단순 퍼지 제어기법을 이용한 온실의 천창환기에 의한 냉방제어

민영봉 ( Young Bong Min ),윤용철 ( Yong Cheol Yoon ),허무룡 ( Moo Ryong Huh ),강동현 ( Dong Hyun Kang ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 경상대학교 농업생명과학연구원(구 경상대학교 농업자원이용연구소) 2010 농업생명과학연구 Vol.44 No.4

온실의 환기제어시 외기온도와 풍속변화에 보다 유연하게 대처하면서 온실내 온도제어성능을 향상시키기 위해서 퍼지제어가 많이 이용되고 있지만, 제어로직이 복잡하여 대용량 메모리를 갖는 컨트롤러가 필요하다. 본 연구에서는 소용량의 마이크로 컨트롤러에서 프로그램이 가능한 단순퍼지제어 알고리즘을 개발하여 시험하였다. 개발한 단순퍼지 제어 알고리즘의 성능을 비교하기 위하여 기존의 스텝제어 알고리즘을 도입한 제어프로그램으로 온실의 천창환기에 의한 온도제어를 실시하여 두 알고리즘의 성능을 직접 비교하고, 또 PID 및 표준 퍼지제어 성능과는 기존의 연구 결과와 비교하여 상대적 성능을 평가하므로써 온실의 환기냉방제어의 유리한 제어기법을 확립할 수 있는 기초자료를 얻고자 수행하였다. 단순 퍼지제어에 의한 실내온도 최대 제어오차는 1.2℃, 1시간동안의 평균환기창 적산열림량과 조작회수는 각각 84%, 13회로 나타났으며, 문헌조사에 의한 퍼지제어에서 각각 1.3℃, 75% 및 12회에 비해 동등한 제어성능을 보였다. 본 연구에서 개발한 단순퍼지제어는 제어로직이 PID제어보다 단순함에도 불구하고 스텝제어와 PID제어보다 성능이 우수하고, 퍼지제어와 동등한 제어성능을 갖는 것으로 나타났다. Fuzzy control is widely used for improving temperature control performance as controlling ventilation in greenhouse because the technique can respond more flexibly to the outside air temperature and wind speed. By pre-studied PID and normal fuzzy control this study was performed to obtain the fundamental data that can be established in better greenhouse ventilation control method. The temperature control error by the simple fuzzy control was 1.2℃. The accumulated operating size of the window and the number of operating were 84% and 13, respectively. These showed equivalent control performance with pre-studied result that control error. The accumulated operating size of the window and the number of operating were 75% and 12, respectively. The proposed fuzzy technique was simple control logic method compared with step and PID control methods, but it showed equivalent performance. Therefore, the proposed simple fuzzy control method could be used in micro controller of small programmable memory size and many applications.

강화학습 기반의 온실 내 환기 제어 시스템 개발

이윤홍 ( Yoon-hong Yi ),김학진 ( Hak-jin Kim ),김주신 ( Joo-shin Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

온실 내부 온도는 태양의 고도 상승에 따라 급격하게 상승하고 이러한 온도의 상승은 작물 성장에 피해를 입힐 수 있기에 온실의 냉방에 있어 환기는 아주 중요한 요소이다. 온실에서 일반적으로 환기 시스템, 즉 측창 및 천창을 제어할 때 P-band 제어 방식을 사용한다. P-band 제어는 내부온도와 환기온도의 차이에 비례하여 창의 개폐정도를 비례적으로 제어하는 온실에서 가장 널리 사용되는 방식이다. 그러나 P-band 제어는 밴드 설정 온도가 고정 값이고, 사용자의 경험에 의해 그 값을 변경해야 한다는 단점이 있다. 이로 인해 주변환경 변화에 대응하여 능동적으로 제어를 수행하지 못하여 정밀한 온도 제어가 어려워지고 작물에 피해를 초래할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구는 강화학습을 통해 외부환경 변화에 대응하는 최적의 환기 제어 시스템 개발을 목표로 하고 있다. 실험 장소는 수원에 위치한 서울대학교 부속 농장의 5x14m2 규모의 요인 실험 온실에서 실험이 진행되었고 대상 작물은 방울토마토를 선정하였다. 방울토마토의 적정 생육온도를 기반으로 시간대별 목표 온도 값을 최저 15℃, 최대 25℃로 설정하였다. 온실 내외부로 설치된 외부기상대와 내부 온습도 센서로부터 얻어진 데이터가 강화학습 알고리즘이 적용된 메인 PC로 보내진다. 센서로부터 얻은 온도 데이터를 기반으로 목표 온도 값과의 차이를 계산하여 그 차이를 최소화할수록 알고리즘 상으로 더 많은 보상을 얻게 하고 최종적으로 그 보상의 예측 값을 극대화 시키는 방향으로 측창제어를 함으로써 목표 온도 값을 추종하게 된다. 강화 학습 기반의 환기 제어 시스템 개발을 통해 외부기상의 변화에 대응이 어려웠던 기존의 제어와 달리 계속해서 주변 환경과의 상호작용 및 학습을 통해 더 정밀하게 목표 온도를 추종 할 것으로 예상된다.

