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NEST Thermostat 과 애플 홈킷,그리고 Siri를 이용한 제어.

Connected Home/Smart Thermostat2016. 6. 13. 18:18

사물인터넷을 위한 스마트홈 플랫폼중 대표적인것이  애플의 홈킷 , 구글의 구글홈,아마존의 알렉사 등이 있다.

각사마다 스마트홈 플랫폼은 다르지만 그 목적은 집의 모든것을 통제하는것에 있다.
집의 제어는 크게 전등 on/off, 실내온도조절, 잠금 및 보안 으로 크게 나뉜다.
더 많은 스마트디바이스들이 나오면 집의 제어에 관한 분야가 더 확장되고 세분화될것이다.

그중 애플의 홈킷은 음성인식 기능인 시리(siri)를 기반으로 하고 있는데,가장먼저 음성인식을 스마트폰에 적용한만큼 음성인식률이 상당히 좋은편이다.
음성인식으로 사물인터넷 장비들을 제어하면 초보자나 아동,노인들, 기계에 익숙치 못한 사람들까지 음성으로 집안의 기기들을 쉽게 제어할수 있다. 
 
홈킷을 지원하는 스마트온도조절기는 대표적으로 Ecobee3가 있는데,NEST 온도조절기는 구글에 인수된후 애플스토어에서 퇴출되어 홈킷지원이 되지 않는다.
하지만,약간의 수고로 홈킷과 연동할 수 있으며 또한,조금의 프로그래밍으로 Siri를 통해 한글로 NEST 온도조절기의  완벽한 제어가 가능하다.

홈킷을 지원하는 스마트 디바이스들은 거의 다 Siri로 명령을 내릴때 영어를 사용해야 한다.
영어에 익숙치 않는 국내사용자들은  영어로 Siri에게 명령을 내릴시 인식률이 좋치 못하다.

NEST를 홈킷에 연동키 위해서는 서버로 사용할 osx가 설치된 맥이 필요하며,외부에서 명령을 수행할려면 애플TV가 필요하다.

본인의 주택에는 NEST 온도조절기가 2대 설치되어 있으며, 각각 시스템에어컨과 보일러에 연결되어 있다.

이처럼 주택에 다수의 NEST 온도조절기가 설치되어 있으면, NEST 온도조절기를 각각 그룹으로 분리해주어야 한다.
만약,그룹으로 분리하지 않으면 Siri로 명령을 내릴시 모든 NEST 온도조절기가 한꺼번에 동작이 된다.
예를 들어 시스템에어컨에 연결된 NEST 만 작동해야 하는데 보일러에 연결된 NEST도 같이 동작되는 경우가 발생한다.
그래서,다수의 NEST를 각각 제어하기 위해선 좀 더 디테일한 홈킷 설정이 필요하다.

다음의 영상은 모노하우스에 설치된 NEST 온도조절기를 Siri를 이용하여 동작하는 영상이다. (사투리 억양 이해바랍니다.)
(저희집 주택이름은 모노하우스 입니다.)

<시스템에어컨 동작>



<보일러 동작>




이처럼,공식적으로 홈킷을 지원하지 않는 NEST 온도조절기이지만 얼마든지 Siri를 통한 제어가 가능하다.


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NEST 온도조절기 시스템에어컨과 연동하기

Connected Home/Smart Thermostat2016. 6. 13. 18:04

NEST 온도조절기는 미국의 HVAC 시스템에 최적화 되어 있다.

냉방운전,난방운전,팬 운전 뿐 아니라 옵션에 따라 가습과 제습 제어도 가능하다.

국내에선 NEST 온도조절기를 사용하시는 소수의 분들이  대부분 난방에만 사용하는데 이는 NEST의 기능중 아주 일부만 활용하고 있는 것이다.

미국의  HVAC 처럼 NEST 온도조절기를 100% 활용하기 위해선 국내에선 시스템에어컨과 NEST 온도조절기를 연동하면 된다. 

