너지 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 HEMS 컨트롤러는
    유선 또는 무선으로 연결되어 상기 스마트 조절장치에 상기 결정된 설정값을 전달하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 HEMS 컨트롤러는
    상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고,
    상기 열쾌적성 모델을 업데이트하며 학습하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 HEMS 컨트롤러는
    상기 스마트 댐퍼, 상기 스마트 센서, 상기 패키지 에어컨 및 상기 스마트 조절장치와 유무선으로 통신하는 제1 통신부;
    상기 열 쾌적성 모델에 대한 정보를 저장하는 저장부;
    상기 각 실내 공간에 상기 재실자 정보에 따른 상기 열쾌적성 모델을 선택하는 제어부; 및
    상기 선택된 열쾌적성 모델에 따라 상기 실외 환경 정보 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로 상기 설정값을 연산하는 연산부;를 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스마트 센서는
    상기 스마트 조절 장치로 상기 센싱된 실내 환경 정보를 유선 또는 무선으로 전송하고,
    상기 스마트 조절 장치는
    상기 각 실내 공간의 상기 센싱된 실내 환경 정보를 기초로, 기설정된 시간 동안 재실자가 없으면 전원을 차단하는 스마트 컨센트를 더 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 홈 에너지 관리시스템은
    상기 홈의 상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;
    상기 실내 환경 정보에 대한 수동설정값을 입력받는 입력부; 및
    상기 HEMS 컨트롤러와 통신하여, 상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고 상기 수동설정값을 송신하는 통신부를 포함하는 사용자 단말과 연동되는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스마트 조절 장치는
    상기 송풍 온도, 상기 개폐율, 상기 조명 장치의 조도량, 상기 블라인드의 업앤다운 및 틸트각도를 조절하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  9. 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템으로서,
    실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서;
    실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러;
    상기 패키지 에어컨의 송풍 온도, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 스마트 컨센트, 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절모듈;
    상기 HEMS 컨트롤러로부터 상기 설정값을 수신하고, 적어도 하나의 열쾌적성 모델에 따라 결정되거나 사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및
    상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받는 지역서버를 포함하고,
    상기 열쾌적성 모델은
    재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보인, 홈 에너지 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 사용자 단말은
    상기 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보를 수신하고, 상기 재실자에 최적화되거나 수동제어된 설정값을 송신하는 통신부;
    상기 홈의 상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보, 조작 관련 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;
    상기 재실자에 대한 인적 정보 또는 사용자의 수동제어된 설정값을 입력받는 입력부;
    상기 실내 환경 정보, 상기 실외 환경 정보로부터 상기 재실자에 최적화된 열쾌적성 모델에 따라 상기 설정값을 계산하는 연산부를 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 홈 에너지 관리 시스템은
    상기 복수의 실내 공간에 각각 설치되어, 개폐율에 따라 송풍을 일정량으로 공급하는 스마트 댐퍼를 더 포함하고,
    상기 개폐율은
    상기 각 실내 공간에 공급되는 송풍의 합이 상기 패키지 에어컨이 공급하는 송풍량의 50% 이상이 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는, 홈 에너지 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 HEMS 컨트롤러는
    상기 스마트 조절장치, 상기 스마트 댐퍼 및 상기 스마트 센서와 LoRa 통신방식으로 데이터를 송수신하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 스마트 컨센트는
    기본모드에서는 송전망 그리드에 연결되어 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하고, 정전모드에서는 자가발전모듈로부터 전력을 공급받아 상기 홈 에너지 관리 시스템에 전원을 공급하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 지역 서버는
    설정 모드에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템을 중앙 제어할 수 있는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 설정 모드는
    상기 홈의 사용자 승인에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하고, 상기 지역 서버의 중앙 제어에 따라 상기 홈 에너지 관리 시스템의 동작이 제어되는 제1 모드를 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 설정 모드는
    상기 홈의 사용자 거부에 따라, 상기 지역 서버로의 홈 에너지 사용 데이터를 전송하나, 상기 지역 서버의 중앙 제어는 액세스 거부되는 제2 모드를 포함하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 지역 서버는
    설정 지역 내 복수의 홈 에너지 관리 시스템으로부터 각각 수신한 홈 에너지 사용 데이터 및 전력 공급망의 전력 데이터를 기초로 적어도 하나의 상기 홈의 에너지 관리를 중앙 제어하는 것을 특징으로 하는, 홈 에너지 관리 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 지역 서버는
    적어도 하나의 상기 스마트 조절 모듈에 중앙 설정값을 전송하여 전력 공급을 조절하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  19. 적어도 하나의 패키지 에어컨이 커버하는 복수의 실내 공간을 가진 홈에 설치되는 홈 에너지 관리 시스템으로서,
    실내 환경 정보를 센싱하는 스마트 센서;
    실외 환경 정보, 상기 실내 환경 정보에 따라 설정값을 결정하는 HEMS 컨트롤러;
    상기 패키지 에어컨, 상기 실내 공간 각각에 설치되어 있는 조명장치, 스마트 컨센트, 및 블라인드를 상기 결정된 설정값에 따라 각각 조절하는 스마트 조절장치;
    사용자에 의해 수동제어된 상기 설정값을 전송하는 사용자 단말; 및
    상기 센싱된 실내 환경 정보 및 상기 설정값을 수신받아, 재실자마다 최적화하기 위한 적어도 하나의 열쾌적성 모델을 학습하는 학습서버를 포함하고,
    상기 열쾌적성 모델은
    재실자의 정보, 실내 환경 정보 및 상기 실외 환경 정보 중 적어도 하나를 고려하여 각각 설정되는 실내 온도, 습도 및 조도 정보이고,
    상기 HEMS 컨트롤러는
    상기 열쾌적성 모델 또는 수동제어에 따라 결정된 설정값을 출력하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 학습서버는
    상기 실외 환경 정보, 상기 사용자가 수동 입력한 수동설정값 및 상기 센싱된 실내 환경 정보를 데이터베이스화하고,
    상기 재실자의 정보에 따라 최적화된 설정값으로 업데이트하며 상기 열쾌적성 모델을 학습하는 것인, 홈 에너지 관리 시스템.
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