특허 명세서 초안 (변리사 검토용)

특 허 명 세 서

출원인 초안 — 변리사 검토 및 보정 전

【발명의 명칭】

비접촉 감지 센서가 구비된 환기장치를 이용한 재실감지 및 안전관제 통합 시스템

【기술분야】

본 발명은 건축물의 환기장치에 비접촉 감지 센서를 구비하여, 실내 재실 인원 감지, 환기량 자동 제어, 에너지 절감, 및 거주자 안전관제(낙상감지, 생존확인, 장기부재감지)를 통합적으로 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

【배경기술】

건축법에 의한 기계환기 의무화 규정에 따라, 100세대 이상의 공동주택은 기계식 환기장치를 의무적으로 설치하여야 한다.
1인 가구가 전체 가구의 34.5%(약 750만 가구)를 차지하며, 독거노인 고독사가 연간 3,500명 이상 발생하는 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
기존 환기장치는 재실 여부와 무관하게 전 실에 균등하게 환기를 수행하여 불필요한 에너지를 소비하는 한계가 있다.
기존 안전감지 시스템은 다음과 같은 한계를 가진다:
- PIR(수동적외선) 센서: 정지 상태의 인체를 감지하지 못하며, 욕실 수증기에 의한 오작동이 빈번하다.
- CCTV: 프라이버시 침해 문제로 가정 내 설치에 대한 거부감이 크다.
- 웨어러블 기기: 착용 및 충전에 대한 사용자 거부가 높아 실효성이 낮다.
기존 안전감지 시스템(예: KR102408312B1, 레이더 기반 바이탈사인 모니터링)은 독립 장치로서 별도 설치 비용이 발생하고, 환기장치와의 연관이 없다.
기존 환기 시스템(예: KR20130001025A, 욕실 환기시스템)은 안전감지 기능이 전혀 없어, 환기와 안전관제를 위해 두 시스템을 별도로 구축해야 하는 문제점이 있다.
즉, 현재 "환기장치 + 안전감지"를 통합한 시스템은 존재하지 않으며, 이 교차 영역이 비어 있는 상태이다.

선행기술 분석

문헌번호	핵심 내용	본 발명과의 차이점
KR101949799B1	mmWave 레이더를 이용한 생체신호 감지	보호시설 전용이며, 환기장치와의 연계가 없음
KR102408312B1	레이더 기반 바이탈사인 모니터링	독립 장치이며, 환기장치와의 연계가 없음
KR20130001025A	욕실 환기시스템 (자동 환기 제어)	안전감지(낙상, 호흡, 부재) 기능이 전혀 없음
KR101204328B1	재실감지 기반 환기 제어	적외선(Kinect) 방식으로 프라이버시 침해, 수증기 환경 부적합, 안전감지 없음
WO2025164969A1	레이더 센서 + 에어컨 연동	환기장치(ERV)가 아닌 에어컨 대상이며, 안전관제 기능 없음

【발명이 해결하고자 하는 과제】

환기장치라는 기존 인프라에 안전감지 기능을 통합하여, 별도 안전장비 설치 없이 거주자 안전을 확보하는 시스템을 제공한다.
이미 건축법에 의해 의무 설치되는 환기장치를 활용하므로 추가 설치 비용을 최소화한다.
재실 인원 수에 기반한 환기량 자동 제어로 환기 에너지를 절감한다.
동일한 비접촉 감지 센서로 호흡감지, 낙상감지, 부재감지를 수행하여 거주자의 안전을 확보한다.
습기 및 수증기가 존재하는 욕실 환경에서도 정상 동작하는 감지 시스템을 제공한다.
세대 내 복수의 환기장치를 연동하여 세대 전체를 커버하는 통합 관제를 실현한다.

