KR101393618B1

KR101393618B1 - 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101393618B1
Application number: KR1020120089630A
Authority: KR
Inventors: 송진한; 김창연; 주경남; 김동선; 임억수
Original assignee: 주식회사 한성시스코; 지에스네오텍(주); 지에스건설 주식회사
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-05-27
Also published as: KR20140023592A

Abstract

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은, 난방 대상이 되는 방에 매설되는 온수관에 설치되는 자동제어밸브, 자동제어밸브의 개도량을 조절하기 위한 밸브구동 액츄에이터, 방을 통과하여 환수되는 온수에 대한 환수 설정온도(Tws)를 설정하기 위한 환수온도 설정기, 밸브구동 액츄에이터를 통해 자동조절밸브의 개도량을 조정하는 제어장치를 포함한다. 제어장치는 실내 설정온도(Tas)가 실내온도(Ta)보다 크면, 자동제어밸브를 개방하되, 실내 설정온도(Tas)에서 실내온도(Ta)를 뺀 실내 온도편차(ΔTa)가 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이고, 환수 설정온도(Tws)에서 환수온도(Tw)를 뺀 환수 온도편차(ΔTw)가 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하이면, 자동제어밸브의 개도량을 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 증감시킨다. 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은 난방 설정온도, 실내온도, 급수온도 및 환수온도를 고려하여 최적 유량의 온수가 방으로 공급될 수 있도록 자동제어밸브의 개도량을 실시간으로 조정함으로써 효율적인 난방 운전이 가능하고, 에너지 낭비를 줄일 수 있으며 난방비를 줄일 수 있다.

Description

자동제어 난방시스템 및 그 제어방법{Auto-control heating system and method for controlling the same}

본 발명은 자동제어 난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난방 설정온도와 현재온도, 급수온도 및 환수온도 등을 종합적으로 고려하여 각 방으로 공급되는 난방 온수의 공급 유량을 정밀하게 제어함으로써 에너지 낭비를 줄이고 효율적인 난방 운전이 가능한 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공동주택의 난방방식을 열원의 생산방식에 따라 크게 분류하면 개별난방방식, 중앙난방방식, 지역난방방식으로 구분할 수 있다. 개별난방방식은 세대별로 설치된 개별 보일러에 의하여 난방운전을 실시하는 것이고, 중앙난방방식은 각 단지별 중앙기계실에서 생산된 열원을 직접 또는 기계실의 열교환기를 통하여 각각의 세대에 공급하는 방식이다. 지역난방방식은 일정 지역 또는 일정 규모의 열생산설비에 의하여 일괄로 생산된 열원을 일정 지역의 공동주택단지나 대형건축물에 공급하는 방식이다.

개별난방방식은 공동주택의 세대별로 열원을 생산하고 개별적으로 난방운전을 시행하는 방식으로서 가정용 보일러의 효율상승과 소형화, 그리고 사용연료가 유류에서 전기, 도시가스로 다양화되면서 보급이 크게 늘고 있다. 특히, 이들 소형 보일러를 이용한 개별난방방식이 중앙난방방식에 비하여 난방비 징수의 불합리한 측면을 해소하고 거주자의 의지에 따라 관리비의 절감과 운전비가 경제적이라는 장점이 있다.

중앙난방방식은 지역난방방식이 도입되기 전까지 대부분의 공동주택에 적용된 난방방식으로서 단지 내에 중앙기계실을 설치하고 1기 또는 수기의 보일러에 의하여 중온수를 생산하고, 다시 중간기계실에서 열교환을 통하여 중온수를 바닥난방에 적합한 저온수로 변환하여 각 세대로 온수를 공급하는 방식이다. 이 방식에서 온수공급 시간대와 시간 및 횟수는 해당지역의 외기 온도 변동을 주요 변수로 하여 미리 설정된 난방운전 일정표에 의해서 일일중 3 ~ 4회 내외로 간헐적인 온수공급을 시행하는 것이 일반적이다.

