KR100695933B1

KR100695933B1 - 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기 유인량제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100695933B1
Application number: KR1020050048829A
Authority: KR
Inventors: 신현준; 김정엽; 윤영우; 홍성걸
Original assignee: 한국건설기술연구원; 주식회사 다원센추리; (주)미래설계
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2007-03-15
Also published as: KR20060127620A

Abstract

본 발명은 터미날 유니트내의 송풍기 출구에 테이퍼 노즐을 장착하여 실내순환공기를 가속함으로써 터미날 유니트내의 압력강하를 유도하고, 이로 인해 발생된 신선외기의 도입을 위한 혼합공기챔버와의 압력차를 이용하여 터미날 유니트의 유인비를 정량적으로 비례제어할 수 있는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기 유인량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 건물의 각 층별 슬래브 하부 일측에 설치되며, 실내순환공기의 압력강하를 유도하고, 이 압력강하에 의한 유인작용으로 신선외기를 도입하는 외기유인 터미날 유니트; 상기 외기유인 터미날 유니트의 취출구와 각 공조존을 연결하여 실내공기를 순환하는 실내급기덕트; 상기 외기유인 터미날 유니트측으로 유입되는 실내순환공기의 열교환을 수행하기 위해 냉/온수를 공급하는 냉온수공급수단; 및 상기 외기유인 터미날 유니트의 내외부 압력차를 검출하고, PID 제어로직에 의해 설계치에 적어도 근접하도록 정량적인 비례제어를 수행하는 신선외기 도입량 제어수단을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치 및 방법을 제공한다.

외기유인 터미날유니트, 중앙공기조화시스템, 차압댐퍼, 혼합공기챔버, 유인비

Description

수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기 유인량 제어장치 및 방법{The control apparatus and method of fresh-air flow rate using pressure difference of terminal unit in air and water central AHU system}

도1a는 본 발명에 의한 외기유인 터미날 유니트가 설치된 수 -공기 겸용 중앙공기조화시스템의 개요도.

도1b는 본 발명의 요부인 외기유인 터미날 유니트에서의 공기도입 상태를 나타낸 개략도.

도2는 본 발명의 요부인 외기유인 터미날 유니트의 세부 구성도.

도3은 본 발명에 따른 외기 유인량 제어장치에서의 외기 유인량 제어를 위한 개요도.

도4는 외기유인 터미날 유니트의 실제 모델을 통한 외기유인 제어실험결과를 나타낸 그래프도.

도5는 본 발명에 따른 외기유인량 제어장치의 구성을 나타낸 개략도.

도6은 유인비 제어를 위한 외기유인 터미날 유니트의 제어흐름도.

도7은 본 발명에 의한 외기유인 터미날 유니트의 성능곡선을 나타낸 그래프도.

도8은 송풍모드가 강풍모드일때, 시간에 따른 댐퍼의 개도변화를 나타낸 그래프도.

도9는 <표2>에 기재된 case1의 시간에 따른 정압변화를 나타낸 그래프도.

도10은 <표2>에 기재된 case1의 시간에 따른 송풍량과 유인비의 변화를 나타낸 그래프도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 외기유인 터미날 유니트 4: 실내급기덕트

6: 냉온수공급기 8: 외기처리용 공기조화기

21: 케이싱 22: 실내순환 공기량 조절댐퍼

23: 공기필터 24: 열교환장치

26: 송풍기 27: 테이퍼 노즐

28: 혼합공기챔버 29: 신선외기 공급용 덕트

30: 차압댐퍼 31: 벤츄리관

32: 급기덕트 41: 온도측정기기

42 내지 44: 제1 내지 제3 정압센서 45: 콘트롤 박스

100: 공조존 M1: 밸브조작기

M2: 댐퍼조절기

본 발명은 주거용 아파트, 주상복합건축물, 업무용 빌딩, 호텔, 병원 등과 같은 일반건물에 설치되는 공조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터미날 유니트에서의 기내외 압력차를 이용하여 실내순환공기량과, 실내공기질의 유지를 위해 필요한 신선외기의 공급량을 효율적으로 제어할 수 있는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기 유인량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업화의 급속한 진전에 따른 생활 수준의 향상으로 쾌적한 생활환경의 확보에 대한 욕구가 증대되면서 에너지 소비량이 모든 분야에서 급격히 증가하고 있다. 특히, 고층건물이 증가되고 있는 시점에서 공조시스템의 고효율화가 건물의 설계에서 가장 중요한 분야로 자리잡고 있다. 상기 공조시스템은 건물의 LCC(Life Cycle Cost)에서 가장 커다란 비중을 차지하는 에너지 비용과 직접적인 관련이 있기 때문에 설계 초기단계에서부터 건물의 특성에 적합한 시스템이 선정되도록 신중하게 고려되어야 한다.

