KR0146769B1 - 두개의 제어인자를 가지는 온돌 난방공간의 제어 방법 - Google Patents

두개의 제어인자를 가지는 온돌 난방공간의 제어 방법

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Abstract

본 발명은 두개의 제어 인자를 가지는 온돌 난방 공간의 제어 방법에 관한 것으로 바닥 표면 온도와 실내온도를 동시에 측정하여 이들을 제어 인자로 삼아 제어기에서 펌프나 밸브를 제어함으로서 인간의 쾌적범위내에 실내 및 바닥 표면 온도를 유지할 수 있음과 아울러 쓸데없는 과열을 방지함으로서 온돌 주택의 에너지 절약에 기여되게 한 것이다.

Description

두개의 제어 인자를 가지는 온돌 난방 공간의 제어 방법
제1도는 본 발명의 온돌 난방 공간의 제어 개념도
제2도는 종래 한가지 제어 인자를 가지고 제어한 경우의 특성도
제3도는 본 발명의 두개의 제어인자를 가지고 제어한 경우의 특성도
본 발명은 두개의 제어 인자를 가지는 온돌 난방 공간의 제어 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 바닥 표면 온도와 실내 온도를 동시에 측정한 후 이들을 제어 인자로 삼아 제어기에서 보일러나 밸브를 제어함으로서 인간의 쾌적범위내에 실내온도 및 바닥 표면 온도를 유지할 수 있음과 아울러 쓸데없는 과열을 방지함으로서 온동 난방 시스템을 가지는 주택의 에너지 절약에 기여되게 한 것이다.
온돌 난방의 제어 분야는 축열성을 갖는 온돌 고유의 열적특성과 온돌에서 생활하는 생활 방식의 차이 때문에 실내 공기 온도만을 제어 대상으로 하는 난방 방식과는 근복적으로 달라야 한다.
지금까지 온돌 난방 공간의 열적제어를 위해서 실내 온도 한가지만을 제어 대상으로 하였지만, 이러한 제어 방법에 의해서는 실내 온도만이 제어되기 때문에 실내 공기 및 바닥 표면 온도가 모두 쾌적범위대(일반적으로 실내온도:20±2℃, 바닥온도 30±2℃)에서 유지될 때 쾌적감을 느끼는 온돌 난방 공간의 열적특성상 실내의 쾌적 환경 유지는 불가능하다.
따라서 본 발명은 온돌 난방 공간의 열적 쾌적성을 유지하고 에너지 절약을 위해서는 온돌의 바닥온도와 실내공기 온도 모두를 동시에 제어 인자로 채택한 것이다.
일반적으로 온돌 난방 공간의 온도 제어는 실내의 바닥으로 유입되는 온수의 온도나 유량을 제어하게 되는데, 이러한 인자를 제어하기 위해서는 보일러에선 유입되는 가스나 공급 전기량을 제어하기도 하고 밸브의 개폐 정도를 제어하는 것에 의하여 실내 공간을 원하는 온도 범위대로 유지시키게 된다.
온돌에 의한 거주 공간은 일반적으로 착석 상태에서 생활이 이루어지기 때문에 실내 공간의 온도나 바닥 표면 온도가 모두 쾌적범위대에 들어올 때 쾌적한 느낌을 갖게 된다.
지금까지 보일러나 밸브를 제어할 경우, 실내 온도나 바닥 표면 온도 중 한가지를 입력값으로 하여서 실내로 공급되는 온수의 온도나 유량을 제어하기 때문에 제어대상으로한 인자는 제어가 되더라도 제어 대상이 되지 않은 둘 중의 한 인자는 인간의 쾌적범위대를 완전히 벗어나게 되기 때문에 실내 공간 전체를 불쾌한 공간으로 느끼게 될 뿐만 아니라 에너지 소비 또한 많아지게 된다.
이론적인 면에서 두 가지 제어 인자를 한가지 열원으로 일정한 제어 조건에 동시에 만족시키는 것을 불가능하다.
따라서 본 발명에서는 실내 온도와 바닥 표면 온도의 쾌적범위대가 어떤 범위(실내온도:20±2℃, 바닥온도 30±2℃)를 갖는 다는 것에 착안하여, 보일러 및 밸브의 제어기가 실내 온도와 바닥 표면 온도의 한곳에 대한 정해진 목표치를 기준으로 하여 제어를 하는 대신에, 실내 온도 및 바닥 표면 온도가 모두 정해진 쾌적범위대에 들어올 수 있도록 함으로서 실내 공간을 쾌적하게 할 수 있는 방법을 모색하는 것이다.
기존의 제어 방법은 실내온도 센스로부터 1개의 입력을 받아서 밸브 및 펌프의 on-off제어를 아래와 같이 한다.
if(TiTimin) 펌프 또는 밸브=on
if(TiTimax) 펌프 또는 밸브=off
여기서, Ti는 실내온도, Timin는 실내 설정 온도의 하한값, Timax는 실내 설정 온도의 상한값을 나타낸다.
그리고 이미 알려진 일본 특개소 61-250424(1989.11.7)는 실내공간의 공기온도, 기류 및 바닥표면온도를 측정한 후 복사온도 개념으로 실내공간 온도를 제어함으로서 과난방을 방지하고 쾌적한 실내 공간온도를 유지하자는 것이다.
이 경우 일본의 특허방식에서는 실내공기온도의 난방을 위한 공조기와 바닥 난방패널을 위한 난방장치가 따로 작동하는 경우에 가능한 난방 제어방식이다. 그러나 국내의 온돌주택의 경우에는 바닥을 가열하는 온수파이프나 전기패널 하나만에 의하여 실내공간을 난방하기 때문에 일본의 특허에 의한 난방 제어 방식을 이용할 수가 없다.
따라서 본 발명에서는 한가지 난방열원이 존재하는 국내온돌주택의 경우에 보일러나 밸브를 제어할 때에 실내복사온도를 이용하지 않고 바닥표면온도나 실내온도가 동시에 쾌적범위대로 유지될 수 있도록 바닥표면온도나 실내공간 온도를 교대로 번갈아 제어하면서 둘 중의 나머지 인자가 서로 보안하여 주도록 난방제어를 하자는 것이다.
결론적으로 일본의 특개소 61-250424는 국내의 온돌주택에 적용하기가 불가능하고 본 발명에 의한 것만이 좌식 생활을 하는 국내 거주자들에게 쾌적한 온돌주택의 실내공간을 유지할 수 있게 하는 유일한 방식이다.
[실시예1]
실내온도 및 바닥 온도 센스 두곳으로부터 입력을 받은 후 제어기에서 아래와 같은 제어로직에 의하여 밸브 및 펌프를 on-off제어한다.
실내 설정 온도를 기준으로 하면서 바닥 표면의 설정 온도를 제어에 포함시킬 때;
if(TiTimin) 펌프 또는 밸브=on
if(TbTbmax) 펌프 또는 밸브=off
if(TiTimax) 펌프 또는 밸브=off
if(TbTbmin) 펌프 또는 밸브=on
바닥 표면의 설정 온도를 기준으로 하면서 실내 설정 온도를 제어에 포함시킬 때;
if(TbTbmin) 펌프 또는 밸브=on
if(TiTimax) 펌프 또는 밸브=off
if(TbTbmax) 펌프 또는 밸브=off
if(TiTimin) 펌프 또는 밸브=on
여기서, Ti는 실내온도, Timin는 실내 설정 온도의 하한값, Timax는 실내 설정 온도의 상한값을 나타내며 Tb는 바닥 표면 온도,Tbmin는 바닥 표면 설정 온도의 하한값, Tbmax는 바닥 표면 설정 온도의 상한값을 나타낸다.
즉, 이와 같은 제어 방법은 실내온도 및 바닥 표면 온도 중 한가지를 제어 인자로 하면서 다른 하나의 인자를 제어 범위에 포함시켜 줌으로서 서로 보완관계를 형성하게 하여 주는 방법이다.
이러한 제어 방법은 두가지 제어 인자가 정해진 설정 온도에 정확하게 일치하도록 제어를 하지는 못하지만 두가지 제어 인자가 온돌 난방 시스템과 같이 어떤 제어범위대를 가지는 경우에 효율적으로 잘 적용될 수 있을 것이다.
본 발명자가 실험한 결과를 보면 온돌 난방 시스템에 다입력 제어 방법을 적용할 경우 열적으로 얼마나 우수한지를 명확하게 알 수 있다.
제2도는 실내온도 1가지만을 가지고 on-off 난방 제어한 경우이고 제3도는 실내온도 및 바닥 표면 온도 2가지 제어 인자를 가지고 on-off난방 제어한 경우이다.
그림에서 OT는 외기온도(℃), BT는 바닥 온도(℃), IT는 실내 온도(℃), HT는 실내로 공급되는 열량(Kcal/h)을 나타낸다.
1가지 제어 인자를 가지고 제어하는 제2도에서 보면 실내온도 23℃ 부근에서 2℃의 편차를 가지고 잘 유지되지만 바닥 온도는 26.5℃에서 35℃까지 거의 8.5℃의 편차를 가지고 움직인다.
이러한 바닥 온도의 편차는 외기온이 더욱 추워지면 더욱 확대될 것이다.
그러나 2가지 제어 인자를 가지는 그림 3에서 보면 실내 온도가 23℃부근에서 약2℃정도의 편차를 가지고 움직이며 바닥온도는 3℃정도의 편차만을 가지고 움직이는 것을 볼 수 있다.
즉 온돌 난방의 실내 공간에서 인간의 쾌적범위대가 실내 온도는 20±2℃ 정도이고 바닥온도 30±2℃ 부근이라는 것을 생각하면 온돌 주택의 난방을 위하여 본 발명에서 제시한 다 입력 제어 방법은 온돌 주택의 난방 에너지 절약과 실내 환경 개선에 커다란 역할을 할 것이다.

