KR100993812B1

KR100993812B1 - 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법

Info

Publication number: KR100993812B1
Application number: KR1020080036455A
Authority: KR
Inventors: 장사윤
Original assignee: 주식회사 한 에너지 시스템
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2010-11-11
Also published as: KR20090110963A

Abstract

본 발명은 온도측정주기를 이용한 각 방의 난방제어시스템에 있어서 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)와 난방중 난방밸브개폐에 의한 유량변화에 따라 실시간으로 난방시간을 보정 제어함으로써 각 방에 공급되는 온도측정주기동안의 유량합이 일정하도록 하고, 이에 따라 불필요한 과다난방이나 과소난방을 방지하도록 구성되는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)(Rp1,Rp2...)와 유량값(Q1,Q2..)에 따라 각 방의 난방시간(HT1,HT2..)을 제어한 후, 난방중 난방밸브(v1,v2..)의 개폐에 의한 유량변화에 따라 실시간으로 각 방의 난방시간을 제어하도록 구성되는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간제어보정방법을 제공하게 된다.

온도측정주기, 온수분배기,난방밸브, 유량, 난방시간보정

Description

난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법{REVISING CONTROL METHOD OF HEATING TIME IN PROPORTION TO OPEN AND CLOSE OF HEATING VALVE}

본 발명은 온도측정주기를 이용한 각 방의 난방제어시스템에 있어서 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)와 난방밸브개폐에 의한 유량변화에 따라 실시간으로 난방시간을 보정 제어함으로써 각 방에 대한 불필요한 과다난방이나 과소난방을 최소화하도록 구성되는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각방 난방시스템에 적용되는 온도조절장치는 현재온도와 설정온도를 비교하여 현재온도가 설정온도에 도달하면 난방을 중지하거나, 설정된 일정시간을 주기로 하여 난방의 작동과 중지를 반복적으로 실시하거나, 이러한 두가지 방식을 조합하여 적용하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 난방온도조절방식은 실내온도의 급격한 변화와 불필요한 난방열의 낭비를 초래하게 되는 문제가 발생되고, 특히, 설정온도와 실내온도의 온도차에 따라 난방시간을 제어하는 난방제어방법의 경우, 실내온도의 측정시 실내바닥온도가 아닌 실내공기온도를 측정하게 된다.

이때, 보일러에 의해 난방이 되면 실내바닥이 데워지면서 바닥면에 축열이 서서히 실내공기를 데우게 되고, 어느정도 난방시간이 경과되어야 실내공기가 올라가게 되므로 실내바닥온도가 설정온도보다 훨씬 높게 난방되어야 실내온도가 설정온도에 도달하게 된다.

결국, 실내온도가 설정온도에 도달하여 보일러의 난방을 정지하여도 실내바닥의 축열에 의해 실내공기를 계속적으로 데우게 되므로 실내온도가 설정온도를 초과하는 과열상태를 이루게 되는 문제가 있다.

이러한 종래의 문제를 개선하기 위하여 개발된 특허 제371896호에는 온도센서에 의한 실내온도(T1)의 측정주기인 온도측정주기를 설정한 후, 실내온도(T1)≥설정온도(T0)이면 상기 온도측정주기동안 보일러난방을 종료하고, 실내온도(T1) 〈 설정온도(T0)이면 그 온도차(ΔT)의 크기에 따라 설정된 난방시간동안 보일러난방을 하되, 난방시간이 종료되면 상기 온도측정주기중 남은 시간동안 보일러난방을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 온도측정주기를 이용한 난방제어방법이 게시되어 있다.

