KR101875489B1 - Method and system for automatic controlling of air conditioner by using an artificial intelligence - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 딥러닝 등의 기계 학습 알고리즘을 활용하여 인간 두뇌의 인지, 판단 등의 기능을 모사하는 인공지능(AI) 시스템 및 그 응용에 관련된 것이다. 일 개시에 의하여 본 발명은 공기조화시스템의 최적제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 시간별 냉난방부하를 사전에 예측하고, 이 예측된 냉난방부하를 바탕으로 시간별, 계절별로 다른 에너지 요금과 열원별로 달라지는 기기의 성능 등을 고려하여 공기 조화시스템을 숙련된 운전자 없이도 가장 효율적이며 경제적으로 무인 운전할 수 있도록 하는 공기조화시스템의 무인 최적 제어 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an artificial intelligence (AI) system and its application that simulate functions such as recognition and judgment of a human brain using a machine learning algorithm such as deep learning. The present invention relates to an optimal control method of an air conditioning system, and more particularly, to a method and system for optimizing an air conditioning system by predicting a heating / The present invention relates to an unmanned optimum control method for an air conditioning system that enables an air conditioning system to operate most efficiently and economically without an experienced driver, taking into consideration the performance of a device that varies greatly.
최근 들어 스마트그리드(smart grid)가 화두가 되고 있다. 스마트그리드의 본래 개념은 발전-송전, 배전-판매의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 기술을 가리킨다. 발전소와 송전, 배전 시설과 전력 소비자를 정보통신망으로 연결하고 양방향으로 공유하는 정보를 통하여 전력시스템 전체를 효율적으로 작동시키려는 것이다.Recently, smart grid has become a hot topic. The original concept of the Smart Grid refers to a technology that optimizes energy efficiency by bi-directionally exchanging information between power suppliers and consumers by applying information technology to the existing unidirectional power grid, which was generated at the stage of power generation - transmission, distribution and sales. The goal is to efficiently operate the entire power system by connecting the power plant, transmission, distribution facilities and power consumers to information and communication networks and sharing information in both directions.
스마트그리드를 통해 구현하려는 최종 목적은 결국 전력소비를 합리화 내지는 최적화하는 것이다. 전통적인 화석 에너지가 고갈되어 감에 따라 전력사용을 모니터링 및 통제하려는 것인데, 스마트그리드를 어떻게 구현할 것인지에 관하여 여러가지 아이디어가 나오고 있다. 스마트그리드를 통해 구현하려는 최종 목적이 전력소비를 최적화하는 것인 이상, 전력소비자, 예컨대 가정이나 사무실, 공장에서 전력사용을 줄이거나 나아가 자연에너지를 적극적으로 활용하지 않는다면 그 효과는 반감될 수밖에 없다. 따라서, 본 발명에서는 스마트그리드의 핵심요체는 전력절감으로 본다.The ultimate goal of a smart grid implementation is to rationalize or optimize power consumption. As traditional fossil energy is depleted, it is about monitoring and controlling power usage. There are many ideas about how to implement a smart grid. As long as the ultimate goal of implementing smart grid is to optimize power consumption, the effect will be halved if power consumers, such as homes, offices, and factories, reduce power use and do not actively utilize natural energy. Therefore, in the present invention, a key element of the smart grid is seen as power saving.
전력사용이 가장 많은 계절은 여름과 겨울이므로, 이 때의 전력사용을 절감해야 한다. 여름과 겨울의 전력사용이 증가하는 요인은 전기를 이용하는 냉난방기기인 에어컨과 난방기이다. 지금까지는 냉난방 기기의 소비효율을 높이는 것에 주력하였으나, 이들 냉난방 기기가 작동하는 주변 환경을 개선함으로써 냉난방의 필요성을 감소시키는 것이 더욱 효과적이다.Since the seasons with the greatest use of electricity are summer and winter, the use of electricity at this time should be reduced. The increasing use of electricity in summer and winter is due to the use of air conditioners and air conditioners that use electricity. Until now, it has been focused on increasing the efficiency of heating and cooling equipment, but it is more effective to reduce the need for cooling and heating by improving the surrounding environment in which these heating and cooling devices operate.
겨울을 예로 들어 설명한다(여름은 정 반대이다). 가정이나 사무실에서 외부와 열을 가장 많이 교환하는 부분은 윈도우(window)이며, 그에 따라 블라인드(커튼)을 설치하여 열이 빠져나가는 것을 방지하려고 한다. 블라인드로 윈도우를 가려줌으로써 윈도우를 통해 열을 뺏기는 것을 방지하고, 이를 통해 실내 온도를 최대한 유지하여 난방부담을 줄이려는 것이다.Explain winter as an example (summer is the opposite). The part that exchanges heat with the outside most in a home or an office is a window, and therefore, a blind (curtain) is installed so as to prevent heat from escaping. By blocking the windows with blinds, it is possible to prevent the heat from being lost through the windows, thereby keeping the room temperature as high as possible and reducing the heating burden.
하지만 겨울이라도 날씨가 좋은 때에는 오히려 블라인드를 오픈하는 것이 바람직하다. 햇빛이 윈도우를 통해 실내로 들어와서 실내 온도를 올려주기 때문에 블라인드를 오픈하는 것이 실질적으로는 이익이 된다. 반대로, 날씨가 흐리거나 눈이 오는 경우, 또는 햇빛이 좋더라도 외부 온도가 너무 낮은 경우에는 블라인드를 클로즈하는 것이 이익이 되며, 일몰 이후의 저녁시간에는 반드시 블라인드를 클로즈하는 것이 바람직하다.However, when the weather is good even in winter, it is preferable to open the blinds. It is practically beneficial to open the blinds as the sunlight enters the room through the window and raises the room temperature. Conversely, it is advantageous to close the blinds when the weather is cloudy, snowy or sunny but the outside temperature is too low, and it is preferable to close the blinds in the evening after sunset.
하지만 날씨가 시시각각으로 변동하기에 냉난방 시스템을 시동시킬지, 어느정도로 가동 시킬지를 그때그때 판단해야 하였으며, 그에 따라 지금까지는 사람이 판단하여 수동으로 냉 난방 시스템을 작동시켰다. 하지만, 사람이 하기에는 매우 번거로운 일이고 사무실이나 공장에서는 작업 집중도를 떨어뜨리며, 특히 사무실이나 공장에 사람이 없을 때에는 이를 관리할 방법이 전혀 없다.However, since the weather fluctuates from time to time, it was necessary to judge whether or not to start the heating / cooling system or how to operate the system. Accordingly, until now, the person judged and operated the cooling / heating system manually. However, it is very cumbersome for a person to do, and it reduces the concentration of work in the office or factory, and there is no way to manage it when there is no person in the office or factory.
따라서, 기온, 습도, 대기 오염도 등에 따라서 최적으로 공조 시스템을 관리하고자 하는 사용자들의 니즈가 증가하게 되었다.Therefore, users' needs to manage the air conditioning system optimally according to the temperature, humidity, air pollution degree, etc. have increased.
일 실시예에 의하여, 인공지능 학습 모델을 이용하여 인터넷을 통해 외부 서버로부터 기상 상태에 관련된 정보(예: 외부 온도, 일광정보, 황사 정보, 날씨 정보)를 제공받고 이를 분석함으로써 냉 난방 시스템을 자동으로 제어하여 실내 온도를 양호하게 유지하는 기술을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.According to an exemplary embodiment, an intelligent learning model is used to provide information (e.g., outside temperature, daylight information, dust information, and weather information) related to weather conditions from an external server over the Internet and analyze the information So as to keep the room temperature at a good level.
