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KR-20260060810-A - Hybrid control system of smart window and method of same

KR20260060810AKR 20260060810 AKR20260060810 AKR 20260060810AKR-20260060810-A

Abstract

본 발명은 스마트 윈도우의 제어 시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 다수로 구획되어 별개로 제어가 가능한 스마트 윈도우를 환경에 따른 효율 및 재실자의 편의를 모두 반영하여 효과적으로 제어하는 시스템 및 제어 방법을 제공한다.

Inventors

  • 이수진
  • 송승영

Assignees

  • 이화여자대학교 산학협력단

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (10)

  1. 소정 공간의 일측에 설치되며, 상부, 중부 및 하부로 구획된 수직위치별로 변색 수준이 조절 가능한 스마트 윈도우(100); 시각을 측정하는 타이머(210); 상기 소정 공간의 실내 일사량을 측정하는 일사량계(220); 상기 소정 공간의 실외조도를 측정하는 실외조도센서(230); 상기 타이머(210), 상기 일사량계(220) 및 상기 실외조도센서(230)에서 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보가 미리 설정된 규칙 알고리즘에 입력되어 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 알고리즘 모듈(300); 상기 측정되는 시각, 일사량, 실외조도에서 사용자가 수동으로 조절한 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 컨트롤러(400); 및 상기 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보를 포함하는 독립변수, 및 상기 알고리즘 모듈(300)에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보 및 상기 컨트롤러(400)에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보인 종속변수를 포함하는 입력변수 및, 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력변수로 하여 인공지능에 의해 학습되어 변색 정보 모델이 구축되는 AI 모델링부(500);를 포함하며, 상기 컨트롤러(400)는 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보가 AI 모델링부(500)에서 구축된 상기 변색 정보 모델에 입력되어 출력되는 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보에 따라 상기 스마트 윈도우(100)의 창문수직위치별 변색 수준을 제어하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알고리즘 모듈(300)은, 상기 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따라 판단된 계절 및 평일인지의 여부와, 상기 일사량계(220)에서 측정되는 일사량 또는 상기 실외조도센서(230)에서 측정되는 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부에 따라 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 알고리즘 모듈(300)은, 상기 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따른 계절이 여름인지 판단하고, 판단된 상기 계절이 여름인 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부를 판단하며, 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부, 중부, 하부가 모두 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는지 여부를 판단하며, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부는 소색되고, 중부, 하부는 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부만 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 알고리즘 모듈(300)은, 상기 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따른 계절이 여름이 아닌 경우, 겨울인지를 판단하고, 판단된 상기 계절이 겨울인 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부를 판단하며, 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부만 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 알고리즘 모듈(300)은, 상기 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따른 계절이 겨울 및 여름이 아닌 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부를 판단하고, 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는지 여부를 판단하며, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하고, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우(100)의 중부 및 하부가 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템.
  6. (a) 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보가 미리 설정된 규칙 알고리즘에 입력되어 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 규칙 기반 알고리즘 단계(S100); (b) 측정되는 시각, 일사량, 실외조도에서 사용자가 수동으로 조절한 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 사용자 변색 조절 단계(S200); (c) 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보를 포함하는 독립변수, 및 상기 규칙 기반 알고리즘 단계에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보 및 상기 사용자 변색 조절 단계에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보인 종속변수를 포함하는 입력변수, 및 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력변수로 하여 인공지능에 의해 학습되어 변색 정보 모델이 구축되는 AI 변색 정보 모델 구축 단계(S300); 및 (d) 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보를 상기 변색 모델에 입력하여 출력되는 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보에 따라 상기 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준이 제어되는 단계(S400);를 포함하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 (a) 단계는, 측정되는 시각이 어느 계절인지 및 평일인지의 여부와, 측정되는 일사량 또는 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부에 따라 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계인, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a111) 측정되는 시각에 따른 계절이 여름인지 판단되는 단계; (a112) 판단된 상기 계절이 여름인 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부가 판단되는 단계; (a113) 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부, 중부, 하부가 모두 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; (a114) 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는지 여부가 판단되는 단계; (a115) 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부는 소색되고, 중부, 하부는 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; 및 (a116) 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부만 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계;를 포함하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a121) 상기 (a111) 단계에서 판단되는 계절이 여름이 아닌 경우, 겨울인지 판단되는 단계; (a122) 판단된 상기 계절이 겨울인 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부가 판단되는 단계; (a123) 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; (a124) 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부가 판단되는 단계; (a125) 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; 및 (a126) 상기 측정된 실외조도가 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부만 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계;를 더 포함하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a131) 상기 (a121) 단계에서 판단된 상기 계절이 겨울 및 여름이 아닌 경우, 상기 측정된 시각이 평일인지 여부가 판단되는 단계; (a132) 상기 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부, 중부, 하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; (a133) 상기 측정된 시각이 평일인 경우, 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는지 여부가 판단되는 단계; (a134) 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하지 않는 경우, 상기 스마트 윈도우의 상부,중부,하부가 모두 소색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계; 및 (a135) 상기 측정된 일사량이 기준값을 초과하는 경우, 상기 스마트 윈도우의 중부 및 하부가 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계;를 더 포함하는, 스마트 윈도우의 하이브리드 제어방법.

