KR101363004B1 - 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증 방법 - Google Patents
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Abstract
냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증 방법이 개시된다. 냉방 시스템은, 부하측과, 상기 부하측과 냉수라인을 통해서 열교환하는 냉동기와, 상기 냉동기와 냉각수 라인을 통해서 열교환하는 냉각탑을 포함하고, 상기 냉각탑은 상기 냉동기에서 열교환된 고온 냉각수의 온도를 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에 바람을 공급하는 송풍팬;을 포함한다. 상기 냉방 시스템 제어 방법은, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하는 제 1 가동모드 판단 단계; 상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 1 가동단계; 및 상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되도록 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 2 가동단계;를 포함한다. 따라서, 냉각탑 출구 수온(tc) 및 냉수 출구 수온(tw)에 맞춰 최적의 제어를 함으로써, 에너지 효율을 최대한 높일 수 있다.
Description
본 발명은 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 냉각탑과 냉동기를 포함하는 냉방시스템에서 발생하는 에너지를 절감할 수 있는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증 방법 수 있는 검증방법에 관한 것이다.
실내의 항온항습, 냉방을 위해서 냉방 시스템이 사용된다. 일반적인 냉방 시스템의 구조가 도 1에 개시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 냉방 시스템은, 실내의 온도 및 습도의 제어가 필요한 위치에 설치되며, 냉수와 실내의 공기의 열교환을 통해서 냉방을 하는 부하측(30)과, 주로 실외에 설치되며, 실외의 대기를 이용하여 냉각수를 열교환하는 냉각탑(10)과, 냉각탑(10)과 부하측(30) 사이에 설치되어 냉각수와 냉수의 열교환을 통해서, 뜨거워진 냉수를 냉각하여 부하측(30)에 전송하며, 뜨거워진 냉각수를 냉각탑(10)으로 송출하는 냉동기(20)를 포함한다.
여기서, 냉각탑(10)에서 차가워진 냉각수는 냉각수공급라인(12)을 통해서 냉동기(20)에 공급되며, 냉동기(20)에서 냉수와 열교환을 통해서 따뜻해진 냉각수는 냉각수회수라인(11)을 통해서 냉각탑(10)으로 회수된다.
또한, 부하측(30)에서 실내공기와 열교환을 통해서 따뜻해진 냉수는 냉수회수라인(21)을 통해서 냉동기(20)로 회수되며, 냉동기(20)에서 냉각수와 열교환을 통해서 차가워진 냉수는 냉수공급라인(22)을 통해서 부하측(30)으로 송출된다.
종래의 냉방 시스템 제어방법의 경우, 냉각수를 온도를 측정하여, 원하는 냉각수 온도까지 맞춰지도록 냉각탑 송풍팬을 온/오프하거나, 송풍의 회전수를 제어하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이와 같은 단순한 방식으로 에너지 낭비가 심하여, 에너지 효율을 증대시킬 수 있는 제어방법에 대한 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방시스템 특히 냉동기의 운전비를 절감시킨 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증방법을 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 부하측과, 상기 부하측과 냉수라인을 통해서 열교환하는 냉동기와, 상기 냉동기와 냉각수 라인을 통해서 열교환하는 냉각탑을 포함하고, 상기 냉각탑은 상기 냉동기에서 열교환된 고온 냉각수의 온도를 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에 바람을 공급하는 송풍팬;을 포함하는 냉방 시스템 제어 방법에 있어서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하는 제 1 가동모드 판단 단계; 상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 1 가동단계; 및 상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되도록 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 2 가동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법을 제공한다.
상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 3 가동단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 3 가동단계는, 상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 보다 정해진 폭 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 1 가동단계 또는 상기 제 2 가동단계를 재가동하는 제 1 재가동 판단부;를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 제 1 가동모드 판단 단계 이전에 상기 냉동기 출구의 상기 냉수 출구 수온을 측정하여 상기 냉수 출구 수온이 기 설정된 냉수 기준값 미만인 경우, 상기 제 1 가동모드 판단 단계를 수행하도록 하는 냉수출구수온 판단단계; 및 상기 냉수 출구 수온 판단단계에서, 상기 냉수 출구 수온이 상기 냉수 기준값 이상인 경우, 수행되는 제 2 가동모드 판단단계;를 더 포함하고, 상기 제 2 가동모드 판단단계는, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하며, 상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 4 가동단계; 및 상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되는 방향으로 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 5 가동단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 6 가동단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 6 가동단계는, 상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 보다 정해진 폭 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 4 가동단계 또는 상기 제 5 가동단계를 재가동하는 제 2 재가동 판단부;를 더 포함하는 것이 효과적이다.