지역난방방식에 의한 대단위 열원공급은 신도시의 개발과 함께 급속하게 보급이 확대되었다. 지역난방을 실시하는 공동주택에는 세대별로 열량계 또는 유량계가 설치되고 세대별 또는 실별로 실내온도조절기가 부착됨으로써 실질적인 실온제어가 가능하다. 지역난방에서 열원분배 시스템을 열원의 분배 측면에서 구분하면 지역난방공사로부터의 열원 공급을 1차측, 지역난방으로부터 공급된 열원을 세대의 난방에 적합하도록 제어하는 기계실 부문을 2차측, 그리고 세대 내로의 열원공급을 3차측으로 구분할 수 있다. 일반적으로 지역난방방식에서 난방공급온도 60℃, 난방환수온수 45℃로 설계조건이 맞추어져 있으며, 외기 온도에 따라 온수온도 설정을 다르게 하여 온수를 공급한다.

이와 같은 다양한 공동주택의 난방방식에 있어서 각 세대별로는 자동제어 난방시스템이 구비된다. 자동제어 난방시스템은 각 방 제어 시스템으로 불리는 것으로, 각 방마다 별도의 온도 조절기를 설치하여 각 방의 실내온도를 따로따로 조절할 수 있는 에너지 절약형 난방시스템이다. 자동제어 난방시스템은 각 방마다 온수관이 매설되며 난방이 필요하지 않은 경우 해당 온수관의 밸브를 닫음으로써 불필요한 에너지의 낭비를 막고 연료비를 절감할 수 있다. 대한민국 등록특허공보 제1099779호(2011. 12. 21 등록)에는 이러한 자동제어 난방시스템의 일예가 개시되어 있다.

그런데 상술한 것과 같은 자동제어 난방시스템은 각 세대별로 일정한 최대치의 유량을 공급받게 되어 있어서, 난방이 필요 없는 방에 대한 온수 공급을 차단하여도 세대별로 유입되고 환수되는 온수의 유량은 변화가 없게 되고, 결과적으로 난방 중인 다른 방으로 더 많은 온수가 공급됨으로써 에너지가 낭비되는 문제가 있다. 또한, 일부 방의 난방을 차단하면, 난방이 이루어지는 방으로 공급되는 온수의 유속이 빨라져 소음이 발생할 수 있고, 온수의 열교환 효율이 떨어져 효과적이지 못하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 온수 공급을 통한 난방 중에 각 방의 난방 설정온도와 현재온도, 급수온도 및 환수온도 등을 종합적으로 고려하여 각 방으로 공급되는 난방 온수의 공급 유량을 정밀하게 제어함으로써, 에너지 낭비를 줄이고 효율적인 난방 운전이 가능한 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은, 난방 온수를 공급하기 위한 급수배관, 상기 급수배관으로부터 온수를 공급받을 수 있도록 상기 급수배관에 연결되고 난방 대상이 되는 방에 매설되는 온수관, 상기 온수관을 통과한 온수를 배출시키기 위한 환수배관, 상기 온수관을 통한 온수의 유량을 제어하기 위해 상기 온수관에 설치되는 자동제어밸브, 상기 자동제어밸브의 개도량을 조절하기 위해 상기 자동제어밸브에 결합되는 밸브구동 액츄에이터, 상기 방의 실내온도(Ta)를 검출하기 위해 상기 방에 설치되는 실내온도 검출기, 상기 방으로 공급되는 온수의 급수온도를 검출하기 위해 상기 급수배관과 상기 온수관 및 상기 환수배관을 포함하는 온수 배관 중의 상기 방보다 상류에 설치되는 급수온도 검출기, 상기 방에서 배출되는 온수의 환수온도(Tw)를 검출하기 위해 상기 온수 배관 중의 상기 방보다 하류에 설치되는 환수온도 검출기, 상기 방에 대한 실내 설정온도(Tas)를 설정하기 위한 온도 조절기, 상기 방을 통과하여 환수되는 온수에 대한 환수 설정온도(Tws)를 설정하기 위한 환수온도 설정기, 상기 실내온도(Ta)와 상기 급수온도와 상기 환수온도(Tw)와 상기 실내 설정온도(Tas) 및 상기 환수 설정온도(Tws)에 대한 정보를 제공받아 상기 밸브구동 액츄에이터를 제어하여 상기 자동조절밸브의 개도량을 조정하는 제어장치를 포함한다. 상기 제어장치는 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta)보다 크면, 상기 자동제어밸브를 개방하되, 상기 실내 설정온도(Tas)에서 상기 실내온도(Ta)를 뺀 실내 온도편차(ΔTa)가 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이고, 상기 환수 설정온도(Tws)에서 상기 환수온도(Tw)를 뺀 환수 온도편차(ΔTw)가 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하이면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 증감시킨다.