Description

스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템 및 제어방법{Hybrid control system of smart window and method of same} 본 발명은 스마트 윈도우의 제어 시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 스마트 윈도우란 전기신호가 인가됨에 따른 유리의 변색을 통해 태양열 취득율(SHGC) 및 가시광선 투과율(VT)을 조절할 수 있는 기능적인 창문이다. 스마트 윈도우는 주로 전기적인 신호를 제어하는 컨트롤러와 윈도우로 구성되며, 컨트롤러에서 윈도우로 인가되는 전기신호의 변화에 따라 스마트 윈도우의 변색 수준이 제어된다. 이러한 스마트 윈도우 중에는 특허문헌 1 및 2와 같이, 윈도우 부분을 복수로 구획하고, 구획된 부분마다 전기신호의 인가 여부 또는 인가되는 전기신호를 다르게 하여, 각 부분의 변색 수준을 각각 제어할 수 있도록 할 수 있으며, 이러한 스마트 윈도우를 스마트 커튼월(curtain wall)이나, 스마트 블라인드라고도 한다. 특허문헌 1 및 2에는 스마트 커튼월(curtain wall)이나, 스마트 블라인드의 구성이 개시되나, 다수로 구획된 윈도우 부분이 별개로 제어될 수 있다는 것에 대하여만 개시될 뿐, 구체적인 제어방법은 개시되지 않는다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템의 스마트 윈도우의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 시스템에서 규칙 기반 알고리즘 및 사용자 변색 조절에 의해 도출된 스마트 윈도우의 변색 수준 정보를 이용하여 AI 변색 정보 모델을 구축하는 과정을 개략적으로 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 방법의 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 하이브리드 제어 방법에서 규칙 기반 알고리즘 단계의 세부 순서도이다. 본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다. 또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 의 제어 시스템 및 스마트 윈도우의 제어방법을 상세히 설명한다. 먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우(100)의 제어 시스템을 상세히 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 제어 시스템은, 스마트 윈도우(100), 타이머(210), 일사량계(220), 실외조도센서(230), 알고리즘 모듈(300), AI 모델링부(500), 및 컨트롤러(400)를 포함한다. 도 2를 더 참조하여 스마트 윈도우(100)의 구성을 설명한다. 스마트 윈도우(100)는 소정 공간의 벽면에 창호로서 설치되며, 소정 공간의 벽면에서 천정과 바닥면 사이에 위치한다. 상기 소정 공간은 그 내부에서 사용자가 입실하여 사용하는 공간으로서, 용도가 한정되지는 않으나, 바람직하게는 정해진 시간에 업무가 이루어지는 사무실과 같이 요일 등에 따라 사용여부가 다른 공간일 수 있다. 스마트 윈도우(100)는 변색이 가능한 유리로 구성된다. 구체적으로 스마트 윈도우(100)는 인가되는 전기신호의 변화에 따라 유리로 구성되는 윈도우의 변색 또는 투명도가 변화되어 태양열취득율(Solar Heat Gain Coefficient), 가시광선 투과율(Visible Light Transmittance)이 조절되는 기능성 창호이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서의 스마트 윈도우(100)는 상부(110), 중부(120) 및 하부(130)로 구획되어 구성되며, 구획된 각 부분의 변색정도가 다르게 제어될 수 있으며, 소위 스마트 커튼월(curtain wall)이나, 스마트 블라인드라고도 한다. 본 명세서에서, 상기와 같이 스마트 윈도우(100)의 상부(110), 중부(120), 및 하부(130)를 포함하는 각 부분의 변색 수준을 다르게 제어하는 정보를 '스마트 윈도우의 창문 수직 위치별 변색 정도'라 칭하며, 이는 스마트 윈도우(100)에 인가되는 전기 신호이거나, 전기 신호로 변환되어 인가됨으로써 제어가 이루어지는 것으로 이해될 수 있다. 스마트 윈도우의 변색 수준이라 함은 스마트 윈도우(100)의 각 부분 색깔 및 투명도가 변화하는 정도를 의미한다. 상기 스마트 윈도우의 변색 수준은 '완전 변색'과 '완전 소색' 사이에서 변하는 정도이며, '완전 변색'이라 함은 빛이 완전히 통과하지 못하도록 스마트 윈도우(100)의 색깔 및 투명도가 변화하는 것이며, '완전 소색'이라 함은 빛이 완전히(일반적인 유리와 같이) 통과하도록 스마트 윈도우(100)의 색깔 및 투명도가 변화하는 것을 의미한다. 타이머(210)는 현재 시각을 측정한다. 측정되는 시각은 연, 월, 일, 시, 분, 초를 포함할 수 있다. 일사량계(220)는 소정 공간 내부의 일사량을 측정하며, 실외조도센서(230)는 소정 공간 외부의 조도를 측정한다. 알고리즘 모듈(300)에는 규칙 알고리즘이 미리 입력되어 설정된다. 