KR100776050B1 - 홈네트워크 기반의 최적 열수송 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필요한 난방용량을 사용자가 정하는 만큼 정확하게 공급하고 이에 소요되는 에너지 소비를 최소화할 수 있도록 제어하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

즉, 아파트 등의 집단주거시설에 난방을 제공하는 열수송 시스템에 있어서, 지역난방 열원, 1차측 배관 과 1차측 펌프, 그리고 지역난방 관리자로 구성된 1차측 공급열원; 온도조절기, 온수가 들어오는 배관 및 밸브, 상기 온도조절기로부터 받은 신호를 밸브로 보내주는 밸브개폐용 모터, 집단주거지 관리자 및 사용자측에 열원을 공급하는 사용자측 펌프로 구성된 사용자측 공급열원; 1차측 공급열원으로부터 받은 온수를 사용자측 공급열원으로 보내주는 역할을 하는 열교환기; 를 포함하는 구성으로 이루어진 장치 및 최적 열수송 제어방법에 관한 것을 말한다.

집단 주거시설 등에 상기와 같은 최적의 방법으로 난방이 될 때, 세대당 필요열량에 대한 실시간 유량제어가 가능하여 기존의 제어방법보다 에너지 소비량을 절약할 수 있는 효과가 있다.

홈네트워크, 열수송, 제어장치, 제어방법

Description

홈네트워크 기반의 최적 열수송 제어장치 및 방법 {Optimized Heat Transportation Control Equipment and Method Based On Home Network}

도 1 은 기존의 열수송 제어장치에 대한 개략도,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 홈 네트워크 기반의 최적 열 수송 제어장치에 대한 개략도,

도 3 은 기존의 열수송 제어방법에 대한 흐름도,

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 홈 네트워크 기반의 최적 열수송 제어방법에 대한 흐름도를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 1차측 공급열원 20 : 사용자측 공급열원

30 : 열교환기 111 : 지역난방 열원

112 : 1차측 배관 113 : 1차측 펌프

114 : 지역난방관리자 121 : 온도조절기

122 : 온수조절용 밸브 123 : 밸브개폐용 모터

124 : 집단주거지관리자 125 : 사용자측 펌프

본 발명은 아파트 등의 집단주거시설에 있어서 필요한 난방용량을 사용자가 원하는 만큼 정확하게 공급하고 이에 소요되는 에너지 소비를 최소화 할 수 있도록 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

기존의 지역난방방식 제어는 각 사용자측에서 제어한 실내온도의 정보가 직접적으로 1차 열원 공급자측의 지역난방, 집단에너지 공급시설 혹은 열병합 발전소 등에 도달하지 않았으며, 또한 사용자측에서 열원 사용이 멈추게 되더라도 사용자측 온수온도를 일정한 온도로 유지하기 위하여 1차측 열원의 공급열량을 일정량 유지하게 하는 원리를 사용하였다. 따라서 1차측 열원제어시에는 사용자측 열 사용량 변화에 의한 제어시간의 지연으로 인해 필요 이상의 펌프동력이 사용되고 또한 열원사용이 멈추게 되더라도 열량 유지를 위해 불필요한 에너지가 낭비되는 문제가 있었다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지역난방 열원으로부터 사용자측에 이르는 총체적인 실시간 유량제어에 대한 시스템을 구축하여 열수송상의 에너지를 저감하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 사용자측에서 사용온도 기준으로 제어되고 있는 지역난방공급 방식을 사용자측 사용유량 기준으로 실시간 제어하여 필요한 열량을 정확하게 공급하고 불필요한 에너지 소비를 줄이는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 집단에너지 공급가구의 홈네트워크 시설 증대로 인프라가 확대됨에 따른 난방에너지 소비에 대한 사용데이터의 DB화, 객관화 및 온라인화에 충분히 대응할 수 있게 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아파트 등의 집단주거시설에 난방을 제공하는 열수송 시스템에 있어서,

열원이 생성되는 지역난방 열원, 상기 지역난방 열원 및 열교환기와 연결되고 집단주거시설에 온수 또는 온기(이하 '온수'라고만 한다.)를 공급하기 위한 1차측 배관과 1차측 펌프, 그리고 1차측 펌프를 구동시키기 위한 지역난방 관리자로 구성된 1차측 공급열원;

