KR101334202B1

KR101334202B1 - 각 방 결로방지 제어방법

Info

Publication number: KR101334202B1
Application number: KR1020120082612A
Authority: KR
Inventors: 김준연
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-11-28
Also published as: WO2014017751A1

Abstract

본 발명은 복사시스템의 운전중 각 방의 실내 환경조건의 변화에 따른 결로 발생의 위험을 방지함에 있어 시스템 전체에 영향을 주지 않고 결로의 위험이 있는 특정 방에만 독립적으로 결로방지 제어를 수행함으로써 다수의 방에 안정적이며 쾌적한 최적의 실내환경을 구현할 수 있는 각 방 결로방지 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, (a) 각 방의 결로 위험 유무를 감지하는 단계; (b) 각 방의 실내온도와 상대습도를 측정하여 각 방별로 실내 노점(DP)을 검출하는 단계; (c) 상기 각 방에서 검출된 실내 노점(DP) 중 최대값보다 높은 온도범위에서, 복사시스템(100)의 운전시 각 방의 천장 또는 바닥에 설치되는 수배관(186)으로 공급되는 공급수온을 결정하는 단계; (d) 상기 (a) 단계에서 감지된 결로의 위험 유무를 기준으로, 각 방으로 공급되는 공기의 흐름을 단속하기 위해 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐를 독립적으로 제어하는 단계; (e) 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 있는 것으로 감지된 방에서는 제습공조장치(200)의 운전을 우선적으로 수행하고, 결로의 위험이 제거된 이후에 복사시스템(100)의 운전을 수행하며, 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 없는 것으로 감지된 방에서는 복사시스템(100)의 운전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

각 방 결로방지 제어방법{Control method for preventing dew condensation in each room}

본 발명은 각 방 결로방지 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내의 복사 냉난방을 수행함에 있어서 각 방별로 결로 발생의 위험 유무를 감지하고 결로의 위험이 감지된 방의 결로방지 제어를 독립적으로 수행토록 함으로써 각 방의 실내 환경을 쾌적하게 조성할 수 있도록 하는 각 방 결로방지 제어방법에 관한 것이다.

종래 국내의 일반적인 주택에서의 난방은 복사 방식의 온돌바닥을 이용하고, 냉방은 대류 방식의 에어컨을 사용하고 있다.

에어컨의 경우 설치와 운영이 간편하여 냉방용 장비로 주로 사용하고 있으나, 이러한 냉방장치는 대류방식에 의해 냉방을 수행하므로 실내 공간의 상부와 하부의 온도차가 크고 냉방 운전중 실내 제습이 부득이하게 동반적으로 이루어지게 되므로 적정한 실내습도를 유지하지 못하는 현상이 발생하여 인체 쾌감도가 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 보완한 복사 냉방 시스템이 부각되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 복사 냉방 시스템에서 공급수의 온도를 기존 대류방식의 냉방장치에 적용되는 냉수의 온도로 공급할 경우에는 공급수가 공급되는 수배관 주변의 온도가 결로점 이하로 떨어지게 되어 결로가 발생되는 위험이 높아지는 문제가 있으며, 이러한 결로 방지를 위한 제어방법이 요구된다.

그러나 종래 복사시스템에 대한 연구는 국내의 환경에 대한 적용성 실험이나 결로의 문제를 해결하면서 냉방을 구현하는 부분의 검토 위주이며, 실제 복사시스템을 구현함에 앞서 재실자가 임의적으로 설정한 환경요건에 부합하는 각 방의 제어는 고려하지 않고, 다수의 방 전체 시스템의 조합 운영 및 결로 방지를 위한 안정적인 제어방법에만 치중하고 있다.

즉, 종래기술의 가장 큰 문제점은 복사시스템의 제어가 각 방별로 독립적으로 이루어지지 않고, 전체 시스템의 제어방법을 위주로 하고 있기 때문에 각 방의 다양한 환경 변화에 따른 세부적인 제어가 제대로 이루어지지 못하고 있다.

예를 들어, 복사시스템이 운전중인 한 세대에 다수의 방이 있는 경우에 각 방의 재실자가 설정한 실내온도는 다양할 것이며, 실내 환경 또한 다양할 것이다.

이러한 각 방의 조건을 맞추기 위해서 기존의 일반적인 복사난방은 열원에서 생산되는 온수가 바로 분배기를 통하여 각 방으로 공급되고 사용자가 설정한 온도와 측정된 실내온도가 일치하는 경우 분배기에서 해당 방의 밸브를 차단하도록 제어한다.

하지만 종래 일반적인 복사시스템의 복사냉방 운전의 제어방법은, 복사난방시와 같이 열원에서 생산되는 냉수를 각 방으로 바로 공급하여 실내환경을 제어할 경우에는 결로 문제가 발생하므로, 다수의 방에서 검출된 온습도 데이터를 집계한 후에 각 방의 노점온도를 계산하고, 계산된 노점온도를 기준으로 다수의 방 전체에 공급되는 메인 냉수가 항상 노점온도 이상의 온도로 공급되도록 제어한다.