타이머(210), 일사량계(220) 및 실외조도센서(230)에서 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보가 알고리즘 모듈(300)에 미리 설정된 규칙 알고리즘에 입력되어 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력된다. 알고리즘 모듈(300)에 미리 설정된 규칙 알고리즘은, 타이머(210)에서 측정되는 시각이 어느 계절인지 및 평일인지의 여부와, 일사량계(220)에서 측정되는 일사량 또는 실외조도센서(230)에서 측정되는 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부에 따라 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력하며, 상세히는 후술한다. 컨트롤러(400)는 스마트 윈도우(100)의 상부(110), 중부(120), 및 하부(130)를 포함하는 각 부분의 변색 수준을 제어한다. 컨트롤러(400)는 사용자가 수동으로 조절하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보에 따라 스마트 윈도우(100)의 창문수직위치별 변색 수준을 제어하고, 그 변색 수준 정보를 출력한다. 또한, 후술하는 바와 같이 AI 모델링부(500)에서 출력되는 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보에 따라 스마트 윈도우(100)의 창문수직위치별 변색 수준을 제어한다. AI 모델링부(500)는 입력변수와 출력변수를 학습하여 변색 모델을 구축한다 변색 모델을 구축하는 입력변수에는 독립변수와 종속변수가 포함된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, AI 모델링부(500)는 타이머(210)에서 측정되는 시각, 일사량, 실외조도 정보를 독립변수로 하고, 알고리즘 모듈(300)에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보 및 상기 컨트롤러(400)에서 출력된 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 종속변수를 입력변수로 한다. 그리고, 실제 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보를 출력변수로 하고, 상기 입력변수와 출력변수가 인공지능에 의해 학습되어 변색 모델이 구축된다. 상기, 알고리즘 모듈(300)과 AI 모델링부(500)는 별개로 구성될 수도 있으나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되어 구성될 수도 있다. 다음, 도 4 및 도 5를 더 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 제어 시스템을 상세히 설명한다. 먼저, 규칙 기반 알고리즘 단계(S100)가 수행된다. 규칙 기반 알고리즘 단계(S100)는 타이머(210)에서 측정되는 시각, 일사량계(220)에서 측정되는 일사량 및 실외조도센서(230)에서 측정되는 실외조도정보가 알고리즘 모듈(300)에 입력되고, 알고리즘 모듈(300)에 미리 설정된 규칙 알고리즘에 의해 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되는 단계이다. 도 5를 참조하여 알고리즘 모듈(300)에 미리 설정된 규칙 알고리즘을 상세히 설명한다. 상기 규칙 알고리즘은 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따라 계절 및 평일인지의 여부를 판단하고, 또한 일사량계(220)에서 측정되는 일사량 또는 실외조도센서(230)에서 측정되는 실외조도가 기준값을 초과하는지 여부에 따라 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력되도록 한다. 이하 상세히 설명한다. 먼저, 측정되는 시각에 따른 계절이 여름인지 판단된다(S111). 알고리즘 모듈(300)은 타이머(210)에서 측정되는 시각이 계절 중 여름인지 여부를 판단한다. 상기 계절은 연중 기간을 나누어 미리 설정될 수 있다. 예를 들면, 4월 1일부터 5월 31일은 봄, 6월 1일부터 9월 30일은 여름, 10월 1일부터 11월 30일은 가을, 12월 1일부터 3월 31일은 겨울로 미리 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연중 일조시간, 일사량 및 온도 변화에 맞추어 설정될 수 있다. 다음, 판단된 상기 계절이 여름인 경우, 측정된 시각이 평일인지 여부가 판단된다(S112). 알고리즘 모듈(300)은 타이머(210)에서 측정되는 시각에 따른 계절이 미리 설정된 계절 중 여름인 경우, 측정되는 시각이 평일인지 여부를 판단한다. 여기서, 평일인지 아닌지의 여부는 스마트 윈도우(100)가 설치되는 소정 공간이 실제로 사용되는 시간인지의 여부로서, 소정 공간이 사무실과 같은 공간인 경우, 평일인지 여부를 판단하나, 그 외의 공간인 경우, 이와 다르게 설정된 요일인지 여부를 판단할 수 있다. 다음, 측정된 시각이 평일이 아닌 경우, 스마트 윈도우(100)의 상부(110), 중부(120), 하부(130)가 모두 완전 변색되도록 하는 스마트 윈도우의 창문수직위치별 변색 수준 정보가 출력된