[논문]스마트 홈에서 지능형 냉난방 제어 시스템을 위한 전력선 통신 동향

안영주; 황용연; 변기식

문제 정의

이러한 관점에서 본 논문에서는 스마트 홈에서의 PLC 기술 동향을 살펴보고, PLC 를 이용한지능형 냉난방 제어 시스템에 관하여 서술한다.
본 절에서는 지능형 흠에 적용된 네트워크기반 냉난방 시스템에 대한 사례 분석을 설명한다.2 장에서 기술하였던 스마트 흠을 위한 전반적인 기술 동향에 대한 이해를 바탕으로 현재 그린 빌딩의 개념으로 소개되고 있는 일본의 대표적인 2 개의 건물을 선정하여 지능형 빌딩에 적합한 냉난방시스템 관련 기술과 기반 통신 기술에 대해 서술한다.
설명한다.2 장에서 기술하였던 스마트 흠을 위한 전반적인 기술 동향에 대한 이해를 바탕으로 현재 그린 빌딩의 개념으로 소개되고 있는 일본의 대표적인 2 개의 건물을 선정하여 지능형 빌딩에 적합한 냉난방시스템 관련 기술과 기반 통신 기술에 대해 서술한다.
본 논문에서는 스마트 흠의 개별 냉난방 제어시스템을 구성하고 있는 핵심 기술을 통신 시스템과 친환경 제어 기술로 나누어 기술 동향을 살펴보았다. 다음으로, 에너지 효율성을 극대화할 수있는 냉난방 제어 시스템 개념 설계 및 레이아웃설계를 위하여 기존 빌딩의 냉난방 시스템 분석을 수행하였다.
또한, 132 KHz 대역에서 반송 주파수를 편이시키는 FSK 방식의 전력선 통신 모뎀 구현에 관한예를 제시하였다.

가설 설정

・ 전력선 통신을 이용한 지능형 냉난방 제어 시스템은 제어 통신을 위한 별도의 통신선이 필요없이 기존에 포설된 가정의 전기선을 활용할 수 있는 장점이 있다.