또한, 상기 냉각탑의 소비동력과, 상기 냉동기의 소비동력을 측정하여, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력을 제어에 반영하는 측정운전모드를 선택할 수 있는 제어모드 선택하는 단계;를 더 포함하고, 상기 측정운전모드가 선택된 경우, 상기 제 2 가동단계 이후에, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 1 강제 증속단계;를 더 포함하여 수행하는 것이 효과적이다.
상기 제 5 가동단계 이후에, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 2 강제 증속단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 냉방 시스템 제어방법은, 냉각탑 출구 수온(tc) 및 냉수 출구 수온(tw)에 맞춰 냉동기를 포함한 냉방 시스템을 최적으로 제어함으로써, 에너지 효율을 최대한 높일 수 있다.
또한, 측정운전모드를 통해서, 에너지 효율을 보다 증대시킬 수 있으며, 계산운전모드의 정확성을 보다 증대 및 검증할 수 있다는 장점도 있다.
그리고, 기존 대비 에너지 절감량을 직접 검증할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 일반적인 냉방 시스템의 개념도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방 시스템을 나타낸 개략도.
도 3a 및 3b은 도 2의 제어부에 의해 구현되는 제 1 실시예에 따른 냉방시스템 제어방법을 도시한 순서도
도 4a 내지 4c는 도 2의 제어부에 의해 구현되는 제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법을 순차적으로 도시한 순서도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방 시스템을 나타낸 개략도.
도 3a 및 3b은 도 2의 제어부에 의해 구현되는 제 1 실시예에 따른 냉방시스템 제어방법을 도시한 순서도
도 4a 내지 4c는 도 2의 제어부에 의해 구현되는 제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법을 순차적으로 도시한 순서도
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방 시스템을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일실시예의 냉방 시스템은, 부하측(10)과, 상기 부하측(10)과 냉수라인(40)을 통해서 열교환하는 냉동기(20)와, 상기 냉동기(20)와 냉각수 라인(50)을 통해서 열교환하는 냉각탑(30)을 포함한다.
'냉수'라함은 냉동기(20)와 부하측(10) 사이에서 순한하는 냉매를 말한다. '냉각수'라함은 '냉수'와 구분되는 개념으로 냉동기(20)와 냉각탑(30) 사이를 순환하는 냉매를 말한다.
냉수라인(40)은 부하측(10)에 냉수를 공급하는 냉수 공급라인(42)과, 부하측(10)에서 열교환된 냉수를 냉동기(20)로 송출하는 냉수 회수라인(41)을 포함한다.
냉각수라인(50)은 냉각탑(30)에서 냉동기로 냉각된 냉각수를 공급하는 냉각수 공급라인(52)과, 냉동기에서 데워진 고온의 냉각수를 냉각탑으로 송출하는 냉각수 회수라인(51)을 포함한다.
부하측(10)은 일반적으로 냉방이 필요하거나, 항온항습 제어가 필요한 실내로서, 전산실, 사무실 등 다양한 공간이 될 수 있다. 부하측에 설치되는 부하측 기기로는 공조기기로서, 팬코일 유닛 등이 해당될 수 있다. 부하측(10)은 냉수라인(40)을 통해서 공급된 냉수와 부하측 공기를 열교환하도록 하여, 부하측 공기를 냉각하는 역할을 한다.
냉동기(20)는 상기 냉각수공급라인(52)을 통해서 공급된 냉각수와, 상기 냉수회수라인(41)을 통해서 회수된 냉수를 열교환하여, 상기 냉각수회수라인(51)을 통해서 냉각수를 송출하며, 상기 냉수공급라인(42)을 통해서 냉수를 공급한다.