이와 같은 종래기술의 일례로, 대한민국 등록특허 제10-0680305호에는 온돌과 공기시스템을 병용한 냉난방시스템의 제어방법이 개시되어 있다. 상기 종래기술에 개시된 발명의 경우 바닥복사 냉방시에 결로 방지를 위하여 결로점 이상의 냉수를 공급함과 동시에 공조시스템을 이용한 병용제어방법을 제시하고 있으나, 이는 실내의 결로 발생 위험의 방지를 위한 안전을 고려한 나머지 공급되는 냉수의 온도가 높아져 복사패널의 냉방 성능이 저하되는 문제가 있다.

또한 종래기술의 일반적인 노점온도 제어 운전중에 특정한 방에 급작스런 습도의 상승이나 환경변화로 인하여 결로의 위험이 있는 것으로 판단되면, 결로의 피해를 방지하고자 다수의 방 전체로 공급되는 메인 냉수를 차단하거나, 냉수의 온도를 노점이상으로 상승시키는 순차제어를 실행하는데, 이와 같은 제어로 인하여 전체의 방으로의 냉방 공급이 중단되거나 전체 방에 냉방 부족 현상이 발생하게 된다.

복사냉방 시스템의 운전시, 결로 위험을 방지하기 위한 안전성을 우선적으로 고려하여 노점제어에 대한 운전제어가 이루어짐은 당연하지만, 특정한 방의 노점 위험 상태를 기준으로 하여 전체 방의 냉방제어가 동일하게 이루어질 경우 노점의 위험이 없는 방 또한 동일한 냉방제어가 이루어지게 되어, 각 방의 재실자가 설정한 환경 조건에 변화가 생기게 되므로 각 방의 재실자의 쾌적감 감소 및 불필요한 에너지 낭비의 요인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복사시스템의 운전중 각 방의 실내 환경조건의 변화에 따른 결로 발생의 위험을 방지함에 있어 시스템 전체에 영향을 주지 않고 결로의 위험이 있는 특정 방에만 독립적으로 결로방지 제어를 수행함으로써 다수의 방에 안정적이며 쾌적한 최적의 실내환경을 구현할 수 있는 각 방 결로방지 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 각 방 결로방지 제어방법은, (a) 각 방의 결로 위험 유무를 감지하는 단계; (b) 각 방의 실내온도와 상대습도를 측정하여 각 방별로 실내 노점(DP)을 검출하는 단계; (c) 상기 각 방에서 검출된 실내 노점(DP) 중 최대값보다 높은 온도범위에서, 복사시스템(100)의 운전시 각 방의 천장 또는 바닥에 설치되는 수배관(186)으로 공급되는 공급수온을 결정하는 단계; (d) 상기 (a) 단계에서 감지된 결로의 위험 유무를 기준으로, 각 방으로 공급되는 공기의 흐름을 단속하기 위해 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐를 독립적으로 제어하는 단계; (e) 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 있는 것으로 감지된 방에서는 제습공조장치(200)의 운전을 우선적으로 수행하고, 결로의 위험이 제거된 이후에 복사시스템(100)의 운전을 수행하며, 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 없는 것으로 감지된 방에서는 복사시스템(100)의 운전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 (d) 단계에서 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐 제어시, 개방된 댐퍼의 수에 대응하는 유량의 공기가 공급되도록 제습공조장치(200)에 설치된 송풍기의 회전수를 비례적으로 제어하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 (a) 단계에서 각 방의 결로 위험 유무는, 실내의 천장 또는 바닥에 설치된 결로센서(191)에서 검출하되, 상기 결로센서(191)에서의 검출방식은, 결로센서(191)가 설치된 공간에서 실제 조성된 습도를 검출하는 습도감지방식과, 결로센서(191)의 표면에서의 결로의 발생 여부를 감지하는 기계식 접점방식을 복합적으로 적용하여 검출하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 (c) 단계에서 공급수의 공급수온을 결정하는 단계는, 바닥 복사 냉방시에는, 각 방에서 검출된 노점(DP) 중 최대값(DPmax)에서 각 방의 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에 의하여 검출된 값에 대한 안전율(ΔS)을 더하고, 상기 각 방의 바닥 구조물(180)의 두께에 따른 실험 계수값(CF)과 마감재(185)의 재질에 따른 실험 계수값(MF)을 고려한 보정값(K=CF+MF)을 감하여 복사시스템(100)으로부터 각 방의 바닥 구조물(180)로 공급되는 공급수의 공급수온(Tsupply=DPmax+ΔS-K)을 결정하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 (c) 단계에서 공급수의 공급수온을 결정하는 단계는, 천장 복사 냉방시에는, 각 방에서 검출된 노점(DP) 중 최대값(DPmax)에서 각 방의 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에 의하여 검출된 값에 대한 안전율(ΔS)을 더하고, 각 방의 천장에 설치되는 복사패널(190)의 재질에 따른 안전값(K')을 감하여 복사시스템(100)으로부터 복사패널(190)로 공급되는 공급수의 공급수온(Tsupply=DPmax+ΔS-K')을 결정하는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 (e) 단계에서, 복사 냉방 운전 시에는, 각 방별로 산출된 실내 노점(DP)과 각 방의 천장 또는 바닥에 설치된 복사패널(190)의 표면온도를 비교하여, 상기 복사패널(190)의 표면온도가 실내 노점(DP)보다 낮아져 결로 위험이 있는 경우에는 공급수 분배기(150)를 통하여 결로 위험이 있는 해당 방으로 공급되는 공급수를 차단하도록 제어하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 공급수의 공급수온은, 복사시스템(100)으로부터 실내로 순환 공급되는 공급수의 공급라인(111)과 환수라인(112) 사이에 바이패스라인(113)을 설치하고, 상기 공급라인(111)과 바이패스라인(113)의 분기점에 삼방믹싱밸브(130)를 설치하며, 삼방믹싱밸브(130)의 개도율을 조절하여 환수라인(112)을 따라 환수되는 공급수가 공급라인(111) 측으로 분기되어 혼합되는 유량을 제어함으로써 조절되는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 각 방 결로방지 제어방법에 의하면, 기존의 복사시스템의 단점인 결로 위험이 있는 방의 조건을 기준으로 전체 방을 동시에 제어함으로써 각 방의 온도 환경의 불만족의 문제를 해결할 수 있으며, 결로방지 제어가 필요한 방을 독립적으로 제어함으로써 불필요한 에너지의 소비를 방지하고 각 방의 사용자가 설정한 조건에 맞추어 안정적이며 쾌적한 최적의 실내환경을 구현할 수 있다.

