KR101161050B1 - 송수압 제어 시스템 및 송수압 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말단의 부하 기기의 저부하 시에 부하 요구가 큰 다른 부하 기기의 차압이 부족하다고 하는 문제를 생기게 하는 일 없이, 저부하 시의 2차 펌프의 에너지 절약을 도모하는 것을 과제로 한다.

부하 기기(12-1～12-3)에서 계측되는 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)을 제어 장치(11)에 보낸다. 제어 장치(11)는 부하 기기(12-1～12-3)로부터의 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)을 취득하며, 이 취득한 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)으로부터 최소 차압(ΔPVmin)을 추출하고, 이 추출한 최소 차압(ΔPVmin)이 소정의 값(예컨대, 0.3 ㎏/㎠) 이상이 되도록 송수압의 설정값(PSsp)을 결정하며, 송수압의 계측값(PSpv)이 설정값(PSsp)이 되도록, 2차 펌프(6-1～6-3)의 회전수나 바이패스 밸브(8)의 개방도를 조정한다.

Description

송수압 제어 시스템 및 송수압 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING WATER FEEDING PRESSURE}

본 발명은 열원기(熱源機)에 의해 생성된 냉온수의 부하 기기(팬코일 유닛이나 공조기 등)로의 송수압을 제어하는 송수압 제어 시스템 및 송수압 제어 방법에 관한 것이다.

종래부터, 열원기에 의해 생성된 냉온수의 부하 기기로의 송수압을 제어하는 송수압 제어의 하나로서, 예컨대 특허문헌 1에 나타낸 시스템에서는, 열원기로부터의 냉온수의 급수 관로와 환수 관로 사이에 마련된 복수의 부하 기기 중, 말단에 위치하는 부하 기기의 입력측과 출력측 사이의 차압을 말단 차압으로서 계측하며, 이 계측한 말단 차압에 기초하여 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하도록 하고 있다.

이 특허문헌 1에 나타낸 시스템에 따르면, 말단에 위치하는 부하 기기의 입력측과 출력측 사이의 차압(말단 차압)에 기초하여 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압이 변경되고, 말단 차압이 작은 경우에는 냉온수의 송수압이 높아지며, 말단 차압이 큰 경우에는 냉온수의 송수압이 낮아진다.

예컨대, 부하 기기를 공조기로 한 경우, 말단에 위치하는 공조기(말단 공조기)의 입력측과 출력측 사이의 차압(말단 공조기 차압)을 1.0 ㎏/㎠로 유지하도록, 열원기로부터 공조기로의 냉온수의 송수압이 제어된다. 이에 따라, 공조기로의 냉온수의 반송 동력을 삭감하는 것이 가능하게 되어, 에너지 절약을 실현할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-299980호 공보

그러나, 전술한 종래의 송수압 제어 방법에 따르면, 말단 공조기 차압을 예컨대 1.0 ㎏/㎠로 유지하도록 하고 있기 때문에, 말단 공조기가 저부하인 경우, 다음과 같은 문제가 생기고 있었다. 이하, 그 문제에 대해서 설명한다.

공조기는, 냉온수 코일과, 이 냉온수 코일로의 냉온수의 유량을 조절하는 밸브를 포함하고 있다. 이 공조기에서, 최대 부하 시에는, 예컨대 1.0 ㎏/㎠의 차압이 필요하다. 이 경우, 공조기의 최대 부하 시에는, 밸브에 0.3 ㎏/㎠의 차압이 가해지며, 냉온수 코일에 0.7 ㎏/㎠의 차압이 가해진다.

이에 대하여, 공조기의 부하가 작은 경우에는, 밸브의 저항이 높은 상태가 되며, 밸브의 전폐(全閉) 부근에서는, 거의 1.0 ㎏/㎠의 차압이 밸브에 가해지게 된다. 즉, 밸브에는 0.3 ㎏/㎠의 차압이 가해지면 충분한 데 대해, 말단 공조기가 저부하인 경우에는, 거의 1.0 ㎏/㎠의 차압이 가해지게 되어, 그만큼 에너지의 손실이 생긴다.