상기 제어장치는 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정할 수 있다.

상기 제어장치는 상기 실내 온도편차(ΔTa)와 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하여 상기 자동제어밸브를 온-오프 제어하기 위해 상기 온도 조절기에 내장되는 제 1 제어부와, 상기 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하여 상기 자동제어밸브의 개도량을 조정하기 위해 상기 환수온도 설정기에 내장되는 제 2 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제 2 제어부는 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정할 수 있다.

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은 상기 온도 조절기 및 상기 환수온도 설정기와 통신 가능하게 연결되는 메인 제어유닛을 더 포함하고, 상기 제어장치는 상기 실내 온도편차(ΔTa)와 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하여 상기 자동제어밸브를 온-오프 제어하기 위해 상기 메인 제어유닛에 내장되는 제 1 제어부와, 상기 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하여 상기 자동제어밸브의 개도량을 조정하기 위해 상기 환수온도 설정기에 내장되는 제 2 제어부를 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템의 제어방법은, (a) 실내 설정온도(Tas)를 입력받는 단계, (b) 방에 매설된 온수관을 따라 유동하는 온수의 유량을 제어하는 자동제어밸브를 개방하는 단계, (c) 상기 실내 설정온도(Tas)와 상기 방의 실내온도(Ta)를 비교하는 단계, (d) 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta) 이하이면, 상기 자동제어밸브를 닫는 단계, (e) 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta)보다 크면, 상기 실내 설정온도(Tas)에서 상기 실내온도(Ta)를 뺀 실내 온도편차(ΔTa)와 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하는 단계, (f) 상기 실내 온도편차(ΔTa)가 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)보다 크면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 최대로 조정하는 단계, (g) 상기 실내 온도편차(ΔTa)가 상기 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이면, 미리 설정된 환수 설정온도(Twa)에서 상기 온수관을 따라 상기 방에서 배출되는 온수의 환수온도(Tw)를 뺀 환수 온도편차(ΔTw)와 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하는 단계, (h) 상기 환수 온도편차(ΔTw)가 상기 환수온도 기준편차(ΔTwr)보다 크면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 그대로 유지하는 단계, (i) 상기 환수 온도편차(ΔTw)가 상기 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하이면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 증감시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템의 제어방법은 상기 (i) 단계에서 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정할 수 있다.

