KR100875273B1 - 초고층 빌딩용 공조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초고층 빌딩용 공조시스템에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 압력강하된 환수에 열원을 가하여 급수재가압부의 유입측으로 급수를 공급시키는 열원공급부가 설치되어지고, 상기 급수재가압부로 공급된 급수를 재가압하여 공조열교환부와 상층의 다른 급수재가압부로 공급되어지게 설치되어지고, 상기 공조열교환부의 출구측에 연결되어 상기 공조열교환부와 다른 공조열교환기를 경유한 급수의 수두압을 낮추어 상기 열원공급부로 환수가 공급되어지는 환수감압부로 구성된 초고층 빌딩용 공조시스템에 있어서, 상기 열원공급부는 환수파이프가 일측에 결합된 환수헤더의 타측에 환수가압펌프와 열교환부 및 제1체크밸브가 연결된 각각의 단위공급부의 일측이 결합되어지며 상기 단위공급부의 타측이 공급파이프가 타측에 결합된 공급헤더의 일측이 결합되어지고, 상기 환수헤더의 타측과 공급헤더의 일측에 바이패스부가 설치되어지되, 상기 바이패스부는 바이패스밸브의 일측이 환수헤더의 타측에 결합되어지며 상기 바이패스밸브의 타측이 공급헤더의 일측에 결합되어지고, 상기 바이패스밸브의 인,입출구측에 차압센서가 설치되어짐을 특징으로 한다.

열원공급부, 환수헤더, 바이패스부, 급수재가압부, 환수감압부

Description

초고층 빌딩용 공조시스템{Air conditioning system of multistoried building}

본 발명은 초고층 빌딩용 공조시스템에 관한 것으로서, 특히 환수감압부에서 감압되어진 환수가 건물의 지하에 설치된 열원공급부를 통해 가열 또는 냉각되어진 상태에서 공급파이프를 통해 상층의 급수재가압부로 공급되어지고, 급수재가압부에 의하여 재가압되어진 상태에서 일부는 상층의 다른 급수재가압부로 공급되어지는 것을 반복하여 최상층까지 급수되어지며 나머지는 각층에 설치된 공조열교환부를 통해 열교환이 이루어진 후 각각의 환수감압부를 통해 순차적으로 감압되어진 상태에서 열원공급부로 환수되어 계속적으로 순환되어지도록 함으로써, 초고층 빌딩의 높이에 비례하여 발생되어지는 수두압에 의하여 구성부품이 파손되는 것을 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 열원공급부가 지하에 설치되어지도록 하여 가동 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 가운데 진동 소음을 더 줄일 수 있도록 하고, 아울러 부분 부하시 유량이 비례적으로 제어되어지도록 하여 에너지 절약이 유도 되어질 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 공조설비기기로는 냉동기, 냉각탑, 보일러, 공조기, 송풍기, 열교환기, 순환펌프 등이 있으며, 이들중 열원기기(냉동기 및 보일러)는 대부분이 수(水)회로로 되어 있기 때문에 수압의 영향을 직접적으로 받는다.

따라서 수직적으로 높아진 초고층 건물의 설비시스템은 일반 건물에서 적용되는 시스템과는 다르게 초고층 건물의 특성에 맞는 시스템을 고려하여야 만 된다. 초고층 빌딩에 있어서는 높이에 따라 압력이 증가하기 때문에 공조설비의 수배관계에 적용하는 높은 압력을 적정한 압력범위로 유지하는 것이 필요하다.

이러한 현상은 점차 빌딩들이 고층화가 되어 가는 추세에 있기 때문에 초고층 건물의 설계시에 환경 및 기능적은 측면에서 공조설비의 역할이 더욱 중요시 되고 있다.

현재까지 가장 우수한 기술로 주목받고 있는 공조배관계 제어시스템은 각각 수개의 층으로 이루어진 저층부계통, 중층부계통, 고층부계통으로 열원기기에서 냉각 또는 가열된 열매(수)가 순환펌프계의 순환펌프에 의하여 각각의 저, 중, 고층부계통으로 순환되어지는 가운데 귀환측에서 상승된 압력을 감압시켜 다시 공급측으로 보내고 있다.