일 실시예에 의하여, 냉방부하 예측을 통해 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법을 제공할 수 있으며, 본 방법은 기상청 서버로부터 익일의 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 포함하는 기상 데이터를 획득하는 단계, 공조 대상 영역의 온도, 습도, CO2농도 및 미세먼지 농도를 포함하는 공조 대상 영역의 컨디션을 일정 시간 간격으로 측정하는 단계, 공조 대상 영역의 온도와 기상 데이터의 온도 데이터를 비교하여 온도 비교값을 산출하고, 온도 비교값과 미리 설정된 표준 온도를 비교하여 제 1 제어값을 결정하는 단계, 공조 대상 영역의 습도와 기상 데이터의 습도 데이터를 비교하여 습도 비교값을 산출하고, 습도 비교값과 미리 설정됨 표준 습도를 비교하여 제 2 제어값을 결정하는 단계, 공조 대상 영역의 CO2 농도와 미리 설정된 표준 CO2 농도 범위를 비교하여 CO2 농도 비교값을 산출하고, CO2농도 비교값에 따라 제 3 제어값을 결정하는 단계, 공조 대상 영역의 미세먼지 농도와 기상 데이터의 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 비교하여 실내오염 지수를 산출하고, 실내오염 지수에 따라 제 4 제어값을 결정하는 단계, 공존 대상 영역에 연결된 냉방 시스템의 요구 열량과 운전 스케줄을 측정하여 냉방 시스템에 연결된 공급 시스템의 공급열량과 냉방부하를 예측하고, 냉방 부하를 기준으로 시간별, 계절별로 다른 에너지 요금, 운전조건 및 외기상태에 따라 달라지는 공급 시스템의 공급열량과 운전스케줄을 고려하여 제 5 제어값을 결정하는 단계, 제 1 제어값, 제 2 제어값, 제 3 제어값, 제 4 제어값 및 제 5 제어값을 종합하여 냉방 시스템을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계, 제어 신호에 따라 냉방 시스템의 운행을 제어하고, 냉방 시스템의 운행에 따른 시간별 전력량을 측정하는 단계 및 시간별 전력량에 기초하여, 시간대 별로 냉방 시스템의 운행모드를 결정하고, 시간대 별 운행모드에 따라 냉방 시스템의 운행을 자동으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, it is possible to provide a method of automatically controlling a cooling system through a cooling load prediction, and the method can provide a method of automatically controlling a cooling system by estimating the temperature of the next day, the cloudiness, the humidity, the solar radiation amount, Measuring the condition of the air conditioning target area including the temperature, humidity, CO 2 concentration and fine dust concentration of the air conditioning object area at predetermined time intervals, calculating the temperature of the air conditioning object area and the weather data Determining a first control value by comparing the temperature comparison value with a predetermined standard temperature, comparing the humidity of the air-conditioning object region with the humidity data of the vapor-phase data, and comparing the humidity comparison value the calculation, and the humidity value compared with a preset search step of determining the second control value is compared to a standard humidity, CO 2 concentration of the air conditioning target area Compare with pre-set standard CO 2 concentration range to calculate the CO 2 concentration comparison value, the dust amount in the step of determining a third control value according to the CO comparison value concentration, fine dust concentration of the air-conditioning target area and weather data, Determining the fourth control value according to the indoor pollution index, measuring the required calorific value and operation schedule of the cooling system connected to the coexistence target area, and connecting the air conditioning system to the cooling system The fifth control value is determined in consideration of the supply calorie of the supply system and the operation schedule, which depend on the energy charge, the operation condition, and the ambient condition depending on the time and season based on the cooling load based on the predicted supply calorie and cooling load of the supply system. A control for controlling the cooling system by combining the first control value, the second control value, the third control value, the fourth control value, and the fifth control value A step of controlling the operation of the cooling system in accordance with the control signal, a step of measuring a time amount of electric power according to the operation of the cooling system, and a mode of operation of the cooling system by time of day, And automatically controlling the operation of the cooling system according to the operation mode.
일 실시예에 의하여, 다양한 냉방 시스템의 보급 확대에 따라 효율적인 냉방 시스템의 제어가 가능해질 수 있다.According to the embodiment, it is possible to control the cooling system efficiently in accordance with the spread of the various cooling systems.
일 실시예에 의하여, 운전자의 경험에 의존하지 않는 자동제어가 가능하게 되면서 에너지 사용 비용의 경제적 절약 효과가 발생할 수 있다.According to an embodiment, automatic control that does not depend on the experience of the driver becomes possible, resulting in economical saving effect of the energy use cost.
일 실시예에 의하여, 익일 시간대별 온도, 습도, 일사량 등의 외기 상태를 예측함으로써 익일 시간대별 건물의 냉방부하를 예측할 수 있다. 또한, 예측된 냉방부하, 에너지 원단위, 기기의 특성을 고려하여 냉방 시스템을 최적으로 자동제어할 수 있다.According to one embodiment, the cooling load of the building can be predicted by the next day time zone by predicting the outside air conditions such as the temperature, humidity, and irradiation amount by the next day time zone. Also, the cooling system can be optimally controlled automatically in consideration of the predicted cooling load, energy intensity, and characteristics of the apparatus.
일 실시예에 의하여, 전력사용량의 예측 및 분산에 의하여 전력피크를 제어할 수 있어, 전력 사용에 대한 계획을 효율적으로 세울 수 있다.According to an embodiment, the power peak can be controlled by predicting and dispersing the power consumption amount, and a plan for power use can be efficiently established.
일 실시예에 의하여, 황사, 분진 등의 공기 정화에 따라 냉방 시스템을 제어할 수 있는 바, 다양한 환경에 맞추어 냉방 시스템을 모니터링 할 수 있다.According to one embodiment, the cooling system can be controlled according to air purification of dust, dust, etc., and the cooling system can be monitored according to various environments.
일 실시예에 의하여, 인공지능 학습 모델을 이용하여 방대한 데이터를 활용하여 최적의 공조시스템 환경을 제공할 수 있다.According to one embodiment, an artificial intelligence learning model can be used to provide an optimal air conditioning system environment by utilizing vast amounts of data.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 의하여 냉방부하 예측을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치를 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 의하여, 냉방부하 예측을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치 및 연결 시스템의 기능적 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 의하여, 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 의하여 창호의 총합열전달계수의 변화에 따른 전열특성계수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 의하여 벽체의 총합열전달계수의 변화에 따른 전열특성계수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6는 인공 뉴럴 네트워크(Artificial Neural Network)를 이용한 딥 러닝 딥 러닝 연산에서 입력으로 제공되는 입력 특징 맵의 데이터와 필터(110-1 내지 110-n)를 도식화한 도면이다.1 is a view for explaining an apparatus for automatically controlling a cooling system using a cooling load prediction according to an embodiment of the present invention.
2 is a functional block diagram of an apparatus and a connection system for automatically controlling a cooling system using a cooling load prediction according to an embodiment.
3 is a flow diagram of a method for automatically controlling a cooling system, in accordance with one embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a change in heat transfer coefficient according to a change in total heat transfer coefficient of a window according to an embodiment.
5 is a graph showing a change in heat transfer coefficient according to a change in total heat transfer coefficient of a wall according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating data of an input feature map and filters 110-1 to 110-n provided as inputs in a deep learning deep run operation using an artificial neural network.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다. The following description and accompanying drawings are for understanding the operation according to the present invention, and parts that can be easily implemented by those skilled in the art can be omitted.
또한, 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Further, the specification and drawings are not provided for the purpose of limiting the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims. The terms used in this specification may be used to describe various elements in the technical idea of the present invention so as to most suitably represent the present invention, but the terms are defined by terms . Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the claims. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 의하여 냉방부하 예측을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치를 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an apparatus for automatically controlling a cooling system using a cooling load prediction according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에 의하여 냉방부하 예측을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 운전자의 경험에 의존하지 않고 최소의 운전비용으로 효율적인 냉방 시스템 제어를 수행할 수 있다. 또한, 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 예측된 냉방부하, 에너지 원단위, 기기의 특성, 기상청의 예보, 현재 공조 영역의 상황, 전력 상태를 예측함으로써 냉방 시스템을 제어할 수 있다.According to an exemplary embodiment, an
냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 빌딩의 설비, 전력, 조명, 출입, 환경, 방재 등을 모니터링함으로써 빌딩의 설비를 자동으로 제어할 수 있다. 이하에서 다른 도면을 이용하여 자세히 설명하도록 한다. The
인공지능(Artificial Intelligence, AI) 시스템은 인간 수준의 지능을 구현하는 컴퓨터 시스템이며, 기존 Rule기반 스마트 시스템과 달리 기계가 스스로 학습하고 판단하며 똑똑해지는 시스템이다. 인공지능 시스템은 사용할수록 인식률이 향상되고 사용자 취향을 보다 정확하게 이해할 수 있게 되어, 기존 Rule기반 스마트 시스템은 점차 딥러닝 기반 인공지능 시스템으로 대체되고 있다.Artificial intelligence (AI) system is a computer system that implements human-level intelligence. Unlike existing Rule-based smart systems, AI is a system in which machines learn, judge and become smart. Artificial intelligence systems are increasingly recognized and improving their understanding of user preferences as they are used, and existing rule-based smart systems are gradually being replaced by deep-run-based artificial intelligence systems.
