KR102130402B1 - Apparatus for evaluating indoor thermal environment using thermal camera and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법은 측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성하는 단계와, 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 재실 위치가 선택되면, 3D 모델 공간상에서 선택된 재실 위치의 좌표 값을 각각 설정하는 단계와, 좌표 값을 이용하여 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산하는 단계와, 입체각을 이용하여 형태계수(angle factor)를 연산하는 단계와, 건물 실내에 설치된 열화상 카메라를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하는 단계와, 온도 값들을 이용하여 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하는 단계 및 선택된 재실 위치의 입체각과 각 벽면의 평균 표면온도값을 이용하여 해당 재실 위치의 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 대공간 건축물의 각 지점별 평균복사온도(MRT)를 실시간으로 예측 및 모니터링하여 실내 온열 환경을 평가할 수 있어, 대공간 건축물에서의 냉난방 설비를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an indoor thermal environment evaluation apparatus and method using a thermal imaging camera.
The method for evaluating the indoor warming environment using a thermal imaging camera according to the present invention simplifies and separates each wall surface of a building interior to be measured, and generates a 3D model by modeling the simplified indoor shape, and a user in the generated 3D model When the occupancy position to be predicted is selected, setting coordinate values of the occupied position selected in the 3D model space, respectively, and calculating solid angles from the selected occupied position to each surface using the coordinate values, respectively. Wow, calculating an angle factor using a three-dimensional angle, scanning temperature values of all surfaces of the room using a thermal imaging camera installed in the building interior, and using the temperature values, each angle of the 3D model. And calculating the average surface temperature value for the wall surface, respectively, and deriving the average radiation temperature (MRT) value of the corresponding occupancy position using the solid angle of the selected occupancy position and the average surface temperature value of each wall surface.
As described above, according to the present invention, it is possible to evaluate the indoor heat environment by predicting and monitoring the average radiation temperature (MRT) of each point in a large-scale building in real time using an infrared thermal imaging camera. There is an effect that can be efficiently controlled.
Description
본 발명은 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 열화상 카메라를 이용하여 대공간 건축물의 각 지점별 평균복사온도(MRT)를 실시간으로 예측 및 모니터링하여 실내 온열 환경을 평가하기 위한 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an indoor thermal environment evaluation apparatus and method using a thermal imaging camera, and more specifically, to predict and monitor in real time the average radiation temperature (MRT) for each point of a large-scale building using an infrared thermal imaging camera. The present invention relates to an indoor warm environment evaluation apparatus and method using a thermal imaging camera for evaluating indoor warm environment.
건물의 실내 공간은 건축 환경 설비 측면에서 실내외 환경 변화로부터 재실자의 쾌적함을 유지시켜 주는 공간이다. 재실자의 쾌적감은 여러 온열 인자들의 조합으로 인해 실시간으로 달라질 수 있는데, 이중 가장 대표적인 온열 인자로는 온도 값이 있다.The indoor space of a building is a space that maintains the comfort of the occupants from changes in the indoor and outdoor environments in terms of construction environment facilities. The comfort of the occupant may vary in real time due to the combination of several warming factors, of which the most representative warming factor is the temperature value.
재실 공간 내에 분포되는 균일한 온도는 재실자가 느끼는 쾌적감에 큰 영향을 주기 때문에, 재실자에게 쾌적한 실내 환경을 조성해주기 위한 온도 분포 평가가 필요하다.Since the uniform temperature distributed in the occupied space greatly affects the comfort of the occupants, it is necessary to evaluate the temperature distribution to create a comfortable indoor environment for the occupants.
종래의 온도 분포 평가는 건물의 설계 단계에서 수행되어 최적의 냉난방 설비 설계안을 결정하기 위한 용도로 이용되었으며, 대부분의 냉난방설비 제어에서 냉난방 설비 가동을 위한 기준이 되는 지표로 실내 공기 온도를 이용하고 있다.The conventional temperature distribution evaluation was performed at the design stage of the building and was used for the purpose of determining the optimal design plan for heating and cooling equipment, and most air conditioning equipment control uses the indoor air temperature as a standard for operating the cooling and heating equipment. .
이러한 실내 공기 온도는 소규모 공간(사무실, 주거 공간 등)에서의 냉난방 제어의 대표적 온열 환경 지표로 사용이 가능하지만, 대규모 공간(돔 경기장, 아트리움, 공항 등)에서는 다양한 온열 환경 지표(풍속, 평균복사온도, 습도)를 종합적으로 평가해야 할 필요가 있다.Such indoor air temperature can be used as a representative warming environment indicator for air conditioning control in small spaces (offices, residential spaces, etc.), but in large spaces (dome stadiums, atriums, airports, etc.), various warming environment indicators (wind speed, average radiation) Temperature, humidity) needs to be evaluated comprehensively.