또한, 말단 공조기의 밸브에 항상 0.3 ㎏/㎠의 차압이 가해지도록 송수압을 제어하는 것을 생각할 수 있지만, 이러한 제어 방법으로 하면, 말단 공조기의 저부하 시에, 다른 공조기에서의 부하 요구가 커진 경우, 그 공조기에서의 차압이 부족해져, 설계 유량을 유지할 수 없다고 하는 문제가 생긴다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 말단의 부하 기기의 저부하 시에 부하 요구가 큰 다른 부하 기기의 차압이 부족하다고 하는 문제를 생기게 하는 일 없이, 저부하 시의 2차 펌프의 에너지 절약을 도모할 수 있는 송수압 제어 시스템 및 송수압 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 냉온수를 생성하는 열원기와, 이 열원기로부터의 냉온수의 급수 관로와 환수 관로 사이에 마련된 복수의 부하 기기와, 열원기로부터 이들 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 제어하는 제어 장치를 포함한 송수압 제어 시스템에 있어서, 각 부하 기기에, 자기의 부하 기기에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압으로서 계측하는 차압 계측 수단을 마련하며, 제어 장치에, 각 부하 기기의 차압 계측 수단에 의해 계측된 밸브 차압을 취득하는 밸브 차압 취득 수단과, 이 밸브 차압 취득 수단에 의해 취득된 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하는 최소 차압 추출 수단과, 이 최소 차압 추출 수단에 의해 추출된 최소 차압이 미리 정해진 소정의 값 이상이 되도록 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하는 송수압 설정 수단을 마련한 것이다.

본 발명에서, 각 부하 기기는 자기(自己)의 부하 기기에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압으로서 계측한다. 예컨대, 부하 기기를 공조기로 하고, 이 공조기에 그 냉온수 코일로의 냉온수의 유량을 조정하는 밸브가 마련되며, 이 밸브에 차압 계측 수단이 기설(旣設) 수단으로서 마련되어 있는 것으로 하면, 차압 계측 수단에 의해 계측되는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압이 밸브 차압으로서 제어 장치에 보내진다.

제어 장치는 각 부하 기기로부터 보내져 오는 밸브 차압을 취득하며, 이 취득한 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하고, 이 추출한 최소 차압이 미리 정해진 소정의 값 이상이 되도록, 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정한다.

이 경우, 예컨대, 말단의 부하 기기가 저부하이며, 다른 부하 기기에서의 부하 요구가 크고, 이 부하 기기의 밸브 차압이 최소 차압이 되면, 이 최소 차압이 소정의 값(예컨대, 0.3 ㎏/㎠) 이상이 되도록, 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압이 설정된다.

따라서, 말단의 부하 기기의 저부하 시에, 다른 부하 기기에서의 부하 요구가 커진 경우, 그 부하 기기에서의 차압이 부족하여 설계 유량을 유지할 수 없다고 하는 문제는 생기지 않는다. 또한, 이 부하 요구가 커진 다른 부하 기기에서의 차압을 확보하면서, 말단의 부하 기기의 밸브에 가해지는 차압은 가능한 한 작아진다. 이에 따라, 말단의 부하 기기의 저부하 시에 부하 요구가 큰 다른 부하 기기의 차압이 부족하다고 하는 문제를 생기게 하는 일 없이, 저부하 시의 2차 펌프의 에너지 절약이 도모된다.

또한, 본 발명을 송수압 제어 시스템으로서가 아니라, 송수압 제어 방법으로서 실현하는 것도 가능하다. 송수압 제어 방법으로 하는 경우, 냉온수를 생성하는 열원기와, 이 열원기로부터의 냉온수의 급수 관로와 환수 관로 사이에 마련된 복수의 부하 기기와, 열원기로부터 이들 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 제어하는 제 어 장치를 포함한 시스템에 있어서, 부하 기기마다 그 부하 기기에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압으로서 계측하는 차압 계측 단계와, 이 차압 계측 단계에 의해 계측된 각 부하 기기의 밸브 차압을 취득하는 밸브 차압 취득 단계와, 이 밸브 차압 취득 단계에 의해 취득된 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하는 최소 차압 추출 단계와, 이 최소 차압 추출 단계에 의해 추출된 최소 차압이 미리 정해진 소정의 값 이상이 되도록 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하는 송수압 설정 단계를 제공한다.