인공지능 기술은 기계학습(딥러닝) 및 기계학습을 활용한 요소 기술들로 구성된다.Artificial intelligence technology consists of element technologies that utilize deep learning and machine learning.
기계학습은 입력 데이터들의 특징을 스스로 분류/학습하는 알고리즘 기술이며, 요소기술은 딥러닝 등의 기계학습 알고리즘을 활용하여 인간 두뇌의 인지, 판단 등의 기능을 모사하는 기술로서, 언어적 이해, 시각적 이해, 추론/예측, 지식 표현, 동작 제어 등의 기술 분야로 구성된다.Machine learning is an algorithm technology that classifies / learns the characteristics of input data by itself. Element technology is a technology that simulates functions such as recognition and judgment of human brain using machine learning algorithms such as deep learning. Understanding, reasoning / prediction, knowledge representation, and motion control.
인공지능 기술이 응용되는 다양한 분야는 다음과 같다. 언어적 이해는 인간의 언어/문자를 인식하고 응용/처리하는 기술로서, 자연어 처리, 기계 번역, 대화시스템, 질의 응답, 음성 인식/합성 등을 포함한다. 시각적 이해는 사물을 인간의 시각처럼 인식하여 처리하는 기술로서, 객체 인식, 객체 추적, 영상 검색, 사람 인식, 장면 이해, 공간 이해, 영상 개선 등을 포함한다. 추론 예측은 정보를 판단하여 논리적으로 추론하고 예측하는 기술로서, 지식/확률 기반 추론, 최적화 예측, 선호 기반 계획, 추천 등을 포함한다. 지식 표현은 인간의 경험정보를 지식데이터로 자동화 처리하는 기술로서, 지식 구축(데이터 생성/분류), 지식 관리(데이터 활용) 등을 포함한다. 동작 제어는 차량의 자율 주행, 로봇의 움직임을 제어하는 기술로서, 움직임 제어(항법, 충돌, 주행), 조작 제어(행동 제어) 등을 포함한다.The various fields in which artificial intelligence technology is applied are as follows. Linguistic understanding is a technology for recognizing, applying, and processing human language / characters, including natural language processing, machine translation, dialogue system, query response, speech recognition / synthesis, and the like. Visual understanding is a technology for recognizing and processing objects as human vision, including object recognition, object tracking, image search, human recognition, scene understanding, spatial understanding, and image enhancement. Inference prediction is a technique for judging and logically inferring and predicting information, including knowledge / probability based reasoning, optimization prediction, preference base planning, and recommendation. Knowledge representation is a technology for automating human experience information into knowledge data, including knowledge building (data generation / classification) and knowledge management (data utilization). The motion control is a technique for controlling the autonomous travel of the vehicle and the motion of the robot, and includes motion control (navigation, collision, traveling), operation control (behavior control), and the like.
통신 기술의 발달에 따라 사람들과 교류할 수 있는 다양한 기능들이 사용자 단말에 제공되면서 음성통화, 문자 등을 위한 연락처 뿐 아니라 메신저, 이메일, SNS(Social Network Service) 등의 통신을 위한 연락처도 증가하였다. With the development of communication technology, various functions for exchanging with people have been provided to the user terminal, and contacts for communication such as messenger, e-mail, and social network service (SNS) have increased as well as contacts for voice calls and texts.
이러한 다양한 종류의 통신 채널들에 따른 수많은 연락처를 일일이 기억하는 것은 무리이며, 사용자 편의를 위해 각 통신 채널 프로그램들은 다양한 방법으로 연락처를 추천하는 기능을 제공하고 있다. 그러나, 기존의 연락처 추천 방법은 대부분 통화 횟수 및 통화 시간에 따라 연락처를 단순 추천하는 경우가 대부분이었으며, 이에 따라 사용자의 컨텍스트에 따른 세분화된 연락처 추천의 필요성이 증가하였다.It is difficult to memorize a large number of contacts according to various kinds of communication channels. For convenience of users, each communication channel program provides a function of recommending contacts in various ways. However, most of the existing contact recommendation methods have been based on simple recommendation of contacts according to the number of calls and the duration of calls. Accordingly, the necessity of subdivided contact recommendation according to the user context has increased.
도 2는 일 실시예에 의하여, 냉방부하 예측을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치 및 연결 시스템의 기능적 블록도이다. 2 is a functional block diagram of an apparatus and a connection system for automatically controlling a cooling system using a cooling load prediction according to an embodiment.
일 실시예에 의하여, 본 발명은 냉방부하 예측을 통해 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)를 제공할 수 있으며, 본 장치는 기상청 서버(200)로부터 네트워크(250)를 통해 익일의 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 포함하는 기상 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부(110), 공조 대상 영역의 온도, 습도, CO2농도 및 미세먼지 농도를 포함하는 공조 대상 영역의 컨디션을 일정 시간 간격으로 측정하는 센싱부(120), 공조 대상 영역의 온도와 기상 데이터의 온도 데이터를 비교하여 온도 비교값을 산출하고, 온도 비교값과 미리 설정된 표준 온도를 비교하여 제 1 제어값을 결정하는 제 1 제어부(130), 공조 대상 영역의 습도와 기상 데이터의 습도 데이터를 비교하여 습도 비교값을 산출하고, 습도 비교값과 미리 설정됨 표준 습도를 비교하여 제 2 제어값을 결정하는 제 2 제어부(140), 공조 대상 영역의 CO2 농도와 미리 설정된 표준 CO2 농도 범위를 비교하여 CO2 농도 비교값을 산출하고, CO2농도 비교값에 따라 제 3 제어값을 결정하는 제 3 제어부(150), 공조 대상 영역의 미세먼지 농도와 기상 데이터의 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 비교하여 실내오염 지수를 산출하고, 실내오염 지수에 따라 제 4 제어값을 결정하는 제 4 제어부(160), 공존 대상 영역에 연결된 냉방 시스템의 요구 열량과 운전 스케줄을 측정하여 냉방 시스템에 연결된 공급 시스템의 공급열량과 냉방부하를 예측하고, 냉방 부하를 기준으로 시간별, 계절별로 다른 에너지 요금, 운전조건 및 외기상태에 따라 달라지는 공급 시스템의 공급열량과 운전스케줄을 고려하여 제 5 제어값을 결정하는 제 5 제어부(170) 및 제 1 제어값, 제 2 제어값, 제 3 제어값, 제 4 제어값 및 제 5 제어값을 종합하여 냉방 시스템을 제어하는 제어 신호를 생성하고, 제어 신호에 따라 냉방 시스템(300)의 운행을 제어하고, 냉방 시스템의 운행에 따른 시간별 전력량을 측정하고, 시간별 전력량에 기초하여, 시간대 별로 냉방 시스템의 운행모드를 결정하고, 시간대 별 운행모드에 따라 냉방 시스템의 운행을 자동으로 제어하는 중앙 제어부(180)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, the present invention may provide an
일 실시예예 의하여 냉방 시스템(300)은 공조기, 냉동기, 에어컨 등 공조 대상 영역의 냉온도 조절, 공기 정화조절, 산소 농도 조절 등을 담당하는 기기등을 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the
일 실시예에 따른 네트워크(250)는 무선 랜(LAN), 와이파이(Wi-Fi), 3G, 4G, 와이맥스, 와이브로(WiBro), 무선 메시 네트워크, UWB(Ultra wide Band), 지그비, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 특정 무선통신 규격에 의한 네트워크망에 제한되지 않는다.The
기상청 서버(200)는 매일 정해진 시기에 따라 측정되는 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도 등을 포함하는 기상 데이터를 측정할 수 있다. 기상청 서버(200)는 미리 결정된 시기에 따라 측정된 기상 데이터를 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)에 제공할 수 있다. 기상청 서버(200)는 특정한 지역, 특정한 시간대의 기상 데이터를 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)에 제공할 수 있다.The
도 3은 일 실시예에 의하여, 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.3 is a flow diagram of a method for automatically controlling a cooling system, in accordance with one embodiment.