특히, 대규모 공간은 일반적으로 경량의 구조 형태이므로, 철골 트러스와 같이 열전도가 높은 부재를 사용하게 되며, 이에 따라 실내 벽체 표면의 온도 변화 폭이 외부의 기상에 따라 커질 수 있다. 이러한 실내 표면온도는 평균복사온도(MRT, mean radiant Temperature)에 영향을 주므로, 대공간 건축물에서는 평균복사온도의 측정이 중요하다.Particularly, since a large-scale space is generally of a lightweight structure, a member having a high thermal conductivity such as a steel truss is used, and accordingly, the temperature change width of the interior wall surface may be increased according to the external weather. Since the indoor surface temperature affects the mean radiant temperature (MRT), it is important to measure the average radiant temperature in large space structures.
평균복사온도는 실내 표면과 재실자 사이의 복사열 전달에 의한 재실자 위치에서의 온열 환경을 평가하기 위한 지표로, 실내표면온도와 대상 지점의 각 표면 사이의 형태계수(angle factor)를 통해 정의될 수 있다.The average radiation temperature is an index for evaluating the warming environment at the occupant position by radiant heat transfer between the indoor surface and occupants, and can be defined through an angle factor between the indoor surface temperature and each surface of the target point. .
종래에는 이러한 평균복사온도를 예측하기 위해 흑구온도계를 이용하였다. 여기서, 흑구온도계(Black bulb thermometer)는 표면이 흑색이고 지름이 15cm인 속이 비어 있는 동구에 봉상온도계를 삽입한 것으로서 실내의 벽면 등으로부터 복사열이 체감에 미치는 영향을 평가하기 위하여 사용된다.Conventionally, a black sphere thermometer was used to predict the average radiation temperature. Here, the black bulb thermometer (Black bulb thermometer) is a black surface with a diameter of 15cm is inserted into the rod-shaped thermometer in an empty copper ball is used to evaluate the effect of radiant heat on the bodily sensation from the walls of the room.
그러나 대공간에서 흑구온도계의 사용은 측정 시간이 오래 걸리고 또한 넓은 재실공간에 다수의 흑구온도계를 설치해야 하는 문제점이 있다. 특히 대공간의 경우 재실 위치마다 흑구온도계, 풍속계, 건구온도계가 설치되어야 하며, 주변의 공기온도와 풍속 변화에 따라 평균복사온도 값이 민감하게 반응한다. 따라서 정확한 풍속과 공기온도의 측정이 요구되며, 재실자가 밀집된 공간의 경우 위치마다 흑구온도계, 풍속계, 건구온도계의 설치에 한계가 있다.However, the use of a black sphere thermometer in a large space takes a long time and also has a problem in that a plurality of black sphere thermometers must be installed in a large occupied space. Especially in the case of large spaces, a black sphere thermometer, anemometer, and dry bulb thermometer should be installed for each occupied location, and the average radiation temperature value is sensitively reacted to changes in the surrounding air temperature and wind speed. Therefore, it is required to accurately measure the wind speed and air temperature, and in the case of a space where occupants are dense, there is a limit to the installation of a black sphere thermometer, anemometer and dry bulb thermometer for each location.
이에 재실자의 동선에 방해가 되지 않도록 대상 위치에 센서를 설치하지 않고도 평균복사온도를 예측할 수 있는 장치의 개발이 필요하다.Accordingly, it is necessary to develop a device capable of predicting the average radiation temperature without installing a sensor at a target location so as not to interfere with the moving line of the occupant.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1776567호(2017. 09. 04. 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1776567 (Announcement of Sep. 04, 2017).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적외선 열화상 카메라를 이용하여 대공간 건축물의 각 지점별 평균복사온도(MRT)를 실시간으로 예측 및 모니터링하여 실내 온열 환경을 평가하기 위한 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is an indoor thermal environment using a thermal imaging camera for evaluating the indoor thermal environment by predicting and monitoring the average radiation temperature (MRT) of each point in a large-scale building in real time using an infrared thermal imaging camera. It is intended to provide an evaluation device and a method.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법은, 측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성하는 단계; 상기 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 적어도 하나 이상의 재실 위치가 선택되면, 상기 3D 모델 공간상에서 상기 선택된 재실 위치별 좌표 값을 각각 설정하는 단계; 상기 좌표 값을 이용하여 상기 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산하는 단계; 상기 입체각을 이용하여 형태계수(angle factor)를 연산하는 단계; 상기 건물 실내에 설치된 열화상 카메라를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하는 단계; 상기 온도 값들을 이용하여 상기 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하는 단계; 및 상기 선택된 재실 위치의 입체각과 각 벽면의 평균 표면온도값을 이용하여 해당 재실 위치별 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 단계를 포함한다.The method for evaluating the indoor warming environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention for achieving such a technical problem is simplified by classifying and simplifying each wall surface of a building interior to be measured, and generating a 3D model by modeling the simplified indoor shape. To do; Setting at least one occupancy location to be predicted by a user from the generated 3D model, setting coordinate values for each selected occupancy location in the 3D model space; Calculating a solid angle from the selected occupancy location to each surface using the coordinate values, respectively; Calculating an angle factor using the three-dimensional angle; Scanning temperature values of all surfaces of the room using a thermal imaging camera installed in the building; Calculating an average surface temperature value for each wall surface of the 3D model using the temperature values; And deriving an average radiation temperature (MRT) value for each occupancy location by using the stereoscopic angle of the selected occupancy location and an average surface temperature value of each wall surface.