또한 본 발명에서는 각 방별로 결로 안전 제어 기능과 제습 환기 및 배기 기능을 독립적으로 수행함으로써 어느 하나의 방에서 급격한 환경의 변화가 발생하더라도 결로 발생의 위험 방지를 위한 신속한 대응이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치의 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 (a) 바닥형 복사시스템과 (b) 천장형 복사시스템의 설치 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 각 방의 결로방지 제어 시스템의 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 공조용 분배기에서 댐퍼의 개폐 제어에 따른 동작 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치를 이용한 각 방의 결로방지 제어방법의 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치의 기본시스템 운전도,
도 7은 본 발명에 따른 복사시스템의 기본제어 개념도,
도 8은 본 발명에 따른 제습장치와 환기장치 및 배기장치의 제어블록도,
도 9는 본 발명에 따른 복사시스템에서 공급수의 온도제어운전의 예시도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치의 계통도이다.

본 발명이 적용되는 복합 냉난방 공조장치는, 냉방기기(110)와 난방기기(120)로 구성된 복사시스템(100)과, 제습장치(210)와 환기장치(220)로 구성된 제습공조장치(200) 및 이들의 운전을 총괄적으로 제어하는 메인 콘트롤러(300)를 포함한다.

상기 복사시스템(100)에서는 냉수 또는 온수를 각 방(R)의 천장이나 바닥에 설치된 수배관(186)으로 순환 공급시켜 복사방식에 의해 냉방 또는 난방을 수행하게 된다. 복사시스템(100)으로부터 공급되는 냉수 또는 온수(이하 '공급수'라 통칭함)가 순환되는 공급라인(111,121)과 환수라인(112,122)이 공급수 분배기(150)에 연결되고, 공급수 분배기(150)에서는 메인 콘트롤러(300)의 제어신호에 따라 각 방(R)의 천장이나 바닥에 설치된 수배관(186)을 통해 공급수를 공급하도록 구성되어 있다.

공급라인(111,115,121)과 환수라인(112,114,122)에는 공급수의 흐름을 단속하기 위한 밸브(V1~V7)가 설치되고, 공급라인(111)과 환수라인(112)에는 환수라인(112)을 따라 복사시스템(100)으로 환수되는 공급수가 공급라인(111) 측으로 분기되는 바이패스라인(113)이 설치되고, 공급라인(111)과 바이패스라인(113)의 분기점에는 삼방믹싱밸브(130)가 설치되어 있다. 또한, 공급라인(111)에는 순환펌프(140)와 공급수 온도센서(160) 및 유량센서(170)가 설치되어 있다.

도 1에는 실내의 천장에 공급수가 순환되는 수배관(186)과 복사패널(190)이 설치된 경우를 나타낸 것으로, 복사패널(190)의 일측에는 실내의 결로 발생 위험을 감지하는 결로센서(191)가 설치되어 있다.

한편, 환기장치(220)는 공기 공급라인(221,211)을 통해 외부의 공기를 실내의 천장에 설치된 디퓨져(225)를 통하여 실내에 공급하고, 실내의 공기는 디퓨져(225)로 흡입되어 환수라인(212,222)를 통하여 환기장치(220)로 환수된다. 이 경우 환수라인(212)을 통하여 환수되는 실내의 공기에 포함된 수증기는 제습장치(210)를 경유하면서 제습된 후에 다시 실내로 순환 공급되며, 제습장치(210)에는 냉방기기(110)로부터 분기되는 냉수 라인(114,115)을 통하여 냉수가 공급됨에 따라 실내측으로 공급되는 공기를 냉각시킴으로써 실내 공기의 보조 냉각 기능을 수행하도록 구성되어 있다. 환기장치(220)의 환수라인(222)에는 실내 공기에 포함된 이산화탄소(CO2)의 함량을 감지하기 위한 이산화탄소 감지센서(223)가 설치되고, 제습장치(210)에는 외기 온습도센서(213)가 설치되어 있다.