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은 난방 설정온도, 실내온도, 급수온도 및 환수온도를 고려하여 방을 효율적으로 난방하는데 필요한 최적 유량의 온수가 방으로 공급될 수 있도록 자동제어밸브의 개도량을 실시간으로 조정한다. 즉, 실내 온도편차가 실내온도 기준편차 내에 있으면 자동제어밸브의 개도량을 환수온도 기준편차에 따라 단계적으로 비례 제어함으로써 방으로 공급되는 온수의 공급량을 정밀하게 조정한다. 따라서, 효율적인 난방 운전이 가능하고, 에너지 낭비를 줄일 수 있으며 난방비를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템의 온도 조절기 및 환수온도 설정기의 구체적인 구성으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템의 환수온도 설정기를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템의 자동제어밸브에 대한 구체적인 제어방법을 나타낸 제어흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템의 온도 조절기 및 환수온도 설정기의 구체적인 구성으로 나타낸 블록도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 자동제어 난방시스템(100)은, 온수의 공급을 위한 급수배관(101)과, 급수배관(101)에 연결되는 급수헤더(102)와, 급수헤더(102)에서 공급되는 온수를 복수의 방(110)으로 제공하기 위해 각각의 방(110)에 매설되는 복수의 온수관(103)과, 각각의 온수관(103)을 통과한 온수를 모으는 환수헤더(104)와, 환수헤더(104)에 모인 온수를 환수시키기 위해 환수헤더(104)에 연결되는 환수배관(105)과, 복수의 방(110)의 난방 온도를 설정하기 위한 복수의 온도 조절기(120)와, 복수의 방(110)의 실내온도를 검출하기 위해 각 방에 설치되는 복수의 실내온도 검출기(130)와, 복수의 방(110)으로 공급되는 온수의 급수온도를 검출하기 위한 복수의 급수온도 검출기(135)와, 복수의 방(110)에서 환수헤더(104)로 환수되는 온수의 환수온도를 검출하기 위한 복수의 환수온도 검출기(140)와, 온수관(103)의 방(110)과 환수헤더(104) 사이에 설치되는 자동제어밸브(145)와, 자동제어밸브(145)를 작동시키기 위한 밸브구동 액츄에이터(150)와, 방(110)을 통과하여 환수되는 온수에 대한 환수 설정온도(Tws)를 설정하기 위한 복수의 환수온도 설정기(160)를 포함한다. 급수배관(101)과, 급수헤더(102)와, 복수의 온수관(103)과, 환수헤더(104) 및 환수배관(105)은 온수가 유동하는 온수 배관을 구성한다.

급수온도 검출기(135)는 온수 배관 중의 방(110)보다 상류에 설치되고, 환수온도 검출기(140)는 온수 배관 중의 방(110)보다 하류에 설치된다. 온수공급밸브(170)는 온수관(103)을 통한 온수의 유동을 단속하기 위한 것으로, 사용자는 온수공급밸브(170)를 수동으로 조작하여 온수관(103)으로의 온수 공급을 차단할 수 있다. 또한, 환수배관(105)에는 환수배관(105)을 통해 배출되는 온수의 환수 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(175)가 설치된다.

자동제어밸브(145)는 온수관(103)을 통해 유동하는 온수의 유량을 조절하는 역할을 한다. 자동제어밸브(145)에는 밸브구동 액츄에이터(150)가 결합된다. 밸브구동 액츄에이터(150)는 자동제어밸브(145)의 개도량을 조절함으로써 온수관(103)을 통해 복수의 방(110)으로 공급되는 온수의 유량을 제어한다. 밸브구동 액츄에이터(150)는 제어장치에 의해 제어되는데, 제어장치는 온도 조절기(120)의 제 1 제어부(121)와 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161)로 구성된다.

사용자가 온도 조절기(120)의 입력부(123)를 통해 실내 설정온도(Tas)를 설정하면, 온도 조절기(120)의 제 1 제어부(121)가 자동제어밸브(145)에 결합된 밸브구동 액츄에이터(150)를 작동시켜 온수관(103)을 통해 온수가 유동하도록 한다. 그리고 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161)는 방(110)을 통과한 온수의 환수온도(Tw)를 제어 인자로 하여 밸브구동 액츄에이터(150)를 통해 자동제어밸브(145)의 개도량을 단계적으로 조정한다. 이러한 자동제어밸브(145)에 대한 구체적인 제어방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 온도 조절기(120)는 제 1 제어부(121)와, 통신부(122)와, 입력부(123)와, 출력부(124)와, 구동부(125)를 포함한다. 통신부(122)는 환수온도 설정기(160)와의 통신을 위한 것이고, 입력부(123)는 사용자가 실내 설정온도(Tas)를 설정할 수 있도록 하는 것이고, 출력부(124)는 실내온도(Ta)나 실내 설정온도(Tas) 등의 정보를 표시하기 위한 것이다. 그리고 구동부(125)는 제 1 제어부(121)의 제어신호를 받아 밸브구동 액츄에이터(150)의 동작을 제어하기 위한 것이다.