일 개시에 의하여 시스톨릭 배열을 이용하여 입력 특징 맵의 데이터와 필터의 웨이트 값의 컨볼루션 연산을 수행하는 프로세서를 포함하는, 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 시스템을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법을 제공할 수 있다.(AI) system comprising a processor for performing a convolution operation of data of an input feature map and a weight value of a filter using a systolic array by means of an automatic start Can be provided.
단계 S301에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 기상청 서버로부터 익일의 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 포함하는 기상 데이터를 획득할 수 있다.In step S301, the
단계 S302에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역의 온도, 습도, CO2농도 및 미세먼지 농도를 포함하는 공조 대상 영역의 컨디션을 일정 시간 간격으로 측정할 수 있다. 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치는 덕트용 온도 검출기, 덕트용 온습도 검출기, 실간 차압지시계, 실내용 온습도 검출기, 배관용 온도 검출기 및 CO2 검출 센서 등을 사용하여 공조 대상 영역의 컨디션을 측정할 수 있다.In step S302, the
단계 S303에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역의 온도와 기상 데이터의 온도 데이터를 비교하여 온도 비교값을 산출하고, 온도 비교값과 미리 설정된 표준 온도를 비교하되, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 1 학습모델로부터 공조 대상 영역의 적정 온도로서 제 1 제어값을 획득할 수 있다.In step S303, the
단계 S304에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역의 습도와 기상 데이터의 습도 데이터를 비교하여 습도 비교값을 산출하고, 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도를 비교하되, 온도, 운량, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 2 학습모델로부터 공조 대상 영역의 적정 습도로서 제 2 제어값을 결정할 수 있다.In step S304, the
일 개시에 따라, 온도 비교값과 미리 설정된 표준온도의 비율이 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도의 비율보다 큰 경우, 제 2 제어값을 0으로 변경하고, 온도 비교값과 미리 설정된 표준온도의 비율이 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도의 비율보다 작은 경우, 제 1 제어값을 0으로 변경할 수 있다.When the temperature comparison value and the preset standard temperature ratio are larger than the humidity comparison value and the preset standard humidity ratio, the second control value is changed to 0, and the ratio of the temperature comparison value and the predetermined standard temperature Is smaller than the ratio of the humidity comparison value and the standard humidity set in advance, the first control value can be changed to zero.
*단계 S305에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역의 CO2 농도와 미리 설정된 표준 CO2 농도 범위를 비교하여 CO2 농도 비교값을 산출하고, CO2농도 비교하되, 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 3 학습모델로부터 공조 대상 영역의 적정 CO2농도로서 제 3 제어값을 결정할 수 있다.* In step S305, one
단계 S306에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역의 미세먼지 농도와 기상 데이터의 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 비교하여 실내오염 지수를 산출하고, 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 4 학습모델로부터 공조 대상 영역의 적정 실내오염지수로서의 제 4 제어값을 결정할 수 있다.In step S306, the
단계 S307에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 공조 대상 영역에 연결된 냉방 시스템의 요구 열량과 운전 스케줄을 측정하여 냉방 시스템에 연결된 공급 시스템의 공급열량과 냉방부하를 예측하고, 냉방 부하를 기준으로 시간별, 계절별로 다른 에너지 요금, 운전조건 및 외기상태에 따라 달라지는 공급 시스템의 공급열량과 운전스케줄을 고려하여 학습된 제 5 학습모델로부터 냉방 시스템의 제어값인 제 5 제어값을 결정할 수 있다.In step S307, the
단계 S308에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 제 1 제어값, 제 2 제어값, 제 3 제어값, 제 4 제어값 및 제 5 제어값을 종합하되, 매퍼(mapper)를 이용하여 순차적인 클럭(clock)에 따라 동일한 값을 갖는 데이터가 기설정된 회수만큼 반복되어 곱셈 덧셈 연산기에 입력되도록 입력 특징 맵의 데이터의 순서를 변경하여 입력 특징 맵의 데이터를 시스톨릭 배열로 매핑하고, 매핑된 입력 특징 맵의 데이터 및 필터의 웨이트 값을 시스톨릭 배열 연산기에 입력시켜 컨볼루션 연산(convolution)을 수행하여 컨볼루션 연산된 출력값들을 누적 합산(accumulation)하여 출력 특징 맵(output feature map)을 생성함으로써, 냉방 시스템을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. In step S308, the
일 개시에 의하여, 제어 신호를 생성하는 단계는, 입력 특징 맵의 동일한 두 개의 입력 데이터 값이 반복되어 시스톨릭 배열 연산기에 입력되도록 입력 데이터의 입력 순서를 변경하고, 입력 특징 맵의 데이터가 필터의 크기(N)와 동일한 횟수만큼 반복적으로 시스톨릭 배열 연산기에 입력되도록 입력 특징 맵의 데이터의 입력 순서를 변경하는 과정을 반복함으로써 제어 신호를 생성할 수 있다.The step of generating a control signal by changing the input order of the input data so that the same two input data values of the input feature map are repeated and input to the systolic array operator, The control signal can be generated by repeating the process of changing the input order of the data of the input feature map so as to be repeatedly input to the systolic array operator by the same number of times as the size N. [
예를 들어, 상기 매퍼는 상기 입력 특징 맵의 동일한 두 개의 입력 데이터 값이 반복되어 상기 시스톨릭 배열 연산기에 입력되도록 상기 입력 데이터의 입력 순서를 변경할 수 있다. For example, the mapper may change the input order of the input data so that the same two input data values of the input feature map are repeatedly input to the systolic array operator.
냉방 시스템을 제어하는 장치는 매퍼, 시스톨릭 연산기, 및 누산기(adder)를 포함할 수 있다.The apparatus for controlling the cooling system may include a mapper, a systolic computing unit, and an adder.
시스톨릭 배열 연산기에 입력되는 데이터의 순서를 변경하는 매핑(mapping)을 통해 연산을 수행하는데 소모되는 전력량을 감소시키고, 연산 속도를 증가시키는 제어 신호를 생성할 수 있다.It is possible to generate a control signal for reducing the amount of power consumed in performing the arithmetic operation and increasing the arithmetic operation speed through mapping which changes the order of data inputted to the systolic array operator.
일 개시에 의하여 냉방 시스템을 제어하는 장치는 매퍼에 의해 시스톨릭 배열로 매핑된 상기 입력 특징 맵의 데이터 중 0값으로 식별된 데이터의 상기 시스톨릭 배열 상에서의 위치 정보를 획득하는 언매퍼(unmapper)를 더 포함하고, 상기 언매퍼는 획득한 상기 0값 데이터의 위치 정보에 기초하여 상기 입력 특징 맵의 각 영역에 대한 출력값들을 누적 합산하도록 상기 누산기를 제어하는 애더 트리 제어 회로(adder-tree control circuit)를 포함할 수 있다. An apparatus for controlling a cooling system according to the present invention includes an unmapper for acquiring position information on the systolic array of data identified as zero among data of the input feature map mapped by a mapper in a systolic array, Mapper control circuit for controlling the accumulator to cumulatively add output values for the respective regions of the input feature map based on position information of the obtained zero-value data, the adder-tree control circuit ).