한편, 각 방(R)에는 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)가 구비되어, 실내의 온도와 습도를 측정하게 되고, 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에서 측정된 실내의 온도와 습도 신호는 각 방(R)에 설치된 룸 콘트롤러(310)에 수신된 후에 메인 콘트롤러(300)로 송신된다.

도 2는 본 발명에 따른 (a) 바닥형 복사시스템과 (b) 천장형 복사시스템의 설치 예시도이다.

도 2(a)와 같이 실내의 바닥 구조물(180)은 콘크리트 슬라브(181), 복사패널(182), 경량기포 콘크리트(183), 마감몰탈(184) 및 마감재(185)로 구성될 수 있으며, 공급수가 순환 공급되는 수배관(186)은 바닥 구조물(180) 내부에 매설된 것으로 구성될 수 있다. 그리고, 실내 바닥면에서의 결로 발생 여부를 감지하기 위한 결로센서(191)는 바닥 구조물(180)의 구석진 부분에 열전도판(192)과 함께 설치된 것으로 구성될 수 있다.

도 2(b)는 천장 복사시스템의 설치 상태를 나타낸 것으로, 각 방의 천장에는 복사패널(190)을 경유하여 수배관(186)이 설치되고, 복사패널(190)의 아래면에는 마감재(185)로 마감처리된 것으로 구성될 수 있으며, 결로센서(191)는 복사패널(190)을 통과하는 수배관(186)의 공급수 입구측 또는 수배관(186)이 안착되어 설치되는 방열판(미도시됨)에 구비된 것으로 구성될 수 있다. 이는 공급수가 수배관(186)을 경유하는 과정에서 복사열전달이 이루어지게 되므로 수배관(186)의 공급수 입구측에 결로센서(191)를 설치할 경우 공급수의 초기 공급온도를 정확하게 감지하기 위한 것이다.

상기 결로센서(191)의 검출방식에 따른 구분은, 1) 습도감지방식과, 2) 기계적 접점방식으로 구분할 수 있다.

상기 1) 습도감지방식은, 결로센서(191)가 설치된 공간에서 실제 조성된 습도를 검출하고, 검출된 습도가 설정된 습도 이상인 경우에는 아날로그 신호를 메인 컨트롤러(300)에 직접 전송하거나, 아날로그 데이터 통신보드를 통하여 RS485 통신으로 변환하여 전송하는 방식으로서, 결로센서(191)의 설치위치는 실내 공기 중의 습도와 차이가 발생할 수 있는 천장의 내부나 방의 모서리 및 환기가 적정하게 이루어지지 못하는 구역 또는 습도가 급상승할 수 있는 위치를 채택함이 바람직하며, 이러한 습도감지방식을 적용함으로써 습도증가에 따른 결로의 위험을 미연에 방지할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.

상기 2) 기계적 접점방식은, 일반적으로 전기회로에 전압이 가해지지 않는 드라이 컨택트(Dry contact)의 스위치 방식을 적용한 것으로, 결로센서(191)를 복사패널(190)에 부착시, 열전도에 의해 복사패널(190)의 표면온도와 결로센서(191)의 표면온도가 유사한 온도로 형성되며, 주변의 습도변화에 따라 결로센서(191)의 표면에 미세한 결로가 발생한 경우에도 이를 높은 정밀도로 감지하여 메인 컨트롤러에 신호를 전송하는 방식으로서, 습도감지방식의 결로방지 제어의 오류로 인한 결로발생을 미연에 방지할 수 있고, 또한 설정된 안전습도 범위내에서 혹시 발생할 수 있는 예상치 못한 결로를 미연에 방지할 수 있는 2중 안전장치 기능을 수행한다.

결로센서(191)의 검출방식 중 습도감지방식의 설정된 습도범위는 여러번의 실험을 통하여 도출된 값을 말하며, 본 발명에서는 상기 설정된 습도범위를 상대습도 70%를 기준으로 제어함을 특징으로 한다. 국내 하절기 환경에서 공급수의 공급에 따른 복사패널(190)의 표면온도와 습도변화 값을 측정한 결과 상대습도가 70% 이상일 때 결로의 위험 또는 미세한 결로가 발생하게 되므로 상대습도 70%를 기준으로 ±3%의 범위내에서 노점신호를 제어함을 기본으로 한다. 여기서 설정한 ±3%의 범위는 적용 현장에 따라 가변적으로 1~5%까지 설정할 수 있으며, 본 발명에서는 그 예시값을 ±3%로 지정하였다.

또한 결로센서(191)의 종류중 기계적 접점방식은 실제 결로 발생시 즉각적인 신호를 보내는 기능을 수행하지만, 이후 결로위험 환경이 해제된 경우에도 결로센서(191)에 발생된 결로수에 영향을 받아 지속적인 신호 전송을 유지하게 되므로, 기계적 접점방식은 2중 안전장치 기능을 주 사용목적으로 함이 타당하다고 검토된 바, 단독적인 사용이 반드시 필요한 곳을 제외하고는 2가지 접점타입을 복합적으로 적용함이 최적의 결로방지 제어를 위하여 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 각 방의 결로방지 제어 시스템의 계통도, 도 4는 본 발명에 따른 공조용 분배기에서 댐퍼의 개폐 제어에 따른 동작 상태도이다.