집단주거시설의 개별가구에서 온도를 조절할수 있는 온도조절기, 상기 온도조절기로부터 받은 신호를 밸브로 보내주는 밸브개폐용 모터, 상기 모터의 작동에 의해 개폐되어 공급되는 온수의 양을 조절하는 밸브, 상기 밸브와 열교환기를 연결시켜주는 사용자측 배관, 상기 배관에 연결되고 구동에 의해 사용자측에 열원을 공급하는 사용자측 펌프, 그리고 각 세대별로부터 받은 상기 신호를 실시간으로 적산하여 지역난방관리자로 보내주는 집단주거지 관리자로 구성된 사용자측 공급열원;

1차측 공급열원에서 사용자측으로 열을 공급하는 장치인 열교환기; 를 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

1차측 공급열원 중 상기 지역난방 열원은 일정지역에 난방을 공급하는 열원을 생성시키는 장소로서 이에는 지역난방을 위한 열병합발전소를 포함한다. 또한 1차측 배관은 지역난방 열원으로부터 나온 온수를 펌프의 구동력에 의해 열교환기로 보내주는 통로역할을 하며, 1차측 펌프는 지역난방 열원으로부터 생성된 온수를 열교환기로 보내어 주는 역할을 한다.

사용자측 공급열원 중 상기 온도조절기는 집단주거시설의 개별가구에서 가정에서 원하는 온도를 지정할 수 있는 장치이며, 밸브개폐용 모터는 온도조절기로부터 신호를 받아 밸브를 열거나 닫아주는 장치이다. 밸브는 온도조절기에 의해 조절된 온도가 모터에 의해 개폐될 수 있으며 온수를 개별세대로 보내주는 장치이다.

또한 각 세대의 온도 조절기로부터 전송된 정보는 실시간으로 집단주거지관리자에게로 보내져 전체 용량이 적산되어 이미 입력된 정보에 의해 필요한만큼만 사용자측 펌프를 구동시키게 된다. 또한 개별 세대로부터 집단주거지관리자에게로 보내어져 적산된 정보는 실시간으로 지역난방 관리자에게로 전송된다. 지역난방관리자는 집단주거지관리자로부터 받은 정보를 이용하여 1차측 펌프를 필요한 만큼만 구동시킬 수 있도록 한다.

열교환기는 1차측 공급열원으로부터 받은 온수를 사용자측 공급열원으로 보내주는 역할을 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 아파트 등의 집단주거시설에 난방을 제공하는 열수송 제어방법에 있어서,

각 세대에 설치된 온도조절기를 조절하는 단계; 온도조절기로부터 받은 통신신호를 통하여 밸브개폐용 모터에 전달하는 단계; 온도조절용 밸브를 열어 온수를 공급하는 단계; 상기 신호를 각 집단주거지관리자 사무소로 보내 사용자측의 사용량을 실시간으로 적산하는 단계; 상기 사용량을 지역난방관리자에게 전달하는 단계; 지역난방관리자가 받은 사용량을 실시간 용량대응 유량만큼의 1차측 펌프를 가동하는 단계; 1차측 펌프가 가동되어 열원이 1차측 배관을 통해 사용자측 열교환기인 기계실로 이동하는 단계; 사용자측 배관을 통하여 사용자측에 열원을 공급하는 단계; 사용자측에 열원이 공급되어 온도조절기의 설정온도에 도달할 만큼 열원이 공급되면 신호를 이용하여 밸프개폐용 모터에 보내 온도조절용 밸브를 닫는 단계; 상기 밸브가 닫히게 되면 사용자측 펌프가동이 중지되며 사용자측 열원공급이 중지되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1 은 기존의 열수송 및 제어장치에 대한 개략도이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 홈 네트워크 기반의 최적 열수송 제어장치에 대한 개략도이다.

동 도면에서 보여지는 바와 같이 홈 네트워크 기반의 최적열수송 제어장치 는, 크게 1차측 공급열원(10), 사용자측 공급열원(20) 및 1차측 공급열원을 사용자측으로 공급해 주는 열교환기(30)으로 구성된다. 난방을 사용하는 각 세대에는 온도 혹은 온수량 조절용 장치가 세대 내에 설치되며 이는 세대 내 한 곳에서 혹은 각 실에서 온도를 조절하는 방식으로 구동된다. 각 세대의 난방코일에는 온수조절용 밸브(122)가 설치되어 있으며 추가적인 설비로 상기 온수조절용 밸브(122)를 개폐할 수 있는 밸브개폐용 모터(123)가 존재한다.