매퍼는 입력 특징 맵의 데이터 또는 필터의 웨이트 값에 대하여, 순차적인 클럭에 따라 동일한 값을 갖는 데이터가 반복되어 시스톨릭 연산기에 입력되도록 입력 특징 맵의 데이터 또는 필터의 웨이트 값의 입력 순서(sequence)를 변경하는 매핑(mapping)을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 매퍼는 입력 특징 맵의 데이터가 필터의 크기(N)와 동일한 회수만큼 반복적으로 시스톨릭 연산기 내의 곱셈 덧셈 연산기에 입력되도록 입력 특징 맵의 데이터의 입력 순서(sequence)를 변경할 수 있다. 예를 들어, 필터의 크기가 3×3인 경우, 매퍼는 곱셈 덧셈 연산기에 x11, x12, x13, 각각의 입력 데이터가 3번씩 반복하여 입력되도록 입력 특징 맵을 시스톨릭 배열로 매핑할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 매퍼는 입력 특징 맵의 데이터를 2번씩 반복되어 곱셈 덧셈 연산기에 입력되도록 입력 특징 맵을 매핑할 수 있다.The mapper inputs the data of the input feature map or the weight value of the filter so that the data having the same value is repeated to the systolic operator according to the sequential clock, A mapping can be performed. In one embodiment, the mapper may change the input sequence of data of the input feature map so that the data of the input feature map is repeatedly input to the multiplication addition operator in the systolic operator with the number of times equal to the size (N) of the filter . For example, if the size of the filter is 3 x 3, the mapper maps the input feature map to the systolic array so that the input data of x 11 , x 12 , and x 13 are repeatedly input three times to the multiply adder . However, the present invention is not limited to this, and the mapper may map the input feature map such that the data of the input feature map is repeated twice and input to the multiply-add operator.
시스톨릭 연산기는 복수의 곱셈 덧셈 연산기(Processing Elements)를 포함할 수 있다. 복수의 곱셈 덧셈 연산기 각각은 플립-플롭 회로(flip-flop)로 구성될 수 있다. 복수의 곱셈 덧셈 연산기 각각은 일정한 레이턴시(latency)를 갖는 순차적인 클럭에 따라 입력되는 입력 데이터와 필터의 웨이트 값을 각각 곱하고, 곱해진 값을 더하는 연산을 수행할 수 있다. The systolic operator may include a plurality of multiplication and addition processors (Processing Elements). Each of the plurality of multiplication addition operators may be configured as a flip-flop. Each of the plurality of multiplication addition operation units may perform an operation of multiplying input data input according to a sequential clock having a constant latency and a weight value of a filter, respectively, and adding the multiplied values.
누산기(adder)는 입력 특징 맵의 데이터와 필터의 웨이트 값을 곱하여 얻어진 출력 값들을 누적 합산(accumulation)하여 출력 특징 맵을 생성할 수 있다. 누산기는 필터가 입력 특징 맵 상에서 스트라이드(stride) 됨에 따라 변경되는 입력 특징 맵의 데이터와 필터의 웨이트 값의 조합에 기초하여 시스톨릭 배열 연산기의 복수의 곱셈 덧셈 연산기 각각에 의해 계산된 출력 값을 선택할 수 있다. 누산기는 선택한 출력 값들을 누적 합산하여 출력 특징 맵을 생성할 수 있다. The accumulator can accumulate the output values obtained by multiplying the data of the input feature map by the weight value of the filter and generate an output feature map. The accumulator selects an output value calculated by each of the plurality of multiplication addition operators of the systolic array operator based on the combination of the data of the input feature map and the weight value of the filter that is changed as the filter is strided on the input feature map . The accumulator can generate an output feature map by cumulatively summing the selected output values.
여기서 제어 신호에 의하여 전체적인 냉방 시스템의 제어 방향이 결정될 수 있다.Here, the control direction of the entire cooling system can be determined by the control signal.
단계 S309에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 제어 신호에 따라 냉방 시스템의 운행을 제어하고, 냉방 시스템의 운행에 따른 시간별 전력량을 측정할 수 있다.In step S309, the
단계 S310에서, 일 실시예예 의한 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 시간별 전력량에 기초하여, 시간대 별로 냉방 시스템의 운행모드를 결정하고, 시간대 별 운행모드에 따라 냉방 시스템의 운행을 자동으로 제어할 수 있다.In step S310, the
냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 시간대 별 운행 모드에 따라 제어 신호를 달리 생성할 수 있고, 이로 인하여 전력 사용이 분산되므로, 냉방 시스템의 전력 피크를 제어할 수 있다. The
또한, 제 4 제어값을 결정하는 단계는, 공조 대상 영역 내의 사용자 수를 감지하고, 공조 대상 영역 내 온도 변화율에 따른 제1 열량 및 공조 대상 영역 내 출입하는 열량 변화량에 따른 제 2 열량으로 성립되는 수학식 1을 근거로 제 4 제어값을 결정하는 것을 특징으로 하고,Further, the step of determining the fourth control value may include detecting a number of users in the air-conditioning object area, establishing a first heat amount corresponding to a temperature change rate in the air-conditioning object area and a second heat amount corresponding to a heat amount change amount entering and leaving the air- And a fourth control value is determined based on Equation (1)
[수학식1][Equation 1]
여기서, ρ는 밀도(kg/㎥), cp는 비열(W/(㎏K)), V는 체적(㎥), T는 온도(K), h는 열전달 계수, U는 통합열전달계수(W/(㎡K)), A는 면적(㎡), 는 단위 면적당 일사량(W/㎡), 는 창의 차폐계수, 는 질량흐름률(kg/s), 는 내부 발열량(W)을 나타낼 수 있다.Where ρ is density (kg / m 3), c p is specific heat (W / (kgK)), V is volume (m 3), T is temperature (K), h is heat transfer coefficient, U is integrated heat transfer coefficient / (M2K)), A is the area (m2), (W / m < 2 >) per unit area, The window shielding coefficient, Is the mass flow rate (kg / s), Can represent the internal heating value (W).
또한, 제 4 제어값이 미리 결정된 임계값보다 높게 측정되는 경우, 송풍기에 가해지는 전력을 자동으로 제어하여 상기 공조 대상 영역을 자동으로 살균 및 탈취하는 살균 및 탈취단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a sterilizing and deodorizing step of automatically controlling the power applied to the blower to automatically sterilize and deodorize the air conditioning subject area when the fourth control value is measured to be higher than a predetermined threshold value.
일 개시에 의하여 살균 및 탈취 단계는, 탄산칼륨(K2CO3) , 탄산나트륨(Na2CO3) , 염화칼륨(KCl) , D-말티톨(C12H24O11), 황산나트륨(Na2SO4), 글루콘산아연(C12H22O14Zn nH2O(n=0∼3)의 함량 중량비는 13∼20 : 4∼5 : 4∼6 : 2∼7 : 1∼3: 7∼8 인 유해물질 분해제 물에 1:9의 비율로 희석시킨 후, 30 내지 70ml/min 속도로 상기 공조 대상 영역에 분사하는 것을 특징할 수 있다.The disinfection and deodorization step of the present invention includes the steps of disinfection and deodorization using potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na2CO3), potassium chloride (KCl), D-maltitol (C12H24O11), sodium sulfate (Na2SO4), zinc gluconate (C12H22O14ZnH2O ) Is diluted in a ratio of 1: 9 to a harmful substance decomposition product having a weight ratio of 13 to 20: 4 to 5: 4 to 6: 2 to 7: 1 to 3: 7 to 8, And the air is sprayed to the air-conditioning object area at a speed that is higher than the air-
보다 바람직하게는, 살균 및 탈취 단계는, 탄산칼륨(K2CO3) , 탄산나트륨(Na2CO3) , 염화칼륨(KCl) , D-말티톨(C12H24O11), 황산나트륨(Na2SO4), 글루콘산아연(C12H22O14Zn nH2O(n=0∼3)의 함량 중량비는 15 : 5 : 6 : 5 : 2: 8 인 유해물질 분해제 물에 1:9의 비율로 희석시킨 후, 60ml/min 속도로 상기 공조 대상 영역에 분사하는 것을 특징할 수 있다.More preferably, the step of sterilizing and deodorizing is carried out in the same manner as that of the first step except that potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na2CO3), potassium chloride (KCl), D-maltitol (C12H24O11), sodium sulfate (Na2SO4), zinc gluconate (C12H22O14ZnH2O 3) is diluted in a ratio of 1: 9 to a harmful substance decomposition product having a weight ratio of 15: 5: 6: 5: 2: 8, and then sprayed to the air conditioning object region at a rate of 60 ml / min have.