【과제의 해결 수단】

본 발명의 시스템은 다음의 구성요소를 포함한다:

(a) 비접촉 감지 센서가 구비된 환기장치

상기 환기장치는 전열교환기(ERV), 열회수환기장치(HRV), 욕실 환풍기, 주방 레인지후드, 또는 기타 기계식 환기장비 중 하나 이상을 포함하며, 상기 비접촉 감지 센서는 환기장치에 내장, 부착, 결합, 또는 일체형으로 구성된다.

(b) 감지부

상기 비접촉 감지 센서를 이용하여 다음 정보를 감지한다. 비접촉 감지 센서는 밀리미터파(mmWave) 레이더, 적외선 센서, 초음파 센서, ToF 센서, UWB 센서, 카메라, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다:

인체 존재 여부 (재실/부재)
재실 인원 수 (다중 타겟 추적)
인체의 급격한 높이 변화에 기반한 낙상 이벤트
흉부 미세 움직임에 기반한 호흡 패턴 및 호흡 유무
설정 시간 이상 움직임 없이 인체가 감지되는 장시간 미동 상태
전 감지 구역에서 인체가 감지되지 않는 장기 부재 상태

(c) 안전관제부

상기 감지부에서 감지된 안전 상태 정보에 기반하여 이상 상태를 판단하고 알림을 발생시킨다:

낙상 감지 시 즉시 알림 발생
호흡 미감지 시 생존 위급 알림 발생
장기 부재(설정 시간 이상) 시 알림 발생
장시간 미동(설정 시간 이상 정지 상태) 시 알림 발생
다단계 알림 체계: 1단계(세대 내) → 2단계(관리시설) → 3단계(보호자/긴급구조)

(d) 환기 제어부 (선택적 구성)

상기 감지부의 재실 정보를 기반으로 다음을 수행한다:

존별 환기량 자동 조절 (댐퍼 개도, 팬 속도 제어)
빈 방: 최소 환기량으로 감소
재실 방: 인원 수에 비례한 환기량 공급
수면 감지 시: 저소음 최소 환기 모드 전환

(e) 통신부

다음의 연동을 수행한다:

환기장치 ↔ 세대 내 월패드 (RS-485 또는 TCP/IP)
월패드 ↔ 관리사무실 통합 관제 시스템
관리사무실 → 외부 연계 (보호자 SMS, 119 자동 신고)
Wi-Fi를 통한 거주자 또는 보호자 스마트폰 전용 애플리케이션 푸시 알림
BLE(블루투스)를 통한 거주자 스마트폰 연동 및 사전 등록된 비상연락처로의 SMS 자동 발송
관리시설(월패드, 관리사무실)이 없는 개별 가구에서도 가정용 Wi-Fi 또는 거주자 스마트폰만으로 독립 동작 가능

(f) 패턴 학습부 (선택적 구성)

재실 데이터의 시계열 분석을 통해 다음을 수행한다:

시간대별/요일별 재실 패턴 학습
학습된 패턴에 기반한 환기량 예측 제어 (선제적 증감)
이상 패턴 감지 (평소와 다른 행동 패턴 시 주의 알림)

(g) 복수 환기장치 연동

세대 내 복수의 환기장치(예: ERV 1대 + 욕실 환풍기 2대)가 하나의 통합 컨트롤러에 연결되어 다음을 수행한다:

세대 전체 커버리지 확보
각 환기장치의 센서 데이터를 통합하여 세대 단위 재실/안전 상태 판단
통합 에너지 관리

【발명의 효과】

이미 의무 설치되는 환기장치를 활용하므로 추가 설치 비용 최소화
별도 안전장비 설치 비용 제거 (환기장치에 통합)
센서 종류에 제한 없이 다양한 비접촉 센서 적용 가능
재실 기반 환기 제어로 환기 에너지 30~65% 절감
호흡/낙상/부재 감지로 독거노인 고독사 예방
프라이버시 보호 (비접촉 센서 방식, 영상 촬영 불필요)
수증기/습기 환경에서도 정상 동작 (욕실 환풍기 적용 가능)
착용 및 조작 불필요 (비접촉 방식)
기존 환기장치 설치 규격 변경 없이 적용 가능
패턴 학습을 통한 선제적 에너지 최적화
관리시설이 없는 개별 가구에서도 스마트폰만으로 안전관제가 가능하여, 빌라·단독주택·농어촌 독거노인에게도 적용 범위가 확대된다