그러나 이와같은 공조수 시스템에서는 냉수를 순환시 감압한후 재공급측으로 보내고 있으나, 내부기기의 내부 공급측이 항상 일정한 압력을 유지하여만 하나, 내부 공급측 압력의 압력에 변동이 생기는 경우, 시스템이 정상적으로 구동되지 못하는 문제점이 발생되었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 특허등록 제 245587(1999.11.30)호의 초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법 및 그 시스템이 제안되었고, 제안된 시스템은 다수의 열원기기와 순환펌프로 구성되고, 순환되는 유량을 공급하는 1차 순환펌프계와; 열원공급계의 유량을 받아 출력시키고, 다수계의 순환펌프와 펌프콘트롤밸브 및 그 순환펌프와 펌프콘트롤밸브에 병렬로 연결된 다수개의 압력도피 및 유지밸브로 구성된 2차 순환펌프계와; 상기 2차순환펌프계의 출력측에 연결되어 각각 저, 중, 고층부계통으로 순화되는 순환라인과; 상기 순환라인의 유량을 감압후 일정한 압력으로 유지시켜 귀환시키는 감압 및 유지밸브로 이루어진 귄환순환계로 구성되어 지역열원을 사용하지 않는 단위 건물의 고층빌딩에 적합한 시스템일뿐만 아니라, 에너지절약효과 및 공간활용의 이점등이 있으며, 공조배관 수제어시스템의 내부 압력을 일정하게 유지하여 안정되게 구동시킬 수 있도록 하였다.

그러나 이러한 구조를 갖는 초고층빌딩의 공조배관계 공조수 시스템은 2차순환펌프계의 출력측에 저, 중, 고층부계통으로 순화되는 순환라인이 각각 연결되어져 있음으로써, 순환라인의 저층부에서 고층부까지 다수열이 설치되어지게 됨에 따라 공간활용율이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한 2차순환펌프계의 출력측에 연결된 고층부계통의 경우, 다른 중, 저층부계통의 경우보다 설계압력이 큰 것을 사용하도록 하는 과정에서 별도의 설계와 그에 따른 시공 및 유지보수가 어렵게 되는 또 다른 문제점이 있었다.

또한 2차순환펌프계의 고층부계통의 출력측에 연결되어지는 펌프콘트롤밸브 또는 압력도피 및 유지밸브 등 구성부품의 파손 또는 부작동으로 인하여 역류될 경 우 시스템 전체를 보수해야 되는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로서 초고층 빌딩에 있어 높이에 비례하여 발생되어지는 수두압에 의하여 구성부품이 파손되는 것을 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있도록 하고, 열원공급부가 지하에 설치되어지도록 하여 가동 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 가운데 진동 소음을 더 줄일 수 있도록 하고, 아울러 부분 부하시 유량이 비례적으로 제어되어지도록 하여 에너지가 절약되어질 수 있는 초고층 빌딩용 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 압력강하된 환수에 열원을 가하여 급수재가압부(20)의 유입측으로 급수를 공급시키는 열원공급부(10)가 설치되어지고, 상기 급수재가압부(20)로 공급된 급수를 재가압하여 공조열교환부(30)와 상층의 다른 급수재가압부(20')로 공급되어지게 설치되어지고, 상기 공조열교환부(30)의 출구측에 연결되어 상기 공조열교환부(30)와 다른 공조열교환기(30')를 경유한 급수의 수두압을 낮추어 상기 열원공급부(10)로 환수가 공급되어지는 환수감압부(40)로 구성된 초고층 빌딩용 공조시스템에 있어서, 상기 열원공급부(10)는 환수파이프(111)가 일측에 결합된 환수헤더(11)의 타측에 환수가압펌프(121)와 열교환부(122) 및 제1체크밸브(123)가 연결된 각각의 단위공급부(12)의 일측이 결합되어지며 상기 단위공급부(12)의 타측이 공급파이프(131)가 타측에 결합된 공급헤더(13)의 일측이 결합되어지고, 상기 환수헤더(11)의 타측과 공급헤더(13)의 일측에 바이패스부(14)가 설치되어지되, 상기 바이패스부(14)는 바이패스밸브(141)의 일측이 환수헤더(11)의 타측에 결합되어지며 상기 바이패스밸브(141)의 타측이 공급헤더(13)의 일측에 결합되어지고, 상기 바이패스밸브(141)의 인,입출구측에 차압센서(142)가 설치되어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 환수감압부에서 감압되어진 환수가 건물의 지하에 설치된 열원공급부를 통해가열 또는 냉각되어진 상태에서 공급파이프를 통해 상층의 급수재가압부로 공급되어지고, 급수재가압부에 의하여 재가압되어진 상태에서 일부는 상층의 다른 급수재가압부로 공급되어지는 것을 반복하여 최상층까지 급수되어지며 나머지는 각층에 설치된 공조열교환부를 통해 열교환이 이루어진 후 각각의 환수감압부를 통해 순차적으로 감압되어진 상태에서 열원공급부로 환수되어 계속적으로 순환되어지도록 함으로써, 초고층 빌딩에 있어 높이에 비례하여 발생되어지는 수두압에 의하여 구성부품이 파손되는 것을 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한 열원공급부가 지하에 설치되어지도록 함으로써, 가동 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 가운데 진동 소음을 더 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 부분 부하시 유량이 비례적으로 제어되어지도록 하여 에너지 사용을 최소화할 수 있도록 한 효과를 더 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 구성도이고, 도2a,2b는 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 열원공급부와 열원공급부를 통해 에너지절약 운전방안의 효율을 도시한 예시도이고, 도3은 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 급수재가압부를 도시한 구성도이고, 도4a,4b,4c는 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 환수감압부와 압력강하부 및 압력강하부의 가동특성을 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템은 도1 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 압력강하된 환수에 열원을 가하여 급수재가압부(20)의 유입측으로 급수를 공급시키는 열원공급부(10)가 설치되어지고, 상기 급수재가압부(20)로 공급된 급수를 재가압하여 공조열교환부(30)와 상층의 다른 급수재가압부(20')로 공급되어지게 설치되어지고, 상기 공조열교환부(30)의 출구측에 연결되어 상기 공조열교환부(30)와 다른 공조열교환기(30')를 경유한 급수의 수두압을 낮추어 상기 열원공급부(10)로 환수가 공급되어지는 환수감압부(40)로 구성되어 있다.