상기 공조시스템에는 각 소요처마다 개별적으로 공조기와 실외기를 설치하여 냉난방을 실시하는 개별식 공조시스템과, 냉동기, 보일러, 공조기 등이 설치된 중앙 기계실로부터 공조에 필요한 공기를 덕트를 통하여 소요처나 실내에 공급하는 중앙식 공조시스템이 있다.

상기 개별식 공조시스템은 실외기의 소음 및 진동으로 인한 사용자 및 인근 거주자에게 불쾌한 주거환경을 조성하고, 각각의 공조기기에 대한 실외기 설치면적 을 필요로 한다. 최근 적용사례가 증가하고 있는 공냉식 멀티 시스템의 경우, 실외기 설치대수를 줄일수는 있으나, 여전히 필요한 수량의 실외기를 반드시 설치해야만 하며, 이러한 실외기의 설치로 인한 외관상, 미관상의 문제가 발생하고 있다. 또한, 각 개별 소요처마다 설치가 편리한 곳에 실외기가 설치되므로 실외기의 분산설치로 인한 집중관리가 불리한 문제점이 있을 뿐만 아니라, 냉매의 액화를 위한 응축방식에 있어서 열수송능력의 차에 의해 수냉식에 비해 실외기 설치면적이 증가하는 문제점을 내포하고 있다.

상기 중앙공조방식(Central AHU System)중 많이 사용하고 있는 전공기방식(All Air System)은 냉난방에 필요한 열량을 공기를 이용하여 공조실로부터 각 공조존까지 수송해야 하기 때문에 물을 열매체로 이용할 경우에 비하여 열매체 수송용 에너지(전기동력) 소비량이 냉방시 약 8배, 난방시 약 17배 정도 증가한다. 시스템 설계시 중앙공조방식은 실별 냉난방부하특성과 환기특성이 유사한 여러공조존을 한 대의 공조기가 담당하는 방식이며, 공조존의 전체대표값을 기준으로 온/습도를 제어하는 방식이다. 그런데 운영과정에서 각 공조존의 실내현열비는 실용도와 실사용조건에 따라서 일정하지 않으며, 부하변동이 발생하므로 일부존에는 실내온/습도의 불균형현상이 발생할 수 있다. 또한, 한 대의 공조기에서 담당하는 공조존 중 현열부하는 유사하나, 존의 용도가 상이하여 각 존에서 요구하는 필요신선외기량이 다를 경우 공조기에서 공조존에 공급되는 공기의 풍량중에 혼합된 신선외기량은 거의 동일하므로 공조존별 필요신선외기량 요구조건을 충족할 수 없다. 이와 같이 기존의 전공기방식 공조시스템은 에너지소비량 측면과 공조시스템의 설치 및 각 존별로 효율적인 운전의 어려움이 따르는 문제점을 내포하고 있다.

중앙공조시스템에서는 상기와 같은 전공기방식의 문제점을 극복하기 위하여 수-공기 겸용 공조방식(Air and Water System)의 적용이 요구되고 있다.

상기 수-공기 겸용 공조방식은 열매체로서 물과 공기를 병용하는 방식으로, 열원장치에서 만든 냉수와 온수를 실내에 설치한 열교환유니트로 보내서 실내공기를 냉각 또는 가열하고, 필요신선외기량의 공급을 위하여 외기처리용 공조기에서 냉각감습 또는 가열가습한 외기를 실내로 송풍하는 구조를 가진다. 즉, 건물에서 발생하는 냉난방부하를 처리하기 위한 열매체로서 주로 물을 사용하기 때문에 반송동력을 크게 줄일 수 있으며, 또한 공기수송용 덕트의 설치면적이 감소되어 건물층고를 낮출 수 있다. 그러나, 상기의 수-공기 겸용 공조방식은 실내순환공기와 신선외기를 일률적인 비율(통상 실내순환공기와 외기의 혼합비율 8:2 ∼ 6:4)로 혼합하기 때문에 각 공조존별로 다른 냉난방 부하조건을 모두 충족시키기가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 외기 유인 터미날 유니트내의 송풍기 출구에 테이퍼 노즐을 장착하여 실내순환공기를 가속함으로써 외기 유인 터미날 유니트내의 압력강하를 유도하고, 이로 인해 발생된 신선외기의 도입을 위한 혼합공기챔버와의 압력차를 검출하고 제어로직을 통하여 외기 유인 터미날 유니트의 유인비를 정량적으로 비례 제어할 수 있는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기 유인량 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 건물의 각 층별 슬래브 하부 일측에 설치되며, 실내순환공기의 압력강하를 유도하고, 이 압력강하에 의한 유인작용으로 신선외기를 도입하는 외기유인 터미날 유니트; 상기 외기유인 터미날 유니트의 취출구와 각 공조존을 연결하여 실내공기를 순환하는 실내급기덕트; 상기 외기유인 터미날 유니트측으로 유입되는 실내순환공기의 열교환을 수행하기 위해 냉/온수를 공급하는 냉온수공급수단; 및 상기 외기유인 터미날 유니트의 내외부 압력차를 검출하고, PID 제어로직에 의해 설계치에 적어도 근접하도록 정량적인 비례제어를 수행하는 신선외기 도입량 제어수단을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 외기유인 터미날 유니트의 내부로 유입되는 실내순환공기량 및 신선외기의 합과 신선외기량의 비율을 나타내는 유인비 제어를 위해, 공조존 온도(Tr)와 외기유인 터미날 유니트의 기내압력(Punit)과 기외압력(Pdis)의 차압을 나타내는 강풍모드 차압(ΔP_H), 약풍모드 차압(ΔP_M), 미풍모드 차압(ΔP_L)의 목표값을 설정하는 제1 단계; 상기 공조존 온도(TR)와 급기온도(s)의 차이(Tr-s) 및 외기유인 터미날 유니트의 실제 덕트차압(ΔP)의 측정값을 설정하는 제2 단계; 운전모드를 자동 또는 수동중 어느 모드로 할 것인지를 판단하는 제3 단계; 상기 선택 된 송풍모드의 목표 설정값과 측정된 덕트차압과의 비교를 수행하는 제4 단계; 및 제어박스의 PID제어에 의해 댐퍼조절기의 개도와 밸브조작기의 개폐를 제어하는 제5 단계를 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도1 내지 도10을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 수-공기 겸용 중앙공조시스템의 외기 유인량 제어장치 및 방법은 각 공조존별 냉난방 부하조건을 해결하고, 각 공조존으로 유입되는 풍량을 정량적으로 제어할 수 있도록 구현한 것이다.