그러나, 상기한 온도측정주기를 이용한 난방제어방법은 온수분배기의 난방밸브의 개폐에 따른 난방수의 유량변화와, 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)를 고려하지 않고 단순히 온도차(ΔT)의 크기에 따라 난방시간이 결정되기 때문에 난방의 효율성이 떨어지고, 난방시간이 절대적으로 부족하거나 불필요하게 늘어나는 등의 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래 온도측정주기를 이용한 난방제어방법의 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로, 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)와 난방중 난방밸브개폐에 의한 유량변화에 따라 실시간으로 난방시간을 제어함으로써 각 방에 공급되는 온도측정주기동안의 유량합이 일정하도록 하고, 이에 따라 불필요한 과다난방이나 과소난방을 방지하도록 구성되는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 각 방의 난방조건에 따라 각 방의 난방시간을 보정 제어하는 통상의 난방시간보정제어방법에 있어서, 난방수순환의 저항(R1,R2,Rp1,Rp2..)과 양정(V)를 이용하여 각 방에 공급되는 난방수의 유량(Q1,Q2...)을 산출하는 각 방의 유량값 산출단계(S100)와; 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하는 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)와; 난방중 각 방의 난방밸브(v1,v2...) 개폐에 의한 유량의 변화에 따라 각 방의 난방시간을 보정하는 각 방의 난방중 난방시간보정단계(S400);로 구성되는 것을 특징으로 하는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법을 제공하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 각 방의 난방조건에 따라 각 방에 공급되는 온도측정주기동안의 유량합이 일정하도록 난방시간을 제어함으로써 불필요한 과다 난방이나 과소난방을 최소화할 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법의 일 실시예를 예시하는 제어공정도이다.

일반적으로, 온도측정주기를 이용한 각 방의 난방제어시스템에 있어서 각 방의 난방시간은 설정된 온도측정주기동안 각 방에 공급되는 유량합을 의미하고, 각 방의 난방밸브가 개폐되면서 각 방에 공급되는 유량이 증가하거나 감소하게 되므로 유량의 변화에 따라 기설정된 난방시간이 보정되지 않을 경우 각 방에 공급되어야할 유량합에 못 미치거나 초과하게 되는데, 방에 공급된 유량합이 부족할 경우 방의 난방이 충분치 못해 추울 것이고, 방에 공급된 유량합이 과다할 경우 방의 난방이 과다하여 덥게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 기설정된 온도측정주기중 각 방의 난방시간을 각 방의 난방밸브개폐에 따라 실시간으로 제어하게 되는데, 다시 말하면 각 방은 설정된 난방시간에 의해 난방되도록 제어되지만 난방중 어느 방의 난방밸브가 개폐되면서 각 방에 공급되는 유량이 변하게 되고, 변한 유량에 따라 난방중인 방의 난방시간을 실시간으로 보정하여 제어하도록 구성되어 있다.

구체적으로 설명하면, 본 발명은 도1에 도시한 바와 같이 난방수순환의 저항과 순환펌프의 양정를 이용하여 각 방에 공급되는 난방수의 유량을 산출하는 각 방 의 유량값 산출단계(S100)와, 상기 각 방의 유량값 산출단계(S100)에서 산출되는 각 방의 평균유량값을 기준으로 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하는 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)와, 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 산출된 각 방의 난방시간을 각 방의 조건에 따라 보정하는 각 방의 난방전 난방시간보정단계(S300)와, 난방중 각 방의 난방밸브 개폐에 따라 각 방의 난방시간을 보정하는 각 방의 난방중 난방시간보정단계(S400);로 구성되어 있다.

1.각 방의 유량값 산출단계(S100)에서는 난방수순환에 있어 각종 저항과 순환펌프의 양정를 이용하여 각 방에 공급되는 난방수의 유량을 산출하게 되는데,

예컨대, 실내에서 각각 100m(Rp1),80m(Rp2),60m(Rp3),40m(Rp4)의 난방배관길이 또는 난방면적을 갖는 4개의 방(1~4)에 대하여 4구형의 온수분배기를 이용하여 난방을 실시할 경우, 800mbar의 양정(V)을 갖는 순환펌프를 사용하면서 보일러의 내부저항과 송환수관의 저항인 R1을 15mm의 직경을 갖는 파이프의 등가길이로 환산하여 총 30m로 계산하고, 동시에 각 방(1~4)의 밸브, 분배기, 접속구 등에서 발생되는 저항인 R2을 각각 20m로 환산하면서, 순환펌프의 양정(V)은 1mbar를 1Volt로,저항(R1,R2)과 난방배관길이(또는 난방면적)(Rp1~Rp4)은 1m를 1Ω으로, 그리고 유량(Q)은 1LPM를 1A로 가정하면, [순환펌프의 양정(V)=유량(Q)×{저항(R1,R2)+난방배관길이(또는 난방면적)(Rp1~Rp4)}]와 같은 관계식이 성립하는 다음과 같은 난방수순환의 전기회로식 등가회로를 만들 수 있게 된다.