여기에서, 상기 열원공급부(10)는 도1 및 도2a에 도시된 바와 같이, 열원기기인 냉동기와 그 부속장비로 구성되어진 것으로 전체 건물의 공조부하를 감당할 수 있도록 설치되어지며 부분 부하시 유량이 각각의 냉동기들이 자동적으로 제어되 어지도록 하여 에너지 절약을 유도할 수 있는 기능이 제공되어지도록 구성되어 있다.

이러한 상기 열원공급부(10)는 열원의 종류에 따라 공조시스템 전반에 걸쳐 사용이 가능하도록 한 것으로 냉동기에 의한 냉수공급, 내주부, 외주부별 2중식 냉수공급시스템, 보일러 또는 냉온수기를 이용한 온수공급시스템, 각종 급수, 급탕 시스템에도 적용이 가능한 것이다.

이러한 기능을 갖는 열원공급부(10)는 환수파이프(111)가 일측에 결합된 환수헤더(11)의 타측에 환수가압펌프(121)와 열교환부(122) 및 제1체크밸브(123)가 연결된 각각의 단위공급부(12)의 일측이 결합되어지도록 구성되어 있다.

상기 단위공급부(12)의 타측은 공급파이프(131)가 타측에 결합된 공급헤더(13)의 일측이 결합되어지고, 상기 환수헤더(11)의 타측과 공급헤더(13)의 일측에 바이패스부(14)가 설치되어지도록 구성되어 있다.

상기 바이패스부(14)는 바이패스밸브(141)의 일측이 환수헤더(11)의 타측에 결합되어지며 상기 바이패스밸브(141)의 타측이 공급헤더(13)의 일측에 결합되어지고, 상기 바이패스밸브(141)의 인,입출구측에 차압센서(142)가 설치되어지도록 구성되어 있다. 즉, 상기 열원공급부(10)는 건물 전체에 냉수 또는 온수를 공급하는 모든 냉동기 또는 온수를 공급하는 보일러를 중앙에 집중하여 배치되어지도록 구성되어지고, 이때 배치되어지는 열교환부(122)는 3개 이상의 복수로 구성하여 동일용량으로 설계되어지도록 함으로써, 장비의 고장이나 유지보수에 능동적으로 대처할 수 있다.

상기 열교환부(122)의 전단에는 제1체크밸브(123)를 설치하여 급수공급의 역류현상을 방지하며 열교환부(122)의 후단에는 열교환부(122)에서 요구하는 용량의 환수가압펌프(121)가 설치되어진다. 상기 열교환부(122)는 독립적으로 약 7℃ 출구온도가 항상 일정하게 유지되어지도록 하기 위하여 자동으로 부하조절 운전이 되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 전체 건물이 최대 공조부하가 발생하면(냉수공급온도 7℃, 냉수환수온도 12℃) 전체 연교환부(122)가 모두 운전되어야 하지만 환절기인 경우 공조부하가 감소되어 부분부하 운전(냉수공급온도 7℃, 냉수환수온도 10℃)을 할 경우, 전체 열교환부(122)의 가동되어지는 과정에서 환수가압펌프(121)의 모터의 구동에 불필요한 에너지가 소비되어지게 되는 것을 방지하기 위한 방안으로 즉, 에너지 절약을 하기 위하여 상기 바이패스밸브(141) 및 바이패스밸브(141)의 인,입출구측에 차압센서부(142)가 설치되어지도록 구성되어 있다.