시스템에어컨과 연동을 하면 NEST 온도조절기의 파워풀한 모든 기능을 사용가능하다.



<거실에 설치된 NEST Thermostat>

---------------------------------------------------------
먼저 미국판 NEST 온도조절기는 다음 동작이 가능하다.

냉방운전. (Y1,Y2)
난방운전. (W1,W2,W3)
팬 제어. (G)
가습(옵션) (*)
제습(옵션) (OB)
---------------------------------------------------------
국내 시스템 에어컨의 기능은 다음과 같다.(본인의 집에 설치된 LG 휘센 시스템에어컨 기준)

냉방운전,
난방운전.
송풍.
제습.
인공지능운전
---------------------------------------------------------
이런식이고 ,바람의 세기 조절, 부가운전(공기청정,쾌적풍)등....조금씩 다른 기능들이 부가적으로 있다.

미국판 NEST 온도조절기와 국내 시스템에어컨을 연동한다면 다음의 기능끼리 서로 연동이 가능하다.


 

이런식으로 구성하면 이론상으론 NEST 온도조절기의 기능은 100% 사용가능하다.
여기서,NEST는 바람의 세기,부가기능운전(쾌적풍,공기청정),인공지능운전등의 기능자체가 없으므로 이런기능과는 연동을 할수가 없다.


먼저 시스템에어컨과 NEST를 연동하기 위해서 아래와 같이 각각의 장비들과 연동해야한다.


 


일반적인 시스템에어컨은 실내기와 실외기가 연결되어 있고,실내기는 유선리모컨과 연결되어 있다.
NEST를 시스템에어컨과 연동할려면 실내기,실외기,유선리모컨 모두와 연결해야 한다.
유선리모컨은 NEST가 지원하지 않는 바람의 세기,부가기능운전(쾌적풍,공기청정),인공지능운전 ,그리고 에러메세지를 확인하기 위해서 반드시 필요하다.

NEST와의 연동을 위해선 시스템에어컨 모델에 따라 유선리모컨과 실내기의 온도센서는 제거 해야 하는 경우도 있다.

유선리모컨도 보일러와 마찬가지로 DC 12V로 동작이 되며,NEST와의 연동을 위해선 DC 릴레이가 필요하다.

에어컨 실내기와 NEST의 연동은 실내기는 220V 이므로 24V~ 릴레이로 연결하면 되며,유선리모컨이 실내기에 전달하는 신호를 먼저 알아내어야 한다. 
본인의 주택에선 LG휘센을 사용하고 있는데,휘센의 냉방/난방/팬 제어/바람세기 신호는 모두 알아내었다.

그리고,냉방/난방/팬 제어/바람세기 2단계 제어가 가능한 on/off 접점기능이 있는 Sub Board를 제작하였다.
(이부분에 대한 디테일한 설명은 내용이 많아서 생략합니다.)

그후,에어컨 실내기 필터를 제거하면 보이는  실내기 제어 회로에서 유선리모컨과 연결되는 단자에  제작한 Sub board를 이중으로 연결하고, Sub Board와 NEST를 연결한다. (아래 사진 참조)

Sub Board에는 NEST 온도조절기의 단자에 맞춰서 W,Y,G,C,RC,RH 여섯단자를 만들었으며,
NEST 온도조절기와 직결로 연결되는 구조로 만들었다.
(Sub  Board는 Ecobee3와도 완벽히 호환된다. 본인의 집 2층의 시스템에어컨은 Ecobee3와 연결해 사용하고 있다.)



<시스템에어컨 실내기>





<NEST Themostat 과 시스템에어컨 연결>

여기서 냉방 2stage(Y2), 난방 2stage(W2) 도 연결했는데 , 이는 스테이지 동작에 따라 에어컨 바람의 세기가 달라진다.
즉,1 stage 일때는 약풍, 2stage 일때는 강풍으로 동작이 된다. 