또한, 상기 3D 모델을 생성하는 단계는 실내 벽체 마감재의 표면 및 종류에 따라 벽면을 각각 구분하거나, 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 벽면을 각각 구분하여 건물 실내 형태를 단순화시켜 상기 3D 모델을 생성할 수 있다.In addition, in the step of generating the 3D model, the 3D model is generated by simplifying the interior shape of the building by dividing each wall surface according to the surface and type of the interior wall finishing material or by dividing the wall surfaces based on the point where the wall surface meets the wall surface. can do.
또한, 상기 입체각을 각각 연산하는 단계는 다음의 수학식을 이용하여 각 위치별 입체각을 각각 연산할 수 있다.In addition, in the step of calculating each of the three-dimensional angles, each of the three-dimensional angles for each location may be calculated using the following equation.
여기서,
또한, 상기 형태계수(angle factor)를 연산하는 단계는 다음의 수학식을 이용하여 상기 형태계수를 연산할 수 있다.In addition, in the step of calculating the angle factor, the shape factor may be calculated using the following equation.
여기서,
또한, 상기 해당 재실 위치별 평균복사온도 값을 도출하는 단계는 다음의 식에 의해 상기 평균복사온도 값을 도출할 수 있다.In addition, the step of deriving the average copy temperature value for each occupancy location may derive the average copy temperature value by the following equation.
여기서,
또한, 각 표면의 방사율 값, 반사율 값 및 공기 온도를 이용하여 상기 평균 표면온도값을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include correcting the average surface temperature value using the emissivity value, reflectance value, and air temperature of each surface.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치는, 측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성하는 모델링부; 상기 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 적어도 하나 이상의 재실 위치가 선택되면, 3D 모델 공간상에서 상기 선택된 재실 위치별 좌표 값을 각각 설정하고, 설정된 좌표 값을 이용하여 상기 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산하는 제1 연산부; 상기 건물 실내에 설치된 열화상 카메라를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하고, 스캐닝된 온도 값들을 이용하여 상기 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하여, 상기 연산된 평균 표면온도값과 상기 제1 연산부에서 연산된 입체각을 이용하여 해당 재실 위치별 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 제2 연산부를 포함한다.In addition, the indoor warm environment evaluation apparatus using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention includes: a modeling unit that simplifies and separates each wall surface of a building interior to be measured, and models a simplified indoor shape to generate a 3D model; When at least one occupancy location to be predicted by a user is selected from the generated 3D model, coordinate values for each selected occupancy location are respectively set in 3D model space, and each face from the selected occupancy location using the set coordinate values. A first operation unit for calculating the facing solid angle, respectively; The temperature values of all the surfaces of the room are respectively scanned using the thermal imaging camera installed in the building interior, and the average surface temperature values are calculated for each wall surface of the 3D model using the scanned temperature values, respectively, and the calculated average And a second calculation unit for deriving an average radiation temperature (MRT) value for each occupancy location by using the surface temperature value and the solid angle calculated by the first calculation unit.
이와 같이 본 발명에 따르면, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 대공간 건축물의 각 지점별 평균복사온도(MRT)를 실시간으로 예측 및 모니터링하여 실내 온열 환경을 평가할 수 있어, 개폐식 대공간 건축물에서의 냉난방 설비를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, an indoor thermal environment can be evaluated by real-time prediction and monitoring of the average radiation temperature (MRT) for each point of a large-scale building using an infrared thermal imaging camera, so that heating and cooling facilities in a retractable large-scale building There is an effect that can be effectively controlled.
또한 본 발명에 따르면, 장비의 설치가 용이한 곳에 열화상 카메라를 둘 수 있으므로, 재실 밀도와 재실자의 동선에 방해가 되지 않는 곳에 장비를 설치할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the thermal imaging camera can be placed where the installation of the equipment is easy, it is possible to install the equipment where the occupancy density and the occupant's circulation are not disturbed.