건물 전체를 분석하면 부분부하가 발생되면 건물에서 요구하는 급수유량이 작아지게 되며 이때 환수가압펌프(121)에서 일정 급수량이 토출되면 상기 공급헤더(13)의 압력이 상승하게 된다. 이때 공급헤더(13)와 환수헤더(11) 사이에 압력차이가 발생되어지게 되고, 이때 발생된 압력에 의하여 바이패스밸브(141)가 자동으로 개방되어 상승된 만큼의 압력이 해지됨과 동시에 건물 전체에서 필요로 하지 않는 만큼의 유량을 다시 환수헤더(11)로 재공급시킴에 따라 환수헤더(11)의 온도가 낮아져 열교환부(122)의 작동 또는 구동율이 낮아짐으로써, 그 만큼에 에너지를 줄일 수 있게 된다.

상기 바이패스밸브(141)는 차압센서(142)에 의하여 일정 차압이 유지되어지도록 하기 위한 방안으로 밸브개도 및 개도량이 자동적으로 조절되어지도록 하는 것이 바람직하고, 상기 바이패스밸브(141)의 최대 유량은 열교환부(122) 또는 냉동기 1대분의 약120%가 되도록 설계하여 바이패스 유량이 최대로 개방되었을 경우, 열교환부(122) 1대를 정지시켜도 전체 건물에서 요구하는 유량을 만족할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 상기 바이패스밸브(141)의 개도량에 따른 열교환부(122)인 냉동기의 가동수량은 도2b에 도시된 바와 같이, 열교환부(122) 1대의 가동을 줄인 상태에서도 건물 부하에 따른 부하량을 충분히 감당할 수 있게 된다.

상기 급수재가압부(20)는 공급된 급수를 재가압하여 공조열교환부(30)와 상층의 다른 급수재가압부(20')로 공급되어지도록 하는 기능을 갖는 것으로 도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 하층에서 상층으로 각각 다단되게 설치되어 있다.

이러한 급수재가압부(20)는 열원공급부(10)에서 만들어진 급수(영원유체)를 초고층 빌딩의 최상층까지 몇 단계를 걸쳐 재가압(Booter)하여 공급되어지도록 하고, 공급된 급수를 공조열교환부(30)로 적절하게 분배되어지도록 하고, 아울러 공조열교환부(30)의 부하에 따라 능동적으로 대처하여 에너지 절약을 유도할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 상기 급수재가압부(20)는 도3a에 도시된 바와 같이, 공급파이프(131)가 일측으로 결합된 입수헤더(21)의 타측에 재가압펌프(221)와 제2체크밸브(222)가 연결된 각각의 가압부(22) 일측이 결합되어지며 상기 가압부(22)의 타측 이 다른 급수재가압부(20')와 공조연결부(30)가 결합되어진 인출헤더(23)의 일측이 결합되어지도록 구성되어 있다.

또한, 상기 입수헤더(21)의 타측과 인출헤더(23)의 일측 사이에는 기계식 차압밸브(24)가 설치되어지고, 상기 가압부(22)의 재가압펌프(221) 중 하나는 회전수가 조절되어지는 가변타입으로 구성되어 있다. 즉, 급수재가압부(20)는 열원공급부(10)에서 공급된 급수를 하층에서 상층으로 재가압(Booter)시키고, 해당층으로 급수가 분배되어지는 장비의 조합으로 초고층의 경우, 전체수압이 40~50bar 이상이므로 통상 펌프에 의하여 1회에 가압시킬 수 있지만 주변 배관 및 부속품들이 초고압을 견디지 못하고 파손되는 경우가 많음으로 일정압력, 또는 일정압력을 갖는 층마다 재가압펌프(221)를 설치하여 급수가 입상되어지도록 하며 재가압펌프(221)와 상층에 설치된 다른 재가압펌프(221') 사이에 급수가 분배되어지도록 한다.

이때 상기 재가압펌프(221)는 복수의 동일 용량을 갖도록 하며 재가압펌프(221)의 토출부에는 제2체크밸브(222)를 설치하여 급수의 역류현상을 막을 수 있도록 한다.

또한 이러한 복수의 재가압펌프(221)의 부분 부하가동은 해당 최상층의 냉각코일(31) 앞쪽의 압력을 측정하여 그 압력이 일정하게 유지되도록 통상 1.0bar의 압력에 맞게 재가압펌프(221)의 수량이 자동적으로 가동되어지도록 하는 것이 바람직하다.