도 3을 참조하면, 메인 컨트롤러(300)의 제어신호에 의해 분배기 구동기(151)가 작동되어 공급수 분배기(150)에서 각 방의 수배관(186)으로 공급되는 공급수의 공급 여부가 독립적으로 제어되고, 공조용 분배기(230)에서 각 방으로 공급되는 공기의 공급 여부가 독립적으로 제어된다.

다수 개의 방들 중 어느 하나의 방의 환경이 급작스럽게 변화하여 결로센서(191)에서 결로의 위험이 감지되면, 결로센서(191)는 메인 컨트롤러(300)에 전기적 신호를 보내며, 메인 컨트롤러(300)에서는 공조용 분배기(230) 중 위험 신호가 발생한 특정 방에 해당하는 분배기 구동기(151)에서 공급수의 공급이 차단되도록 제어함으로써 복사패널(190)의 표면온도를 상승시키고, 위험이 발생한 특정 방의 댐퍼를 개방시켜 제습 공조가 수행되도록 함으로써 위험이 발생한 방에서만 제습 공조가 수행되고 나머지 방들의 운전에는 영향을 주지 않게 된다.

도 4를 참조하면, 환기장치(220)에 연결된 공조용 분배기(230)에는 각 방으로 공급되는 공기의 흐름을 각각 독립적으로 단속하는 댐퍼(231,232,233)가 구비되어 있다. 결로 위험이 있는 특정 방의 신호를 기준으로 제습공조장치(200)를 가동시켜 모든 방에 동일한 조건으로 송풍할 경우에는, 결로 위험이 있는 방을 제외한 나머지 방들에도 제습이 되어 사용자가 설정한 설정습도 이하로 실내습도가 떨어질 수 있으며, 제습공조장치(200)의 보조냉방 기능에 의해서 실내온도 또한 설정온도보다 낮게 떨어질 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 제습공조장치(200)의 댐퍼(231,232,233) 제어 기능은, 종래의 일반적인 단일 댐퍼 제어에 따른 제어방식이 아니라 각 방에 송풍되는 덕트마다 댐퍼(231,232,233)를 설치하여 각 방의 실내환경의 조건에 따라 독립적으로 개폐동작이 제어되는 것으로 구성하였다. 하나의 건물에 3개의 방이 있다고 가정시, 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 제습공조장치(200)에 각 방으로 공기를 분기하는 공조용 분배기(230)가 설치되고, 공조용 분배기(230)에는 각 방에 설치되는 디퓨져(225)로의 공기 공급을 단속하는 댐퍼(231,232,233)가 설치된다.

제습공조장치(200)가 기동하지 않는 환경조건에서는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 모든 댐퍼(231,232,233)가 닫힌 상태로 유지된다. 특정한 방(Room.1)에서 결로 위험이 발생한 경우에는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 결로 위험이 있는 방의 댐퍼(231)는 개방되고 나머지 방들의 댐퍼(232,233)는 닫힌 상태를 유지한다. 도 4(c)는 2 개의 방(Room. 1과 Room. 2)에서 결로 위험이 있는 경우, 도 4(c)는 모든 방에 제습공조 운전이 수행되는 경우의 작동상태를 나타낸 것이다.

이 경우 공조용 분배기(230)에서 개방된 댐퍼의 수에 대응하는 유량의 공기가 공급되도록 제습공조장치(200)에 설치된 송풍기의 회전수가 비례적으로 제어되는 것이 바람직하다. 이에 따라 제습 공조를 필요로 하는 방으로 순환 공급되는 공기의 유량에 맞추어 각 방의 제습 공조 운전을 제어할 수 있게 된다.

그리고, 제습 공조 운전의 수행으로 각 방에서 결로 위험이 없는 것으로 감지되는 경우에는 각 방에서 전송되는 온습도 조건에 따라 메인 컨트롤러(300)에서는 각 방의 설정온도 및 설정습도와, 실제 실내온도 및 실내습도를 비교하여 부분제습 또는 보조냉방이 필요한 방을 판단하여 결로의 위험이 높은 방부터 제습 공조가 수행되도록 우선순위를 두어 댐퍼(231,232,233)의 개폐 제어를 순차적으로 수행한다.

이하, 상기와 같이 구성된 복사 냉난방 제습공조장치를 이용한 각 방 결로방지 제어방법을 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치를 이용한 각 방의 결로방지 제어방법의 순서도이다.

본 발명의 복사 냉난방 시스템의 각 방 결로방지 제어방법은, 각 방의 결로 위험 유무를 감지하는 단계(S10), 각 방의 실내온도와 상대습도를 측정하여 각 방별로 실내 노점(DP)을 검출하는 단계(S20), 결로 발생의 위험이 발생하지 않는 범위에서 각 방으로 공급되는 공급수의 최적 온도를 결정하는 단계(S30), 각 방으로 공급되는 공기의 흐름을 단속하기 위해 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐를 독립적으로 제어하는 단계(S40), 각 방의 결로 위험 유무를 기준으로, 복사시스템(100)과 제습공조장치(200)의 운전을 연동하여 제어하는 단계(S50)를 포함한다.

