KR101047423B1 - 냉난방 시스템의 차압비례제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고층건물 냉난방 시스템, 지역냉난방 시스템에서 순환수를 제어하는 냉난방 시스템의 차압비례제어방법에 관한 것으로서, 냉동 사이클 또는 보일러 등과 같은 열원부(1)의 열매체가 열교환기(3)에서 펌프(10)에 의해 순환되는 순환수와 열교환됨으로써, 열교환기(3)에서 열교환된 순환수를 이용하여 건물(5)을 냉난방하게 되는 냉난방 시스템에 있어서,
공급관(12)과 리턴관(14)에 제 1 및 제 2 압력센서(16, 18)를 각각 장착하고, 펌프(10)의 작동을 제어하는 인버터(11)가 제 1 압력센서(16)에서 측정한 압력과 제 2 압력센서(18)에서 측정한 압력의 차이(측정차압)와 설계양정(H1)에서 공급관 압력과 리턴관 압력의 이론적 차이(설정차압)을 비교하여, 측정차압이 설정차압보다 높으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 유량지점(b)의 주파수(S1Hz)로 주파수를 낮춰 펌프를 감속하고, 측정차압(c)이 설정차압보다 낮으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 양정지점(d)의 주파수(S2Hz)로 주파수를 높여 펌프를 가속하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 시스템의 차압비례제어방법{METHOD FOR CONTROLLING CIRCULATION WATER BY USING DIFFERENTIAL AND PROPORTIONAL PRESSURE IN THE COOLING AND HEATING SYSTEM}
본 발명은 고층건물 냉난방 시스템, 지역냉난방 시스템에서 순환수를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급관과 리턴관의 측정차압과 설정차압을 비교하여, 측정차압이 설정차압 보다 높거나 낮을 경우 차압비례선을 따라 주파수를 변경하여 펌프의 가감속을 제어하는 냉난방 시스템의 차압비례제어방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제10-245587호(1999년 11월 30일, 등록)에 "초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법 및 그 시스템"이 소개되어 있다.
상기 초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법은 공조배관을 빌딩의 저층부계통과 중층부계통 및 고층부계통으로 배관하고 공급순환펌프계와 귀환순환계에 의해 열원공급장치와 연통되게 배관하는 것에 있어서, 상기 공급순환펌프계는 열원공급계의 유량을 저층부계통과 중층부계통 및 고층부계통에 공급하는 순환펌프들과 상기 순환펌프들과 저층부계통과 중층부계통 및 고층부계통을 연통시키는 순환라인에 장치되는 펌프콘트롤밸브들에 일정압력만 공급되도록 바이패스시켜 부하를 덜어주는 압력도피 및 유지밸브가 압력 제어가 가능하게 병렬로 연결되어 유량의 부하에 따라 가변 비례되게 공급되도록 하고 공급측 압력이 일정하도록 하는 공급과정과; 상기 공급과정을 통하여 저층부계통과 중층부계통 및 고층부계통 배관을 순환하며 냉난방을 공급하는 시스템의 압력을 압력도피밸브와 역지밸브에 의해 설비기기의 안전한 사용압력으로 유지하는 유지과정과; 상기 유지과정을 통항 순화되는 귀환 배관측의 압력을 감압 및 유지밸브에 의하여 자체유압에 따른 비례제어식으로 감압하고 이러한 압력을 일정하게 유지시키며 상기 열원공급계로 순환시키는 귀환과정으로 이루어진다.
그러나, 초고층빌딩의 공조수 제어방법은 펌프의 작동속도를 가변시키지 않고 압력도피 및 유지밸브를 이용하여 배관의 압력을 일정하게 유지되도록 하기때문에, 전력 낭비가 많이 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 공급관과 리턴관의 측정차압과 설정차압을 비교하여, 측정차압이 설정차압 보다 높거나 낮을 경우 차압비례선을 따라 주파수를 변경하여 펌프의 가감속을 제어함으로써, 순환수의 압력을 안정되게 유지할 뿐만 아니라 전력 소비를 줄일 수 있는 냉난방 시스템의 차압비례제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법은 냉동 사이클 또는 보일러 등과 같은 열원부의 열매체가 열교환기에서 펌프에 의해 순환되는 순환수와 열교환됨으로써, 열교환기에서 열교환된 순환수를 이용하여 건물을 냉난방하게 되는 냉난방 시스템에 있어서, 공급관과 리턴관에 제 1 및 제 2 압력센서를 각각 장착하고, 펌프의 작동을 제어하는 인버터가 제 1 압력센서에서 측정한 압력과 제 2 압력센서에서 측정한 압력의 차이(측정차압)와 설계양정에서 공급관 압력과 리턴관 압력의 이론적 차이(설정차압)을 비교하여, 측정차압이 설정차압보다 높으면, 차압비례선에서 측정차압과 동일한 유량지점의 주파수로 주파수를 낮춰 펌프를 감속하고, 측정차압이 설정차압보다 낮으면, 차압비례선에서 측정차압과 동일한 양정지점의 주파수로 주파수를 높여 펌프를 가속하는 것을 특징으로 한다.