또한 최상층 압력 1.0bar는 냉각코일(31)의 압력강하 및 부하조절밸브(32)의 압력강하가 약0.5bar이므로 이 압력강하를 극복하기 위해 이 값으로 설정되어지도 록 하는 것이 바람직하다. 즉, 상층부 압력이 작으면 재가압펌프(221)의 수량을 증가시키고, 압력이 높으면 재가압펌프(221)의 수량을 감소시킨다. 이때 재가압펌프(221) 한대의 유량이 큼으로 이러한 재가압펌프(221)의 수량증가 및 감소 사이에 재가압펌프(221) 중 한대의 재가압펌프(221)는 유량이 회전수에 따라 가변되어지는 타입으로 하여 유량의 불연속성의 폐단을 막도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 급수재가압부(20)의 자동 운전 중 노후 또는 센서 기타의 원인으로 인하여 오작동이 발생되어 재가압펌프(221)가 소손되는 것을 방지하도록 하기 위하여 기계식 차압밸브(24)가 설치되어져 있다. 해당층의 최상층부와 상층의 재가압펌프(221) 사이의 높이 차는 1~2개의 층 내외이므로 상층부 압력이 1.0bar 일 경우, 상층부로 급수가 공급되어지도록 하는 것을 만족할 수 있게 된다.

상기 환수감압부(40)는 건물에서의 수두압을 열원공급부(10)의 압력과 같은 압력의 분산을 꾀하여 단계적으로 감압해 주도록 함으로써, 긍극적으로 전 배관설계 압력 이하로 최적화하여 분산되어지도록 하는 기능을 갖는 것으로 즉, 일정 압력 이상이면 압력을 강하시켜 급수가 환수되어지도록 한 것이다.

이러한 환수감압부(40)는 도4a,4b에 도시된 바와 같이, 공조열교환부(30)의 출구측과 다른 공조열교환부(30')의 출구측이 일측에 결합된 인입감압헤더(41)에 압력강하부(42)의 일측이 결합되어지고, 상기 압력강하부(42)의 타측이 팽창탱크(43)가 결합된 인출감압헤더(44)에 결합되어지도록 구성되어 있다.

상기 인출감압헤더(44)에 출구측이 상기 열원공급부(10)의 유입측 또는 상층에 설치된 다른 인입감압헤더(44')에 결합되어지고, 상기 압력강하부(42)는 안전차 압밸브(421)와 가변유량차압밸브(422)로 구성되어지도록 되어 있다.

상기 압력강하부(42)는 도4b에 도시된 바와 같이, 안전차압밸브(421)가 가변유량차압밸브(422)에 오리피스부(422j)가 연결되어지는 것으로 상기 안전차압밸브(421)는 제1유입구(421b)와 제1유출구(421b')가 형성된 제1밸브몸체(421a)의 내부에 제1스프링(421c)의 탄성력을 받는 제1밸브스핀들(421d)이 제1유로홈(421e)에 맞대어지게 결합되어지고, 상기 제1밸브스핀들(421d)의 상부에 결합된 제1격막(421f)이 제1진공룸(421g)에 내장되어지고, 상기 제1진공룸(421g)에 내장된 제1격막(421f)의 상부공간이 인입감압헤더(41)에 제1세관(S)으로 연결되어지도록 구성되어 있다.

또한 상기 가변유량차압밸브(422)는 안전차압밸브(421)의 출구측에 오리피스부(422j)의 일측이 결합되어지며 상기 오리피스부(422j)의 타측에 상기 가변유량차압밸브(422)가 결합되어지고, 상기 가변유량차압밸브(422)는 제2유입구(422b)와 제2유출구(422b')가 형성된 제2밸브몸체(422a)의 내부에 제2밸브스핀들(422c)이 제2유로홈(422d)에 맞대어지게 결합되어지고, 상기 제2밸브스핀들(422c)의 상부에 결합된 제2격막(422e)이 제2진공룸(422f)에 내장되어 제2스프링(422g)의 탄성력을 받도록 구성되어지고, 상기 제2진공룸(422f)에 내장된 제2격막(422e)의 상부공간은 상기 오리피스(422j)의 타측에 제2세관(S')으로 연결되어지며 상기 제2진공룸(422f)의 하부공간은 상기 오리피스(422j)의 일측에 제3세관(S")으로 연결되어지도록 구성되어 있다.

이는 초고층인 경우, 전체 수압이 약 40~50bar 이상 이므로 압력 강하 없이 급수가 환수될 경우, 주변배관 및 부속품들이 초고압에 견디지 못하고 파손되어지게 됨에 따라 이러한 원인을 해소하기 위한 방안으로 압력강하가 필요하게 되고, 압력강하의 원리는 안전차압밸브(421)와 가변유량차압밸브(422)를 이용하여 단면적을 급속히 교축시킴과 동시에 압력이 낮아지는 원리를 이용한 것으로 가변유량차압밸브(422)를 통해 약 10bar의 압력이 약 0.5bar의 압력으로 급속히 강하되어지게 된다.