도 6은 본 발명에 따른 복사 냉난방 제습공조장치의 기본시스템 운전도이다.

도 6을 참조하여 본 발명에 따른 복합 냉난방 공조장치의 기본 시스템 운전을 설명하면, 시스템의 전원을 인가하고(S201), 사용자가 설정온도를 설정함과 동시에 실내에 설치된 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에서는 실내의 온도와 습도를 측정한다(S202,S203). 그리고 실내의 냉난방 및 제습 환기를 위하여 복사시스템(100)과 제습공조장치(200)를 함께 운전하게 된다(S204,S205). 상기 측정된 실내 온도와 습도 정보를 기준으로 메인 콘트롤러(300)에서는 실내의 부하와 설정온도를 비교하게 되고(S206), 실내 부하가 설정환경의 습도 조건을 만족하지 않는 경우에는 복사시스템(100)과 제습공조장치(200)를 함께 가동하고(S207,S208), 실내 부하가 설정환경의 습도 조건을 만족하는 경우에는 복사시스템(100)을 가동하고(S209), 제습공조장치(200)의 운전은 중단하게 된다(S210). 이와 같은 상태로 운전한 후에 일정 시간이 경과되어 실내부하가 상승하게 되면(S211), 다시 복사시스템(100)과 제습공조장치(200)를 함께 운전하는 것으로 구성될 수 있다(S212,S213).

도 7은 본 발명에 따른 복사시스템의 기본제어 개념도이다.

도 7을 참조하여 본 발명에 따른 복사시스템(100)의 기본 제어 방법을 설명하면, 실내의 냉방 또는 난방을 위하여 복사시스템(100)의 작동이 개시되면(S301), 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312) 및 외기 온습도센서(213)를 통하여 실내온도와 실내습도 및 외기 온습도를 측정하고(S302,S303,S304), 이들 정보를 이용하여 각 방 별로 공급수의 적정 온도를 각각 산출한다(S305). 그리고 각 방별로 산출된 공급수의 수온 중 최적의 공급수온을 최종적으로 결정하여(S306), 각 방으로 공급수를 공급한다(S307). 각 방으로 공급수를 공급하여 냉난방을 수행함과 동시에 각 방에 결로 발생의 위험인자의 존재 여부를 판단하고(S308), 위험인자가 발생한 경우에는 복사시스템(100)으로부터 해당 방으로 공급되는 공급수를 차단하고(S309) 위험인자를 제거함으로써 결로 발생을 방지한 후에 복사시스템(100)을 재가동하게 되고(S310), 위험인자가 발생하지 않은 경우에는 사용자가 실내 온도를 적정 온도로 조절하여 복사시스템(100)의 운전 상태를 유지하게 된다(S311).

본 발명에 따른 복사시스템(100)을 이용한 실내의 복사 냉난방의 수행 시, 실내로 공급되는 공급수의 온도를 결정하기 위한 선행 단계로서, 실내의 온습도 환경을 고려하여 실내의 노점(DP; Dew Point)을 검출하게 되며, 실내 노점(DP)은 다음 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산된다.

여기서, RHsensor는 실내 상대습도, Tsensor는 실내 온도를 나타낸다.

상기 계산식에 의하여 각 방별로 실내 노점(DP)을 계산한다.

그리고 각 방의 환경에서 상기 계산된 노점(DP) 온도에 따라 각 방에서 결로 발생의 위험이 없는 안전성과 최대 성능을 고려하여 공급수온을 결정하게 되며, 공급수의 최적 공급수온은 다음 수학식 3 및 수학식 4에 의해 산출된다.

여기서, Tsupply는 공급수의 공급수온, DPmax는 각 방의 실내 노점(DP) 중 최대값, ΔS는 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에 의하여 검출된 값에 대한 안전율이며, 이는 아래 표 1과 표 2에서와 같이 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)의 오차범위 내에서 변할 수 있는 노점 온도의 보정으로서, 결로의 위험에서 좀 더 안전하게 시스템을 제어하기 위해 적용된 것이며, K는 바닥 구조물(180, 도 2 참조)의 열전도율과 축열성의 차이에 따른 안전성을 고려하여, 바닥 구조물(180)의 두께에 따른 실험 계수값(CF)과 마감재(185, 도 2 참조)의 재질에 따른 실험 계수값(MF)을 더한 보정값을 나타낸다.

실제온도(℃)	오차(±1℃)	습도(%)	오차(±2℃)	노점온도(℃)	ΔS(℃)
	18		48	6.8	1.6
19		50		8.4
	20		52	9.9	1.5
	21		48	9.6	1.5
22		50		11.1
	23		52	12.6	1.5
	24		48	12.3	1.6
25		50		13.9
	26		52	15.4	1.6
	27		48	15.1	1.5
28		50		16.6
	29		52	18.1	1.5

실제온도(℃)	오차(±1℃)	습도(%)	오차(±2℃)	노점온도(℃)	ΔS(℃)
	18		68	12	1.4
19		70		13.4
	20		72	14.8	1.4
	21		68	14.9	1.4
22		70		16.3
	23		72	17.7	1.4
	24		68	17.7	1.4
25		70		19.1
	26		72	20.6	1.5
	27		68	20.6	1.4
28		70		22
	29		72	23.4	1.4