도 4는 일 실시예에 의하여 창호의 총합열전달계수의 변화에 따른 전열특성계수의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing a change in heat transfer coefficient according to a change in total heat transfer coefficient of a window according to an embodiment.
도 4에서는 창호에 대한 전열특성계수를 구하기 위해 EnergyPlus의 데이터베이스에서 제공하는 여러 종류(본 실험에서는 23개)의 창호에 대해 총합열전달계수와 전열특성계수 사이의 관계에 따라 총합열전달계수와 전열특성계수를 도식화 한 것이다. FIG. 4 shows the relationship between the total heat transfer coefficient and the heat transfer coefficient for various kinds of windows (23 in the present experiment) provided by the EnergyPlus database in order to obtain the coefficient of heat transfer coefficient for the window, and the total heat transfer coefficient and the heat transfer coefficient .
도 5는 벽체의 총합열전달계수의 변화에 따른 전열특성계수의 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing changes in heat transfer coefficient according to changes in the total heat transfer coefficient of the wall.
본 발명에서는 건물을 구성하는 다양한 벽체의 구조를 고려한 부하특성계수를 구하기 위해 건물을 구성하는 벽체의 구조를 변수로 하여 각각의 변수를 3가지 조건으로 나누어 분석하였으나, 이때 변수의 조건을 매번 바꾸어 해석하게 되면 경우의 수가 지나치게 많아지기 때문에 이를 해결하기 위해 실험계획법을 이용하여 일정 개수(본 실험에서는 27개)의 벽체를 해석모델로 설정하고, 이들 해석모델에 대해 창호의 전열특성계수를 구할 때와 마찬가지로 총합열전달계수와 전열특성계수 사이의 관계를 살펴보았으며, 그 결과 도 2에서와 같이 벽체에 있어서도 창호에 있어서와 똑같이 총합열전달계수와 전열특성계수는 선형적인 관계로 표현될 수 있음을 확인하였다.In the present invention, in order to obtain the load factor coefficient considering the structure of various walls constituting the building, the structure of the wall constituting the building is analyzed as a variable and each variable is divided into three conditions. In this case, In order to solve this problem, the number of cases is excessively increased. In order to solve this problem, the number of walls (27 in this experiment) is set as an analytical model by using an experimental design method, Similarly, the relationship between the total heat transfer coefficient and the coefficient of heat transfer coefficient was examined. As a result, it was confirmed that the total heat transfer coefficient and the heat transfer coefficient can be expressed linearly in the wall as in Fig. .
도 6은 일 실시예에 의한 창호의 일사획득계수의 변화에 따른 일사특성계수의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a change in the solar radiation characteristic coefficient according to the variation of the solar radiation acquisition coefficient of a window according to an exemplary embodiment.
창호에 대한 일사특성계수를 구하기 위해 본 발명에서는 EnergyPlus의 데이터베이스에서 제공하는 여러 종류의 창호(본 실험에서는 207개)에 대하여 일사획득계수와 일사특성계수 사이의 관계를 살펴보았으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.In order to obtain the solar radiation characteristic coefficient for the window, the present invention examined the relationship between the solar radiation characteristic coefficient and the solar radiation characteristic coefficient for various types of windows provided in the EnergyPlus database (207 in this experiment) 6.
도 6에 표시된 그래프에 대해 커브피팅(curve fitting)을 행하게 되면 창호에 대한 일사특성계수를 구할 수 있다.When curve fitting is performed on the graph shown in FIG. 6, the solar radiation characteristic coefficient for the window can be obtained.
여기서, 상수 C5,C6 및 C7은 각각 다양한 종류의 창호에 대해 건물에너지 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 구할 수 있고, SCwin는 창호에 설치된 외부 차양장치의 일사차폐계수로서 차양의 기하학적 형상과 방위를 고려하여 계산되며 차양이 없는 경우에는 1이 되고, i는 건물 냉난방 공간을 둘러싸고 있는 6개면의 방위를 나타내고, j는 건물의 한 방위면을 구성하는 창호 종류의 수를 나타낸다.Here, constants C 5 , C 6 and C 7 can be obtained by using a building energy simulation program for various types of windows, respectively, and SC win is a solar shielding coefficient of an external shading device installed in a window, And i is the number of the six sidewalls surrounding the building's heating and cooling space, and j is the number of windows that form one bearing surface of the building.
냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 외부 단말로 현재 공조 대상 영역의 상태를 전송할 수 있다. 또한, 냉방시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 제어 정보를 외부 단말로 전송할 수 있다.The
냉방 시스템을 자동으로 제어하는 장치(100)는 외부 단말로부터 제어 정보를 수신하고, 그 제어 정보에 따라서 냉방 시스템을 자동으로 제어할 수 있다.The
외부 단말은 스마트폰(Smart Phone), 스마트패드(Smart Pad), PDA(Personal Digital Assistants), 노트북(laptop), 슬레이트 PC(Slate PC), 휴대용 PC 등의 무선 네트워크가 가능한 개인용 연산처리 장치를 포함할 수 있다. The external terminal includes a personal computing device capable of wireless networking such as a smart phone, a smart pad, a PDA (Personal Digital Assistants), a laptop, a slate PC, and a portable PC can do.
도 6는 인공 뉴럴 네트워크(Artificial Neural Network)를 이용한 딥 러닝 딥 러닝 연산에서 입력으로 제공되는 입력 특징 맵의 데이터와 필터(110-1 내지 110-n)를 도식화한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating data of an input feature map and filters 110-1 to 110-n provided as inputs in a deep learning deep run operation using an artificial neural network.
딥 러닝(Deep Learning) 등을 포함하는 인공지능(AI) 알고리즘은 인공 뉴럴 네트워크(Artificial Neural Network, ANN)에 입력 데이터(10)을 입력시키고, 컨볼루션 등의 연산을 통해 출력 데이터(30)를 학습하는 것을 특징으로 한다. 인공 뉴럴 네트워크는 생물학적 뇌를 모델링한 컴퓨터 과학적 아키텍쳐(Computational Architecture)를 의미할 수 있다. 인공 뉴럴 네트워크 내에서, 뇌의 뉴런들에 해당되는 노드들은 서로 연결되어 있고, 입력 데이터를 처리하기 위하여 집합적으로 동작한다. 다양한 종류의 뉴럴 네트워크들을 예로 들면, 컨볼루션 뉴럴 네트워크(Convolutional Neural Network; CNN), 회귀 뉴럴 네트워크(Recurrent Neural Network; RNN), 딥 빌리프 네트워크(Deep Belief Network; DBN), 제한된 볼츠만 기계(Restricted Boltzman Machine; RBM) 방식 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 피드-포워드(feed-forward) 뉴럴 네트워크에서, 뉴럴 네트워크의 뉴런들은 다른 뉴런들과의 연결들(links)을 갖는다. 이와 같은 연결들은 뉴럴 네트워크를 통해, 한 방향으로, 예를 들어 순방향(forward direction)으로 확장될 수 있다. The artificial intelligence (AI) algorithm including Deep Learning and the like inputs input data 10 to an artificial neural network ANN and outputs output data 30 through arithmetic operations such as convolution . An artificial neural network can refer to a computational architecture that models a biological brain. Within an artificial neural network, the neurons of the brain are connected to each other and collectively act to process input data. Examples of various types of neural networks include a Convolutional Neural Network (CNN), a Recurrent Neural Network (RNN), a Deep Belief Network (DBN), a Restricted Boltzman (RBM) method, but the present invention is not limited thereto. In a feed-forward neural network, neurons in a neural network have links to other neurons. Such connections can be extended in one direction, for example in the forward direction, through a neural network.