밸브개폐용 모터(123)은 각 세대 혹은 각 실의 온도조절기(121)로부터 전기적 신호를 이용하여 밸브개도를 조절하게 되며 상기 전기적 신호는 바람직하게는 RS-485 통신신호를 이용한다.

각 세대 혹은 각 실의 온수 사용에 대한 신호를 집단주거지관리자(124)에게 통보될 수 있도록 하며 이는 LAN 이나 전화선을 이용한다. 각 집단주거시설의 사용유량에 대한 신호는 지역난방관리자(114)에게 통보된다.

지역난방관리자(114)는 각 집단 주거시설의 사용유량에 대한 신호를 LAN이나 전화선을 이용하여 받는 통신부와, 온수를 공급하는 1차측 펌프(113)를 개별적으로 제어할 수 있는 구동부로 구성된다.

상기 통신부를 통하여 받은 각 집단 주거시설의 사용유량에 대한 정보를 이용하여 이미 입력된 정보에 따라 열병합 발전소와 같은 지역난방 열원(111)의 1차측 펌프(113)를 필요한만큼 구동시키게 된다.

상기 1차측 펌프의 구동으로 1차측 배관을 따라 온수가 사용자측 열교환기인 기계실로 이동되어 사용자측에 열원을 공급하게 된다. 계속된 열원의 공급으로 더 이상 온수의 공급이 필요없으면 열원공급이 중지된다. 열원공급이 중지될 때에는 밸브개폐용 모터의 작동으로 밸브를 닫게되고 이에 따라 열원의 공급이 중지되게 된다.

도 3 은 기존의 열수송 제어방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 홈 네트워크 기반의 최적 열수송 제어방법에 따른 흐름도를 나타낸다.

본 발명의 일실시예에 따른 제어방법을 보면, 각 세대의 난방은 각 실에 설치되어 있는 온도조절기(121)에 의해 조절되며(S200) 각 실의 온도가 설정온도 이하이면 통신신호를 통하여 온수유량을 제어할 수 있는 신호가 밸브개폐용 모터(123)에 전해지게 된다(S210). 이에 따라 밸브개폐용 모터(123)는 온도조절용 밸브(122)를 열어(S220) 온수를 공급하게 되고(S230) 실내온도가 설정온도에 도달할 만큼 열량이 공급되면(S240) 온도조절용 밸브(122)를 닫는 신호를 다시 통신신호를 이용하여 밸프개폐용 모터(123)에 보내(S250) 온도조절용 밸브(122)를 닫게 한다(S260). 상기 통신신호들은 바람직하게는 RS-485를 사용한다. 상기 밸브가 닫히게 되면(S260) 사용자측 펌프가동이 중지되며(S270) 사용자측 열원공급이 중지된다(S280). 이 조절신호는 각 집단주거지관리자(124) 사무소에서 사용자측 각각의 세대의 사용량을 실시간으로 적산하여 현재 사용중인 총 사용유량이 정확하게 디지털 값으로 계산된다(S300).

이러한 총 유량값은 지역난방관리자(114)에게 전달되어(S310) 각 집단거주지의 신호를 계산하여 각 집단거주지에 필요한 유량만 1차측 공급열원(10)으로 공급 한다. 이때 이미 설정된 값에 따라 필요한만큼의 1차측 펌프(113)가 가동되어(S320) 열원이 1차측배관(112)을 통해 사용자측 열교환기인 기계실(30)로 이동되고(S330) 사용자측에 열원을 공급할 수 있다(S330).

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 홈네트워크 기반의 최적 열수송 및 제어를 위한 일 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

상기와 같은 방법으로 열수송을 행할 시 필요이상의 펌프 가동으로 인한 에너지 손실이 발생하지 않으며 또한 집단주거지 관리자측에서 보면 주거지내 사용자의 온수사용이 감소하게 되면 사용자측 펌프의 일부만을 가동시킴으로서 사용자측 펌프운전에 따른 에너지 소비도 감소시킬 수 있다.

또한 기술적으로 집단에너지 공급가구의 홈네트워크 시설 증대로 인프라가 확대됨에 따라 난방에너지 소비에 대한 사용데이터의 DB화, 객관화 및 온라인화에 충분히 대응할 수 있다. 또한 세대당 필요열량에 대한 실시간 유량제어가 가능하여 기존의 제어방법보다 펌프의 열수송 에너지 소비를 절약할 수 있다.