위 예에서, 상기 차압비례선은 유량이 0인 차압편차지점의 차압이 체절점에서의 이론적 차압과 동일한 것을 특징으로 한다.
다른 대안으로, 상기 차압비례선은 유량이 0인 차압편차지점의 차압이 최소순환양정에서의 이론적 차압과 같은 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법은 측정차압과 설정차압을 비교하여, 차압비례곡선을 따라 펌프의 작동을 제어함으로써, 압력도피 및 유지밸브를 이용하여 배관의 압력을 제어하는 것보다 전력 소비를 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 밸브의 고장에 의한 사고를 방지할 수 있으며, 최대 주파수 곡선을 이용하여 펌프를 제어하는 것 또는 설정압력 곡선을 이용하여 펌프를 제어하는 것보다 전력 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 고층건물의 냉난방 순환수의 순환 시스템을 개략적으로 도시한 볼록도이다.
도 2 및 도 3은 유량(Q)-양정(H) 그래프에서 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법을 설명하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법에 의해 에너지가 절약되는 것을 그래프상에 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 일반적으로, 고층 건물의 냉난방 시스템 또는 지역 냉난방 시스템은 냉동 사이클 또는 보일러 등과 같은 열원부(1)의 열매체가 열교환기(3)에서 펌프(10)에 의해 순환되는 순환수와 열교환됨으로써, 열교환기(3)에서 열교환된 순환수를 이용하여 건물(5)을 냉난방하게 된다.
도 2를 참조하면, 상기와 같은 냉난방 시스템에서, 본 발명에 따른 차압비례제어방법은 공급관(12)과 리턴관(14)에 제 1 및 제 2 압력센서(16, 18)를 각각 장착하고, 펌프(10)의 작동을 제어하는 인버터(11)가 제 1 압력센서(16)에서 측정한 압력과 제 2 압력센서(18)에서 측정한 압력의 차이(측정차압)와 설계양정(H1)에서 공급관 압력과 리턴관 압력의 이론적 차이(설정차압)을 비교하여, 측정차압이 설정차압보다 높으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 유량지점(b)의 주파수(S1Hz)로 주파수를 낮춰 펌프를 감속하고, 측정차압(c)이 설정차압보다 낮으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 양정지점(d)의 주파수(S2Hz)로 주파수를 높여 펌프를 가속한다.
여기서, 제 1 및 제 2 압력센서(16, 18)는 100m/s 정도로 계속해서 인버터(11)로 측정압력 데이터를 제공하기 때문에, 인버터(11)는 측정압력과 설정압력을 계속해서 비교하고, 연속적으로 펌프의 작동을 제어하게 된다.
즉, 도 2에 도시된 바와같이, 냉난방 시스템이 완비되면, 튜닝 등을 통해 최고 주파수(60Hz)의 성능곡선을 구하고, 상기 성능곡선(60Hz)에서 최대효율지점(가)을 설정한다. 이것에 의해, (가) 지점에 해당되는 설계양정(H1)을 구할 수 있고, 펌프가 구동되고 있지만 순환수가 순환하지 않는 체절점(H3)을 구할 수 있다.
여기서, 본 발명은 설계양정(H1)에서의 이론적 차압을 설정차압(예컨대, 2bar)으로 결정하면, 설정차압보다 낮은 차압편차지점(나)을 임의로 결정하고, 차압편차지점(나)과 (가) 지점을 연결하는 차압비례선(DL)을 구할 수 있다.
이때, 차압편차지점(나)의 차압은 체절점(H3)에서의 이론적 차압(공급관의 압력과 리턴관의 이론적 압력 차이)과 동일한 것이 이상적이지만, 안전을 위해 최소순환양정에서의 이론적 차압(예컨대 1bar)으로 결정할 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법을 예를 들어 설명하기로 한다.