도 6을 참조하면, 인공 뉴럴 네트워크에 입력 데이터(10)가 입력되고, 하나 이상의 레이어(layer)를 포함하는 컨볼루션 뉴럴 네트워크(Convolution Neural Network, CNN)(20)를 통해 출력 데이터(30)가 출력되는 구조가 도시된다. 인공 뉴럴 네트워크는 2개 이상의 레이어를 보유한 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network)일 수 있다.Referring to FIG. 6, input data 10 is input to an artificial neural network, and output data 30 is transmitted through a Convolution Neural Network (CNN) 20 including one or more layers Output structure is shown. The artificial neural network may be a Deep Neural Network having two or more layers.
컨볼루션 뉴럴 네트워크(20)는 입력 데이터(10)로부터 테두리, 선 색 등과 같은 "특징들(features)"을 추출하기 위해 이용될 수 있다. 컨볼루션 뉴럴 네트워크(20)는 복수의 레이어를 포함할 수 있다. 각각의 레이어는 데이터를 수신할 수 있고, 해당 레이어에 입력되는 데이터를 처리하여 해당 레이어에서 출력되는 데이터를 생성할 수 있다. 레이어에서 출력되는 데이터는, 컨볼루션 뉴럴 네트워크(20)에 입력된 이미지 또는 입력된 특징 맵(Feature Map)을 하나 이상의 필터(filter)의 웨이트(weight) 값과 컨볼루션 연산하여 생성한 특징 맵일 수 있다. 컨볼루션 뉴럴 네트워크(20)의 초기 레이어들은 입력으로부터 에지들 또는 그레디언트들과 같은 낮은 레벨의 특징들을 추출하도록 동작될 수 있다. 컨볼루션 뉴럴 네트워크(20)의 다음 레이어들은 이미지 내의 눈, 코 등과 같은 점진적으로 더 복잡한 특징들을 추출할 수 있다.Convolutional neural network 20 may be used to extract "features" such as borders, line colors, etc. from input data 10. [ Convolutional neural network 20 may include a plurality of layers. Each layer can receive data, process data input to the layer, and generate data output from the layer. The data output from the layer may be a feature map generated by convoluting an input image or an input feature map with a weight value of one or more filters, have. The initial layers of the convolutional neural network 20 may be operated to extract low level features such as edges or gradients from the input. The following layers of the convolutional neural network 20 can extract progressively more complex features such as eyes, nose, and the like in the image.
인공 뉴럴 네트워크에 입력으로 제공되는 입력 특징 맵(100) 및 복수의 필터(110-1 내지 110-n)이 도시된다. 입력 특징 맵(100)은 인공 뉴럴 네트워크에 입력되는 이미지의 픽셀 값 또는 수치 데이터의 집합일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 도 1(b)에서 입력 특징 맵(100)은 인공 뉴럴 네트워크를 통해 학습할 대상이 되는 이미지의 픽셀 값으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 입력 특징 맵(100)은 256×256의 픽셀과 K의 깊이(depth)를 가질 수 있다. 그러나, 상기 값은 예시적인 것이고, 입력 특징 맵(100)의 픽셀 크기가 상기 예시로 한정되는 것은 아니다. An
필터(110-1 내지 110-n)은 N개로 형성될 수 있다. 복수의 필터(110-1 내지 110-n) 각각은 n by n(n×n)의 웨이트(weight) 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 필터(110-1 내지 110-n) 각각은 3×3의 픽셀과 K의 깊이값을 가질 수 있다. 그러나, 상기 필터의 크기는 예시적인 것이고, 복수의 필터(110-1 내지 110-n) 각각의 크기가 상기 예시로 한정되는 것은 아니다. The filters 110-1 to 110-n may be formed of N pieces. Each of the plurality of filters 110-1 to 110-n may include a weight value of n by n (nxn). For example, each of the plurality of filters 110-1 to 110-n may have a depth value of K and a pixel of 3x3. However, the size of the filter is exemplary and the size of each of the plurality of filters 110-1 to 110-n is not limited to the above example.
*한편, 상술한 실시예는, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 또한, 상술한 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 컴퓨터가 읽고 실행할 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments can be implemented in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed in a computer and operates the program using a medium readable by a computer. In addition, the structure of the data used in the above-described embodiment can be recorded on a computer-readable medium through various means. Furthermore, the above-described embodiments may be embodied in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules, being executed by a computer. For example, methods implemented with software modules or algorithms may be stored in a computer readable recording medium, such as code or program instructions, which the computer can read and execute.
본 개시에서 설명된 특정 실행들은 일 실시예일 뿐이며, 어떠한 방법으로도 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 및 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될수있다.The particular implementations described in this disclosure are by way of example only and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way. For brevity of description, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted.
Claims (2)
기상청 서버로부터 익일의 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 포함하는 기상 데이터를 획득하는 단계;
공조 대상 영역의 온도, 습도, CO2농도 및 미세먼지 농도를 포함하는 공조 대상 영역의 컨디션을 30분 간격으로 측정하는 단계;
상기 공조 대상 영역의 온도와 상기 기상 데이터의 온도 데이터를 비교하여 온도 비교값을 산출하고, 상기 온도 비교값과 미리 설정된 표준 온도를 비교하되, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 1 학습모델로부터 상기 공조 대상 영역의 적정 온도로서 제 1 제어값을 획득하는 단계;
상기 공조 대상 영역의 습도와 상기 기상 데이터의 습도 데이터를 비교하여 습도 비교값을 산출하고, 상기 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도를 비교하되, 온도, 운량, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 2 학습모델로부터 상기 공조 대상 영역의 적정 습도로서 제 2 제어값을 결정하는 단계;
상기 온도 비교값과 미리 설정된 표준온도의 비율이 상기 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도의 비율보다 큰 경우, 상기 제 2 제어값을 0으로 변경하고, 상기 온도 비교값과 미리 설정된 표준온도의 비율이 상기 습도 비교값과 미리 설정된 표준 습도의 비율보다 작은 경우, 상기 제 1 제어값을 0으로 변경하는 단계;
상기 공조 대상 영역의 CO2 농도와 미리 설정된 표준 CO2 농도 범위를 비교하여 CO2 농도 비교값을 산출하고, 상기 CO2농도 비교하되, 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 3 학습모델로부터 상기 공조 대상 영역의 적정 CO2농도로서 제 3 제어값을 결정하는 단계;
상기 공조 대상 영역의 미세먼지 농도와 상기 기상 데이터의 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도를 비교하여 실내오염 지수를 산출하고, 온도, 운량, 습도, 일사량, 황사량, 분진량 및 대기 미세먼지 농도에 대한 정보를 추가하여 학습된 제 4 학습모델로부터 상기 공조 대상 영역의 적정 실내오염지수로서의 제 4 제어값을 결정하는 단계;
상기 공조 대상 영역에 연결된 냉방 시스템의 요구 열량과 운전 스케줄을 측정하여 상기 냉방 시스템에 연결된 공급 시스템의 공급열량과 냉방부하를 예측하고, 상기 냉방 부하를 기준으로 시간별, 계절별로 다른 에너지 요금, 운전조건 및 외기상태에 따라 달라지는 공급 시스템의 공급열량과 운전스케줄을 고려하여 학습된 제 5 학습모델로부터 상기 냉방 시스템의 제어값인 제 5 제어값을 결정하는 단계;
상기 제 1 제어값, 상기 제 2 제어값, 상기 제 3 제어값, 상기 제 4 제어값 및 상기 제 5 제어값을 종합하되, 매퍼(mapper)를 이용하여 순차적인 클럭(clock)에 따라 동일한 값을 갖는 데이터가 기설정된 회수만큼 반복되어 곱셈 덧셈 연산기에 입력되도록 상기 입력 특징 맵의 데이터의 순서를 변경하여 상기 입력 특징 맵의 데이터를 시스톨릭 배열로 매핑하고, 매핑된 상기 입력 특징 맵의 데이터 및 필터의 웨이트 값을 상기 시스톨릭 배열 연산기에 입력시켜 컨볼루션 연산(convolution)을 수행하여 상기 컨볼루션 연산된 출력값들을 누적 합산(accumulation)하여 출력 특징 맵(output feature map)을 생성함으로써, 상기 냉방 시스템을 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 제어 신호에 따라 상기 냉방 시스템의 운행을 제어하고, 상기 냉방 시스템의 운행에 따른 시간별 전력량을 측정하는 단계;및
상기 시간별 전력량에 기초하여, 시간대 별로 상기 냉방 시스템의 운행모드를 결정하고, 상기 시간대 별 운행모드에 따라 상기 냉방 시스템의 운행을 자동으로 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 입력 특징 맵의 동일한 두 개의 입력 데이터 값이 반복되어 상기 시스톨릭 배열 연산기에 입력되도록 상기 입력 데이터의 입력 순서를 변경하고, 상기 입력 특징 맵의 데이터가 상기 필터의 크기(N)와 동일한 횟수만큼 반복적으로 상기 시스톨릭 배열 연산기에 입력되도록 상기 입력 특징 맵의 데이터의 입력 순서를 변경하는 과정을 반복함으로써 상기 제어 신호를 생성하며,
상기 제 4 제어값을 결정하는 단계는,
상기 공조 대상 영역 내의 사용자 수를 감지하고, 상기 공조 대상 영역 내 온도 변화율에 따른 제1 열량 및 상기 공조 대상 영역 내 출입하는 열량 변화량에 따른 제 2 열량으로 성립되는 수학식 1을 근거로 상기 제 4 제어값을 결정하는 것을 특징으로 하고,
[수학식1]
(여기서, ρ는 밀도(kg/㎥), cp는 비열(W/(㎏K)), V는 체적(㎥), T는 온도(K), h는 열전달 계수, U는 통합열전달계수(W/(㎡K)), A는 면적(㎡), 는 단위 면적당 일사량(W/㎡), 는 창의 차폐계수, 는 질량흐름률(kg/s), 는 내부 발열량(W)을 나타냄.)