이때, 상기 등가회로에서 모든 방의 전체저항 Rm를 구하면,

1/Rm=1/Rm1+1/Rm2+1/Rm3+1/Rm4=1/120+1/100+1/80+1/60=0.0475이므로

Rm≒21m가 되고,

유량값Q=전체양정(V)/전체저항(R1+Rm)에서

Q=800/(21+30)m이므로 Q=15.7 LPM을 구할 수 있다.

이때, 전체양정(V)/전체저항(R1+Rm)=방의 양정(Vr)/방의 부하(저항)(Rm)의 관계로부터 Vr=800×21/51≒329mbar이며,

또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 양정값 Vr=329mbar에 따른 각 방(1~4)의 난방수의 각 유량값 Q1,Q2,Q3,Q4을 구하면,

Q1=Vr/Rm1=329/120≒2.8LPM

Q2=Vr/Rm2=329/100≒3.3LPM

Q3=Vr/Rm3=329/80≒4.1LPM

Q4=Vr/Rm4=329/60≒5.5LPM이므로

모든 방에 공급되는 난방수의 전체유량값 Q=Q1+Q2+Q3+Q4=15.7LPM이 되고, 각 방에 공급되는 평균유량값 φ=Q/4=3.9LPM이 된다.

2. 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서는 각 방의 유량값 산출단계(S100)에서 산출되는 각 방의 평균유량값 φ 및 평균난방배관길이(또는 평균난방면적)을 기준으로 각 방(1~4)의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하게 되는데,

각 방의 평균난방배관길이(또는 평균난방면적) 70m(280m/4)에 평균유량값 φ=3.9LPM이 공급되는 경우, 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대해 ΔT=0.5℃당 난방시간을 5분으로 설정하기로 하면,

예컨대, 각 방의 온도차 ΔT가 2℃가 발생되었다고 가정하는 경우, 각 방의 난방시간은 20분씩 제어되도록 설정한다.

3. 각 방의 난방전 난방시간보정단계(S300)에서는 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 산출된 각 방의 난방시간을 각 방의 조건에 따라 보정하게 되는데,

각 방의 온도차 ΔT가 2℃가 발생되었다고 가정하는 경우, 각 방의 난방시간은 20분씩 제어되어야 하지만, 본 발명에서는 각 방의 난방시간을 각 방의 조건 즉, 난방배관길이 또는 난방면적(Rp1~Rp4)과 유량값(Q1~Q4)에 따라 보정하도록 제어하게 된다.

다시 말하면, 난방배관길이 또는 난방면적(Rp1~Rp4)에 비례하여 그 난방시간이 길어야 하고, 유량값(Q1~Q4)이 클수록 난방시간이 짧아지도록 제어되어야 하므로,

1)난방시간보정비산출단계(S301);

본 발명에서는 각 방의 평균난방배관길이(평균난방면적)를 기준으로 정해진 난방시간의 설정을 각 방의 난방배관길이 또는 난방면적(Rp1~Rp4)에 따라 난방시간보정비를 구하게 되는데,

즉, 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)/각 방의 평균난방배관길이(평균난방면적)의 수식을 이용하여 각 방에 대한 난방시간보정비를 다음과 같이 산출하게 된다.

방1의 난방시간보정비(Tr1) = 100m/70m≒1.43

방2의 난방시간보정비(Tr2) = 80m/70m≒1.14

방3의 난방시간보정비(Tr3) = 60m/70m≒0.85

방4의 난방시간보정비(Tr4) = 40m/70m≒0.57

2)설정난방시간보정단계(S302);

평균유량값 φ=3.9LPM을 기준으로 설정된 각 방의 난방시간을 각 방의 유량값(Q1~Q4)에 대해 보정을 한다.