소형차 전용 도로터널의 환기기 제어방안에 대한 연구

유지오,이후영,장지돈 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.6

최근 들어 대도시의 교통난 해소 및 녹지공간 확보를 위해서 도로의 지하화가 추진되고 있으며, 대형차 혼입률이 낮기 때문에 소형차 전용 도로터널로 계획되거나 건설되고 있다. 또한, 도시에 건설되고 있는 터널은 간선도로의 기능을 수행하기 위해서 장대화되는 추세이다. 따라서 환기시스템의 용량이 증대하고 다양한 환기방식이 요구되고 있으며, 환기기 운전비용 등 터널준공 후, 유지관리의 중요성이 부각되게 되었다. 따라서 환기기 소비전력의 절감을 위한 운전단계의 최적화나 환기기 운전제어로직에 대한 연구의 필요성이 증대하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 소형차 전용도로 터널에 ①제트팬방식과 조합환기방식, ② 제트팬 + 공기정화방식, ③ 제트팬 + 수직갱방식, ④ 제트팬 + 급기반횡류환기방식을 적용하여 에너지 절약적인 환기기 운전을 실현하기 위해서 운전단계 및 제어로직 최적화 방안의 필요성에 대한 연구를 수행하였다. 연구의 결과로 조합환기방식의 터널의 경우, 다양한 운전조합이 있을 수 있으며, 발생되는 환기량이 동일할 지라도 운전조합에 따라 소요동력이 크게 차이가 나며, 일반적으로 수행하고 있는 제트팬 우선 운전방식보다는 축류팬을 우선 운전하는 것이 동력절감에 효과가 있는 것으로 나타났다. In recent years, in urban areas, underground of roads are being promoted in order to resolve traffic congestion and to secure green spaces, and due to the low ratio of large vehicles, they are planned or constructed as road tunnels for small cars only. In addition, the tunnels being built in the city is a tendency to be enlarged to play the role of main roads. Accordingly, the capacity of the ventilation system is increasing and various ventilation methods are required, and the importance of maintenance after the completion of the tunnel such as the operating cost of the ventilation system is emphasized. Therefore, the need for optimization of the operation stage for reducing the power consumption of the ventilation system and the study of the ventilation system operation control logic is increasing. In this study, the study on the necessity of the optimization of operation stage and control logic of the ventilation system was carried out to realize the energy-saving operation for the small car only passing through tunnels which is applied of ① jet fan and combination ventilation system (② jet fan + air purifying equipment, ③ jet fan + vertical shaft , ④ jet fan + supply air semi-transverse). As a result of this study, there can be various operating combinations in the case of the combined ventilation system, and even though the amount of ventilation air is the same, the operating power varies greatly according to the operating combinations. It was found that operating the axial fan first rather than the jet fan first operation method has an effect on power saving.

압축공기를 이용한 저압 포그시스템의 온실 냉방효율 분석

남상운 ( S. W. Nam ),성인모 ( I. M. Sung ),고기혁 ( G. H. Ko ),서동욱 ( D. U. Seo ),김영식 ( Y. S. Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