도1a는 본 발명에 의한 외기유인 터미날 유니트가 설치된 수 -공기 겸용 중앙공기조화시스템의 개요도이고, 도1b는 본 발명의 요부인 왹유인 터미날 유니트에서의 공기도입 상태를 나타낸 개략도이고, 도2는 본 발명의 요부인 외기유인 터미날 유니트의 세부구성도이다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 건물의 각 층별 슬래브 하부 일측에 설치되어 실내순환 공기의 압력강하를 유도하고, 이 압력강하에 의한 유인작용으로 신선외기를 도입하는 외기유인 터미날 유니트(2)와; 상기 외기유인 터미날 유니트(2)의 취출구와 각 공조존(100)을 연결하여 실내공기를 순환하기 위한 실내급기덕트(4)와; 상기 외기유인 터미날 유니트(2)측으로 유입되는 실내순환공기의 열교환을 수행하기 위한 냉/온수를 공급하기 위한 냉온수공급기(6); 및 상기 외기유인 터미날 유니트(2)에 연결되어 그의 내부로 신선외기를 공급하고, 각 공조존(100)으로 부터 복도(102) 또는 화장실등으로 배출된 공기를 흡기시키기 위한 외기처리용 공기조화기(8)를 포함한다.

상기 외기유인 터미날 유니트(2)는 도2에 도시된 바와 같이 일측에 실내순환공기 흡입구(21a)가 형성된 케이싱(21)과; 상기 케이싱(21)의 실내순환공기 흡입구(21a)에 설치되어 그에 유입되는 공기량을 조절하기 위한 실내순환 공기량 조절댐퍼(22)와; 상기 실내순환 공기량 조절댐퍼(22)의 일측에 설치되어 실내순환공기를 정화하는 공기필터(23)와; 상기 공기필터(23) 일측에 설치되며, 냉온수 공급기(6)로부터 제공된 냉온수를 열교환매체로 사용하여 상기 공기필터(23)를 통과한 실내순환공기의 열교환을 수행하는 열교환장치(24)와; 상기 케이싱(21)의 타단부에 설치되어 실내순환공기의 반송에 필요한 동력을 공급하기 위한 송풍기(26)와; 상기 송풍기(26)의 취출구단부에 설치되어 실내순환공기의 압력강하를 유도하기 위한 테이퍼 노즐(27)과; 상기 케이싱(21)의 타측에 연장되게 설치되며, 상측과 측면에 신선외기의 유출입을 위한 통로(28a, 28b)가 형성되며, 신선외기와 실내순환공기를 혼합하여 취출하는 혼합공기챔버(28)와; 상기 혼합공기챔버(28)의 유입통로(28a)에 설치되어 그에 신선외기를 공급하기 위한 신선외기 공급용 덕트(29)와; 상기 신선외기 공급용 덕트(29)의 공급경로상에 설치되어 신선외기 유입량을 조절하기 위한 차압댐퍼(30)와; 상기 혼합공기챔버(28)의 유출통로(28b)에 설치되며, 상기 테이퍼 노즐(27)의 취출구를 통과하면서 감소된 혼합공기의 정압을 회복시켜 재취득하기 위한 벤츄리관(31); 및 일단은 벤츄리관(31)에 연결되고, 타단은 각 공조존(100)에 연결되어 실내순환공기와 신선외기의 혼합공기를 각 공조존(100)에 공급하는 급기 덕트(32)를 포함한다.