또한 본 발명에 따르면, 한 개의 열화상 카메라를 이용하여 다중 위치에서의 평균복사온도 도출이 가능하므로 저렴한 설치 비용으로 냉난방 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since it is possible to derive an average radiation temperature at multiple locations using a single thermal imaging camera, it is possible to control heating and cooling at a low installation cost.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치가 적용되는 장소를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 건물 실내의 3D 모델 생성예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 입체각 연산 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.1 is a block diagram showing a device for evaluating an indoor warming environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing a place to which an indoor thermal environment evaluation apparatus using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention is applied.
3 is a flowchart illustrating an operation flow of a method for evaluating an indoor warming environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
4 is an example of generating a 3D model of a building interior in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
5 is a reference diagram for explaining a process of calculating a three-dimensional angle in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 are reference diagrams for explaining a process for deriving an average radiation temperature (MRT) value in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience.
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 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
먼저, 도 1 및 도 2를 통해 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치에 대하여 설명한다.First, an indoor warming environment evaluation apparatus using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치를 나타낸 블록구성도이다.1 is a block diagram showing a device for evaluating an indoor warming environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치(100)는, 모델링부(110), 제1 연산부(120), 제2 연산부(130)를 포함한다.As illustrated in FIG. 1, the
먼저, 모델링부(110)는 측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성한다.First, the
자세히는, 방사율은 마감재의 종류에 따라 달라지므로 실내 벽체 마감재의 표면 및 종류에 따라 벽면을 각각 구분하거나, 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 벽면을 각각 구분하여 건물 실내 형태를 단순화시켜 3D 모델을 생성할 수 있다. In detail, the emissivity varies depending on the type of the finishing material, so each wall surface is classified according to the surface and type of the interior wall finishing material, or each wall surface is divided based on the point where the wall surface meets the wall to simplify the 3D model. Can be created.
본 발명의 실시예에 따른 건물은 대규모의 실내 건축물, 공연장 및 경기장 등과 같이 다수의 인원을 수용할 수 있는 실내 공간으로, 냉난방설비 제어 프로그램을 이용하여 냉난방 기기를 제어하기 위한 장소일 수 있다.The building according to an embodiment of the present invention is an indoor space capable of accommodating a large number of people, such as a large-scale indoor building, a performance hall, and a stadium, and may be a place for controlling heating and cooling equipment using a heating and cooling equipment control program.
그리고, 제1 연산부(120)는 모델링부(110)에서 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 적어도 하나 이상의 재실 위치가 선택되면, 3D 모델 공간상에서 사용자에 의해 선택된 재실 위치별 좌표 값을 각각 설정하고, 설정된 좌표 값을 이용하여 사용자로부터 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산한다.In addition, when at least one occupancy location to be predicted by the user is selected from the 3D model generated by the
예를 들어 측정하고자 하는 건물이 대규모 실내 경기장인 경우, 사용자로부터 선택되는 재실 위치는 각각의 스탠드(객석) 위치로 지정될 수 있다.For example, when the building to be measured is a large indoor stadium, the occupancy location selected by the user may be designated as each stand (seat) location.
그리고, 제2 연산부(130)는 건물 실내에 설치된 열화상 카메라(200)를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하고, 스캐닝된 온도 값들을 이용하여 모델링부(110)에서 생성된 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하여, 연산된 평균 표면온도값과 제1 연산부(120)에서 연산된 입체각을 이용하여 해당 재실 위치별 평균복사온도(MRT) 값을 도출한다.In addition, the
이때, 제2 연산부(130)는 각 표면의 방사율 값, 반사율 값 및 공기 온도를 이용하여 평균 표면온도값을 보정할 수도 있다.At this time, the second calculating
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치가 적용되는 장소를 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing a place to which an indoor thermal environment evaluation apparatus using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention is applied.
