KR101177323B1 - 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 방의 난방배관길이와 난방가동여부에 따라 설정되거나, 각 방의 난방배관길이와 난방여부와 관계없이 임의의 제어값으로 설정된 비례제어구동기의 비례제어값을 각 방의 온도차(설정온도-환수온도)에 따라 보정하여 보정비례제어값으로 비례제어구동기를 보정제어함으로써 각 방의 온열환경상태에 따라서 비례제어구동기에 의한 난방밸브의 개도량을 보다 정확히 제어하는 동시에 각 방에 최적의 난방유량이 공급되도록 구성되는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 설정된 비례제어구동기의 비례제어값에 의해 난방밸브의 개도량이 제어되면서 난방이 시작되면 설정온도와 환수온도로부터 각 방의 온도차△t와 최소온도차△tmin를 구하고, 보정값ω을 보정율ρ×(각 방의 온도차△t - △tmin)의 관계식으로부터 산출한 후, 상기 각 방의 비례제어값에 상기 각 방의 보정값ω을 반영한 보정비례제어값을 산출하여 상기 비례제어구동기에 의한 난방밸브의 개도량제어를 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법을 제공하게 된다.

Description

비례제어구동기를 이용한 난방제어방법{HEATING CONTROL METHOD MAKING USE OF PROPORTIONAL CONTROL DRIVER}
본 발명은 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 방의 난방배관길이와, 각 방의 온도차(설정온도-환수온도)에 따른 보정비례제어값을 산출하여 비례제어구동기를 제어하도록 구성되는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 온돌난방제어시스템은 도1에 도시한 바와 같이 각 방의 실내온도를 감지하면서 조절할 수 있는 실내온도조절부(10)와, 실내온도조절부로부터의 신호가 밸브제어기에 전달되면 비례제어구동기에 전달하는 밸브제어부(20)와, 밸브제어기의 신호에 따라 비례제어구동기에서 난방밸브의 개폐량을 제어하여 온수분베기의 공급유량을 조절하는 비례제어분배부(30)로 구성되어 있다.
이러한 온돌난방제어시스템을 이용한 종래의 난방제어방법은 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 난방제어방법은 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 난방배관길이를 고려하지 않고 단순히 온도차(ΔT)의 크기에 따라 난방시간이 결정되기 때문에 난방의 효율성이 떨어지고, 난방시간이 절대적으로 부족하거나 불필요하게 늘어나는 등의 문제가 있다.
최근에 와서 각 방의 난방배관길이와 난방가동여부에 따라 난방밸브의 개도량을 제어하여 각 방의 난방유량공급을 조절하는 기술개발이 활발히 진행되고 있으나, 아직 실용화된 기술은 소개된 바 없다.
본 발명은 종래 난방제어방법의 문제를 개선하기 위하여 안출된 것으로, 각 방의 난방배관길이와 난방가동여부에 따라 설정되거나, 각 방의 난방배관길이와 난방여부와 관계없이 임의의 제어값으로 설정된 비례제어구동기의 비례제어값을 각 방의 온도차(설정온도-환수온도)에 따라 보정하여 보정비례제어값으로 비례제어구동기를 보정제어함으로써 각 방의 온열환경상태에 따라서 비례제어구동기에 의한 난방밸브의 개도량을 보다 정확히 제어하는 동시에 각 방에 최적의 난방유량이 공급되도록 구성되는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 난방배관길이(m)/10(m)의 산출식으로부터 각 방에 대한 난방배관길이의 입력값을 구하고, 각 방 난방배관길이의 입력값×(각 방 난방배관길이의 입력값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 비례제어구동기의 비례제어값을 산출하며, 100×(각 방의 비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 산출된 난방밸브의 개도량(%)에 의해 제어되면서 난방이 시작되면 설정온도와 환수온도로부터 각 방의 온도차△t와 최소온도차△tmin를 구하고, 보정값ω을 보정율ρ×(각 방의 온도차△t - △tmin)의 관계식으로부터 산출한 후, 각 방의 비례제어값+각 방의 보정값ω의 관계식으로부터 보정비례제어값을 산출한 다음, 상기 비례제어값 대신 보정비례제어값을 대입한 100×(각 방의 보정비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 난방밸브의 개도량(%)을 재산출하여 비례제어구동기의 제어값을 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법을 제공하게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 매분마다 측정되는 각 방의 환수온도를 이용하여 비례제어구동기의 비례제어값을 보정함으로써 비례제어구동기에 의한 난방밸브의 개도량을 보다 정확히 제어할 수 있고, 이로부터 불필요한 과다난방이나 과소난방을 최소화할 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.