또한, 실내 노점에 안전하며 최대의 냉난방 능력을 얻기 위한 공급수온 결정을 위해서 실제 복사패널(190)의 최종 표면온도에 따라 최적의 공급수가 결정되어야 하며, 이에 따라 복사패널(190)의 열전달과 마감재(185)의 재질에 따른 보정이 필요하다. 따라서 복사패널(190)의 종류 및 재질과 마감재(185)에 따른 계수값을 계산식에 포함하며, 그에 대한 계수값(K)은 아래 표 3과 같이 바닥 구조물(180)의 두께에 따른 실험 계수값(CF)과 표 4와 같이 마감재(185)의 재질에 따른 실험 계수값(MF)을 적용한다. 표 3과 표 4의 실험 계수값(CF,MF)은 바닥 복사시스템에 적용되는 보정값을 나타낸 것이다. 아래 표 3과 표 4에서 피치(Pitch)는 코일 형상으로 설치되는 수배관(186) 사이의 간격을 의미한다.

두께	단위	피치(Pitch)	CF
90~100	mm	200	0.5
90~100	mm	250	0.6

피치(Pitch)	단위	MF
피치(Pitch)	단위	대리석	마루(10mm)	마루(15mm)	타일
150	mm	1	2	3	1
200	mm	2	3	4	2
250	mm	3	3	4	3

복사패널(190)의 마감재(185)에 대한 계수값의 보정을 통하여 실내로 공급하는 최적의 공급수 온도값을 도출할 수 있으며, 이는 곧 복사시스템(100)의 방열량과도 연관된다.

상기 표 3과 표 4에서는 바닥 복사시스템의 보정에 대한 것이며, 천장 복사시스템의 보정 계수값은 건축 구조적 변수가 없으므로 실험에 의하여 최종 도출한 안전값(K')을 천장형 복사시스템에 공통으로 사용하며, 안전값(K')은 아래 표 5와 같고, 이에 따른 공급수의 공급수온은 아래 수학식 5와 같다.

마감재 종류	석고보드	기타 재질	메탈	비고
안전값(K')	1	0.7	0.5	기타재질은 열전달율이 석고와 메탈 사이에 있는 재질 사용시 적용

도 8은 본 발명에 따른 제습장치와 환기장치 및 배기장치의 제어블록도를 나타낸 것으로, 공급수 온도센서(160)와 유량센서(170) 및 이산화탄소 감지센서(223)에서 감지된 신호와, 결로센서(191)와 실내온도센서(311) 및 실내습도센서(312)에서 감지되어 각 방의 룸 콘트롤러(310)를 통해 입력된 신호는 메인 컨트롤러(300)로 전송되고, 메인 컨트롤러(300)에서는 입력된 각 방의 환경 조건을 기준으로, 제습장치(210)와 환기장치(220) 및 배기장치(240)를 제어하게 되며, 공급수의 공급수온을 조절하기 위한 삼방믹싱밸브(130)의 개도율을 제어하게 된다.

여기서, 상기 복사시스템(100)의 제어 단계와 병용하여 사용자가 설정한 실내 환경을 달성하기 위하여 우선적으로 실내 습도제어 운전을 실행하여 실내부하의 다각적인 변화에 대응하기 위하여 실내로 공급되는 제습공조장치(200)의 공기 공급온도를 제어하는 제어 방법의 도출이 요구되며, 제습공조장치(200)의 공기 공급온도는 아래 수학식 6과 같다.

여기서, calculation(AHU)는 제습공조장치(200)로부터 공급되는 공기의 공급온도, Rsetpoint는 실내 설정온도, ΔT는 제습공조장치의 운전온도범위, K는 실내환경의 특성에 따른 설정 여유율(계수값 : 0~1)로서 실제 현장설치 후 현장에서 가변적으로 세팅하여 조절할 수 있는 값을 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 복사시스템에서 공급수의 온도제어운전의 예시도이다. (a)는 평상 운전시 복사시스템(100)과 공급수 분배기(150) 사이의 공급라인(111)과 환수라인(112)을 통해 공급수가 공급 및 환수되는 방향을 나타낸 것이며, (b)는 삼방믹싱밸브(130)의 개도율 조절에 의해 환수라인(112)을 통해 환수되는 공급수의 일부가 바이패스라인(113)을 통하여 공급라인(111) 측으로 분기되어 공급라인(111)을 통해 공급되는 공급수에 혼합됨으로써 공급수의 온도를 상승시키는 작용을 나타낸 것이다. 예를 들어, 복사시스템(100)으로 환수되는 A 지점에서의 공급수의 온도가 19.5℃이고, 복사시스템(100)으로부터 공급되는 B 지점에서의 공급수의 초기 온도가 16.5℃인 경우에, 환수되는 공급수의 일부가 혼합됨으로써 공급수 분배기(150)로 공급되는 C 지점에서의 공급수의 온도는 18℃로 상승되어 공급될 수 있게 된다. 이와 같이 환수되는 공급수의 일부와 공급되는 공급수와의 혼합됨에 의해 공급수의 공급온도를 제어함으로써 노점에서 안전한 계산된 온도로 냉수를 공급하여 냉방을 할 수 있게 된다.