【도면의 간단한 설명】

도 1: 시스템 전체 구성도 (세대 내 + 세대 간 + 관리사무실)
도 2: 환기장치(ERV) 내부 비접촉 감지 센서 배치도
도 3: 욕실 환풍기 내부 비접촉 감지 센서 배치도
도 4: 재실감지 기반 환기 제어 흐름도
도 5: 안전관제 판단 흐름도 (낙상/호흡/부재)
도 6: 다단계 알림 체계 흐름도
도 7: 패턴 학습 및 예측 제어 흐름도
도 8: 복수 환기장치 연동 구성도

※ 도면은 텍스트로 설명만 기재하였으며, 실제 도면은 변리사가 별도 작성합니다.

【발명의 상세한 설명】

이하, 본 발명의 각 구성요소에 대해 상세하게 설명한다.

1. 비접촉 감지 센서부

본 발명에서 비접촉 감지 센서는 밀리미터파(mmWave) 레이더, 적외선 센서, 초음파 센서, ToF 센서, UWB 센서, 카메라, 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 실시예로서 FMCW 방식의 밀리미터파 레이더 센서를 사용할 수 있으며, 이 경우의 사양은 다음과 같다:

방식: FMCW(주파수변조연속파)
주파수 대역: 60GHz (또는 24GHz)
안테나 구성: 송신 안테나 3개, 수신 안테나 4개 (예시)
감지 거리: 0.5 ~ 6m
감지 각도: 약 ±60°
데이터 갱신 주기: 100ms
출력 데이터: 대상 좌표(x, y, z), 이동 속도, 호흡율, 낙상 이벤트

2. 환기 제어부

재실 인원 수에 따른 환기량 계산: Q = N × Q_base (N: 재실 인원, Q_base: 1인당 기준 환기량)
존별 댐퍼 제어: 0~100% 개도 조절
ERV 팬 속도 제어: 인버터 방식 또는 다단 제어
수면 감지 시 저소음 모드 자동 전환

3. 안전관제부

낙상 판단 기준: 1초 이내 높이 60cm 이상 하강 + 이후 30초 이상 바닥 정지
생존 확인: 호흡 패턴(12~20회/분) 연속 감지 여부
장기 부재 판단: 전 구역에서 0명 상태가 12시간 이상 지속
이상 패턴 판단: 평소 활동량 대비 통계적 이상치 발생

4. 통신부

센서 → 컨트롤러: UART / RS-485
컨트롤러 → 월패드: RS-485 (KS 표준 호환)
월패드 → 관리사무실: TCP/IP
위급 시 외부 연동: LTE / 인터넷

5. 패턴 학습부

입력 데이터: 시간대별 실별 재실 인원, 이동 경로, 체류 시간
학습 기간: 2~4주
알고리즘: 시계열 분류 (경량 ML 모델)
출력: 시간대별 예상 재실 상태 → 선제적 환기량 조절

6. 복수 환기장치 연동

구성 예시: ERV(거실/방) + 욕실 환풍기(욕실) + 레인지후드(주방, 선택)
통합 컨트롤러가 모든 센서 데이터 수집
세대 단위 재실 맵 생성
세대 단위 안전 상태 판단

【실시예】

실시예 1: 독거노인 임대주택 (84㎡, 3방+거실)

ERV 1대 (거실 천장 설치) + 욕실 환풍기 2대
거실 ERV: 존별 환기 제어 + 재실감지 수행
욕실 환풍기: 낙상감지 + 호흡감지 수행
비접촉 감지 센서로 mmWave 레이더 적용 (수증기 환경에서도 안정적 동작)
월패드 연동 → 관리사무실 통합 관제