압축공기를 이용한 에어포그 냉방시스템의 효율적인 이용방안을 도출하기 위하여 저압 에어포그 노즐을 설치한 토마토 재배 온실에서 냉방실험을 통하여 제어방법별로 냉방효율을 분석하였다. 제어방법은 온도제어, 습도제어, 온습도제어, 타임제어로 설정하였다. 냉방효과는 평균 0.7~3.3℃, 최대 4.3~7.0℃를 보였고, 가습효과는 평균 3.5~13.5%, 최대 14.3~24.4%를 보였다. 타임제어 방식이 가장 높은 냉방효과와 가습효과를 보이는 것으로 나타났다. 온습도제어 방식이 온도제어나 습도제어와 같은 단일항목 제어에 비해서는 냉방효과와 가습효과가 높았다. 단일항목 제어에서는 습도제어가 온도제어에 비하여 냉방효과가 높았으나, 가습효과는 온도제어가 습도제어보다 높았다. 타임제어에서는 분무시간이 길수록 냉방효과와 가습효과가 높았지만 큰 차이는 없었다. 비가 내리든가 날씨가 흐려서 일사량이 매우 낮고 습도는 매우 높은 경우와 같이 외부의 기상 조건을 기준으로 시스템의 가동 여부를 판단하고, 에어포그 시스템의 제어는 타임제어로 하는 것이 효율적인 것으로 판단되었다. 에어포그 시스템의 가동 여부 판단기준 설정과 효과적인 타임제어 시간설정을 위해서는 추가적인 실험이 요망된다. 증발냉각 시스템의 냉방효율은 외기의 건습구 온도차에 대하여 실제 냉각온도(외기의 건구온도-냉각된 온도)의 백분율로 표시된다. 하지만 이 방식은 외부 공기가 패드를 통과하면서 냉각되어 실내로 공급되는 팬 앤 패드 시스템에만 적용할 수 있다. 포그 시스템에서는 냉방가능 온도를 대조구 온실의 건구온도와 냉방온실의 습구온도 차이로 하고, 실제 냉각온도를 대조구 온실과 냉방온실의 건구온도 차이로 하여 구하였다. 냉방효율은 평균 8.3~27.3%로 나타나 미국에서 실험한 고압 포그시스템 53%와 저압 포그시스템 43%에 비하여 매우 낮게 나타났다. 이 결과로 볼 때 에어포그의 경우 분무입자의 증발율이 상당히 낮을 것으로 판단된다. 하지만 우리나라와 비슷한 기후조건인 일본에서 실험한 고압 포그시스템의 냉방효율 19.7∼29.5%와 비교하면 본 실험의 타임제어에서 나타난 냉방효율 24.6∼27.3%의 경우는 매우 유사한 결과를 보인다. 이는 에어포그 시스템이 저압이지만 압축공기를 이용함으로써 고압 포그시스템과 비슷한 정도의 냉방효율을 얻을 수 있음을 알 수 있고, 노즐의 막힘 문제 등에서 유리할 것으로 판단된다.

모형을 이용한 밀폐형 육계사의 환기 제어를 위한 유체 흐름 분석

유정상 ( Jung-sang Yoo ),이찬미 ( Chanmi Lee ),김재석 ( Jaesuk Kim ),박동혁 ( Donghyeok Park ),양도이 ( Doee Yang ),이중용 ( Joong Yong Rhee ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

조류인플루엔자, 전염병을 방지하기 위해 무창형 밀폐형 계사가 늘어남에 따라 실내 환기 제어가 어느 때 보다 중요하게 여겨지고 있다. 이산화탄소 농도는 병아리 시절의 폐사율과 성장률에 영향을 미칠 뿐만 아니라 실내 작업자의 건강에도 해로운 영향을 미친다. 본 연구에서는 환기 입출구 위치에 따른 환기 효율성 비교와 CFD 시뮬레이션을 통한 실내 모형에서의 공기 흐름을 분석하기 위한 기초 기술을 개발하고자 한다. 실험을 위해 실제 밀폐 계사의 1:20의 축소 모형을 만들어 아두이노 우노(Arduino-UNO), 팬모터(SZH-GNP513, 5,000RPM) 그리고 이산화탄소 센서(Sensirion, SCD-30)를 사용하여 6,000ppm 이후의 팬모터 위치 변화와 1,500ppm, 3,000ppm에서의 릴레이 제어를 통한 환기 속도를 비교하였으며 이에 따른 유체 흐름을 분석하였다. 실험 결과 팬모터의 바람 출구가 아래에 있는 경우가 위에 있는 경우보다 약 117% 환기가 더 빨랐으며 3,000ppm 이하 1,500ppm 이상의 환기에서는 약 121% 환기가 빠른 것으로 나타났다. 유체 흐름 분석에서는 두 실험 모두에서 환기가 균등하게 되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 실제 계사에서 육계와 작업자에게 쾌적한 이산화탄소 비율을 유지하기 위한 향후 밀폐형 계사 환기 연구에 활용이 될 수 있을 것이다.