냉각탑(30)은 상기 냉동기(20)에서 열교환된 고온 냉각수의 온도를 냉각시키는 열교환부(31) 및 상기 열교환부(31)에 바람을 공급하는 송풍팬(32)을 포함한다.
또한, 열교환부(31)의 출구 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도 측정센서(33)와, 냉각수 공급라인(52)에 설치된 냉각수 펌프(34)와, 냉동기(20)에서 송출되는 냉수의 온도를 측정하는 냉수 온도 측정센서(21)와, 냉각수 온도 측정센서(33)와 냉수 온도 측정센서(21)의 신호를 전달받아, 송풍팬(32), 냉각수 펌프(34) 및 냉동기(20) 등 냉방 시스템을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
또한, 제어부(60)는 냉동기(20)의 동작을 제어할 뿐만 아니라, 냉동기의 소비동력을 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 소비동력을 측정하는 방법은 냉동기(20)가 전기를 사용하는 경우 전력량계, 가스 혹은 온수를 사용하는 경우, 가스 혹은 온수 유량계 등이 될 수 있다.
이하, 상기 제어부에 의해 구현되는 냉방시스템 제어방법을 기술한다. 냉방시스템 제어방법은 계산운전모드와, 측정운전모드로 구현된다. 계산운전모드는 별도의 소비동력을 측정하지 않은 상태로 계산된 식으로 최적의 운전을 구동하는 것이다. 측정운전모드는 계산운전모드에서 실제 측정되는 냉동기(20)의 소비동력 및 냉각탑의 소비동력을 측정하여, 에너지 효율이 최적이 되도록 하는 방법이다.
측정운전모드가 실제 에너지 효율이 최적이 되도록 하는 장점이 있으나, 별도의 소비동력을 측정하는 장비를 갖추어야 하므로, 장비의 비용이 증대된다는 단점이 있다.
도 3a 및 3b는 상기 제어부에의해 구현되는 제 1 실시예의 냉방시스템 제어방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
제 1 실시예의 냉방시스템 제어방법은 계산운전모드를 구현한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉방시스템 제어방법은 냉각수 펌프의 가동여부를 판단하는 단계(S10)와, 냉각수 펌프가 가동된 경우, 냉각수 온도 측정센서(33)로부터 열교환부(31) 출구 냉각수 온도를 측정하여 하한 설정치 온도(tl) 초과여부를 판단하는 단계(S20)와, 열교환부(31) 출구 냉각수 온도가 하한 설정치 온도(tl)인 경우 송풍기를 가동하는 단계(S30)와, 상기 열교환부(31)의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하는 제 1 가동모드 판단 단계(S50)와, 상기 제 1 가동모드 판단 단계(S50)에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도(th) 이상인 경우, 상기 송풍팬(32)의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 1 가동단계(S61)와, 상기 제 1 가동모드 판단 단계(S50)에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도(th) 미만이고, 하한 설정치 온도(tl) 이상인 경우, 상기 냉동기(20)와 상기 냉각탑(30)의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되도록 송풍팬(32)의 회전수를 조절하는 제 2 가동단계(S62)를 포함한다.
또한, 상기 제 1 가동모드 판단 단계(S50)에서, 상기 열교환부(31)의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도(tl) 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 3 가동단계(S63)를 포함한다.
냉각수 펌프의 가동여부를 판단하는 단계(S10)는 냉각수 펌프(34)는 냉각수 펌프(34)가 동작되는 지 여부를 판단하여, 냉각수 펌프(34) 동작하는 경우에 다음 단계로 진행된다.
하한 설정치 온도(tl)는 냉각탑의 송품팬(32)이 가동되는 최소 조건으로서 설치환경이나, 냉방장치에 따라서 운영자에 의해 미리 설정된다.
상한 설정치 온도(th)는 냉각탑이 최대한 작동되어야 하는 상한 값으로서, 이 또한 설치 환경이나, 냉방장치의 성능에 따라서 운영자에 의해 미리 설정된다.