도 2에서와 같이 건물 실내에 설치된 열화상 카메라(200)를 이용하여 건물 실내의 모든 표면 온도 값을 각각 스캐닝 한다.As shown in FIG. 2, each surface temperature value of the building room is scanned using the
이때, 제2 연산부(130)는 연산된 평균 표면온도값과 제1 연산부(120)에서 연산된 입체각을 이용하여 평균복사온도 값을 도출할 수 있다.At this time, the
여기서, 평균복사온도 값은, 예상평균온열값(Predicted Mean Vote, PMV) 측정을 위한 6가지 인자인 공기온도(air temperature, T), 평균복사온도(mean radiant temperature, MRT), 기류속도(air velocity, V), 상대습도(relative humidity, RH), 착의량(clothing insulation, CLO), 대사량(metabolic rate, MET) 중 하나의 인자로, 본 발명의 실시예에서 도출된 평균복사온도 값을 가상온열센서의 예상평균온열값(PMV) 연산 알고리즘에 반영하고, 열화상 이미지의 온도값 분석을 통해 사람의 위치를 검출하여 위치별 재실 밀도를 파악하여 파악된 위치별 재실 밀도를 냉난방설비 제어 프로그램에 전송하여 냉난방 기기가 제어되도록 할 수도 있다.Here, the average radiation temperature value is six factors for measuring the predicted mean vote (PMV): air temperature (T), mean radiant temperature (MRT), air flow rate (air) Velocity, V), relative humidity (RH), clothing insulation (CLO), metabolic rate (MET), one of the factors, the average radiation temperature value derived from the embodiment of the present invention is simulated It is reflected in the predicted average heat value (PMV) calculation algorithm of the thermal sensor, and detects the person's location through the analysis of the temperature value of the thermal image to determine the density of occupancy by location. It can also be transmitted to control the heating and cooling equipment.
또한, 제2 연산부(130)는 실내 모든 표면의 온도 값을 실시간 스캐닝하여 연산되는 평균 표면온도 값을 이용하여, 실시간으로 평균복사온도 값을 도출할 수도 있다.In addition, the
즉, 실시간으로 도출되는 재실 위치별 평균복사온도 값을 예상평균온열값(PMV) 연산 알고리즘에 실시간으로 반영하여 냉난방 기기가 제어되도록 함으로써 실내 온도가 항시 쾌적하게 유지되도록 할 수 있다.That is, the room temperature can be maintained at all times by controlling the heating and cooling devices by reflecting the average radiation temperature value for each occupancy location derived in real time to the predicted average heat value (PMV) calculation algorithm in real time.
이하에서는 도 3 내지 도 8을 통해 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for evaluating an indoor warming environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.3 is a flowchart illustrating an operation flow of a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention, and the specific operation of the present invention will be described with reference to this.
본 발명의 실시예에 따르면, 먼저 실내 온열 환경 평가 장치 (100)의 모델링부(110)가 측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성한다(S310).According to an embodiment of the present invention, first, the
자세히는, 방사율은 마감재의 종류에 따라 달라지므로 실내 벽체 마감재의 표면 및 종류에 따라 벽면을 각각 구분하거나, 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 벽면을 각각 구분하여 건물 실내 형태를 단순화시켜 3D 모델을 생성할 수 있다. In detail, the emissivity varies depending on the type of the finishing material, so each wall surface is classified according to the surface and type of the interior wall finishing material, or each wall surface is divided based on the point where the wall surface meets the wall to simplify the 3D model. Can be created.
즉, 측정하고자 하는 건물 실내를 경기장이라고 가정했을 때, 마감재 표면의 종류에 따라 객석, 천정, 경기장 필드 등으로 크게 구분할 수 있다. 그리고, 객석은 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 구분할 수 있다.That is, when the interior of the building to be measured is assumed to be a stadium, it can be largely divided into a seat, a ceiling, and a stadium field according to the type of the surface of the finishing material. In addition, the auditorium can be classified based on the point where the wall meets the wall.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 건물 실내의 3D 모델 생성예이다.4 is an example of generating a 3D model of a building interior in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
도 4에서와 같이, 객석부인 A1 내지 A4는 동일한 마감재로 구성될 수 있으며, 이에 따른 방사율 값이 동일하다. 그러나 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 나누면 4곳으로 나눌 수 있다. 그리고, A5 및 A6는 각각 천정과 경기장 필드이므로 마감재의 종류로 각각 구분될 수 있다.As shown in FIG. 4, the audience seats A1 to A4 may be composed of the same finishing material, and thus the emissivity values are the same. However, it can be divided into 4 places by dividing based on the point where the wall meets the wall. In addition, since A5 and A6 are each a ceiling and a stadium field, they may be divided into types of finishing materials.
따라서 실제의 복잡한 건물 실내의 표면은 도 4에서와 같이 단순화 될 수 있고, 단순화된 모델은 3D 공간에서 모델링 될 수 있다.Therefore, the surface of the actual complex building interior can be simplified as in FIG. 4, and the simplified model can be modeled in 3D space.
그리고, S310 단계에서 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 재실 위치가 선택되면(S320), 제1 연산부(120)는 3D 모델 공간상에서 사용자로부터 선택된 재실 위치의 좌표 값을 각각 설정한다(S330).Then, when the occupancy position to be predicted by the user is selected from the 3D model generated in step S310 (S320), the
즉, 3D 모델이 완성되면, 예측하고자 하는 각각의 재실 위치를 선택하고, 선택된 재실 위치에 대해서 단순화 모델의 공간상의 x, y, z의 좌표 값을 각각 설정한다.That is, when the 3D model is completed, each occupancy position to be predicted is selected, and coordinate values of x, y, and z in the spatial space of the simplified model are respectively set for the selected occupancy position.