도1은 일반적인 온돌난방제어시스템을 나타내는 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로, 도1에 도시한 바와 같이 사용자에 의해 각 방의 실내온도가 설정되면 실내온도조절부(10)를 통해 밸브제어부(20)의 밸브제어기에 전달되고, 밸브제어기의 신호에 따라 비례제어분배부(30)의 비례제어구동기가 구동되면서 난방밸브의 개폐량을 제어하여 각 방에 공급되는 공급유량을 조절하도록 구성되어 있다.
이때, 비례제어구동기에는 각 방별로 비례제어값이 입력되고, 상기 비례제어값은 각 방의 난방배관길에 따라 최소 0에서 최대 10까지의 값으로 설정되면서 난방밸브의 개도량(0% ~ 100%)을 제어하도록 구성되어 있다.
다시 말하면, 비례제어값이 0이면 비례제어구동기는 난방밸브를 완전히 닫도록 제어하게 되고, 비례제어값이 10이면 비례제어구동기는 난방밸브를 완전히 열도록 제어하게 된다.
여기서, 하기의 표1은 각 방의 난방배관길이에 따른 비례제어구동기의 비례제어값을 설정하는 실시예이다.
각 방의 난방배관길이에 따른 비례제어구동기의 비례제어값
구분 거실 방1 방2 방3 비고
난방배관길이(m) 100 80 60 40
난방배관길이의 입력값 10 8 6 4 배관길이10m당
비례제어구동기의
비례제어값		 10×10/10
=10		 8×8/10
=6.4		 6×6/10
=3.6		 4×4/10
=1.6
제어되는 난방밸브의 개도량(%) 100×10/10
=100		 100×6.4/10
=64		 100×3.6/10
=36		 100×1.6/10
=16
상기 표1은 각 방의 난방배관길이에 따른 입력값을 설정한 후, 가장 긴 난방배관길이를 갖는 거실을 기준으로 입력값을 상대적으로 비교하여 비례제어구동기를 제어하는 비례제어값을 설정하게 된다.
이때, 설정된 비례제어값에 따라 100×(각 방의 비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 난방밸브의 개도량(%)을 산출하면 비례제어구동기에서 난방밸브를 제어하여 그 개도량(%)에 따라 각 방의 공급유량을 제어하도록 구성된다.
거실의 난방중지시 각 방에 대한 비례제어구동기의 비례제어값
구분 거실 방1 방2 방3 비고
비례제어값 10 6.4 3.6 1.6
입력비례제어값 0 10 10×6/8
=7.5		 10×4/8
=5
변경비례제어값 0 10
 7.5×7.5/10
=5.6		 5×5/10
=2.5
제어되는 난방밸브의 개도량(%) 0 100 100×5.6/10
=56		 100×2.5/10
=25
상기 표2는 거실에 대한 비례제어구동기의 비례제어값이 "0"으로 설정되면서 난방밸브의 개도량 "0%"로 제어되어 거실의 난방이 중지되면 방1 내지 방3에 대한 비례제어구동기의 비례제어값이 변경되고, 이에 따라 변경비례제어값에 의해 비례제어구동기가 제어되면서 난방밸브의 개도량도 변경된다.
한편, 각 방의 난방배관길이에 따라 비례제어구동기의 비례제어값을 설정하여 난방밸브의 개도량을 제어하고, 이를 통해 각 방을 난방하게 되는데, 난방중 각 방의 온열환경상태에 따라 그 환수온도가 각 방마다 차이가 발생된다.
따라서, 본 발명에서는 각 방의 환수온도를 매분마다 측정한 후, 5분 간격으로 평균값을 산출하여 비례제어구동기의 비례제어값을 보정하는 데이터로 활용하게 된다.
즉, 본 발명에서는 측정된 각 방의 환수온도를 통해 각 방의 온열환경상태를 비례제어구동기의 비례제어값에 반영함으로써 각 방에 최적의 난방을 구현하도록 제어하게 된다.
하기 표3은 각 방의 설정온도와 환수온도로부터 온도차△t를 구하고, 이 온도차가 반영된 보정식을 통해 비례제어구동기의 보정비례제어값을 산출하는 실시예를 나타낸다.
각 방의 설정온도와 환수온도에 따른 온도차 및 보정비례제어값
구분 거실 방1 방2 방3 비고
설정온도(℃) 40 44 36 42 ω=보정율ρ×(각방의 △t-△tmin)
※보정율ρ= 0.5,
△tmin= 4℃
보정비례제어값=비례제어값+보정값(ω)
환수온도(℃) 36 36 32 36
온도차△t(℃) 4 8 4 6
비례제어값 10 6.4 3.6 1.6
보정값(ω) 0.5×(4-4)=0 0.5×(8-4)=2 0.5×(4-4)=0 0.5×(6-4)=1
보정비례제어값 10 8.4 3.6 2.6
상기 표3에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는 각 방의 환수온도를 매분마다 측정한 후, 5분 간격으로 평균값을 산출하게 되고, 각 방의 설정온도와 환수온도를 대비하여 각 방의 온도차△t를 구하였다.