이상의 종합적인 장비와 연동한 각 방의 결로방지 제어방법에 의하면, 기존의 복사시스템이 가지고 있는 결로 안전제어에 따른 온도환경의 불만족의 문제를 해결할 수 있으며, 제어가 필요한 방만을 독립적으로 제어함으로써 불필요한 에너지의 소비를 방지할 수 있는 장점이 있다. 따라서 기존 복사시스템의 단점 및 한계를 해결할 수 있으며, 더 나아가 결로에 따른 위험을 더욱 더 안정적으로 제어할 수 있게 된다.

100 : 복사시스템 110 : 냉방기기
120 : 난방기기 130 : 삼방믹싱밸브
140 : 순환펌프 150 : 공급수 분배기
160 : 공급수온도센서 170 : 유량센서
180 : 바닥구조물 186 : 수배관
190 : 복사패널 191 : 결로센서
200 : 제습공조장치 210 : 제습장치
220 : 환기장치 223 : 이산화탄소 감지센서
225 : 디퓨져 230 : 공조용 분배기
231,232,233 : 댐퍼 240 : 배기장치
300 : 메인 콘트롤러 310 : 룸 콘트롤러
311 : 실내온도센서 312 : 실내습도센서

Claims

(a) 각 방의 결로 위험 유무를 감지하는 단계;
(b) 각 방의 실내온도와 상대습도를 측정하여 각 방별로 실내 노점(DP)을 검출하는 단계;
(c) 상기 각 방에서 검출된 실내 노점(DP) 중 최대값보다 높은 온도범위에서, 복사시스템(100)의 운전시 각 방의 천장 또는 바닥에 설치되는 수배관(186)으로 공급되는 공급수온을 결정하는 단계;
(d) 상기 (a) 단계에서 감지된 결로의 위험 유무를 기준으로, 각 방으로 공급되는 공기의 흐름을 단속하기 위해 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐를 독립적으로 제어하는 단계;
(e) 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 있는 것으로 감지된 방에서는 제습공조장치(200)의 운전을 우선적으로 수행하고, 결로의 위험이 제거된 이후에 복사시스템(100)의 운전을 수행하며, 상기 (a) 단계에서 결로의 위험이 없는 것으로 감지된 방에서는 복사시스템(100)의 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 공조용 분배기(230)에 설치된 댐퍼(231,232,233)의 개폐 제어시, 개방된 댐퍼의 수에 대응하는 유량의 공기가 공급되도록 제습공조장치(200)에 설치된 송풍기의 회전수를 비례적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 각 방의 결로 위험 유무는, 실내의 천장 또는 바닥에 설치된 결로센서(191)에서 검출하되, 상기 결로센서(191)에서의 검출방식은, 결로센서(191)가 설치된 공간에서 실제 조성된 습도를 검출하는 습도감지방식과, 결로센서(191)의 표면에서의 결로의 발생 여부를 감지하는 기계식 접점방식을 복합적으로 적용하여 검출하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 공급수의 공급수온을 결정하는 단계는, 바닥 복사 냉방시에는, 각 방에서 검출된 노점(DP) 중 최대값(DPmax)에서 각 방의 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에 의하여 검출된 값에 대한 안전율(ΔS)을 더하고, 상기 각 방의 바닥 구조물(180)의 두께에 따른 실험 계수값(CF)과 마감재(185)의 재질에 따른 실험 계수값(MF)을 고려한 보정값(K=CF+MF)을 감하여 복사시스템(100)으로부터 각 방의 바닥 구조물(180)로 공급되는 공급수의 공급수온(Tsupply=DPmax+ΔS-K)을 결정하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 공급수의 공급수온을 결정하는 단계는, 천장 복사 냉방시에는, 각 방에서 검출된 노점(DP) 중 최대값(DPmax)에서 각 방의 실내온도센서(311)와 실내습도센서(312)에 의하여 검출된 값에 대한 안전율(ΔS)을 더하고, 각 방의 천장에 설치되는 복사패널(190)의 재질에 따른 안전값(K')을 감하여 복사시스템(100)으로부터 복사패널(190)로 공급되는 공급수의 공급수온(Tsupply=DPmax+ΔS-K')을 결정하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서, 복사 냉방 운전 시에는, 각 방별로 산출된 실내 노점(DP)과 각 방의 천장 또는 바닥에 설치된 복사패널(190)의 표면온도를 비교하여, 상기 복사패널(190)의 표면온도가 실내 노점(DP)보다 낮아져 결로 위험이 있는 경우에는 공급수 분배기(150)를 통하여 결로 위험이 있는 해당 방으로 공급되는 공급수를 차단하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 공급수의 공급수온은, 복사시스템(100)으로부터 실내로 순환 공급되는 공급수의 공급라인(111)과 환수라인(112) 사이에 바이패스라인(113)을 설치하고, 상기 공급라인(111)과 바이패스라인(113)의 분기점에 삼방믹싱밸브(130)를 설치하며, 삼방믹싱밸브(130)의 개도율을 조절하여 환수라인(112)을 따라 환수되는 공급수가 공급라인(111) 측으로 분기되어 혼합되는 유량을 제어함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 각 방 결로방지 제어방법.