그리고, 제1 연산부(120)는 S330 단계에서 설정된 좌표 값을 이용하여 S320 단계에서 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산한다(S340).Then, the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 입체각 연산 과정을 설명하기 위한 참고도이다.5 is a reference diagram for explaining a process of calculating a three-dimensional angle in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
도 5에서와 같이, 입체각은 각 재실 위치에서 실내 표면(A1 내지 A6)으로 향하는 각을 의미한다. 따라서 입체각은 건물 공간에서 한쪽 벽면에 해당하는 각도를 구하는 것을 의미하고, 입체각 연산은 평면상의 삼각형에 대해서 연산이 가능하며, 이를 용이하게 하기 위해서는 사용자로부터 선택된 재실 위치(O)로부터 삼각형의 꼭지점을 향하는 벡터 중 1개는 좌표축과 평행하여야 한다. 그러므로, 입체각 연산을 위한 실내 표면(
여기서, Ai는 벽면 구분 기호, k는 벽면 식별 기호.Here, A i is a wall separator, k is a wall identification symbol.
또한, 재실 위치(O)에서 실내표면상의 삼각형(Ai,k)으로 향하는 입체각은 다음의 수학식 2와 같이 연산된다.In addition, the solid angle from the occupancy position O toward the triangle A i,k on the interior surface is calculated as in Equation 2 below.
여기서,
즉, 재실자 위치에서 실내 표면(
이때, 입체각은 스테라디안 값(Sr)으로 표현되며, 입체각을 형태계수(Angle factor)로 변환하는 식은 다음의 수학식 4와 같다.At this time, the three-dimensional angle is expressed as a steradian value (Sr), and the equation for converting the three-dimensional angle to an angle factor is as shown in
여기서,
이때, 한 개의 재실 위치(지점)에서 모든 면으로 향하는 형태계수의 총 합은 1이 되며, 이는 다음의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.At this time, the total sum of the shape coefficients from one occupied position (point) toward all surfaces is 1, which can be expressed as Equation 5 below.
그리고 제2 연산부(130)는 건물 실내에 설치된 열화상 카메라(200)를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝한다(S350).In addition, the
그리고 제2 연산부(130)는 S350 단계에서 스캐닝된 온도 값들을 이용하여 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산한다(S360).Then, the
그리고 제2 연산부(130)는 각 표면의 방사율 값, 반사율 값 및 공기 온도를 이용하여 S360 단계에서 연산된 평균 표면온도값을 보정한다(S370).Then, the second calculating
마지막으로 제2 연산부(130)는 S320 단계에서 선택된 재실 위치의 입체각과 각 벽면의 평균 표면온도값을 이용하여 해당 재실 위치의 평균복사온도(MRT) 값을 도출한다(S380).Finally, the
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 방법에서 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 참고도이다.6 to 8 are reference diagrams for explaining a process for deriving an average radiation temperature (MRT) value in a method for evaluating an indoor warm environment using a thermal imaging camera according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서의 평균복사온도(MRT) 값(
따라서, S380 단계는 다음의 수학식 6에 의해 도 7에서와 같이 재실 위치별(a point 및 b point) 평균복사온도 값을 도출할 수 있다.Accordingly, in step S380, an average copy temperature value for each occupied location (a point and b point) may be derived by using Equation 6 below.
여기서,
즉, 도 8에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 건물의 단순화 모델에서 선택된 재실 위치에서의 입체각을 연산하고, 열화상 카메라(200)를 통해 측정된 건물 실내의 전체 표면온도 스캔하여 각 실내면의 표면온도값을 연산하고, 연산된 입체각과, 표면온도값을 이용하여 평균복사온도(MRT) 값을 도출할 수 있다.That is, according to the embodiment of the present invention as shown in Figure 8 calculates the three-dimensional angle at the occupancy location selected from the simplified model of the building, and scans the entire surface temperature of the interior of the building measured by the
또한, 본 발명은 한번 건물의 모델링이 완성되고, 각 필요 지점에서의 입체각이 연산되면, S350 단계에서 S380 단계만 반복 수행하여 실시간 실내면의 표면온도를 스캔하여 각 재실 위치별 평균복사온도 값을 모니터링할 수 있다.In addition, in the present invention, once the modeling of the building is completed and the three-dimensional angle at each required point is calculated, only the steps S380 to S380 are repeated to scan the surface temperature of the real-time interior surface to determine the average copy temperature value for each occupancy location. Can be monitored.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 실내 온열 환경 평가 장치 및 그 방법은 적외선 열화상 카메라를 이용하여 대공간 건축물의 각 지점별 평균복사온도(MRT)를 실시간으로 예측 및 모니터링하여 실내 온열 환경을 평가할 수 있어, 대공간 건축물에서의 냉난방 설비를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.As described above, the apparatus for evaluating indoor warming environment using a thermal imager according to an embodiment of the present invention and its method predict the average radiation temperature (MRT) for each point of a large-scale building in real time using an infrared thermal imager. And it is possible to evaluate the indoor warming environment by monitoring, there is an effect that can effectively control the air conditioning and heating equipment in a large space building.