Claims (1)

  1. 한가지 난방열원이 존재하는 한국 특유의 온돌 난방 공간에 있어서 실내온도와 바닥 표면 온도를 동시에 측정하여 한가지를 제어 인자로 하면서 다른 하나의 인자를 제어 범위에 포함시켜 줌으로서 서로 보완관계를 형성하게 하여 주기 위하여 실내 설정 온도를 기준으로 하면서 바닥 표면의 설정 온도를 제어에 포함시킬때;
    if(TiTimin) 펌프 또는 밸브=on
    if(TbTbmax) 펌프 또는 밸브=off
    if(TiTimax) 펌프 또는 밸브=off
    if(TbTbmin) 펌프 또는 밸브=on
    바닥 표면의 설정 온도를 기준으로 하면서 실내 설정 온도를 제어에 포함시킬 때;
    if(TbTbmin) 펌프 또는 밸브=on
    if(TiTimax) 펌프 또는 밸브=off
    if(TbTbmax) 펌프 또는 밸브=off
    if(TiTimin) 펌프 또는 밸브=on
    로 제어하는 것을 특징으로 하는 두 개의 제어 인자를 가지는 온돌 난방 공간의 제어 방법.
    (Ti는 실내온도, Timin는 실내 설정 온도의 하한값, Timax는 실내 설정 온도의 상한값을 나타내며 Tb는 바닥 표면 온도,Tbmin는 바닥 표면 설정 온도의 하한값, Tbmax는 바닥 표면 설정 온도의 상한값)
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