만약 상부층에서 공조열교환부(30)의 부하가 커지면 유량이 증가되고, 이에 따라 인입강압헤더(41)측의 압력(P1)이 상승하므로 이때 안전차압밸브(421)의 제1유로홈(421e)을 더 개방하여 증가되는 유량에 능동적으로 대처하는 과정에서 상부측에서의 비정삭 동작으로 압력평형을 잃어버리고 압력이 급상승할 경우, 안전차압밸브(421)가 차단되어지게 됨에 따라 과부하가 걸리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 안전차압밸브(421)는 역동작 차압밸브로서 차압이 상승하면 닫혀지는 구조를 갖도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 환수감압부(40)의 가동에 따른 특성은 도4c에 도시된 바와 같이, 설정치 압력에 따라 안전차압밸브(421)의 제1유로홈(421e)이 오픈되어 개도량이 증가함과 동시에 압력이 비례적으로 낮아지게 되고, 가변유량차압밸브(422)가 닫혀지는 량이 증가함과 동시에 압력이 급격이 낮아짐을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서는 입상되는 모든 배관을 하나로 하였으나, 이를 복수개로 설치하고, 설치되어지는 배관의 입출구에 밸브를 설치할 경우, 초고압에 의하여 배관이 파열되더라도 파열된 배관만 제외하고 다른 배관을 사용하여 임시로 사용할 수 도 있다. 또한 초고압이 발생될 경우, 각각의 연결부위 사이에 체크밸브가 내장되어지도록 함으로써, 주변기기로 초고압이 전도되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 팽창탱크(43)는 미세한 압력 변화를 제거하는 기능이 내장되어지도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 재가압(Booter) 및 압력감압방식은 기본적으로 25층 단위(약100m,10bar)을 한 그룹으로 설정하고, 동일한 방식의 설계 및 제어가 이루어지도록 하는 것이 더욱 바람직하고, 또한 모듈화된 설계로 인하여 건물높이에 제한 없이 사용할 수 있다.

또한, 단일배관방식을 구축할 경우, 층별 온도 불균형을 방지하며, 층별 공용화를 유도할 수 있으며, 실제 배관 자체를 복수의 동일한 배관으로 입상시켜 놓을 경우 비상시 긴급 복구 운전이 가능하다.

이러한 초고층 빌딩용 공조시스템은 먼저, 환수가압펌프(121)가 가동되어짐과 동시에 환수감압부(40)에 의하여 감압되어진 환수가 인출감압헤더(44) 및 환수파이프(111)를 통해 단위공급부(12)의 환수헤더(11)로 환수되어지며 환수헤더(11)로 환수되어진 환수는 환수가압펌프(121)의 가동에 의하여 열교환부(122)를 통과하는 과정에서 열교환이 이루어지게 된다. 이때 열교환부(122)가 냉동기일 경우, 저온상태가 유지되어지게 되고, 보일러 일경우, 고온상태가 유지되어지게 된다.

다음, 열교환부(122)에 의하여 열교환이 이루어진 급수는 제1체크밸브(123) 및 공급헤더(13)를 통해 공급헤더(13)에 연결된 공급파이프(131)를 통해 급수재가압부(20)의 입수헤더(21)로 급수되어지게 된다. 이 과정에서 건물 전체에서 부분 부하가 발생될 경우, 요구하는 급수량이 작아지게 되며 이 같은 상태에서 환수가압 펌프(121)의 가동에 따른 일정한 급수량이 토출되어 공급헤더(13)의 압력이 상승하게 되고, 상승된 압력이 차압센서(142)에 작용하게 됨에 따라 바이패스밸브(141)가 오픈되어 공급헤더(13)에 있는 환수의 일부가 환수헤더(11)로 바이패스 되어지게 되어 열교환부(122)의 구동이 그 만큼 낮아져 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.

다음, 입수헤더(21)로 공급되어진 급수는 재가압펌프(221)의 구동에 따라 압축되어진 상태에서 제2체크밸브(222)를 통해 인출헤더(23)로 공급되어지게 되며, 인출헤더(23)로 공급되어진 급수의 일부는 공조열교환부(30)로 급수되어지며 나머지는 상층으로 위치된 다른 재급수가압부(20')로 급수되어지게 된다. 이때 상층부에 과부하가 걸릴 경우, 제2체크밸브(222)를 통해 공급수가 역류되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 급수의 증가 및 감소가 필요할 경우, 가변유량타입의 펌프에 의하여 조절되어지게 된다.