여기서, 상기 열교환장치(24)는 냉각 코일(24a) 및 가열코일(24b)로 구성된다. 또한, 상기 테이퍼노즐(27)은 취입구측 단면적으로부터 취출구측 단면적이 점차 축소되는 단면형상을 가지고 풍속을 증가시키게 된다. 반대로 상기 벤츄리관(31)은 입구측 단면적으로부터 출구측 단면적이 점차 확장되는 단면형상을 가지고 풍량을 증가시키게 된다.

상기와 같이 실내순환공기와 신선외기가 함께 유입될 수 있는 구성으로 이루어진 외기유인 터미날 유니트(2)에서는 혼합공기챔버(28)내의 압력과 급기덕트(32) 사이의 압력차(ΔP)를 산출하고, 이 압력차를 유인성능 함수로 이용하여 신선외기와 실내순환공기의 혼합량을 정량적으로 제어한다.

도3을 참조하여 외기 유인량을 정량적으로 제어하는 개요를 설명하면 다음과 같다.

도3은 외기 유인량 제어장치의 개요도를 나타낸 것으로서, 외기 유인 터미날 유니트(2)에서의 기내외 압력차를 이용하여 외기유인량을 제어하는 과정을 보여주고 있다.

상기 급기덕트(32)상에 설치된 제1 풍량측정장치(FMS; Flow Measurment System)를 통해 측정된 송풍기(26)의 유속(Q1)과 급기덕트(32)에서의 유속(Q3)의 합과 신선외기 공급용 덕트(29)상에 설치된 제2 풍량측정장치(FMS)를 통해 측정된 혼합공기챔버(28)로 유입되는 신선외기의 유속(Q2)의 비율로 유인성능을 결정한다. 즉, 상기 외기유인 터미널 유니트(2)의 유인성능은 전체공급공기량(실내순환공기량과 신선외기량의 합)과 신선외기량의 비율인 유인비(K, Induction Ratio, Q2/Q3)로 나타내어질 수 있다. 이때, 유인비 K는 외기유인 터미널 유니트(2)의 기내압력인 유니트압력(Punit)과 급기덕트(Discharge Duct)의 압력인 급기압력(Pdis)의 차이(ΔP, Pdis-Punit)에 의해서 결정되며, 하기의 <식1>과 같이 ΔP를 종속변수로 하는 일차원 유인성능함수를 가지고 정량적인 제어를 수행한다. 여기서, 상기 유니트압력(Punit)은 혼합공기챔버(28)내의 실내순환공기와 신선외기의 혼합공기 압력을 의미한다.

<식 1>

K = f(ΔP) = C₁ΔP + C₂

K : 유인비

ΔP : 압력차, Pdis-Punit

C₁, C₂ : 상수

상기 외기 유인 터미날 유니트(2)의 기본적인 구조는 테이퍼 노즐(27)을 매개로 하여 실내순환공기의 압력을 강하시킴으로써 신선외기를 유인하는 구조이다. 즉, 상기 송풍기(26)의 취출구에 부착된 테이퍼 노즐(27)에 의해 그를 통과하는 실내순환공기를 가속함으로써 실내순환공기의 압력강하가 발생하여 상기 테이퍼 노즐(27)과 혼합공기챔버(28)와의 압력차가 발생된다. 이에 따라, 신선외기 공급용 덕트(29)로부터의 신선외기가 상기 혼합공기챔버(28)내로 유인되는 것이며, 신선외기 조절용 차압댐퍼(30)의 개도에 따라 신선외기의 유인량을 조절하게 된다.

본 유인량 제어장치의 실제모델을 가지고 실험한 결과가 도4에 도시되었다.

도4의 그래프에 보인 바와 같이, 압력차(ΔP : Pdis-Punit(mmAq)가 작을수록 유인비 K(Induction ratio : Q2/Q3(%))도 커지고, 따라서 신선외기의 도입량도 많아짐을 알 수 있다.