 
<NEST 온도조절기 결선도>

조금은 어려운 과정이지만 이런식으로 구성해서 NEST를 냉방/난방/팬 제어 동작을 하면 유선리모컨의 화면도 냉방/난방/송풍 화면으로 따라서 바뀐다.

그런데,실외기가 동작하지 않는 현상이 발견되어 다시 Sub Board를 수정해 실외기도 냉방/난방운전에 따른 각각의 ON/off 동작이 완벽히 되도록 재설치하였다.

그리고,NEST 온도조절기의 에너지 절약기능중 냉방시 Airwave 기능이 있는데,이 또한 완벽히 동작이 된다.

아래의 영상은  NEST온도조절기와 시스템에어컨이 연동되어 NEST의 모든기능을 100% 완벽히 수행하는 영상이다.
NEST 온도조절기의 동작에 따라 유선리모컨도 연동된다.

<냉방 동작>




<난방동작>
 


<팬(송풍) 동작>


 

조금은 어려운 작업이지만 nest 온도조절기의 100%  모든 기능을 국내에서도 완벽히 사용가능하다.
모든집에 이런식으로 구성할수는 없지만 NEST를 이용해 공조냉난방을 하고자 하시는 분들은 100% 가능함을 알려드린다.


* 저희집의 경우는 저에너지 주택으로 지어졌는데,NEST로 바닥난방과 공조냉난방을 적절히 조합해 생활하고 있으며,실제 난방비 절약에 상당한 도움이 됨을 체험했습니다.
 또한,겨울엔 NEST 홈페이지에 나오는 NEST  활용법처럼 스케쥴기능을 활용해 아침 기상전에 실내를 데워놓고,지금과 같은 더운 날씨에는 외출후 집에 도착하기 전 에어컨을 미리 동작시켜 냉방시켜놓고,또한 실내공기질에 따라 적절히 팬을 동작시켜,열교환기와 연동해 사용하고 있으며, 무엇보다 "work with nest" 즉 다른 스마트장비들과 NEST를 연동하여 NEST의 기능을 훨씬 더 확장하여 사용하고 있습니다.


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NEST 온도조절기 보일러와 연동하기

Connected Home/Smart Thermostat2016. 6. 13. 17:53
먼저 본인이 사용해본 스마트 온도조절기는
NEST 1,2,3세대 , UK NEST 2,3세대, Ecobee3 , Netatmo Thermostat등이며,
현재 구성은 난방은  연료전지+ 경동 콘덴싱보일러와 UK NEST 온도조절기 3세대
1층 시스템에어컨(LG 휘센) 냉난방    NEST 3세대 미국향 
2층 시스템에어컨(LG 휘센) 냉난방   Ecobee3 
로 구성해서 사용하고 있다.

-----------------------------------------------------------------------------

일반적인 경우엔 보일러는 메인룸콘만 연결하면 모든제어가 가능하고,또 이렇게 일반 주택에선 설치가 되어있다.
NEST 온도조절기를 국내보일러에 연결해서 사용키 위해선 2가지 또는 3가지 모두 연동해야 완벽한 제어가 가능하다.




NEST 온도조절기와 메인룸콘,보일러, 또는 배관밸브 모두 연동해야 하는데...
NEST 온도조절기는 온수온도를 설정할수 없고 보일러의 에러메세지를 디스플레이 할수 없기 때문에 반드시 메인룸콘과도 연동해야 한다. 
보일러 메인룸콘으론 환수온도 및 온수 온도를 설정해야 한다.
메인룸콘은 DC12V로 구동되므로 NEST 온도조절기(24V~)와 연동하기 위해선 DC 릴레이가 필요하다. 

얼마전 출시된 유럽형 3세대 NEST 온도조절기는 온수설정이 가능하지만 국내 주택 대부분이 사용하는 콤비보일러에는 적용이 되지 않고,
온수탱크나 온수통이 따로 있는 시스템보일러나 저탕식 보일러와 연동하는 옵션이므로 국내에선 쓸모없는 기능이다.
만약 가정에서 모텔이나 업소등에 쓰이는 온수탱크가 따로 있는 시스템보일러를 사용한다면 온수온도까지 NEST로 제어가능하다..