본 발명에 따르면, 계측된 각 부하 기기의 밸브 차압을 취득하며, 이 취득한 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하고, 이 최소 차압이 미리 정해진 소정의 값 이상이 되도록, 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하도록 하였기 때문에, 예컨대, 말단의 부하 기기가 저부하이며, 다른 부하 기기에서의 부하 요구가 크고, 이 부하 기기의 밸브 차압이 최소 차압이 되면, 이 최소 차압이 소정의 값 이상이 되도록 열원기로부터 부하 기기로의 냉온수의 송수압이 설정되게 되며, 말단의 부하 기기의 저부하 시에 부하 요구가 큰 다른 부하 기기의 차압이 부족하다고 하는 문제를 생기게 하는 일 없이, 저부하 시의 2차 펌프의 에너지 절약을 도모할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 송수압 제어 시스템의 일 실시형태의 구성을 나타내는 계장도(計漿圖)이다.

이 송수압 제어 시스템은, 냉온수 발생기, 히트 펌프, 냉동기, 보일러 등의 냉온수를 생성하는 열원기(1-1～1-3)와, 열원기(1-1～1-3)에 대하여 보기(補機)로서 마련된 1차 펌프(2-1～2-3)와, 급수 헤더(3-1, 3-2)와, 환수 헤더(4)와, 급수 헤더(3-1)와 환수 헤더(4) 사이에 마련된 제1 바이패스 관로(5)와, 급수 헤더(3-1)와 급수 헤더(3-2) 사이에 마련된 2차 펌프(6-1～6-3)와, 급수 헤더(3-1)와 급수 헤더(3-2) 사이에 마련된 제2 바이패스 관로(7)와, 바이패스 관로(7)에 마련된 바이패스 밸브(8)와, 급수 관로(9)와, 환수 관로(10)와, 제어 장치(11)를 포함하고 있으며, 급수 관로(9)와 환수 관로(10) 사이에는 병렬로 팬코일 유닛이나 공조기 등의 부하 기기(12-1～12-3)가 마련되어 있다.

이 송수압 제어 시스템에서, 1차 펌프(2-1～2-3)에 의해 압송되며 열원기(1-1～1-3)에 의해 열량이 더해진 냉온수는, 급수 헤더(3-1)에 보내지고, 2차 펌프(6-1～6-3)에 의해 더 압송되어, 급수 헤더(3-2)를 거쳐 급수 관로(9)에 공급되며, 부하 기기(12-1～12-3)를 통해, 환수 관로(10)를 지나 환수 헤더(4)에 도달하고, 재차 1차 펌프(2-1～2-3)에 의해 압송되며, 이상의 경로를 순환한다.

이러한 냉온수의 순환 경로 중, 급수 관로(9)에는 급수 헤더(3-2)로부터 토출되는 냉온수의 압력을 열원기(1-1～1-3)로부터 부하 기기(12-1～12-3)로의 냉온수의 송수압의 계측값(PSpv)으로서 계측하는 압력 센서(13)가 마련되어 있다. 또한, 2차 펌프(6-1～6-3)에는 그 펌프의 회전수를 조정하기 위한 인버터(6-1a～6-3a)가 부설되어 있으며, 부하 기기(12-1～12-3)에는 부하 기기(12-1～12-3)에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하기 위한 밸브(V1～V3)가 마련되어 있다.

도 2에 부하 기기(12)(12-1～12-3)의 내부 구성의 개략을 도시한다. 부하 기기(12)는, 냉온수 코일(12A)과, 팬(12B)을 포함하고 있으며, 냉온수 코일(12A)로의 냉온수의 공급 통로(L)에는 밸브(V)가 마련되어 있다.

밸브(V)에는, 이 밸브(V)의 개방도 조정을 행하기 위해 필요한 물리량을 계측하는 기설 수단으로서, 밸브(V)를 흐르는 냉수의 유량을 계측하는 유량 계측 수단과 밸브(V)의 입구측과 출구측 사이의 차압을 계측하는 차압 계측 수단을 겸한 계측 수단(S1)이 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 계측 수단(S1)에 의해 계측되는 냉수의 유량을 부하 기기 유량(Q)으로서, 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압(ΔPV)으로서, 제어 장치(11)에 보내도록 하고 있다.

또한, 부하 기기(12)로부터의 부하 기기 유량(Q) 및 밸브 차압(ΔPV)을 제어 장치(11)에 보내는 송신은, 무선이어도 좋으며, 유선이어도 좋다.