방1의 보정난방시간(HT1) = 설정난방시간×방1의 난방시간보정비(Tr1)×평균유량값φ/방1의유량값Q1=20분×1.43×3.9LPM/2.7LPM≒41.3분

방2의 보정난방시간(HT2) = 20분×1.14×3.9LPM/3.3LPM≒26.9분

방3의 보정난방시간(HT3) = 20분×0.85×3.9LPM/4.1LPM≒16.2분

방4의 보정난방시간(HT4) = 20분×0.57×3.9LPM/5.5LPM≒8.1분

4. 각 방의 난방중 난방시간보정단계(S400)에서는 난방중 각 방의 난방밸 브(v1,v2,v3,v4) 개폐에 따라 각 방의 난방시간을 보정하게 된다.

1) 보정난방시간(HT1~HT4)에 따라 각 방에 대한 난방이 시작되면, 방4에 대한 난방은 8.1분후에 정지되면서 그 난방밸브 v4가 자동 폐쇄되도록 제어되고, 방4의 난방배관으로 공급되던 유량이 방 1,2,3의 난방배관으로 공급되므로,

상기 등가회로에서 방1,2,3의 보정저항 Rm'를 구하면,

1/Rm'=1/Rm1+1/Rm2+1/Rm3=1/120+1/100+1/80=0.0308이므로

Rm'≒32.5m가 되고,

보정유량Q'=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm')에서

Q'=800/(32.5+30)m이므로 Q' =12.8 LPM이고,

방의 보정양정(Vr')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm')/보정된 전체저항(R1+Rm')의 관계식으로부터 Vr' =800×32.5/62.5=416mbar를 구할 수 있다.

또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 보정양정 Vr'=416mbar에 따른 각 방(1~3)의 난방수의 각 보정유량 Q1',Q2',Q3'을 구하면,

Q1'=Vr'/Rm1=416/120≒3.5LPM

Q2'=Vr'/Rm2=416/100≒4.2LPM

Q3'=Vr'/Rm3=416/80=5.2LPM이므로,

방1,2,3에 대한 난방시간은 다음과 같이 보정 제어된다.

방1의 보정난방시간은 (41.3분-8.1분)×Q1(2.8)/Q1'(3.5)≒26.6분,

방2의 보정난방시간은 (26.9분-8.1분)×Q2(3.3)/Q2'(4.2)≒14.8분,

방3의 보정난방시간은 (16.2분-8.1분)×Q3(4.1)/Q3'(5.2)≒6.4분으로 단축 제어된다.

2)방3에 대한 난방이 6.4분후에 정지되면 그 난방밸브 v3가 자동 폐쇄되고, 방3의 난방배관으로 공급되던 유량이 방 1,2의 난방배관으로 공급되므로,

방1,2의 보정저항 Rm''를 구하면,

1/Rm''=1/Rm1+1/Rm2=1/120+1/100=0.0183이므로

Rm''≒54.6m가 되고,

보정유량Q''=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm'')에서

Q''=800/(54.6+30)m이므로 Q'' =9.5 LPM이고,

방의 보정양정(Vr'')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm'')/보정된 전체저항(R1+Rm'')의 관계식으로부터 Vr' =800×54.6/84.6≒516mbar를 구할 수 있다.

또한, 각 방에 동일하게 공급되는 난방수의 보정양정 Vr''=516mbar에 따른 각 방(1~2)의 난방수의 각 보정유량 Q1'',Q2''을 구하면,

Q1''=Vr''/Rm1=516/120=4.3LPM

Q2''=Vr''/Rm2=516/100≒5.2LPM

방1,2에 대한 보정난방시간은 다음과 같이 보정 제어된다.

방1의 보정난방시간은 (26.6분-6.4분)×Q1'(3.5)/Q1''(4.3)≒16.4분,

방2의 보정난방시간은 (14.8분-6.4분)×Q2'(4.2)/Q2''(5.2)≒6.8분으로 단축 제어된다.