보일러와 NEST를 연동할때 보일러는 220V 이고 NEST 온도조절기는 (24V~)이므로 24V~ 릴레이를 사용하면 되는데 릴레이의 종류에 따라 보일러 특성을 탄다.

NEST 온도조절기에서 릴레이를 통해 ON/OFF 신호를 보일러에 보내는데 궁합이 맞지 않으면 보일러에 무리가 간다.

경동,린나이,대성,귀뚜라미등... 많은 보일러가 있는데 릴레이와 맞지 않으면 점화플러그가 오동작되어 계속 on/off만 반복되는 starting 불량이 생긴다.

본인도 경동콘덴싱 보일러에 시도했다가 수시로 오동작으로 인한 에러메세지가 메인룸콘에 자주 디스플레이 되었다.
결국 보일러 메인보드를 교체했고, 다른 종류의 24V~ 릴레이로 교체해서 겨우 해결을 했다.

대성보일러의 경우에는 NEST 와 연동하기 위해선 메인룸콘의 펌웨어를 교체해야지 동작을 한다.
린나이 보일러의 경우는 다른 보일러와 비교해 릴레이의 특성을 타지 않고 NEST와 궁합이 아주 잘 맞는다.


밸브와 NEST 연동이 가장 쉬우면서도 어려운데....
NEST는 밸브와 오로지 1:1 로 동작한다.
즉,밸브 1개당 NEST 온도조절기 1대가 필요하다.

NEST 온도조절기에 여러개의 밸브를 병렬연결하면 오동작이 발생한다.
본인도 밸브와의 연동에서 가장 많은 어려움이 있었는데...
밸브제조사의 기술부에 문의한 결과 밸브는 병렬로 연결할시 반드시 오동작이 발생한다고 한다.
(코텍 각방제어기 같은경우는 매뉴얼에 밸브의 병렬연결은 되지 않는다고 분명히 명시되어 있다.)

어떤 오동작이냐 하면 NEST에서 신호를 ON하면 밸브가 닫힘에서 열림까지 90도 각도로만 움직여야 하는데 360도로 뱅글뱅글돈다.




밸브와 NEST 온도조절기와 연동은 전기적으론 밸브도 21V~ 여서 NEST에 바로 연결 가능하지만 하나 이상의 병렬연결은 불가능이다.
대부분의 주택은 다음과 같이 보일러 분배기가 구성되어 있다.



여러개로 배관이 나눠진 분배기에 밸브가 연결되어 있고 밸브는 밸브제어기에 연결되어 있다.
각방온도조절기로 밸브제어기에 신호를 주면 각방에 해당하는 밸브가 열리게 밸브제어기에서 신호가 가서 밸브가 열리고 난방이 종료될때는 닫힌다.

만약 이런구조에 NEST를 연결하겠다면 각 밸브마다 1:1로 NEST를 연결해야 한다.
이럴경우 너무나 많은 비용이 든다.

NEST 1대로 각방을 제어하는 방법이 아예 없는 것은 아니나,본인이 사용해본 바 각방제어가 오히려 난방비가 많이 나와 이제 사용하지 않는다.
본인 주택기준으론 그냥 NEST로 전체난방을 하는 것이 훨씬 더 난방비가 절약되었다.

다음은 본인 주택에 설치된 NEST 온도조절기로 난방하는 영상이다.
NEST로 난방을 시작하면 보일러가 ON되어 동작되며,경동 보일러 메인룸콘의 환수온도가 변화되는것을 볼수 있다.
(난방방식을 온돌난방으로 설정했기 때문에 환수온도로 제어가 된다.)