창호일체형 환기장치의 소음분석 및 저감방안

박찬재,한찬훈,Park, Chan-Jae,Haan, Chan-Hoon 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.1

최근 창호의 창틀에 폐열회수장치를 삽입한 일체형 환기장치인 일명 "창호일체형 폐열회수 환기장치"를 개발됨으로써 창문을 열지 않고도 에너지 손실을 최소화하면서 실내외 공기를 교환할 수 있게 되었다. 그러나 이 장치의 작동시 기계소음과 공력소음이 발생하여 실제 주거시설에 적합하지 않은 면이 있다. 따라서 본 연구에서는 창호일체형 환기장치의 소음을 설치상태와 무향실에서 측정하고 소음의 발생 원인과 소음전달 취약부분을 분석하였다. 또한, 창호일체형 환기장치내의 차음재와 흡음재를 설치하여 소음을 제어하기 위한 대안을 제시하였다. 연구결과, 환기장치의 소음원은 블로워로 나타났으며 소음의 주된 누출 원인은 환기장치 구조체의 낮은 차음성능 때문이었음을 알 수 있었다. 또한 이를 제어하기 위하여 장치 내부에 고무시트 등의 차음재를 설치한 결과 폐열회수환기장치의 소음기준인 40 dBA 이하를 만족함을 알 수 있었다. The window ventilation system based on the heat recovery device was developed which make air ventilation possible without opening the windows. However, mechanical and aerodynamic noises were come to pass which annoyed people in rooms. In the present study, noise of new window ventilation system was measured in both general room and anechoic chamber. Also, the noise path was detected to find cause of noise generation and vulnerable area of the device. Sound absorptive and insulation materials were applied to mitigate the noise. Finally, an alternative noise control method was suggested which can satisfy with the indoor noise standards. As a result, it was shown that the cause of noise was the low transmission loss in the ventilation system. As a result, it was shown that the main noise source of the ventilation system was the blower and the major cause of noise was the low transmission loss of the ventilation system. It is also concluded that the noise levels complies with the noise standards of 40 dBA when 2 mm rubber sheet is applied inside the ventilation system.

실내 라돈환경계의 선량감도분석에 의한 제어매개변수 모델링

주운표,장시영,김건중 대한방사선 방어학회 1991 방사선방어학회지 Vol.16 No.2

라돈 및 붕괴생성물*의 호흡에 의한 인체 피폭선량의 제어가능성을 찾기 위해 다음과 같은 과정을 거쳤다. 1) 라돈에 관련된 기존모델을 토양 기공모델, 실내붕괴 모델, 폐선량계산모델로 분류해석하고, 2) topology이론에 따라 물리유추개념으로써 회로망으로 전환하여, 라돈환경계통을 정식화, 검증계산을 거쳐, 3) 모의계산으로 선량감도를 분석하여 최적매개변수의 범위를 모색하였다. 매개변수인 환기율, 침적율, 부착율가 제어범위내 변화될 때, 정식화된 111원 연립방정식의 해를 구하여 선량감도를 분석하였으며, 제어매개변수의 선량감도에 의한 효과를 3차원으로 도식화하였다. 본 연구 수행결과, 제어매개변수 변화에 따른 실내의 222Rn 및 Rn-D*의 농도 변화과정은 새롭게 해석할 수 있는 벡터감도단층모형으로, 일부 제어매개변수의 조합변화에 따른 선량감도는 3차원 그래프모형으로 나타낼 수 있었다. 선량감도의 3차원 그래프에서는 실내환경의 대표적 매개변수 값 범위에서 변곡점이 나타났으며, 일반적으로 높은 환기조건(>h-1)하에서는 공기정화에 의하여 선량이 전반적으로 증가되나, 불충분한 환기조건(<0.5h-1)하에서는 공기정화에 의하여, 선량이 40%정도로 감소되는 것으로 나타났다. (라돈 및 붕괴생성물은 이하 222Rn 및 Rn-D로 통일한다.) This paper aimed to analyse dose sensitivity to the controllable parameters of indoor radon(222Rn) and its decay products(Rn-D) by applying the input-output linear system theory. Physical behaviors of 222Rn & Rn-D were analyzed in terms of 222Rn gas-generation, -migation and -infiltration to indoor environments, and the performance output-function, i.e. mean dose equivalent to Tracho-Bronchial(TB) lung region, was assessed to the following extented ranges of the controllable paramenters; a) the ventilation rate constant(λv): 0∼50[h-1]. b) the attachment rate constant(λa) : 0∼500[h-1]. c) the unattached-deposition rate constant(λ??) : 0∼50[h-1]. A linear input-output model was reconstructed from the original models in literatures, as follows, which was modified into the matrices consisting of 111 nodal equations ; a) indoor 222Rn & Rn-D Behaviour ; Jacobi-Porstendoerfer-Bruno model. b) lung dosimetry ; Jacobi-Eisfeld model. Some of the major findings, which identify the effectiveness of the model, were as follows. a) λv is most effective, dominant controllable parameters in dose reduction, if mechanical ventilation is applied, due to 222Rn gas removal effect. b) λa, depending on the air particle-concentration, reduces the dose somewhat within λv<1 h-1 range. However, the dose increases conversely, λv>1 h-1 range. c) λ?? reduces the dose linearly as λv does. Such dose(z-axis) senstivities could be understood with three-dimensional plots whose x,y-axes are combined 2 out of the 3 paramenters(λv, λa, λ??).