그리고 인출헤더(23)에 의하여 상층의 다른 재급수가압부(20')로 공급된 공급수는 전기한 바와 같은 동일한 과정, 즉, 일부는 다른 상층에 위치된 또 다른 재급수가압부로 반복해서 공급되어짐으로써, 최상층에 위치된 재급수가압부로 공급되어지게 되고, 이때 각각의 다른 급수가압부(20')로 공급되어지고 남은 일부가 다른 공조열교환부(30')로 공급되어지게 된다.

다음, 공조열교환부(30)에 의하여 열교환이 이루어져 일정 공간이 냉난방되어지도록 한 후 열교환을 통해 온도가 상승하거나 낮아진 급수는 공조열교환부(30)에 연결된 파이프를 통해 환수감압부(40)의 인입감압헤더(41)로 급급되어지며, 인입감압헤더(41)로 공급된 급수는 압력강하부(42) 및 인출감압헤더(44)를 통해 감압 되어진 후 환수파이프(111)를 통해 열원공급부(10)의 환수헤더(11)로 재공급되어 연속되어지게 순환되어짐으로써, 건물의 내부를 냉난방시킬 수 있게 된다. 이때, 각각 상층에 설치된 각각의 공조열교환부(30)를 경유한 급수는 공조열교환부(30)에 연결된 각각의 환수감압부(40)를 통해 압력이 감압되어진 후 하층에 설치된 다른 환수감압부(40)를 순차적으로 통과하는 과정에서 점진적으로 낮아지게 된다.

이러한 과정에서 환수감압부(40)의 압력강하부(42)에 의하여 공조열교환부(30)를 통과한 급수의 압력이 강하되어지는 과정은 인입감암헤더(41)에 작용하는 압력이 15bar 미만일 경우, 제1세관(S)을 통해 제1진공룸(421g)으로 전달되어진 압력이 제1스프링(421c)의 힘인 15bar 보다 작음으로써, 제1스프링(421c)이 제1스핀들(421d)을 제1진공룸(421g)의 상측방향으로 밀어 이동시킴에 따라 제1밸브몸체(421a)의 내부에 형성된 제1유로홈(421e)이 오픈되어 급수가 제1유입구(421b)를 통해 제1유출구(421b')로 흐르게 된다. 그리고 인입감압헤더(41)에 작용하는 힘이 15bar 이상일 경우, 제1진공룸(421g)에 작용하는 압력이 제1스프링(421c)의 힘을 이기고 제1스핀들(421d)을 하부로 이송시켜 제1유로홈(421e)이 폐쇄되어지도록 함으로써 급수의 흐름이 차단되어지게 된다.

한편, 공조부하가 증가하여 유량이 많을 경우, 가변유량차압밸브(422)에 연결된 오리피스부(422j)를 통과하는 과정에서 오리피스부(422j)의 일측에 연결된 세관(S')에 작용하는 압력이 일정한 가운데 오리피스부(422j)의 타측에 연결된 세관(S")의 압력이 작아짐으로써, 제2진공룸(422f)의 하부에 있는 제2격막(422e)이 상부를 향하여 볼록한 형태를 취하게 됨에 따라 제2밸브몸체(422a)의 제2유로 홈(422d)이 개방되어진 상태가 유지되어 급수가 흐를 수 있게 된다.

그리고 유량이 적을 경우, 세관(S")에 작용하는 압력이 커지게 됨에 따라 제2스프링(422g)의 압력을 더하여 제2격막(422e)이 평행한 상태가 유지되어짐으로써 제2밸브몸체(422a)에 형성된 제2유로홈(422d)이 제2스핀들(422c)에 의하여 폐쇄된 상태가 유지되어지게 되며 이러한 과정이 반복되어짐으로써, 급수의 압력이 급격하게 낮아지게 된다.

도1은 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 구성도.

도2a,2b는 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 열원공급부와 열원공급부를 통해 에너지절약 운전방안의 효율을 도시한 예시도.

도3은 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 급수재가압부를 도시한 구성도.