제 1 가동모드 판단 단계(S50)는 냉각수 온도 측정센서(33)에서 측정된 값을 기준으로, 열교환부(31)의 출구 냉각수 온도(tc: 냉각수 온도 측정센서(33)에서 측정된 온도)의 온도 범위에 따라서, 제 1 가동단계(S61), 제 2 가동단계(S62) 및 제 3 가동단계(S63)을 선택적으로 수행한다.
제 1 가동단계(S61)는 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 송풍팬을 최대한 가동하여, 최대한 빨리 냉각수 온도를 떨어뜨리는 데 목적이 있다. 즉, 냉동기(20) 소비동력이 송풍팬(32)의 구동동력 보다 10배 전후로 많이 소모되며, 냉각수 온도가 낮을수록 냉동기(20) 효율이 좋아지므로, 설정된 상한 설정치 온도(th) 미만에 이를 때까지는 송풍팬(32)의 회전수를 최대로 하여 냉각수 온도를 낮추는 것이 에너지 효율이 좋다.
제 3 가동단계(S63)는 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 하한 설정치 온도(tl) 미만인 경우, 송풍팬을 가동을 중단한다. 또한, 상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 상기 하한 설정치 온도(tc) 보다 정해진 폭(tdb) 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 1 가동단계 또는 상기 제 2 가동단계를 재가동하는 제 1 재가동 판단부(S64)를 더 포함한다.
이는 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 하한 설정치 온도(tc) 보다 높은 경우, 제 1 가동단계 혹은 제 2 가동단계를 바로 가동하여, 잦은 온/오프가 반복되는 것을 방지하기 위해, 정해진 폭(tdb) 이상 올라간 경우에만, 재가동하도록 하기 위해서이다.
제 2 가동단계(S62)에서, 송풍팬의 회전수는 아래의 [수학식1]에 의해서 결정된다.
[수학식 1]
V=Vn+A+B
여기서, V: 송풍팬 회전수, Vn=at+b, t: 냉각수 온도, A: 냉동기 동력비, B: 냉각탑의 동력비, a,b: 냉동기 종류별 실험상수
위 [수학식 1]에서 실험상수 a, b는 각 냉동기의 종류마다 달라지는 상수로서, 실험에 의해 정해지는 것이다.
상기 제 1 가동모드 판단 단계(S50) 이전에 상기 냉동기(20) 출구의 상기 냉수 출구 수온(tw: 냉수온도 측정센서(21)에서 측정된 수온)을 측정하여 상기 냉수 출구 수온(tw)이 기 설정된 냉수 기준값(t') 미만인 경우, 상기 제 1 가동모드 판단 단계(S50)를 수행하도록 하는 냉수출구수온 판단단계(S40)와, 상기 냉수 출구 수온 판단단계(S40)에서, 상기 냉수 출구 수온이 상기 냉수 기준값 이상인 경우, 수행되는 제 2 가동모드 판단단계(S70)를 더 포함한다.
상기 제 2 가동모드 판단단계(S70)는, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)를 측정하여, 가동 모드를 판단하며, 상기 제 2 가동모드 판단 단계(S70)에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 상한 설정치 온도(th) 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 4 가동단계(S81)와, 상기 제 2 가동모드 판단 단계(S70)에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되는 방향으로 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 5 가동단계(S82)와, 상기 제 2 가동모드 판단 단계(S70)에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 6 가동단계(S83)를 포함한다.
또한, 상기 제 6 가동단계(S83)는, 상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도(tc)가 상기 하한 설정치 온도(tl) 보다 정해진 폭(tdb) 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 4 가동단계(S81) 또는 상기 제 5 가동단계(S82)를 재가동하는 제 2 재가동 판단부(S84)를 더 포함한다.
상기 제 4 가동단계(S81)의 구체적인 구성은 제 1 가동단계(S61)과 동일하고, 제 5 가동단계(S82)의 구성은 제 2 가동단계(S82)와 동일하며, 제 6가동단계(S83)의 구성은 제 3 가동단계(S63)과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
다만, 제 5 가동단계(S82)의 수학식 1의 실험상수 a, b, c는 제 2 가동단계(S62)의 수학식 1의 실험상수 a, b, c와 달라질 수 있다.