도5는 유인비의 제어를 위한 외기유인량 제어장치의 구성을 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱(21)의 실내순환공기 입구측에 설치되어 실내공기의 온도를 측정하는 온도측정기기(TRC)(41)와; 상기 온도측정기기(41)를 통해 측정된 실내순환공기 온도의 증감을 수행하기 위하여 냉온수 공급기(6)로부터 냉각코일(24)과 가열코일(25)에 각각 제공되는 냉온수의 공급을 제어하는 밸브조작기(M1)와; 신선외기 공급용 덕트(29)의 정압(Poa)을 측정하기 위한 제1 정압센서(42)와; 혼합공기챔버내의 정압(Punit)을 측정하기 위한 제2 정압센서(43)와; 급기덕트(32)내의 정압(Pdis)을 측정하기 위한 제3 정압센서(44)와; 상기 신선외기 공급용 덕트(29)와 혼합공기챔버(28) 사이의 연결부에 설치된 차압댐퍼의 개도를 조절하기 위한 댐퍼조절기(M2); 및 온도측정기기(41), 제1 내지 제3 정압센서(42, 43, 44)로부터 감지신호를 입력받아 PID제어로직에 의해 밸브조작기(M1)와 댐퍼조절기(M2)의 동작을 제어하고, 또 송풍기(26)의 가동을 제어하는 콘트롤 박스(45)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 외기 유인량 제어장치에서, 온도측정기기(41)와 제1 내지 제3 정압센서(42, 43, 44)를 통해 측정된 측정값들은 콘트롤 박스(45)로 송신되며, 상기 콘트롤박스(45)의 PID제어로직에 의한 출력값들이 밸브조작기(M1)와 댐퍼조절기(M2), 그리고 자동모드에서 송풍기로 보내져 비례제어를 수행하게 된다.

이때, 상기 신선외기량 조절용 차압댐퍼(30) 후단의 터미널유니트 기내압력인 혼합공기챔버 압력(Punit)과 급기덕트의 압력(Pdis)을 각각 측정하고, 설계자 또는 재실자가 소망하는 유인비에 대응하는 ΔP를 유인성능함수에서 계산하고, 계산된 ΔP가 발생하도록 차압댐퍼의 개도를 조절함으로써 유인비의 제어를 수행하는 것이다.

다음, 본 발명에 의한 외기유인 터미날 유니트가 설치된 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치의 흐름을 도6을 참조하여 설명한다.

도6은 본 발명에 의한 외기유인 터미날 유니트의 제어흐름도를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 유인비 제어를 위한 초기 목표값 즉, 공조존 온도(Tr), 강풍모드 차압(ΔP_H), 약풍모드 차압(ΔP_M), 미풍모드 차압(ΔP_L)의 목표값을 설정한다(S1). 다음에 공조존 온도(TR)와 급기온도(s)의 차이(Tr-s)와 덕트차압(ΔP)의 측정값을 설정한다(S2).

상기와 같이 목표값과 측정값들을 설정한 상태에서 운전을 수행하게 되며, 이때 운전모드를 수동운전으로 할 것인지, 자동운전으로 할 것인지를 판단한다(S3, S4).

상기 운전모드가 수동운전모드로 선택되었을 경우(S11)에는 강풍(H),약풍(M), 미풍(L)의 버튼에 의해 선택된값에 따라 송풍량이 수동으로 제어된다. 상기 송풍량이 수동으로 제어되는 과정을 상세히 설명하면, 수동운전모드에서 송풍모드를 선택하고, 공조존 온도(Tr)와 공조존 측정온도(Tr-s)를 비교한다(S12, S13). 상 기 송풍모드에서는 강풍모드, 약풍모드, 미풍모드중 하나를 선택하고, 각각의 모드에서의 차압(ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L)과 측정차압(ΔP)을 비교한다(S14, S15, S16). 다음에 상기 각 송풍모드에서의 비교값과, 공조존온도의 비교값이 콘크롤 박스(45)에 입력되어 PID(Proportinal, Integral, Differential)제어를 수행한다(S17, S18). 다음에, 상기 송풍모드에서 행해진 PID제어에 따라 댐퍼 조절기(M2)의 비례제어를 수행하고, 공조존 온도모드에서 행해진 PID제어에 따라 밸브조작기(M1)의 비례제어를 수행한다(S19, S20). 그리고, Tr-s와, ΔP를 측정한 후, 수동운전모드로 리턴된다(S21).

상기 운전모드가 자동운전모드로 선택되었을 경우(S31)에는 실내측정온도값과 제실자에 의해 설정된 온도 차이에 따라 풍량이 3단계(강풍(H),약풍(M), 미풍(L))으로 자동선택 제어된다. 상기 송풍량이 자동으로 제어되는 과정을 상세히 설명하면, 자동운전모드에서 공조존 온도(Tr)와 공조존 측정온도(Tr-s)를 비교한다(S32). 그리고 나서, 송풍모드를 자동선택하고, 또 공조존온도 비교값에 대한 PID제어를 수행한다(S33, S34).

