조명에너지와 냉난방에너지 절약을 위한 베네시안 블라인드의 최적 제어

Abstract

본 연구는 기존 자동 블라인드 제어가 시각적 문제해결 측면 또는 열적 문제해결 측면에서 이루어짐에 따라 건물 에너지 측면에서 조명에너지와 냉난방에너지의 합인 총에너지의 최적화가 이루어지지 않는 기존 제어 방안의 한계를 보완하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여, 본 연구에서는 첫째, 조명에너지, 난방에너지, 냉방에너지 절약을 위한 블라인드 제어방안을 검토하여 발생 가능한 문제를 규명하고, 제어 대상 공간의 상태를 기준으로 각 상태에 적합한 블라인드 제어방안을 도출하고자 제어모드를 정의하고 각 제어모드를 구분하기 위한 상태변수를 선정하였다. 앞서 도출 된 발생 가능한 문제를 해결하고자 각 제어모드별 제어 전략을 제시하였다. 둘째, 블라인드 제어 시 현휘 발생으로 인한 불쾌적을 방지하고자 현휘 방지를 위한 블라인드 위치 설정을 통해 블라인드 수직위치의 범위를 한정하였다. 또한 각 제어모드별 블라인드의 제어 전략을 바탕으로 조명에너지와 냉난방에너지와의 변화량을 단순화한 뒤 건물에너지 변화를 패턴화하여 건물에너지 저감을 위한 블라인드의 최적 위치를 도출하였다. 셋째, 블라인드의 현재 위치에서 최적위치로의 이동 및 블라인드 수직위치 이동에 따른 에너지 변화량 비교를 위한 프로세스를 제시하고 블라인드 제어방안의 활용을 위한 알고리즘 및 순서도를 제시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 기존 블라인드의 제어가 시각적 문제해결을 위한 접근법(visual problem approach)과 열적 문제해결을 위한 접근법(thermal problem approach)으로 구분되어 조명에너지와 냉난방에너지의 최적화가 이루어지지 못하고 있음을 분석하고 이를 해결하고자 시각적 문제와 열적 문제를 동시에 고려하는 통합적 문제해결을 위한 접근법(integrated approach)을 활용한 새로운 블라인드 제어방안을 도출하였다. 2) 조명에너지와 냉난방에너지의 최적화를 위해서는 재실자의 선택에 의한 제어모드가 아닌 재실 상태와 냉난방 상태, 조명기기의 점조등 상태에 따라 제어모드를 분류함으로써 제어 환경에 적합한 에너지 절약 목표의 설정 및 블라인드 제어 전략을 제안할 수 있었다. 재실 상태에는 현재 소비되는 에너지 저감 및 기기의 재가동 최소화, 에너지 소비가 없는 비재실 상태에는 픽업부하 저감을 통해 조명에너지와 냉난방에너지 최적화가 가능한 것으로 분석되었으며, 특히 실내외 온열상태는 냉난방기기의 급기 온도(또는 풍량)와 실온만으로 추정이 가능한 것으로 나타났다.

3) 블라인드 위치 변화에 의한 실내 빛환경 및 열환경 변화와 그에 따른 조명에너지와 냉난방에너지의 변화 분석 및 패턴화를 통해 냉방에너지 절약을 위한 완전 차폐와 조명에너지 절약을 위한 최대 개방 위치와 함께, 블라인드 위치 변화에 의한 조명에너지 변화율이 냉난방에너지 변화율보다 큰 경우에는 조명기기가 소등 및 점등되는 블라인드 위치에서 에너지 최적화가 되는 것으로 나타났다.

4) 에너지 절약을 위한 블라인드 최적 위치로의 제어를 위하여 이전 타임스텝에서의 블라인드 위치 변화에 의한 실내 환경 상태의 변화 및 에너지 상태의 변화 비례식을 이용하여 블라인드의 최적 위치로의 이동을 위한 동작량 산출식을 도출하고 재실 상태 및 조명에너지, 냉방에너지, 난방에너지 소비상태를 기준으로 분류된 제어모드에 대한 각각의 알고리즘과 순서도 및 실제 건물에의 적용을 위해 각 알고리즘을 통합한 베네시안 블라인드의 통합 제어 알고리즘을 제안하였다.