상기와 같이, 냉수 출구 수온(tw)에 따라서, 제어방법을 달리함으로써, 냉수 출구 수온(tw)에 맞춰 최적의 제어를 할 수 있다.
상기와 같이, 제 1 실시예의 냉방시스템 제어방법은 계산운전모드로서, 냉각탑 출구 수온(tc) 및 냉수 출구 수온(tw)에 맞춰 최적의 제어를 함으로써, 에너지 효율을 최대한 높일 수 있다.
도 4a 내지 4c는 상기 제어부에 의해 구현되는 제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법은 측정운전모드를 구현한 것이다.
제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법은 제 1 실시예의 제어방법에서, 상기 냉각탑(30)의 소비동력과, 상기 냉동기(20)의 소비동력을 측정하여, 측정된 상기 냉각탑(30)의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기(20)의 소비동력을 제어에 반영하는 측정운전모드를 선택할 수 있는 제어모드 선택하는 단계(S35)를 더 포함한다.
제어모드 선택하는 단계(S35)에서 계산운전모드가 선택된 경우, 도 3의 제 1실시예를 실시하며, 상기 측정운전모드가 선택된 경우, 상기 제 2 가동단계(S62) 이후에, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력(P1)과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력(P2)의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 1 강제 증속단계(S622)를 더 포함한다.
즉, 소비동력 변동판단단계(S621)을 제 2 가동단계(S62) 이후에 포함하여, 측정된 소비동력의 합(P1+P2)가 일정한 폭(일예로 10% 정도)으로 감소되는 변화가 있는지 여부를 판단하여, 변화가 있는 경우, 계산에 의해서 최적 가동이 되는 제 2 가동단계(S62)가 적절한 효과를 발휘하는 것이므로, 제 2 가동단계(S62)를 지속적으로 가동하나, 일정한 시간 경과 후에도 소비동력의 합이 전혀 감소하지 않는 경우에는 송풍팬(32)의 속도록 일정한 폭(예를 들면 10%)으로 증속시켜, 소비동력을 절감시키는 효과가 있다.
또한, 상기 제 5 가동단계(S82) 이후에서도, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 2 강제 증속단계(S822)를 더 포함한다. 제 5 가동단계(S82) 이후의 소비동력 변동판단단계(S821)은 제 2 가동단계(S62) 이후의 소비동력 변동판단단계(S621)과 동일하고, 제 2 강제 증속단계(S822)는 제 1 강제 증속단계(S622)와 동일하다.
나머지의 구성은 제 1 실시예와 동일하므로, 동일한 번호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다.
다만, 제 4 가동단계(S81)는 제 5 가동단계(S82)와 동일하며, 제 4 가동단계(81) 이후에 제 5 가동단계(S82) 이후의 소비동력 변동판단단계(S821) 및 제 2 강제 증속단계(S822)를 더 구비하는 점도 동일하다.
이외에도, 제어부(60)는 측정운전모드를 통해서, 계산 운전모드의 적정성을 평가할 수 있으며, 계산운전모드의 계산식을 보정할 수도 있다. 즉, 제 1 강제 증속단계(S622)와 제 2 강제 증속단계(S822)가 가동되지 않는, 최적의 실험상수(실험식 1의 a, b, c 값을 측정할 수도 있다.)를 반복된 가동을 통해서 찾아낼 수 있는 장점도 있다.
전술한 바와 같이, 제 2 실시예의 제어방법은 계산운전모드에서 발생할 수 있는 오류를 보정하는 효과가 있어, 보다 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라, 계산운전모드의 계산식을 보정할 수 있는 효과도 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예의 냉방 시스템 검증방법에 대해서 기술한다.
즉, 냉방 시스템 검증방법은, 전술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 냉방시스템 제어방법을 통해서 구해진 냉방 시스템 소비동력(Pn)과, 상기 냉각탑의 송풍팬의 회전수가 가변하지 않는 상태의 기존 냉방 시스템 소비동력(Pe)의 차를 구하여, 상기 냉방시스템 제어방법의 에너지 효율을 검증할 수 있다.