터널의 환기제어를 위한 퍼지 제어기 설계

이동규(D. G. Lee),윤종수(J. S. Yoon),이상호(S. H. Lee),금종수(J. S. kum),정석권(S. K. Jeong) 한국동력기계공학회 2006 한국동력기계공학회 학술대회 논문집 Vol.- No.-

This paper deals with fuzzy controller design for ventilation control of tunnel. The design for ventilation control of tunnel basically requires nonlinear control because of many irregular factors of the tunnel. Therefore, fuzzy control as nonlinear controller is usually applied to the tunnel system which has nonlinear characteristics. First, basic fuzzy principles are explained, and fuzzy controller for tunnel ventilation is designed supposing that normal traffic flow by using the fuzzy principle. In general, both carbon monoxide and exhaust gas are considered as control quantities in the ventilation control. However, we just considered only exhaust gas as control quantity because exhaust gas is more important control factor than carbon monoxide. Next, we investigated unexpected traffic jam which may be caused in tunnel right after tunnel open. The abnormal traffic makes worse pollution concentration in tunnel. A spare controller is prepared to cope with the problem. Finally, some simulation results showed good control performance.

학교교실의 실내공기질 개선을 위한 환기장치 및 공기청정기의 연동제어 알고리즘 개발 및 적용 연구

박환출,이동현,이정재 대한건축학회 2020 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.36 No.5

This study presents the energy-saving sequential control algorithm to handle indoor CO₂and PM2.5 for the improvement of the air quality ofschool classrooms. To solve indoor air quality (IAQ) problems, air cleaning and ventilation systems are mainly used for school classrooms. Although air cleaning is able to collect PM2.5, it is difficult to remove harmful gas substances. The ventilation system is suitable to tackleCO and CO₂, the volume ventilation, however, is relatively small. In this paper, to remove CO₂and PM2.5, the pollutant balance equationfor improving indoor air quality is reviewed. The sequential control algorithm of the ventilation and air cleaning system with four levels ofcriteria is introduced for the effective removal of pollutants. The proposed sequential control algorithm confirms that indoor CO₂and PM2.5can be properly controlled below the standard value. In addition, the sequential operation of air cleaning and ventilation systems has shownsignificant improvement in IAQ compared to the independent ventilation system operation. Particularly, such systems are efficient whenoutdoor PM2.5 is high. 본 연구에서는 CO2 및 PM2.5 관점에서 학교교실의 실내공기질 개선을 위한 환기장치 및 공기청정기의 에너지 절약적 연동제어 알고리즘을 제시하였다.  문제를 해결하기 위해 공기청정기, 환기장치와 같은 설비의 적용이 급증하고 있다.  실내공기질 개선을 위한 오염물질 수지방정식을 검토하였다. 오염물질의 효과적인 제거를 위해 4단계 기준을 갖는 환기 및 공기청정 시스템의 연동제어 알고리즘을 제시하였다.  결과적으로 환기시스템 단독 운전시보다 공기청정 시스템과 연동시 실내 미세먼지 농도를 대폭적으로 개선시킬 수 있음을 나타났다.

동절기 실내 과습방지를 위한 자동환기시스템 제어장치 개발에 관한 연구

김영탁(Kim, Young-Tag),조우진(Cho, Woo-Jin),이규남(Rhee, Kyu-Nam),황민규(Hwang, Min-Kyu),이성재(Lee, Sueng-Jae),차지형(Cha, Ji-Hyoung) 한국태양에너지학회 2012 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

The surface condensation in winter season can be prevented with two methods. The first method is increasing surface temperature of space envelopes with insulation and the second method is decreasing indoor vapor pressure with ventilation. But additional insulation after construction completion is not easy. So, ventilation is more suitable to solve condensation problems. Generally, there are two types of ventilation methods in residential buildings. One is natural ventilation by opening windows, but the efficiency defends on occupant’s action whether they open the windows or not. The other is mechanical ventilation by recovery ventilator(air-to-air heat exchanger). This can provide not only regular ventilation but also high air quality and less condensation problems, if it can be controlled automatically. Therefore, it is necessary to develop automatic control device of ventilation system for preventing condensation with decreasing indoor vapor pressure. To achieve it, this paper suggests CPA(Condensation Preventing Algorithm) for the auto-control device of ventilation system.