또한 본 발명에 따르면, 장비의 설치가 용이한 곳에 열화상 카메라를 둘 수 있으므로, 재실 밀도와 재실자의 동선에 방해가 되지 않는 곳에 장비를 설치할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the thermal imaging camera can be placed where the installation of the equipment is easy, it is possible to install the equipment where the occupancy density and the occupant's circulation are not disturbed.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 한 개의 열화상 카메라를 이용하여 다중 위치에서의 평균복사온도 도출이 가능하므로 저렴한 설치 비용으로 냉난방 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since it is possible to derive the average radiation temperature at multiple locations using one thermal imaging camera, it is possible to control heating and cooling at a low installation cost.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the following claims.
100 : 실내 온열 환경 평가 장치 110 : 모델링부
120 : 제1 연산부 130 : 제2 연산부
200 : 열화상 카메라100: indoor heating environment evaluation device 110: modeling unit
120: first operation unit 130: second operation unit
200: thermal imaging camera
Claims (12)
측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 적어도 하나 이상의 재실 위치가 선택되면, 상기 3D 모델 공간상에서 상기 선택된 재실 위치별 좌표 값을 각각 설정하는 단계;
상기 좌표 값을 이용하여 상기 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산하는 단계;
상기 입체각을 이용하여 형태계수(angle factor)를 연산하는 단계;
상기 건물 실내에 설치된 열화상 카메라를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하는 단계;
상기 온도 값들을 이용하여 상기 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하는 단계; 및
상기 선택된 재실 위치의 입체각과 각 벽면의 평균 표면온도값을 이용하여 해당 재실 위치별 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 단계를 포함하는 실내 온열 환경 평가 방법.In the method for evaluating the indoor warm environment using the indoor warm environment evaluation device,
Separating and simplifying each wall surface of the building interior to be measured, and modeling the simplified interior form to generate a 3D model;
If at least one occupancy location to be predicted by a user is selected from the generated 3D model, setting coordinate values for each selected occupancy location in the 3D model space;
Calculating a solid angle from the selected occupancy location to each surface using the coordinate values, respectively;
Calculating an angle factor using the three-dimensional angle;
Scanning temperature values of all surfaces of the room using a thermal imaging camera installed in the building;
Calculating an average surface temperature value for each wall surface of the 3D model using the temperature values; And
And deriving an average radiation temperature (MRT) value for each occupied room location by using the stereoscopic angle of the selected occupied location and an average surface temperature value of each wall surface.
상기 3D 모델을 생성하는 단계는,
실내 벽체 마감재의 표면 및 종류에 따라 벽면을 각각 구분하거나, 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 벽면을 각각 구분하여 건물 실내 형태를 단순화시켜 상기 3D 모델을 생성하는 실내 온열 환경 평가 방법.According to claim 1,
The step of generating the 3D model,
A method for evaluating an indoor warming environment that generates the 3D model by simplifying the interior shape of a building by dividing each wall surface according to the surface and type of the interior wall finishing material, or by dividing each wall surface based on a point where the wall surface meets the wall surface.
상기 입체각을 각각 연산하는 단계는,
다음의 수학식을 이용하여 각 위치별 입체각을 각각 연산하는 실내 온열 환경 평가 방법:
여기서,
The step of calculating each of the three-dimensional angle,
A method for evaluating an indoor warming environment in which a three-dimensional angle for each location is calculated using the following equation:
here,
상기 형태계수(angle factor)를 연산하는 단계는,
다음의 수학식을 이용하여 상기 형태계수를 연산하는 실내 온열 환경 평가 방법:
여기서,
The step of calculating the shape factor (angle factor),
A method for evaluating an indoor warming environment for calculating the shape factor using the following equation:
here,
상기 해당 재실 위치별 평균복사온도 값을 도출하는 단계는,
다음의 식에 의해 상기 평균복사온도 값을 도출하는 실내 온열 환경 평가 방법:
여기서,
The step of deriving the average radiation temperature value for each corresponding occupancy location is
A method for evaluating an indoor warming environment from which the average radiation temperature value is derived by the following equation:
here,
각 표면의 방사율 값, 반사율 값 및 공기 온도를 이용하여 상기 평균 표면온도값을 보정하는 단계를 더 포함하는 실내 온열 환경 평가 방법.According to claim 1,
Comprising the step of correcting the average surface temperature value using the emissivity value, the reflectance value and the air temperature of each surface indoor warm environment evaluation method.