상기 S33 단계 수행후, 송풍모드에 따라 목표차압(ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L)과 측정차압(ΔP)을 비교한 후, PID제어를 수행한다(S35, S36). 다음에, 상기 송풍모드에서 행해진 PID제어에 따라 댐퍼 조절기(M2)의 비례제어를 수행하고, 공조존 온도모드에서 행해진 PID제어에 따라 밸브조작기(M1)의 비례제어를 수행한다(S37, S38). 그리고, Tr-s와, ΔP를 측정한 후, 자동운전모드로 리턴된다(S39).

상기의 유인비 제어방식은 도4의 그래프에서 보인 바와 같이 실험으로 도출한 외기유니 터미널유니트의 유인특성을 바탕으로 터미널유니트 혼합부(실내순환공기와 신선외기를 혼합하는 혼합공기챔버)의 정압(Punit)과 급기덕트 정압(Pdis)간의 차압(ΔP)를 검출하여 PID제어로직에 의해 산출된 압력차를 설계치인 ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L에 근접하거나 같게 유지하도록 댐퍼조절기(M2)를 비례제어하는 것이다. 또한, IAV 유니트에 공급되는 냉온수관에 설치되는 밸브조작기(M1)도 마찬가지로 RTC에 의해 계측되는 실내 온도값과 실내 제실자에 의해 설정된 온도의 차이에 따라 냉온수유량을 PID로직에 의해 비례제어한다.

상기의 방식으로 유인비가 제어되는 시스템의 본 발명이 적용된 실증적 실험의 수행내용과 결과는 도7 내지 도10에 도시한 바와 같다.

본 발명의 제어실험에 사용한 외기유인 터니널유니트는 강풍시 1500CMH의 급기량과 최대 30%정도의 유인비를 갖는 제품이며, 실험을 통해 도출한 유니트의 성능곡선은 도7에 도시한 바와 같다.

상기 성능곡선은 각 모드에서의 덕트 압력차에 대응하는 유인비(Q2/Q3)와 총급기량(Q3(CMH))으로 나타내었으며, 하기의 <표1>에서와 같이 유인비의 변화는 덕트압력차를 변수로 하는 1차직선으로 표시할 수 있다. 도7에서 H(강풍), M(약풍), L(미풍)은 각각 송풍량 모드를 나타낸다.

<표1>

유인비 1차곡선
K=C₁X + C₂ K: 유인비(Q2/Q3, %), X: 차압(Pdis - Punit, mmAq), C₁, C₂ : 상수
송풍모드	C₁	C₂
H	-7.09	39.2
M	-13.4	39.8
L	-21.0	38.5

본 발명의 실험은 하기의 <표2>와 같이 각 송풍량 모드에 대해 30%와 20%의 유인비를 갖는 상태를 대상으로 하여 실시하였으며, 외기유인 터미널유니트(2)가 가동되는 시점부터 댐퍼의 개도와 압력값, 공기유량등을 측정하여 시간에 따른 각각의 변화량을 기록하여 그래프화하였다. 본 발명에서는 case1 위주로 결과를 설명한다.

<표2>

case	송풍모드	유인비(%)	차압(mmAq)
1	H	30	1.30
2	H	20	2.71
3	M	30	0.73
4	M	20	1.48
5	L	30	0.40
6	L	20	0.88

먼저 도8은 송풍모드가 강풍(H)일 경우에 대해, 시간(time)에 따른 차압댐퍼의 개도(Damper opening rate(%))를 나타낸 것이다. 여기서, 상기 차압댐퍼의 개도가 0%이면 완전히 닫혀진 경우이고, 100%이면 완전히 열려진 상태를 나타낸다. 실험이 개시되면 초기에 댐퍼의 개도율이 크게 상승한 후 덕트의 차압에 의한 제어과정을 거치면서 일정한 개도율을 유지하게 된다. case1의 경우는 75%정도의 개도율을 유지하고, case2의 경우는 약 50%를 유지하는 것으로 나타났다.

도9는 시간(time(sec))에 따른 압력(Pressure(mmAq))의 변화 그래프로서, case1에 대해 IAV 유니트 혼합부의 정압(Punit)과 급기덕트(32)에서의 정압(Pdis), 그리고 두 정압의 차압(Pdis-Punit)을 나타낸 것이다. 외기유인 터미날 유니트(2)가 동작하면서 Punit와 Pdis가 동시에 상승하고, 약 100초의 시간이 경과후 일정한 값을 유지하는 것을 알 수 있다. 이때 Pdis-Punit의 차압값이 목표차압값인 1.3mmAq에 잘 따라가는 것으로 판단된다. 도10은 시간(time)에 따른 송풍량(Flow rate(CMH))과 유인비(Induction ratio, Q2/Q3(%))의 변화를 나타낸 그래프로서, case1 대해 전체급기량(Q3)와 신선외기 유인량(Q2), 그리고 그에 따른 유인비를 나타낸 것이다. 덕트차압에 의해 댐퍼개도를 일정하게 유지함으로써 유인비가 목표치인 30%에 유사하게 제어됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 외기유인 터미날 유니트에서 송풍기에 설치된 테이퍼 노즐을 매개로 실내순환공기의 압력강하를 유도하여 신선한 외기를 유인하되, 외기유인 터미날 유니트의 유인특성을 바탕으로 혼합부(혼합공기챔버내)의 정압과 급기덕트 정압의 차압(ΔP)을 검출하고, PID제어로직에 의해 압력차를 설계치인 ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L과 같게 유지하도록 차압댐퍼의 개도를 조절하여 정량적 으로 신선외기의 도입량을 제어함으로써, 각 공조존을 쾌적하게 유지할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 기존의 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서와 같이 신선외기의 반송동력을 대폭 감소시킬 수 있으며, 공기수송용 덕트의 설치면적이 감소되어 건물 층고를 낮출 수 있는 다른 효과를 갖는다.