제어 장치(11)는, 프로세서나 기억 장치로 이루어지는 하드웨어와, 이들 하드웨어와 협동하여 제어 장치로서의 각종 기능을 실현시키는 프로그램에 의해 실현되며, 본 실시형태 특유의 기능으로서 송수압 제어 기능을 갖고 있다. 이하, 도 3에 나타내는 흐름도에 따라, 제어 장치(11)가 갖는 송수압 제어 기능에 대해서 설명한다.

제어 장치(11)는 부하 기기(12-1～12-3)로부터의 부하 기기 유량(Q1～Q3)과 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)을 취득하고, 기억한다(단계 S101). 그리고, 이 취득한 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)에서, 그 값이 가장 작은 최소 차압(ΔPVmin)을 추출한다(단계 S102).

다음에, 제어 장치(11)는 이 추출한 최소 차압(ΔPVmin)을 제어 대상의 차압으로 간주하여, 이 제어 대상의 차압이 미리 정해져 있는 소정의 값(이 예에서는, 0.3 ㎏/㎠)이 되도록 송수압의 설정값(PSsp)을 결정한다(단계 S103).

그리고, 제어 장치(11)는 이 결정한 송수압의 설정값(PSsp)에 기초하여, 압력 센서(13)로부터의 송수압의 계측값(PSpv)이 설정값(PSsp)이 되도록, 2차 펌프(6-1～6-3)의 회전수를 조정한다. 이때, 2차 펌프(6-1～6-3)의 회전수를 하한값으로 하여도 송수압의 계측값(PSpv)이 설정값(PSsp)에 도달하지 않는 경우에는, 바이패스 밸브(8)의 개방도를 조정함으로써, 송수압의 계측값(PSpv)이 설정값(PSsp)이 되도록 한다(단계 S104).

여기서, 예컨대, 말단의 부하 기기(12-1)가 저부하이며, 다른 부하 기기(12-2)에서의 부하 요구가 크고, 이 부하 기기(12-2)의 밸브 차압(ΔPV2)이 최소 차압이 된 경우에 대해서 생각한다. 이 경우, 제어 장치(11)는 부하 기기(12-2)의 밸브 차압(ΔPV2)을 최소 차압(ΔPVmin)으로서 추출하며, 이 최소 차압(ΔPVmin)이 0.3 ㎏/㎠가 되도록 송수압의 설정값(PSsp)을 결정한다.

따라서, 말단의 부하 기기(12-1)의 저부하 시에, 부하 기기(12-2)에서의 부하 요구가 커졌다고 해도, 그 부하 기기(12-2)에서의 차압이 부족하여, 설계 유량을 유지할 수 없다고 하는 문제는 생기지 않는다. 또한, 이 부하 요구가 커진 부하 기기(12-2)에서의 차압을 확보하면서, 말단의 부하 기기(12-1)의 밸브(V1)에 가해지는 차압은 가능한 한 작아진다.

이에 따라, 말단의 부하 기기(12-1)의 저부하 시에 부하 요구가 큰 다른 부 하 기기(12-2)의 차압이 부족하다고 하는 문제를 생기게 하는 일 없이, 저부하 시의 2차 펌프(6)의 에너지 절약이 도모된다.

도 4에 제어 장치(11)의 주요부의 기능 블록도를 나타낸다. 제어 장치(11)는, 밸브 차압 취득부(11A)와, 최소 차압 추출부(11B)와, 송수압 설정부(11C)와, 송수압 제어부(11D)를 포함하고 있다.

밸브 차압 취득부(11A)는 부하 기기(12-1～12-3)로부터의 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)을 취득한다. 최소 차압 추출부(11B)는 밸브 차압 취득부(11A)가 취득한 밸브 차압(ΔPV1～ΔPV3)으로부터 최소 차압(ΔPVmin)을 추출한다.

송수압 설정부(11C)는 최소 차압 추출부(11B)에 의해 추출된 최소 차압(ΔPVmin)이 O.3 ㎏/㎠ 이상이 되도록 송수압의 설정값(PSsp)을 결정한다.

송수압 제어부(11D)는 압력 센서(13)로부터의 송수압의 계측값(PSpv)이 설정값(PSsp)이 되도록, 2차 펌프(6-1～6-3)의 회전수를 조정하거나, 바이패스 밸브(8)의 개방도를 조정한다.