 

마지막으로 NEST 온도조절기와 국내보일러와 연동하기 위해선 설비도 다르게 시공되어야 한다.
신축일때 난방 배관부터 다르게 시공되어야 한다. (정말 중요함)

Nest 온도조절기를 국내에 사용하기 위해선 단순히 보일러에 연결만해서 동작이 된다고 끝나는게 아니다.
국내보일러는 동파방지 기능이 있는데 룸콘의 on/off 와는 상관없이 배관내의 온수가 순환을 한다.
이때,NEST가 off 되어 있어 밸브가 닫혀있는 상태일때 온수가 흐르지 못하면 내부 압력때문에 보일러가 에러메세지를 출력한다.
어떤 보일러 회사에 문의해도 NEST와는 공식적으로 호환이 되지 않는다고 하는 가장 큰 이유중 하나란걸 나중에야 알았다.
당장은 동작이 되기때문에 잘 설치되었다고 생각하면 안된다.
이부분의 대책이 없으면 동파방지로 인한 내부압력때문에 결국 보일러가 고장나버린다.
본인도 초기에 이런 문제에 대한 지식이 전혀 없었기 때문에 보일러를 계속 수리하다가 결국은 보일러를 교체했다.
 
보일러 업체도 온도도절기로 nest를 사용한다면 AS를 보장해주지 않는다.

NEST는 국내보일러의 동파방지 동작에 대해선 전혀 알지 못하므로 또는 신호를 전달받지 못하므로 NEST온도조절기가 off된 이상 밸브는 항상 잠겨 있으므로 나중에는 보일러 고장의 원인이 된다.
반드시 동파방지를 위한 배관이 따로 시공되어야 한다.


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스마트온도조절기 설치를 위한 기본적인 지식

Connected Home/Smart Thermostat2016. 6. 13. 17:37

스마트 온도조절기는 대부분 국외(미국/캐나다)에서 출시가 되었다.


 NEST Learning Thermostat, Ecobee3,honeywell lyric...

 위의 제품들은 미국,캐나다의 가정에서 사용하는 HVAC의 환경에 맞춰져 있기 때문에,각각의 단자또한 해당나라의 규격에 맞춰져있다.
 스마트 온도조절기가 지원하는 냉난방기 종류는..

 가스 냉난방기,전기 냉난방기,강제공기순환 냉난방기,히트펌프,복사 냉난방기,기름난방기,온수 난방기,태양 또는 지열 냉난방기가 있다.

 다양한 냉난방기를 위해 스마트 온도조절기에 여러 단자가 있는데 아래사진과 같다.



<NEST Thermostat>



<Ecobee3>

 각각의 단자는 다음과 같다.

 Y1Stage 1 Compressor relay 냉방 스테이지1 
 Y2 Stage 2 Compressor relay   냉방 스테이지2
 G Fan relay 팬 연결
 O/B changeover valve relay 히트펌프 체인지오버
 Rc 24VAC power from cooling 24V~ 입력,냉방전원 
 W1Stage 1 Heat relay   난방 스테이지1
 W2/AUXStage 2 Heat relay    난방 스테이지2
 C 24VAC Common wire 24V~ 공통선 
 *Stage 3 heat/HUM/Dehum  난방 스테이지3/가습기/제습기
 Rh  24VAC power from heating24V~ 입력,난방전원  

 대부분의 스마트 온도조절기는 위의 단자로 구성되어 있다.
 전원은 AC 24V 를 사용하며,기계에 따라서 20V ~ 30V 까지 지원한다.
 단자를 보고 알수 있는것은 미국의 HVAC은  냉난방,팬,가습,제습 기능 모두가 One Device로 가능함을 알수 있다.

 그에반해,국내 주택에서 사용되는 냉난방을 위한 기기는 대부분 다음과 같이 구성되어 있다.
 
 냉방: 에어컨
 난방: 보일러
 제습: 에어컨,제습기,
 가습: 가습기
 팬 : 환기팬,선풍기,공기순환기,실링팬

각각의 기능을 위해 여러 장비들이 필요하다.
만약 시스템에어컨이 설치된 주택이라면 가습을 뺀 나머지 기능은 모두 다 가능하다.