위에서 설명한 것과 같이 차압비례선(DL)이 결정되면, 펌프(10)가 50Hz로 구동되고 있는 어느 한 시점에서 측정차압(a)이 설정차압(2bar)보다 높은 2.2bar일 경우, 인버터(11)는 Q2 유량 지점에서 차압비례선(DL)과 만나는 지점(b)의 주파수(예를들어, 48Hz)를 찾아, 상기 주파수(48HZ)에 해당되는 속도로 펌프를 감속하고, 펌프가 50Hz로 구동되고 있는 어느 한 시점에서 측정차압(c)이 설정차압(2bar)보다 낮은 1.5bar일 경우, H2 양정지점에서 차압비례선(DL)과 만나는 지점(d)의 주파수(예를들어, 55Hz)를 찾아, 상기 주파수(55HZ)에 해당되는 속도로 펌프를 가속한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 차압비례제어방법은 측정차압과 설정차압을 비교하여, 차압비례곡선(DL)을 따라 펌프의 작동을 제어함으로써, 압력도피 및 유지밸브를 이용하여 배관의 압력을 제어하는 것보다 전력 소비를 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 밸브의 고장에 의한 사고를 방지할 수 있으며, 최대 주파수 곡선을 이용하여 펌프를 제어하는 것 또는 설정압력 곡선을 이용하여 펌프를 제어하는 것보다 도 4에 도시된 빗금친 부분만큼 전력 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
1 : 열원부 3 : 열교환기
5 : 건물 10 : 펌프
11 : 인버터 12 : 공급관
14 : 리턴관 16, 18 : 제 1 및 제 2 압력센서

Claims (3)

  1. 냉동 사이클 또는 보일러 등과 같은 열원부(1)의 열매체가 열교환기(3)에서 펌프(10)에 의해 순환되는 순환수와 열교환됨으로써, 열교환기(3)에서 열교환된 순환수를 이용하여 건물(5)을 냉난방하게 되는 냉난방 시스템에 있어서,
    공급관(12)과 리턴관(14)에 제 1 및 제 2 압력센서(16, 18)를 각각 장착하고, 펌프(10)의 작동을 제어하는 인버터(11)가 제 1 압력센서(16)에서 측정한 압력과 제 2 압력센서(18)에서 측정한 압력의 차이(측정차압)와 설계양정(H1)에서 공급관 압력과 리턴관 압력의 이론적 차이(설정차압)을 비교하여, 측정차압이 설정차압보다 높으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 유량지점(b)의 주파수(S1Hz)로 주파수를 낮춰 펌프를 감속하고, 측정차압(c)이 설정차압보다 낮으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 양정지점(d)의 주파수(S2Hz)로 주파수를 높여 펌프를 가속하며,
    상기 차압비례선(DL)은 유량이 0인 차압편차지점의 차압이 체절점(H3)에서의 이론적 차압과 동일한 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템의 차압비례제어방법.
  2. 삭제
  3. 냉동 사이클 또는 보일러 등과 같은 열원부(1)의 열매체가 열교환기(3)에서 펌프(10)에 의해 순환되는 순환수와 열교환됨으로써, 열교환기(3)에서 열교환된 순환수를 이용하여 건물(5)을 냉난방하게 되는 냉난방 시스템에 있어서,
    공급관(12)과 리턴관(14)에 제 1 및 제 2 압력센서(16, 18)를 각각 장착하고, 펌프(10)의 작동을 제어하는 인버터(11)가 제 1 압력센서(16)에서 측정한 압력과 제 2 압력센서(18)에서 측정한 압력의 차이(측정차압)와 설계양정(H1)에서 공급관 압력과 리턴관 압력의 이론적 차이(설정차압)을 비교하여, 측정차압이 설정차압보다 높으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 유량지점(b)의 주파수(S1Hz)로 주파수를 낮춰 펌프를 감속하고, 측정차압(c)이 설정차압보다 낮으면, 차압비례선(DL)에서 측정차압(a)과 동일한 양정지점(d)의 주파수(S2Hz)로 주파수를 높여 펌프를 가속하며,
    상기 차압비례선(DL)은 유량이 0인 차압편차지점의 차압이 최소순환양정에서의 이론적 차압과 같은 차압을 갖는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템의 차압비례제어방법.
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