그리고, 각 방의 온도차△t중 가장 작은 온도차△tmin를 정하고, 비례제어구동기의 비례제어값을 보정할 보정값ω을 보정율ρ×(각 방의 온도차△t - △tmin)의 관계식으로 산출하게 된다.
이때, 각 방의 보정값ω을 각 방의 비례제어값과 합하여 보정비례제어값을 산출한 후, 이 보정비례제어값을 난방 전에 설정된 비례제어값 대신 반영하여 보정된 난방밸브의 개도량을 산출한 후, 비례제어구동기를 보정 제어하게 된다.
즉, 상기 비례제어값 대신 보정비례제어값을 대입한 100×(각 방의 보정비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 난방밸브의 개도량(%)을 재산출하여 비례제어구동기의 제어값을 보정하도록 구성되어 있다.
특히, 상기 표3에서 방1과 방3은 설정온도와 환수온도의 온도차△t가 상대적으로 커서 그 난방밸브의 개도량을 크게 늘리도록 보정비례제어값이 보정되었음을 알 수 있다.
각 방의 설정온도와 환수온도에 따른 온도차 및 보정비례제어값
구분 거실 방1 방2 방3 비고
비례제어값 10 10 10 10 일률적으로 설정
설정온도(℃) 40 44 36 42 ω=보정율ρ×(각방의 △t-△tmin)
※보정율ρ= 0.5
△tmin= 4℃
보정비례제어값=비례제어입력값×10/최고비례제어입력값
환수온도(℃) 36 36 32 36
온도차△t(℃) 4 8 4 6
보정값(ω) 0.5×(4-
4)=0		 0.5×(8-4)=2 0.5×(4-4)=
0		 0.5×(6-4)=1
비례제어입력값 10+0=10 10+2=12 10+0=10 11
보정비례제어값 10×10/12=8.33 10 10×10/12=
8.33		 11×10/12=9.16
표4는 각 방의 난방배관길이와 난방여부와 관계없이 각 방에 대한 비례제어구동기의 비례제어값을 일률적으로 10으로 설정하여 난방밸브를 제어한 후, 그 비례제어값을 보정하는 실시예를 나타낸 것이다.
먼저, 각 방의 환수온도를 매분마다 측정한 후, 5분 간격으로 평균값을 산출하게 되고, 각 방의 설정온도와 환수온도를 대비하여 각 방의 온도차△t를 구하였다.
그리고, 각 방의 온도차△t중 가장 작은 온도차△tmin를 정하고, 비례제어구동기의 비례제어값을 보정할 보정값ω을 보정율ρ×(각 방의 온도차△t - △tmin)의 관계식으로 산출하게 된다.
이때, 각 방의 보정값ω을 각 방의 비례제어값과 합하여 비례제어입력값을 산출한 후, 이 비례제어입력값으로부터 보정비례제어값을 산출하여 난방밸브의 개도량을 보정 제어하게 된다.
요컨대, 본 발명에서는 각 방의 난방배관길이와 난방여부에 따라 설정되거나, 각 방의 난방배관길이와 난방여부와 관계없이 임의의 제어값으로 설정된 비례제어구동기의 비례제어값을 각 방의 온열환경상태에 따른 각 방의 온도차(설정온도-환수온도)를 고려하여 보정한 보정비례제어값으로 비례제어구동기를 보정제어함으로써 비례제어구동기의 보정비례제어값으로 난방밸브의 개도량을 각 방의 온열환경상태에 맞춰서 보다 정확히 제어할 수 있는 동시에 각 방에 최적의 난방유량이 공급될 수 있고, 이로부터 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.
10: 실내온도조절부 20: 밸브제어부 30: 비례제어분배부

Claims (2)

  1. 난방배관길이(m)/10(m)의 산출식으로부터 각 방에 대한 난방배관길이의 입력값을 구하고, 각 방 난방배관길이의 입력값×(각 방 난방배관길이의 입력값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 비례제어구동기의 비례제어값을 산출하며, 100×(각 방의 비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 산출된 난방밸브의 개도량(%)에 의해 제어되면서 난방이 시작되면 설정온도와 환수온도로부터 각 방의 온도차△t와 최소온도차△tmin를 구하고, 보정값ω을 보정율ρ×(각 방의 온도차△t - △tmin)의 관계식으로부터 산출한 후, 각 방의 비례제어값+각 방의 보정값ω의 관계식으로부터 보정비례제어값을 산출한 다음, 상기 비례제어값 대신 보정비례제어값을 대입한 100×(각 방의 보정비례제어값÷난방배관길이의 최대입력값)의 관계식으로부터 난방밸브의 개도량(%)을 재산출하여 비례제어구동기의 제어값을 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비례제어구동기를 이용한 난방제어방법.
  2. 삭제
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