국내 냉난방기는 각각의 롬콘트롤러,리모컨이 따로 있어 실제 주택의 벽에 보면 보일러 룸콘,에어컨 룸콘이 있으며,각 기기의 리모컨이 따로 있다.
그리고,콘트롤러의 전원으론 대부분 DC12V를 사용하고 있다.

각각의 장비를 제어하기 위한 신호 또한 제각각이다.
에어컨만 하더라도 냉방 on/off 가 아니라,인공지능 동작,3~5단계 바람세기,공기청정 동작,제습,송풍,무풍동작..... 각사,각모델마다 제각각이며, 보일러 또한 각사의 룸콘은 다른 보일러와 호환이 되지 않는다.

이런 여러 문제점 때문에 국외에서 출시된 스마트 온도조절기를 국내에서 사용키 위해선 해결해야 할 여러 문제점들이 있다.
최근들어 NEST 온도조절기를 국내환경에 사용하고자 시도하시는 분들이 많다.
성공을 하신분들도 있고,실패를 하신분들도 있다.
 
국내에서 스마트 온도조절기를 사용하기 위한 3가지 방법이 있다.

1. 스마트 온도조절기의 기능을 대부분 활용하는법
 - 냉난방 및 팬 기능을 제어해 4계절 사용,시스템에어컨과 연동

2. 스마트 온도조절기를 보일러에 연결해 활용하는법
 - 보일러에 연결해 난방시에 사용. 스마트 온도조절기 활용도 30%

3. 스마트 온도조절기를 배관밸브에 연결해 활용하는법
 - 중앙난방 방식인 아파트 또는 건물의 각세대 온수밸브를 제어해 난방시에 사용,스마트 온도조절기 활용도 30%

위의 3가지 방법은 NEST Learning Thermostat, Ecobee3,honeywell lyric,,,등에 모두 사용가능한 방법이다.
3가지 방법중 가장 크게 효과를 볼수 있는 방법은 1번이다. 
미국 가정의 HVAC과 운영환경이 동일하게 때문에 스마트 온도조절기를 4계절 모두 사용가능하다.

1번의 방법은 시스템 에어컨의 실내기,에어컨 룸콘,실외기 3가지를 다 연동해서 제어해야 한다.
다른 2가지 방법과 비교해도 가장 설치가 어렵다.
스마트 온도조절기에서 실행한 난방,냉방,팬 각각의 조작에 따라 그 상황에 맞게 시스템 에어컨도 동작이 되어야 한다.

2번의 방법은 주택의 보일러와 연동하는 방법으로 난방기능만 사용할시 일반 주택에서 대부분 활용할수 있는 방법이다.
보일러와 룸콘 2가지를 스마트 온도조절기와 연동을 하면 일단 동작은 가능하다.
여기서,중요한 포인트가 있는데 국내 보일러의 동작방식을 이해하고  이에 대한 해결책을 마련해야지 완전한 연동이라고 할수 있다.
이문제를 해결하기 위해선 보일러 배관 설비까지 수정을 해야한다.
만약,단순히 보일러와 연결만 했다면 향후 보일러가 고장날 확율이 매우 높다.

3번의 방법은 가장 간단한 방법으로 일부 중앙난방 방식인 건물에 적용 가능한 방법으로 간단히 설치 가능하다.
단지 배관밸브의 open/close만 제어하면 난방이 되는 방법이다.

국내환경에서 스마트 온도조절기를 사용하기 위해선 여러 어려운 문제가 많지만,아예 방법이 없는 것은 아니다.

본 블로그에선 스마트 장비를 국내에서 사용할수 있게 개조하는 방법과,

저에너지하우스,패시브하우스를 위한 스마트 장비의 최적 운용에 대해서 많은 정보와 의견을 나누기 위함이다. 


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