도4a,4b,4c는 본 발명에 따른 초고층 빌딩용 공조시스템의 환수감압부와 압력강하부 및 압력강하부의 가동특성을 도시한 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10:열원공급부 11:환수헤더

12:단위공급부 13:공급헤더

14:바이패스부 20,20':급수재가압부

30,30':공조열교환부 40:환수감압부

111:환수파이프 121:환수가압펌프

122:열교환부 123:제1체크밸브

131:공급파이프 141:바이패스밸브

142:차압센서

Claims (4)

1. 압력강하된 환수에 열원을 가하여 급수재가압부(20)의 유입측으로 급수를 공급시키는 열원공급부(10)가 설치되어지고, 상기 급수재가압부(20)로 공급된 급수를 재가압하여 공조열교환부(30)와 상층의 다른 급수재가압부(20')로 공급되어지게 설치되어지고, 상기 공조열교환부(30)의 출구측에 연결되어 상기 공조열교환부(30)와 다른 공조열교환기(30')를 경유한 급수의 수두압을 낮추어 상기 열원공급부(10)로 환수가 공급되어지는 환수감압부(40)로 구성된 초고층 빌딩용 공조시스템에 있어서,

   상기 열원공급부(10)는 환수파이프(111)가 일측에 결합된 환수헤더(11)의 타측에 환수가압펌프(121)와 열교환부(122) 및 제1체크밸브(123)가 연결된 각각의 단위공급부(12)의 일측이 결합되어지며 상기 단위공급부(12)의 타측이 공급파이프(131)가 타측에 결합된 공급헤더(13)의 일측이 결합되어지고, 상기 환수헤더(11)의 타측과 공급헤더(13)의 일측에 바이패스부(14)가 설치되어지되, 상기 바이패스부(14)는 바이패스밸브(141)의 일측이 환수헤더(11)의 타측에 결합되어지며 상기 바이패스밸브(141)의 타측이 공급헤더(13)의 일측에 결합되어지고, 상기 바이패스밸브(141)의 인,입출구측에 차압센서(142)가 설치되어지며,

   상기 환수감압부(40)는 공조열교환부(30)의 출구측과 다른 공조열교환부(30')의 출구측이 일측에 결합된 인입감압헤더(41)에 압력강하부(42)의 일측이 결합되어지고, 상기 압력강하부(42)의 타측이 팽창탱크(43)가 결합된 인출감압헤더(44)에 결합되어지고, 상기 인출감압헤더(44)에 출구측이 상기 열원공급부(10)의 유입측 또는 다른 인입감압헤더(44')에 결합되어지고, 상기 압력강하부(42)는 안전차압밸브(421)와 가변유량차압밸브(422)로 구성되어짐을 특징으로 하는 초고층 빌딩용 공조시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 급수재가압부(20)는 공급파이프(131)가 일측으로 결합된 입수헤더(21)의 타측에 재가압펌프(221)와 제2체크밸브(222)가 연결된 각각의 가압부(22) 일측이 결합되어지며 상기 가압부(22)의 타측이 다른 급수재가압부(20')와 공조연결부(30)가 결합되어진 인출헤더(23)에 일측이 결합되어지되, 상기 입수헤더(21)의 타측과 인출헤더(23)의 일측 사이에 기계식 차압밸브(24)가 설치되어지고, 상기 가압부(22)의 재가압펌프(221) 중 하나는 회전수가 조절되어지는 가변타입으로 구성되어짐을 특징으로 하는 초고층 빌딩용 공조시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 압력강하부(42)는 안전차압밸브(421)와 가변유량차압밸브(422) 사이에 오리피스부(422j)가 결합되어지되, 상기 안전차압밸브(421)는 제1유입구(421b)와 제1유출구(421b')가 형성된 제1밸브몸체(421a)의 내부에 제1스프링(421c)의 탄성력을 받는 제1밸브스핀들(421d)이 제1유로홈(421e)에 맞대어지게 결합되어지고, 상기 제1밸브스핀들(421d)의 상부에 결합된 제1격막(421f)이 제1진공룸(421g)에 내장되어지고, 상기 제1진공룸(421g)에 내장된 제1격막(421f)의 상부공간이 인입감압헤더(41)측에 제1세관(S)으로 연결되어지도록 구성되고, 상기 가변유량차압밸브(422)는 안전차압밸브(421)의 출구측에 오리피스부(422j)의 일측이 결합되어지며 상기 오리피스부(422j)의 타측에 상기 가변유량차압밸브(422)가 결합되어지고, 상기 가변유량차압밸브(422)는 제2유입구(422b)와 제2유출구(422b')가 형성된 제2밸브몸체(422a)의 내부에 제2밸브스핀들(422c)이 제2유로홈(422d)에 맞대어지게 결합되어지고, 상기 제2밸브스핀들(422c)의 상부에 결합된 제2격막(422e)이 제2진공룸(422f)에 내장되어 제2스프링(422g)의 탄성력을 받도록 구성되어지고, 상기 제2진공룸(422f)에 내장된 제2격막(422e)의 상부공간은 상기 오리피스(422j)의 타측에 제2세관(S')으로 연결되어지며 상기 제2진공룸(422f)의 하부공간은 상기 오리피스(422j)의 일측에 제3세관(S")으로 연결되어짐을 특징으로 하는 초고층 빌딩용 공조시스템.

Images