측정하고자 하는 건물 실내의 각 벽면을 구분하여 단순화시키고, 단순화된 실내 형태를 모델링하여 3D 모델을 생성하는 모델링부;
상기 생성된 3D 모델에서 사용자로부터 예측하고자 하는 적어도 하나 이상의 재실 위치가 선택되면, 3D 모델 공간상에서 상기 선택된 재실 위치별 좌표 값을 각각 설정하고, 설정된 좌표 값을 이용하여 상기 선택된 재실 위치에서 각 면으로 향하는 입체각(solid angle)을 각각 연산하고, 상기 입체각을 이용하여 형태계수(angle factor)를 연산하는 제1 연산부;
상기 건물 실내에 설치된 열화상 카메라를 이용하여 실내 모든 표면의 온도 값을 각각 스캐닝하고, 스캐닝된 온도 값들을 이용하여 상기 3D 모델의 각 벽면에 대해 평균 표면온도 값을 각각 연산하여, 상기 연산된 평균 표면온도값과 상기 제1 연산부에서 연산된 입체각을 이용하여 해당 재실 위치별 평균복사온도(MRT) 값을 도출하는 제2 연산부를 포함하는 실내 온열 환경 평가 장치.In the indoor thermal environment evaluation apparatus using a thermal imaging camera,
A modeling unit that separates and simplifies each wall surface of the building interior to be measured, and models a simplified interior shape to generate a 3D model;
When at least one occupancy location to be predicted by a user is selected from the generated 3D model, coordinate values for each selected occupancy location are respectively set in 3D model space, and each face from the selected occupancy location using the set coordinate values. A first operation unit that calculates each of the facing solid angles and calculates an angle factor using the solid angles;
The temperature values of all the surfaces of the room are respectively scanned using the thermal imaging camera installed in the building interior, and the average surface temperature values are calculated for each wall surface of the 3D model using the scanned temperature values, respectively, and the calculated average An indoor heating environment evaluation device including a second operation unit for deriving an average radiation temperature (MRT) value for each occupancy location using a surface temperature value and a solid angle calculated by the first operation unit.
상기 모델링부는,
실내 벽체 마감재의 표면 및 종류에 따라 벽면을 각각 구분하거나, 벽면과 벽면이 만나는 지점을 기준으로 벽면을 각각 구분하여 건물 실내 형태를 단순화시켜 상기 3D 모델을 생성하는 실내 온열 환경 평가 장치.The method of claim 7,
The modeling unit,
An indoor warming environment evaluation device for generating the 3D model by simplifying the interior shape of a building by classifying each wall surface according to the surface and type of the interior wall finishing material, or by dividing the wall surface based on the point where the wall surface meets the wall surface.
상기 제1 연산부는,
다음의 수학식을 이용하여 각 위치별 입체각을 각각 연산하는 실내 온열 환경 평가 장치:
여기서,
The first operation unit,
Indoor heating environment evaluation device that calculates a three-dimensional angle for each location using the following equation:
here,
상기 제1 연산부는,
다음의 수학식을 이용하여 상기 형태계수를 연산하는 실내 온열 환경 평가 장치:
여기서,
The first operation unit,
Indoor thermal environment evaluation device for calculating the shape factor using the following equation:
here,
상기 제2 연산부는,
다음의 식에 의해 상기 평균복사온도 값을 도출하는 실내 온열 환경 평가 장치:
여기서,
The second operation unit,
An indoor warming environment evaluation device for deriving the average radiation temperature value by the following equation:
here,
상기 제2 연산부는,
각 표면의 방사율 값, 반사율 값 및 공기 온도를 이용하여 상기 평균 표면온도값을 보정하고,
상기 실내 모든 표면의 온도 값을 실시간 스캐닝하여 연산되는 평균 표면온도 값을 이용하여, 실시간으로 상기 평균복사온도 값을 도출하는 실내 온열 환경 평가 장치.The method of claim 7,
The second operation unit,
The average surface temperature value is corrected by using the emissivity value, reflectance value, and air temperature of each surface,
An indoor heating environment evaluation device for deriving the average copy temperature value in real time by using the average surface temperature value calculated by real-time scanning the temperature values of all surfaces of the room.
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