이 밸브 차압 취득부(11A), 최소 차압 추출부(11B), 송수압 설정부(11C), 송수압 제어부(11D)는 제어 장치(11)의 처리 기능으로서 실현된다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 부하 기기(12)에 냉온수 코일이 마련되어 있는 예를 설명하였지만, 냉수 코일 및 온수 코일 중 어느 한쪽만이 마련된 부하 기기여도 좋다. 즉, 냉수만을 순환시키는 시스템, 온수만을 순환시키는 시스템에서도, 마찬가지로 하여 적용하는 것이 가능하다. 또한, 냉수 코일과 온수 코일이 따로 따로 마련되어 있는 시스템이어도 좋다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 열원기를 3대, 부하 기기를 3대로 한 예를 설명하였지만, 열원기나 부하 기기 등의 수량은, 전술한 수량에 한정되는 것이 아니라, 적절히 자유롭게 설정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 송수압 제어 시스템의 일 실시형태의 구성을 나타내는 계장도(計漿圖)이다.

도 2는 이 송수압 제어 시스템에서의 부하 기기의 내부 구성의 개략을 도시하는 도면이다.

도 3은 이 송수압 제어 시스템에서의 제어 장치가 갖는 송수압 제어 기능을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4는 이 송수압 제어 시스템에서의 제어 장치의 주요부의 기능 블록도이다.

<부호의 설명>

1(1-1～1-3)…열원기(熱源機)

2(2-1～2-3)…1차 펌프

3-1, 3-2…급수 헤더

4…환수 헤더

5…바이패스 관로

6(6-1～6-3)…2차 펌프

6-1a～6-3a…인버터

7…바이패스 관로

8…바이패스 밸브

9…급수 관로

10…환수 관로

11…제어 장치

12(12-1～12-3)…부하 기기

12A…냉온수 코일

12B…팬

L…냉온수의 공급 통로

V(V1～V3)…밸브

S1…계측 수단

13…압력 센서

11A…밸브 차압 취득부

11B…최소 차압 추출부

11C…송수압 설정부

11D…송수압 제어부

Claims (2)

1. 냉온수를 생성하는 열원기(熱源機)와, 이 열원기로부터의 냉온수의 급수 관로와 환수 관로 사이에 마련된 복수의 부하 기기와, 상기 열원기로부터 이들 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 제어하는 제어 장치를 포함한 송수압 제어 시스템에 있어서,

   상기 부하 기기 각각은,

   자기(自己)의 부하 기기에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압으로서 계측하는 차압 계측 수단을 포함하고,

   상기 제어 장치는,

   상기 각 부하 기기의 차압 계측 수단에 의해 계측된 밸브 차압을 취득하는 밸브 차압 취득 수단과,

   이 밸브 차압 취득 수단에 의해 취득된 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하는 최소 차압 추출 수단과,

   이 최소 차압 추출 수단에 의해 추출된 최소 차압이 미리 정해진 값 이상이 되도록 상기 열원기로부터 상기 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하는 송수압 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 송수압 제어 시스템.
2. 냉온수를 생성하는 열원기와, 이 열원기로부터의 냉온수의 급수 관로와 환수 관로 사이에 마련된 복수의 부하 기기와, 상기 열원기로부터 이들 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 제어하는 제어 장치를 포함한 시스템에 적용되는 송수압 제어 방법에 있어서,

   상기 부하 기기마다 그 부하 기기에 흐르는 냉온수의 유량을 조정하는 밸브의 입구측과 출구측 사이의 차압을 밸브 차압으로서 계측하는 차압 계측 단계와,

   이 차압 계측 단계에 의해 계측된 상기 각 부하 기기의 밸브 차압을 취득하는 밸브 차압 취득 단계와,

   이 밸브 차압 취득 단계에 의해 취득된 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하는 최소 차압 추출 단계와,

   이 최소 차압 추출 단계에 의해 추출된 밸브 차압으로부터 최소 차압을 추출하며, 이 최소 차압이 미리 정해진 값 이상이 되도록, 상기 열원기로부터 상기 부하 기기로의 냉온수의 송수압을 설정하는 송수압 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수압 제어 방법.

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