Claims

삭제
건물의 각 층별 슬래브 하부 일측에 설치되며, 실내순환공기의 압력강하를 유도하고, 이 압력강하에 의한 유인작용으로 신선외기를 도입하는 외기유인 터미날 유니트;

상기 외기유인 터미날 유니트의 취출구와 각 공조존을 연결하여 실내공기를 순환하는 실내급기덕트;

상기 외기유인 터미날 유니트측으로 유입되는 실내순환공기의 열교환을 수행하기 위해 냉/온수를 공급하는 냉온수공급수단; 및

상기 외기유인 터미날 유니트의 내외부에 설치되어 외부 덕트로부터 유입되는 신선외기의 정압과 상기 외기유인 터미날 유니트의 내부에 존재하는 혼합공기의 정압 및 취출된 공기의 정압을 각각 측정하기 위한 제1 내지 제3 정압감지수단과, 외부로부터 제어신호를 인가받아 외기유인 터미날 유니트의 신선외기 도입 포트의 개폐각도를 조절하는 포트개폐각도 조절수단 및 상기 제1 내지 제3 정압센서로부터 감지신호를 입력받아 PID제어로직에 의한 포트개폐각도 조절수단의 동작을 제어하는 제어박스를 구비하여 외기유인 터미날 유니트의 내외부 압력차를 검출하고, PID 제어로직에 의해 설계치에 적어도 근접하도록 정량적인 비례제어를 수행하는 신선외기 도입량 제어수단

을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치.
제 2 항에 있어서,

상기 신선외기 도입량 제어수단은

하기의 일차원 유인성능함수식인

K = f(ΔP) = C₁ΔP + C₂

여기서,

K : 유인비(외기유인 터미날 유니트의 내부로 유입되는 실내순환공기량과 신선외기의 합과 신선외기량의 비율)

ΔP : 압력차(외기유인 터미날 유니트로부터 취출된 외기의 압력(Pdis) - 내부의 혼합공기 압력(Punit)

C₁, C₂ : 상수

에 의해 산출된 값과 각 공조존별 설정목표값을 비교, 판단하여 신선외기의 정량적인 비례제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스 템에서의 외기유인량 제어장치.
제 2 항에 있어서,

상기 외기 유인 터미날 유니트의 일측 소정위치에 설치되어 각 공조존으로부터 유입되는 실내순환공기의 온도를 측정하여 제어박스에 인가하는 온도측정수단; 및

상기 온도측정수단을 통해 측정된 실내순환공기 온도의 증감을 수행하기 위하여 상기 제어박스로부터 제어신호를 인가받아 냉온수 공급기로부터 외기유인 터미날 유니트에 제공되는 냉온수의 공급을 제어하는 밸브조작수단

을 더 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치.
제 2 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 외기유인 터미날 유니트는

일측에 실내순환공기 흡입구가 형성되며, 내부에 실내순환공기량을 조절하기 위한 댐퍼와 공기정화필터가 설치된 케이싱;

상기 케이싱의 공기정화수단 일측에 설치되며, 냉온수 공급수단으로부터 제공되는 냉온수를 가지고 실내순환공기의 열교환을 수행하는 열교환수단;

상기 케이싱의 타단부에 설치되어 실내순환공기의 반송에 필요한 동력을 공급하되, 실내순환공기의 압력강하를 유도하여 취출시키는 송풍수단;

상기 케이싱의 타측에 연장되게 설치되며, 외부로부터 도입된 신선외기와 실내순환공기를 혼합하여 취출하기 위한 혼합공기 취출수단;

상기 혼합공기 취출수단의 유입통로에 설치되어 그의 내외부 차압에 의해 유입되는 신선외기 도입량을 조절하는 신선외기 도입량 조절수단; 및

일단은 혼합공기 취출수단에 연결되고, 타단은 각 공조존에 연결되어 실내순환공기와 신선외기의 혼합공기를 각 공조존에 공급하는 급기덕트

를 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치.
제 5 항에 있어서,

상기 송풍수단은

외부의 동력을 인가받아 구동하는 송풍기와;