Claims (10)

1. 아파트 등의 집단주거시설에 난방을 제공하는 열수송 장치에 있어서,

   열원이 생성되는 지역난방 열원, 상기 지역난방 열원 및 열교환기와 연결되고 집단주거시설에 온수를 공급하기 위한 1차측 배관 과 1차측 펌프, 그리고 1차측 펌프를 구동시키기 위한 지역난방 관리자로 구성된 1차측 공급열원;

   집단주거시설의 개별가구에서 온도를 조절할수 있는 온도조절기, 상기 온도조절기로부터 받은 신호를 밸브로 보내주는 밸브개폐용 모터, 상기 모터의 작동에 의해 개폐되어 공급되는 온수 또는 온기의 양을 조절하는 밸브, 상기 밸브와 열교환기를 연결시켜주는 사용자측 배관, 상기 배관에 연결되고 구동에 의해 사용자측에 열원을 공급하는 사용자측 펌프, 그리고 각 세대별로부터 받은 정보를 적산하여 지역난방관리자로 신호를 통하여 보내주는 집단주거지 관리자로 구성된 사용자측 공급열원;

   1차측 공급열원에서 사용자측으로 열을 공급하는 장치인 열교환기; 를 포함하되,

   상기 밸브는 온도조절기에 의해 조절된 온도가 설정온도 이하이면 모터의 작동에 의해 개방되어 사용자측에 열원을 공급하고, 계속된 열원의 공급으로 온도가 설정온도 이상이 되면 모터의 작동에 의해 폐쇄되어 열원공급이 중지되도록 하며, 상기 집단주거지관리자는 사용자측 각각의 세대의 사용량을 실시간으로 적산하여 현재 사용중인 총 유량값을 계산하여, 상기 총 유량값이 지역난방관리자에게 전달되며, 상기 지역난방 관리자는 집단주거지관리자로부터 받은 총 유량값으로부터 이미 입력된 정보에 의해 난방에 필요한만큼의 1차측 펌프가 가동되어 사용자측에 열원을 공급하도록 하고, 상기 온도조절기로부터 받는 신호는 RS-485 통신을 이용하여 밸브를 여닫게 하며, 집단주거지 관리자에서 지역난방관리자에게 통보되는 신호는 LAN 또는 전화선을 이용하는 것을 특징으로 하는 홈네트워크 기반의 최적 열수송 제어장치.
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7. 각 세대에 설치된 온도조절기에 대하여 난방을 목적으로 사용자에 의해 직접 입력된 값에 따라 온도조절기가 통신신호를 발생시키는 단계; 온도조절기로부터 받은 통신신호를 통하여 밸브개폐용 모터에 가동/정지와 관련된 정보를 전달하는 단계; 온도조절용 밸브를 열어 사용자측 배관으로부터 각 세대의 난방배관으로 온수 또는 온기를 공급하는 단계; 각 세대에서 요청하는 상기 신호를 각 집단주거지관리자 사무소로 보내 사용자측의 사용량을 컴퓨터 등의 기기를 통해 실시간으로 적산하는 단계; 각 세대로부터 요청한 난방유량을 합산한 상기 사용량에 대한 정보를 집단주거지관리자로부터 받은 통신신호를 이용하여 지역난방관리자에게 홈네트워크 방식을 이용하여 전달하는 단계; 지역난방관리자가 집단주거지관리자로부터 받은 사용량에 대한 정보를 실시간 용량대응 유량만큼 수송할 수 있도록 펌프측에 제어신호를 보내 1차측 펌프를 가동하는 단계; 1차측 펌프가 가동되어 열원이 1차측 배관을 통해 사용자측 열교환기인 기계실로 이동하는 단계; 사용자측 배관을 통하여 난방유량을 요청한 사용자가 있는 사용자측의 난방배관에 열원을 공급하는 단계; 난방유량을 요청한 사용자가 있는 사용자측에 열원이 공급되어 온도조절기의 설정온도에 도달할 만큼 열원이 공급되면 신호를 이용하여 밸프개폐용 모터에 보내 온도조절용 밸브를 닫는 단계; 상기 밸브가 닫히게 되면 사용자측 펌프가동이 중지되며 사용자측 열원공급이 중지되는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 홈네트워크 기반의 최적 열수송 제어방법.
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