즉, 절감된 소비동력(P)는 아래의 수학식2로 표현된다.
P: 절감된 소비동력, Pn: 냉방 시스템 운전비 절감제어방법을 통해서 구해진 냉방시스템 소비동력, Pe: 기존 냉방 시스템 소비동력
Pn은 전술한 실시예와 같이 냉각수의 온도에 따라서, 냉각탑의 송풍팬 회전수를 가변하도록 제어한 후, 구해진 냉동기 소비동력과 냉각탑의 소비동력의 합이다.
기존 냉방 시스템의 소비동력(Pe)은, 일정한 속도의 송풍팬 작동시 상기 냉각탑의 소비동력(Pt))과, 이에 따른 상기 냉동기의 소비동력(Pc)의 합으로 구해진다.
즉, 냉각탑의 출구수온(냉각수의 출구 수온)이 기준 온도(예를 들면, 27도) 이상이면, 냉각탑을 가동하며, 송풍팬은 일정한 속도로 회전하게 된다. 이때의 기존 냉방시스템의 소비동력(Pe)는 냉동기의 소비동력(Pc)와 냉각탑의 소비동력(Pt)의 합으로 구해진다.
냉각탑의 출구수온(냉각수의 출구 수온)이 기준 온도 이하이면, 냉각탑은 가동이 멈추게 되고, 상기 기존 냉방시스템의 소비동력(Pe)은, 상기 냉동기 소비동력(Pc)과 동일하게 된다.
상기와 같이, 냉방시스템 검증방법을 통해서, 기존의 냉방시스템의 소비동력에 비해, 전술한 제 1 실시예 및 2 실시예의 냉방시스템 제어방법을 통한 소비동력의 효율을 검증할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 부하측 40: 냉수라인
20: 냉동기 50: 냉각수 라인
30: 냉각탑 31: 열교환부
32; 송풍팬 tc: 열교환부의 출구 냉각수 온도
S50: 제 1 가동모드 판단 단계
th: (열교환부의 출구 냉각수 온도) 상한 설정치 온도
S61: 제 1 가동단계
tl: (열교환부의 출구 냉각수 온도) 하한 설정치 온도
S62: 제 2 가동단계; S63: 제 3 가동단계
S64: 제 1 재가동 판단부 tw: 냉수 출구 수온
t': 냉수 기준값 S40: 냉수출구수온 판단단계
S70: 제 2 가동모드 판단단계 S81: 제 4 가동단계
S82: 제 5 가동단계 S83: 제 6 가동단계
S84: 제 2 재가동 판단부 S35: 제어모드 선택하는 단계
S622: 제 1 강제 증속단계 S822: 제 2 강제 증속단계
20: 냉동기 50: 냉각수 라인
30: 냉각탑 31: 열교환부
32; 송풍팬 tc: 열교환부의 출구 냉각수 온도
S50: 제 1 가동모드 판단 단계
th: (열교환부의 출구 냉각수 온도) 상한 설정치 온도
S61: 제 1 가동단계
tl: (열교환부의 출구 냉각수 온도) 하한 설정치 온도
S62: 제 2 가동단계; S63: 제 3 가동단계
S64: 제 1 재가동 판단부 tw: 냉수 출구 수온
t': 냉수 기준값 S40: 냉수출구수온 판단단계
S70: 제 2 가동모드 판단단계 S81: 제 4 가동단계
S82: 제 5 가동단계 S83: 제 6 가동단계
S84: 제 2 재가동 판단부 S35: 제어모드 선택하는 단계
S622: 제 1 강제 증속단계 S822: 제 2 강제 증속단계
Claims (13)
- 부하측과, 상기 부하측과 냉수라인을 통해서 열교환하는 냉동기와, 상기 냉동기와 냉각수 라인을 통해서 열교환하는 냉각탑을 포함하고,
상기 냉각탑은 상기 냉동기에서 열교환된 고온 냉각수의 온도를 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에 바람을 공급하는 송풍팬;을 포함하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법에 있어서,
상기 열교환부의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하는 제 1 가동모드 판단 단계;
상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 1 가동단계; 및
상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력의 합을 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도로부터 연산하여, 상기 소비 동력의 합이 최소가 되도록 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 2 가동단계;
를 포함하며,
상기 냉각탑의 소비동력과, 상기 냉동기의 소비동력을 측정하여, 측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력을 제어에 반영하는 측정운전모드를 선택할 수 있는 제어모드 선택하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 측정운전모드가 선택된 경우,
상기 제 2 가동단계 이후에,
측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 1 강제 증속단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 3 가동단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 3 가동단계는,