제안 방법

3과 같은 TRON 하우스 프로젝트라는 것으로 1990 년 시작된 첨단 주택 건설 프로젝트로, 컴퓨터 사회의 이상을 요구하면서 지능형 하우스의 진정한 가능성이 무엇인지를 보여주는 프로젝트라고 할 수 있다. 이 프로젝트에는 다양한 정보 설비, 풍부한 음향설비, 자동 제어 조리 시스템, 이동식 웨건, 비접촉식 위생 화장실, 자동 공기 조절 및 조명 조절설비 등 최첨단 자동 제어 기술이 적용되어 있다. 무엇보다도 두드러진 특징은 이러한 복잡한 제어기의 조작이 스위치, 컴퓨터 리모콘, BTORON 컴퓨터로 이루어져 노인이나 아이들도 조작이 가능하도록 되어있다는 것이다.
Ltd. 는 1976 년경 일반 가정에서 별도의 배선공사 없이도 원격지에서 조명이나 다른 가전 기기들을 제어할 수 있는 장치를 개발하기 위해서 X-10 이라고 명명되어진 프로젝트를 수행하였다. 이러한 X-10 프로젝트의 결과로 전력선을 이용하여 조명이나 가전 기기들을 제어할 수 있는 모듈들이 개발되었으며, 1978 년에서 1979 년 사이에 상용화되어 일반 가정에 소개 되었다.
특히 조도 센서에 의한 천장 조명의 주광이용 제어, 초기 조명 보정 제어 기능까지 적용함으로써 에너지 절약을 실현하였다.
구체적으로 살펴보면 지하 1 층에 위치한 열원기계실에 가스 냉온수발생기 및 빙축열 설비(샤베트식)의 복합 열원을 설치하여 냉수 및 온수를 안정적으로 공급할 수 있는 시스템을 구축하였다. 배관 방식은 냉수, 냉온수 4 배관 방식을 채택하였다.
가능하게 되었다. 그리고 이렇게 정의된 Object 에 동작하는 기능들을 표준화하여 거대한 규모의 제어를 유기적으로 연결하여 지능형 빌딩을 구축하였다.
에너지 절약과 유지 관리비 관점에서 각기 다르게 접근하여 세대 내에 재실자가 있는 가족동과 야간에만 재실자가 있는 독신자동에 채용되는 설비 시스템을 다르게 설계하여 효율적인 시스템을 구현하였다.
가족동의 각 세대에는 냉난방과 급탕을 위해 Fig. 9 와 같은 "Home Ice" 시스템이 라고 하는 다기능 히트 펌프와 빙축열조를 일체화한 소형빙축열공조 설비를 새로이 개발, 도입하여 공조 부하가야간으로 Shift 될 수 있도록 배려하였고, 가족동의각 세대 발코니에 설치된 Home Ice 로부터 덕트를 2중 바닥 내부로 통하게 하여 실내를 공조하였다.
하절기에는 냉방 수요와 외기 온도를 조건으로 하여 빙축열을, 동절기에는 난방 수요와 야간의 온도를 조건으로 하여 온수 축열을 할 수 있도록 하였다. 또한 야간에는 급탕 히트 펌프를 가동하여 저탕조로서 시판되는 전기온수기를 이용하였다.
독신자동은 야간에 공조 부하가 집중되므로 각 세대 공조 설비는 축냉식으로 하지 않고 통상의 룸 에어콘(패키지형 에어콘)을 사용토록 하였다. 또한 급탕 방식은 히트펌프 급탕기에 의한 중앙집중식 급탕 방식을 채택하여 하절기에는 히트펌프 급탕기로부터 배출되는 냉풍을 회수, 각 실에 설치된 void 벽 내부로 냉기를 통풍시켜 벽을통한 구체축열과 복사 냉방 효과를 얻을 수 있는 구체축열 복사냉방시스템 “wall cool”을 개발하여 적용하였다.
또한 급탕 방식은 히트펌프 급탕기에 의한 중앙집중식 급탕 방식을 채택하여 하절기에는 히트펌프 급탕기로부터 배출되는 냉풍을 회수, 각 실에 설치된 void 벽 내부로 냉기를 통풍시켜 벽을통한 구체축열과 복사 냉방 효과를 얻을 수 있는 구체축열 복사냉방시스템 “wall cool”을 개발하여 적용하였다.
'7 또한, 3 장에서의 사례에서 살펴볼 수 있듯이 최근의 지능형 빌딩의 경우 개별 제어 방식을 사용하여 설치성과 운전 비용뿐만 아니라 에너지절감의 효과도 기대할 수 있게 되었다. 따라서 본 논문에서는 개별 제어 방식을 이용하여 지능형 냉난방 제어 시스템을 구성하였다.
11과 같은 각 방의 온도조절 시스템을 설계하였다. 거실에는 멀티 온도조절기를 설계하여 각각의 거실과 방들을 제어할수 있으며, 각 방에는 각 방 온도 조절기라고 하는 개별 제어기를 설계하여 보일러와 연결된 밸브제어기에서 제어를 수행하도록 하였다. 마지막으로, 멀티 온도 조절기와 각방 온도 조절기는 PLC 를 이용하여 상호 연결되도록 하였다.
거실에는 멀티 온도조절기를 설계하여 각각의 거실과 방들을 제어할수 있으며, 각 방에는 각 방 온도 조절기라고 하는 개별 제어기를 설계하여 보일러와 연결된 밸브제어기에서 제어를 수행하도록 하였다. 마지막으로, 멀티 온도 조절기와 각방 온도 조절기는 PLC 를 이용하여 상호 연결되도록 하였다.
데이터에 따라 반송 주파수를 편이시키는 FSK 방식을 사용하였다. 또한, 고기능 디지털 데이터의 전력선 전송을 위하여 마이크로프로세서가 내장된 구조로 설계함으로써, 별도의 장치 없이 전력선 통신의 경험이 부족한 엔지니어들에게도 쉽게 시스템간의 정보 전달 및 제어가 이루어지도록 하여 다음과 같은 조건을 만족 할 수 있도록 하였다.
다음으로, 에너지 효율성을 극대화할 수있는 냉난방 제어 시스템 개념 설계 및 레이아웃설계를 위하여 기존 빌딩의 냉난방 시스템 분석을 수행하였다. 사례 분석과 관련 연구를 토대로 하여 냉난방 제어를 위한 개별 제어 시스템과, 전력선 통신을 기반으로 하는 시스템을 설계하였다.
다음으로, 에너지 효율성을 극대화할 수있는 냉난방 제어 시스템 개념 설계 및 레이아웃설계를 위하여 기존 빌딩의 냉난방 시스템 분석을 수행하였다. 사례 분석과 관련 연구를 토대로 하여 냉난방 제어를 위한 개별 제어 시스템과, 전력선 통신을 기반으로 하는 시스템을 설계하였다.
본 논문에서는 이상과 같은 기능을 가지도록 하드웨어를 설계하였으며, Fig. 16 과 같이 전력선통신 모뎀 프로토타입을 제작하였다. 구현된 전력선 통신 모뎀은, 노이즈에 대한 강인성과 안정적인 데이터 전송을 보장하기 위한 신뢰성을 향상시키기 위한 개선 작업을 거쳐 4800bps 의 전송 속도를 보장한다.