실시예 2: 신축 아파트 (일반 가족 세대)

ERV 1대 + 욕실 환풍기 2대 + 주방 레인지후드 1대
전 실 재실감지 → 에너지 절감 기능에 집중
안전관제는 부가 기능으로 제공

실시예 3: 요양시설

각 병실 환풍기에 비접촉 감지 센서 내장
다수 병실 통합 관제 대시보드 운용
낙상 및 호흡 이상 발생 시 즉시 간호사실에 알림

실시예 4: 개별 가구 (빌라, 단독주택)

욕실 환풍기 1대 + Wi-Fi/BLE 통신
월패드 및 관리사무실 없는 환경
낙상 감지 시 → Wi-Fi를 통해 보호자 스마트폰 전용 앱에 푸시 알림 전송
또는 BLE를 통해 거주자 스마트폰과 연결 → 스마트폰 애플리케이션이 사전 등록된 비상연락처로 SMS 자동 발송
별도 관제 인프라 없이 가정용 Wi-Fi 또는 스마트폰만으로 독립적 안전관제 수행

【특허청구범위】

[청구항 1] — 독립항

환기장치에 구비된 비접촉 감지 센서를 이용하여 거주자의 안전 상태를 감지하는 감지부; 및

상기 감지부에서 감지된 안전 상태 정보에 기반하여 이상 상태를 판단하고 알림을 발생시키는 안전관제부;

를 포함하는, 환기장치 기반 안전관제 시스템.

[청구항 2]

제1항에 있어서, 상기 환기장치는 전열교환기(ERV), 열회수환기장치(HRV), 욕실 환풍기, 주방 레인지후드 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 3]

제1항에 있어서, 상기 비접촉 감지 센서는 밀리미터파(mmWave) 레이더, 적외선 센서, 초음파 센서, ToF 센서, UWB 센서, 카메라, 또는 이들의 조합 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 4]

제1항에 있어서, 상기 비접촉 감지 센서는 FMCW(주파수변조연속파) 방식의 밀리미터파 레이더 센서인 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 5]

제1항에 있어서, 상기 감지부는 다음 중 하나 이상의 안전 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 시스템:

인체의 급격한 높이 변화에 기반한 낙상 이벤트;
흉부 미세 움직임에 기반한 호흡 패턴 및 호흡 유무;
설정 시간 이상 움직임 없이 인체가 감지되는 장시간 미동 상태;
전 감지 구역에서 인체가 감지되지 않는 장기 부재 상태.

[청구항 6]

제1항에 있어서, 상기 안전관제부는 다단계 알림 체계를 포함하며:

1단계로 세대 내 알림을 발생시키고;

설정 시간 내 응답이 없는 경우 2단계로 관리 시설에 알림을 전송하며;

위급 상태로 판단되는 경우 3단계로 보호자 연락 및 긴급 구조 요청을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 7]

제1항에 있어서, 상기 환기장치는 욕실에 설치되는 환풍기이며, 상기 비접촉 감지 센서는 수증기 및 습기 환경에서 정상 동작하여 욕실 내 낙상을 감지하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 8]

제1항에 있어서, 상기 비접촉 감지 센서는 상기 환기장치에 내장, 부착, 결합, 또는 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 9] — 독립항

환기장치에 구비된 비접촉 감지 센서를 이용하여 실내 공간의 인체 존재 여부, 인원 수, 및 거주자의 안전 상태를 감지하는 감지부;

상기 감지부의 재실 정보에 기반하여 환기량을 자동 조절하는 환기 제어부; 및

상기 감지부의 안전 상태 정보에 기반하여 이상 상태를 판단하고 알림을 발생시키는 안전관제부;

를 포함하는, 재실감지 및 안전관제 통합 환기 시스템.