3)마지막으로, 방2에 대한 난방이 6.8분후에 정지되면 그 난방밸브 v2가 자동 폐쇄되고, 방2의 난방배관으로 공급되던 유량이 방 1의 난방배관으로 공급되므로,

방1의 저항은 Rp1+R2=100+20=120이므로

Rm'''≒120m가 되고,

보정유량Q'''=전체양정(V)/보정된 전체저항(R1+Rm''')에서

Q'''=800/(30+120)m이므로 Q'' =5.3 LPM이고,

방의 보정양정(Vr''')=전체양정(V)×방의 보정저항(Rm''')/보정된 전체저항(R1+Rm''')의 관계식으로부터 Vr''' =800×120/150=640mbar를 구할 수 있다.

방1의 보정난방시간은 (16.4분-6.8분)×Q1''(4.3)/Q'''(5.3)≒7.8분으로 단축 제어된다.

요컨대, 본 발명에서는 각 방의 난방밸브 개폐에 따라 난방시간을 보정 제어함으로써 각 방에 대한 난방시간을 다음과 같이 단축할 수 있게 된다.

-방1의 난방시간; 최초 설정난방시간 41.3분→최종 제어난방시간 29.1분

-방2의 난방시간; 최초 설정난방시간 26.9분→최종 제어난방시간 21.3분

-방3의 난방시간; 최초 설정난방시간 16.2분→최종 제어난방시간 14.5분

-방4의 난방시간; 최초 설정난방시간 8.1분→최종 제어난방시간 8.1분

이처럼, 본 발명에서는 온도측정주기중 각 방의 난방시간을 각 방의 난방배관길이 또는 난방면적에 따라 설정하게 되고, 난방중 각 방의 난방밸브개폐에 의해 각 방에 공급되는 유량이 변하여도 각 방에 공급되도록 설정된 온도측정주기동안의 유량합이 유지되도록 실시간으로 난방시간을 보정 제어함으로써 각 방에 대한 불필요한 과다난방이나 부족한 난방을 최소화하는 데에 그 기술적 특징이 있다할 것이다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 실질적인 범위는 상술된 실시예에 의해 한정되어져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 청구범위와 균등한 구성에 의해 정해져야 함은 당연하다.

도1은 본 발명에 따른 난방밸브개폐에 따른 난방시간보정제어방법의 일 실시예를 예시하는 제어공정도이다.

Claims

각 방의 난방조건에 따라 각 방의 난방시간을 보정 제어하는 통상의 난방시간보정제어방법에 있어서,

난방수순환의 저항(R1,R2,Rp1,Rp2..)과 양정(V)를 이용하여 각 방에 공급되는 난방수의 유량(Q1,Q2...)을 산출하는 각 방의 유량값 산출단계(S100)와; 각 방의 실제온도와 난방설정온도의 온도차 ΔT에 대한 난방시간을 설정하는 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)와; 난방중 각 방의 난방밸브(v1,v2...) 개폐에 의한 유량의 변화에 따라 각 방의 난방시간을 보정하는 각 방의 난방중 난방시간보정단계(S400);로 구성되는 것을 특징으로 하는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법.
청구항 1에 있어서,

상기 각 방의 유량값 산출단계(S100)에서의 각 방의 평균유량값(φ)과 평균난방배관길이(또는 평균난방면적)을 기준으로 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 설정한 각 방의 난방시간을 각 방의 유량(Q1,Q2...)과 난방배관길이(또는 난방면적)(Rp1,Rp2..)에 따라 보정하는 각 방의 난방전 난방시간보정단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법.
청구항 2에 있어서,

상기 각 방의 난방전 난방시간보정단계(S300)는 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 각 방의 평균난방배관길이(또는 평균난방면적)를 기준으로 설정된 각 방의 난방시간을 보정하기 위해 각 방의 난방배관길이(또는 난방면적)(Rp1,Rp2..)에 따라 난방시간보정비(Tr1,Tr2...)를 산출하는 난방시간보정비산출단계(S301)와; 상기 온도차 ΔT의 난방시간설정단계(S200)에서 각 방의 평균유량값(φ)을 기준으로 설정된 각 방의 난방시간을 상기 난방시간보정비(Tr1,Tr2...)와 각 방의 유량(Q1,Q2..)에 따라 보정하는 설정난방시간보정단계(S302);로 구성되는 것을 특징으로 하는 난방밸브의 개폐에 따른 난방시간보정제어방법.