대상 데이터

본 논문은 서론을 포함하여 5 장으로 구성되어있다. 2 장에서는 스마트 흠 기술 동향과 전력선통신 기술 동향에 대하여 다룬다.
지능형 빌딩을 이루는 통신 시스템으로는 공조 제어를 중심으로 한 Lonworks 와 BACnet 이 사용되었다.
제너레이터를 관할하게 된다. 이러한 조건을 만족하기 위해서 마이크로 프로세서로 64KB 의플래시 메모리와 , 64KB 의 RAM 을 가지고 10-bit 200 MIPS 의 속도를 가지는 32bit RAM 의 940 T RISC core 를 선정하였다. Fig.

이론/모형

이 사례에서는 냉난방 시스템을 구축함에 있어 빙축열 시스템 적용 및 공조열원 2 차측 수 수송시스템에 개별 분산형 밸브리스 방식 적용을 하였다. 특히 조도 센서에 의한 천장 조명의 주광이용 제어, 초기 조명 보정 제어 기능까지 적용함으로써 에너지 절약을 실현하였다.
구축하였다. 배관 방식은 냉수, 냉온수 4 배관 방식을 채택하였다. 2차 펌프 대체용으로 개별 분산 밸브리스 VWV(Val.
배관 방식은 냉수, 냉온수 4 배관 방식을 채택하였다. 2차 펌프 대체용으로 개별 분산 밸브리스 VWV(Val.,e-less Variable Water Volume)방식을 채택하였다.
구현된 전력선 통신 모뎀은 132 KHz 대역에서 디지털 데이터에 따라 반송 주파수를 편이시키는 FSK 방식을 사용하였다. 또한, 고기능 디지털 데이터의 전력선 전송을 위하여 마이크로프로세서가 내장된 구조로 설계함으로써, 별도의 장치 없이 전력선 통신의 경험이 부족한 엔지니어들에게도 쉽게 시스템간의 정보 전달 및 제어가 이루어지도록 하여 다음과 같은 조건을 만족 할 수 있도록 하였다.

성능/효과

그러나 미국 조지아 대학에서 개발한 Awarehome 프로젝트의 경우, 고령자의 생활에 도움을 주는지눙형 빌딩을 구현하는 사례로 주목받았다. 사람의 인지 능력(human-like perception)이라는 개념을 이용하여 컴퓨터 비전과 RFID 를 이용한 indoor location tracking, 사람을 인식 하여 대화가 가능하게하는 giving the house a face, 가족들의 초상화를 담고 있는 digital family portrait 등의 세부 프로젝트는 지능형 빌딩에서의 다양한 서비스가 가능함을 보여주었다.8
(4) 전송속도는 4800bps 로 하여야 한다. 구현된 전력선 통신 모뎀은 Fig.

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