[청구항 10]

제9항에 있어서, 상기 환기 제어부는:

인원이 감지되지 않는 구역의 환기량을 최소 설정값으로 감소시키고,

인원이 감지된 구역의 환기량을 감지된 인원 수에 비례하여 증가시키는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 11]

제9항에 있어서, 상기 감지부의 재실 데이터를 시계열로 수집하여 시간대별 재실 패턴을 학습하고, 학습된 패턴에 기반하여 환기량을 선제적으로 조절하는 패턴 학습부를 더 포함하는 시스템.

[청구항 12]

제9항에 있어서, 상기 감지부가 수면 상태를 감지한 경우, 상기 환기 제어부는 저소음 최소 환기 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 13] — 독립항

복수의 환기장치에 각각 구비된 비접촉 감지 센서;

상기 복수의 감지 센서로부터 수집된 데이터를 통합하여 세대 또는 시설 단위의 재실 상태 및 안전 상태를 판단하는 통합 컨트롤러; 및

상기 통합 컨트롤러와 무선 통신으로 연결되어 복수 세대 또는 복수 시설의 상태를 통합 모니터링하는 관제 시스템;

을 포함하는, 환기장치 기반 통합 관제 시스템.

[청구항 14]

제13항에 있어서, 상기 복수의 환기장치는 거실 또는 방에 설치된 전열교환기와 욕실에 설치된 환풍기를 포함하며, 상기 전열교환기는 주로 재실감지 및 환기 제어를 수행하고, 상기 욕실 환풍기는 주로 낙상감지 및 호흡감지를 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 15]

제13항에 있어서, 상기 무선 통신은 Zigbee, LoRa, Wi-Fi, BLE, 또는 이들의 조합 중 하나 이상의 프로토콜을 이용하며, 상기 복수의 환기장치가 메시(Mesh) 네트워크를 구성하여 데이터를 중계하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 16]

제13항에 있어서, 상기 관제 시스템은 세대 내 월패드, 관리사무실 서버, 또는 외부 연동 시스템과 연결되어, 이상 상태 발생 시 보호자 연락 및 긴급 구조 요청을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 17]

제1항에 있어서, 상기 비접촉 감지 센서는 밀리미터파 특성에 의해 벽체를 투과하지 않아, 인접 세대의 인체를 감지하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 18] — 독립항 (방법 청구항)

환기장치에 구비된 비접촉 감지 센서로 실내 공간의 거주자 안전 상태를 감지하는 단계;

감지된 안전 상태 정보로부터 이상 상태 여부를 판단하는 단계; 및

이상 상태 판단 시 알림을 발생시키는 단계;

를 포함하는, 환기장치 기반 안전관제 방법.

[청구항 19]

제18항에 있어서, 상기 감지하는 단계는 인체의 재실 여부 및 인원 수를 동시에 감지하고, 상기 방법은 감지된 재실 정보에 기반하여 환기량을 자동 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.

[청구항 20]

제18항에 있어서, 상기 환기장치는 욕실 환풍기이며, 상기 안전 상태 감지는 수증기 환경에서의 낙상 이벤트 감지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

[청구항 21]

제1항에 있어서, 상기 안전관제부는 Wi-Fi 통신을 통해 거주자 또는 보호자의 스마트폰에 설치된 전용 애플리케이션으로 이상 상태 알림을 전송하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 22]

제1항에 있어서, 상기 안전관제부는 블루투스(BLE) 통신을 통해 거주자의 스마트폰과 연결되고, 이상 상태 감지 시 상기 스마트폰의 애플리케이션을 통해 사전 등록된 비상연락처로 문자 메시지(SMS)를 자동 발송하는 것을 특징으로 하는 시스템.

[청구항 23]

제1항에 있어서, 상기 시스템은 관리 시설이 없는 개별 가구 환경에서 가정용 Wi-Fi 또는 거주자 스마트폰만으로 독립적으로 동작하여, 별도의 관제 인프라 없이 비상 알림을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.