상기 송풍기의 출구에 설치되며, 풍속을 증가시키기 위해 취입구측 단면적으로부터 취출구측 단면적이 점차 축소되는 단면형상을 가지는 테이퍼 노즐

을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치.
제 5 항에 있어서,

상기 혼합공기 취출수단은

그의 취출구에 설치되어 그를 통과하면서 감소된 혼합공기의 정압을 회복시켜 재취득하기 위한 벤츄리관을 더 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어장치.
외기유인 터미날 유니트의 내부로 유입되는 실내순환공기량 및 신선외기의 합과 신선외기량의 비율을 나타내는 유인비 제어를 위해, 공조존 온도(Tr)와 외기유인 터미날 유니트의 기내압력(Punit)과 기외압력(Pdis)의 차압을 나타내는 강풍모드 차압(ΔP_H), 약풍모드 차압(ΔP_M), 미풍모드 차압(ΔP_L)의 목표값을 설정하는 제1 단계;

상기 공조존 온도(Tr)와 급기온도(s)의 차이(Tr-s) 및 외기유인 터미날 유니트의 실제 덕트차압(ΔP)의 측정값을 설정하는 제2 단계;

운전모드를 자동 또는 수동중 어느 모드로 할 것인지를 판단하는 제3 단계;

상기 선택된 송풍모드의 목표 설정값과 측정된 덕트차압과의 비교를 수행하는 제4 단계; 및

제어박스의 PID제어에 의해 댐퍼조절기의 개도와 밸브조작기의 개폐를 제어하는 제5 단계

를 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.
제 8 항에 있어서,

상기 제3 단계는

상기 자동운전모드 선택시에 실내측정온도값과 재실자에 의해 설정된 온도차이에 따라 풍량이 강풍(H), 약풍(M), 미풍(L)중 하나로 자동 선택되어 송풍량이 제어되고,

상기 수동운전모드시에 강풍(H), 약풍(M), 미풍(L)의 버튼에 의해 선택된 값에 따라 송풍량이 제어되는 것을 특징으로 하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 제3 단계에서 수동운전모드로 선택되었을 경우, 송풍모드를 선택하고, 공조존 온도(Tr)와 공조존 측정온도(Tr-s)를 비교하는 제1 과정;

상기 송풍모드에서 강풍모드, 약풍모드, 미풍모드중 하나를 선택하고, 각각의 모드에서의 차압(ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L)과 측정차압(ΔP)을 비교하는 제2 과정;

상기 각 송풍모드에서의 비교값과, 공조존온도의 비교값이 콘트롤 박스에 입력되어 PID제어를 수행하는 제3 과정;

상기 송풍모드에서 행해진 PID제어에 따라 댐퍼 조절기의 비례제어를 수행하고, 공조존 온도모드에서 행해진 PID제어에 따라 밸브조작기(M1)의 비례제어를 수행하는 제4 과정; 및

상기 제4 과정을 수행한 후, 공조존 측정온도차(Tr-s)와, 덕트차압(ΔP)을 측정한 후, 수동운전모드로 리턴하는 제5 과정

을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 제3 단계에서 자동운전모드로 선택되었을 경우, 실내측정온도값과 재실자에 의해 설정된 온도 차이에 따라 풍량이 3단계(강풍(H),약풍(M), 미풍(L))중 어느 하나로 자동선택되는 제1 과정;

공조존 온도(Tr)와 공조존 측정온도(Tr-s)를 비교하는 제2 과정;

송풍모드를 자동선택하고, 또 공조존온도 비교값에 대한 PID제어를 수행하는 제3 과정;

상기 송풍모드에 따라 목표차압(ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L)과 측정차압(ΔP)을 비교한 후, PID제어를 수행하는 제4 과정;

상기 송풍모드에서 행해진 PID제어에 따라 댐퍼 조절기의 비례제어를 수행하고, 공조존 온도모드에서 행해진 PID제어에 따라 밸브조작기의 비례제어를 수행하 는 제5 과정; 및

상기 제5 과정을 수행한 후, 공조존 측정온도차(Tr-s)와, 덕트차압(ΔP)을 측정한 후, 자동운전모드로 리턴하는 제6 과정

을 포함하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제4 과정에서의 댐퍼조절기의 비례제어는

PID제어로직에 의해 산출된 압력차를 설계치인 ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L에 근접하거나 같게 유지하도록 비례제어하는 것을 특징으로 하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제5 과정에서의 댐퍼조절기의 비례제어는

PID제어로직에 의해 산출된 압력차를 설계치인 ΔP_H, ΔP_M, ΔP_L에 근접하거나 같게 유지하도록 비례제어하는 것을 특징으로 하는 수-공기 겸용 중앙공기조화시스템에서의 외기유인량 제어방법.