상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 보다 정해진 폭 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 1 가동단계 또는 상기 제 2 가동단계를 재가동하는 제 1 재가동 판단부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가동모드 판단 단계 이전에 상기 냉동기 출구의 상기 냉수 출구 수온을 측정하여 상기 냉수 출구 수온이 기 설정된 냉수 기준값 미만인 경우, 상기 제 1 가동모드 판단 단계를 수행하도록 하는 냉수출구수온 판단단계; 및
상기 냉수 출구 수온 판단단계에서, 상기 냉수 출구 수온이 상기 냉수 기준값 이상인 경우, 수행되는 제 2 가동모드 판단단계;
를 더 포함하고,
상기 제 2 가동모드 판단단계는, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도를 측정하여, 가동 모드를 판단하며,
상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 송풍팬의 회전수를 최대로 하여 열교환부의 출구 냉각수 온도를 상한 설정치 온도 미만까지 떨어뜨리도록 실행되는 제 4 가동단계; 및
상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 상한 설정치 온도 미만이고, 하한 설정치 온도 이상인 경우, 상기 냉동기와 상기 냉각탑의 소비동력을 합산하여, 소비 동력이 최소가 되는 방향으로 송풍팬의 회전수를 조절하는 제 5 가동단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 가동모드 판단 단계에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 미만인 경우, 상기 송풍팬의 가동을 중단하는 제 6 가동단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 6 가동단계는,
상기 송풍팬의 가동이 중단된 상태에서, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도가 상기 하한 설정치 온도 보다 정해진 폭 이상 높은 경우, 상기 열교환부의 출구 냉각수 온도에 따라, 상기 제 4 가동단계 또는 상기 제 5 가동단계를 재가동하는 제 2 재가동 판단부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 삭제
- 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 5 가동단계 이후에,
측정된 상기 냉각탑의 소비동력과, 측정된 상기 냉동기의 소비동력의 합이, 일정시간 경과후 일정 비율 이상 변동이 없는 경우, 상기 송풍팬의 속도를 강제로 증속시키는 제 2 강제 증속단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 가동단계에서, 송풍팬의 회전수는 아래의 [수학식1]에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
[수학식 1]
V=Vn+A+B
여기서, V: 송풍팬 회전수, Vn=at+b, t: 냉각수 온도, A: 냉동기 동력비, B: 냉각탑의 동력비, a,b: 냉동기 종류별 실험상수
- 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 5 가동단계에서, 송풍팬의 회전수는 아래의 [수학식1]에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법.
[수학식 1]
V=Vn+A+B
여기서, V: 송풍팬 회전수, Vn=at+b, t: 냉각수 온도, A: 냉동기 동력비, B: 냉각탑의 동력비, a,b: 냉동기 종류별 실험상수
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법을 통해서 구해진 냉방 시스템 소비동력과, 상기 냉각탑의 송풍팬의 회전수가 가변하지 않는 상태의 기존 냉방 시스템 소비동력의 차를 구하여, 상기 냉방시스템 제어방법의 에너지 효율을 검증하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 검증방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 기존 냉방시스템의 소비동력은,
일정한 속도의 송풍팬 작동시 상기 냉각탑의 소비동력과, 이에 따른 상기 냉동기의 소비동력의 합인 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 검증방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 기존 냉방시스템의 소비동력은,
상기 냉각탑의 출구수온이 일정온도 이하인 경우, 상기 냉동기 소비동력인 것을 특징으로 하는 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 검증방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020130104904A KR101363004B1 (ko) | 2013-09-02 | 2013-09-02 | 냉동기 운전비 절감을 위한 냉방시스템 제어방법 및 이의 검증 방법 |
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