상기 제 4 제어값이 미리 결정된 임계값보다 높게 측정되는 경우, 송풍기에 가해지는 전력을 자동으로 제어하여 상기 공조 대상 영역을 자동으로 살균 및 탈취하는 살균 및 탈취 단계;를 더 포함하는, 인공지능 시스템을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법.A method for automatically controlling a cooling system using an artificial intelligence (AI) system, comprising a processor for performing a convolution operation of data of an input feature map and a weight value of a filter using a systolic array ,
Obtaining meteorological data including the temperature, cloudiness, humidity, solar radiation amount, dust amount, dust amount and atmospheric fine dust concentration of the next day from the weather station server;
Measuring the condition of the air conditioning subject area including the temperature, humidity, CO 2 concentration and fine dust concentration of the air conditioning subject area at intervals of 30 minutes;
Wherein the control unit compares the temperature of the air-conditioning target area with the temperature data of the gas-phase data to calculate a temperature comparison value, and compares the temperature comparison value with a preset standard temperature, Acquiring a first control value as an appropriate temperature of the region to be air-conditioned from the learned first learning model by adding information on the concentration;
Comparing the humidity of the air-conditioning object area with the humidity data of the gas-phase data to calculate a humidity comparison value, and comparing the humidity comparison value with a preset standard humidity, wherein the humidity, cloudiness, amount of dust, Determining a second control value as an appropriate humidity of the air conditioning object region from the learned second learning model by adding information on the concentration;
If the ratio of the temperature comparison value and the predetermined standard temperature is greater than the ratio of the humidity comparison value and the predetermined standard humidity, the second control value is changed to 0, and the ratio of the temperature comparison value and the predetermined standard temperature Changing the first control value to 0 if the humidity comparison value is smaller than a predetermined standard humidity ratio;
Calculating the air-conditioning target area of the comparative CO 2 concentration and the advance to set comparison a standard CO 2 concentration range of CO 2 concentration value, but compared to the CO 2 concentration, temperature, cloud cover, humidity, solar radiation, dust amount, bunjinryang and atmospheric fine Determining a third control value as an appropriate CO 2 concentration of the air conditioning object region from the learned third learning model by adding information on the dust concentration;
The indoor pollution index is calculated by comparing the fine dust concentration of the air-conditioning subject area with the yellowish amount, the dust amount and the atmospheric fine dust concentration of the gas-phase data, and the indoor pollution index is calculated. Determining a fourth control value as an appropriate indoor pollution index of the area to be air-conditioned from the learned fourth learning model;
And estimating a supply heat amount and a cooling load of the supply system connected to the cooling system by measuring a required heat quantity and an operation schedule of the cooling system connected to the air conditioning object area, Determining a fifth control value, which is a control value of the cooling system, from a learned fifth learning model in consideration of a calorie supply amount and an operation schedule of the supply system that varies depending on the outdoor air condition;
The first control value, the second control value, the third control value, the fourth control value, and the fifth control value are synthesized by using a mapper, Wherein the input feature map data is mapped to a systolic array by changing the order of data of the input feature map so that the data having the input feature map is repeated a predetermined number of times and input to the multiplication addition operator, The weight of the filter is input to the systolic array operator to perform a convolution operation to accumulate the convoluted output values to generate an output feature map, Generating a control signal for controlling the control signal;
Controlling the operation of the cooling system in accordance with the control signal and measuring the amount of power in time according to the operation of the cooling system;
Determining the operating mode of the cooling system on a time-based basis based on the time-based power amount, and automatically controlling the operation of the cooling system according to the operating mode by time zone,
Wherein the step of generating the control signal comprises:
And changing the input order of the input data so that the same two input data values of the input feature map are repeatedly input to the systolic array operator, and when the data of the input feature map is equal to the size N of the filter Generating the control signal by repeating a process of repeatedly inputting the data of the input feature map to be input to the systolic array operator,
Wherein the determining the fourth control value comprises:
Based on Equation (1), which is established based on a first heat amount corresponding to a temperature change rate in the air-conditioning object region and a second heat amount according to a heat amount change amount entering and leaving the air- And a control value is determined,
[Equation 1]
(Where, ρ is the density (kg / ㎥), c p is the specific heat (W / (㎏K)), V is the volume (㎥), T is temperature (K), h is the heat transfer coefficient, U is an integrated heat transfer coefficient ( W / (m2K)), A is the area (m2), (W / m < 2 >) per unit area, The window shielding coefficient, Is the mass flow rate (kg / s), Represents the internal calorific value (W).)
And a sterilizing and deodorizing step of automatically sterilizing and deodorizing the area to be air-conditioned by automatically controlling power applied to the blower when the fourth control value is measured to be higher than a predetermined threshold value. To automatically control the cooling system.
상기 살균 및 탈취 단계는,
탄산칼륨(K2CO3) , 탄산나트륨(Na2CO3) , 염화칼륨(KCl) , D-말티톨(C12H24O11), 황산나트륨(Na2SO4), 글루콘산아연(C12H22O14Zn nH2O(n=0∼3)의 함량 중량비는 13∼20 : 4∼5 : 4∼6 : 2∼7 : 1∼3: 7∼8 인 유해물질 분해제 물에 1:9의 비율로 희석시킨 후, 30 내지 70ml/min 속도로 상기 공조 대상 영역에 분사하는 것을 특징으로 하는, 인공지능 시스템을 이용하여 냉방 시스템을 자동으로 제어하는 방법.The method according to claim 1,
In the sterilization and deodorization step,
The weight ratio of potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na2CO3), potassium chloride (KCl), D-maltitol (C12H24O11), sodium sulfate (Na2SO4) and zinc gluconate (C12H22O14ZnH2O To 5: 4 to 6: 2 to 7: 1 to 3: 7 to 8 at a ratio of 1: 9, and then spraying the mixture at the rate of 30 to 70 ml / min to the air- A method for automatically controlling a cooling system using an artificial intelligence system.
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