제 1 제어부(121)는 실내온도 검출기(130)로부터 실내온도(Ta)에 대한 정보를 제공받고, 급수온도 검출기(135)로부터 온수의 급수온도에 대한 정보를 제공받는다. 또한, 제 1 제어부(121)는 사용자가 설정한 실내 설정온도(Tas)와 실내온도 검출기(130)로부터 제공받은 실내온도(Ta)를 비교하고, 밸브구동 액츄에이터(150)를 이용하여 자동제어밸브(145)에 대한 온-오프 동작을 제어한다. 사용자의 명령에 의해 난방 운전이 시작되면 제 1 제어부(121)는 자동제어밸브(145)를 최대로 개방한다. 그리고 난방 모드가 설정되어 있는 동안 제 1 제어부(121)는 실내온도(Ta)와 실내 설정온도(Tas)를 지속적으로 비교하여 실내온도(Ta)가 실내 설정온도(Tas)에 도달하면 자동제어밸브(145)를 닫아 방(110)으로의 온수 공급을 중단한다.

또한, 제 1 제어부(121)는 실내 설정온도(Tas)와 실내온도(Ta)로부터 실내 온도편차(ΔTa)를 산출하고, 이를 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar)와 비교한다. 여기에서, 실내 온도편차(ΔTa)는 실내 설정온도(Tas)에서 실내온도(Ta)를 뺀 값이다. 실내온도 기준편차(ΔTar)는 실내온도(Ta)가 실내 설정온도(Tas)에 거의 도달했음을 판단하는 기준이 되는 것으로, 적절한 온도 범위(예컨대, 1℃ ~ 5℃) 내에서 미리 설정된다. 실내온도 기준편차(ΔTar)는 온도 조절기(120) 제조시 세팅될 수도 있고, 사용자에 의해 새로 설정될 수도 있다.

제 1 제어부(121)는 실내 온도편차(ΔTa)와 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하여 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar)를 벗어난 범위에 있으면 자동제어밸브(145)의 개도량을 최대로 유지시키고, 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar) 범위 내에 있으면, 자동제어밸브(145)의 개도량이 환수온도 설정기(160)에 의해 조정되도록 한다. 이러한 제 1 제어부(121)에 의한 자동제어밸브(145)의 구체적인 제어방법은 후술하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 환수온도 설정기(160)는 밸브구동 액츄에이터(150)에 결합 설치되며, 제 2 제어부(161)와, 온도 조절기(120)와의 통신을 위한 통신부(162)와, 사용자가 환수 설정온도(Tws)를 설정할 수 있도록 하는 입력부(163)와, 현재의 환수온도(Tw)나 환수 설정온도(Tws) 등의 정보를 표시하기 위한 출력부(164)와, 밸브구동 액츄에이터(150)를 제어하기 위한 구동부(165)를 포함한다. 환수온도 설정기(160)의 설치 위치는 밸브구동 액츄에이터(150)로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 구동부(165)는 제 2 제어부(161)로부터 제어신호를 제공받아 밸브구동 액츄에이터(150)를 작동시킨다.

환수 설정온도(Tws)는 방(110)으로 공급되는 온수의 열교환 효율이 떨어지는 시점의 온도이다. 방(110)의 온도가 낮은 경우 방(110)으로 공급되는 고온(예컨대, 55℃ ~ 65℃)의 온수는 방(110)을 통과할 때 방(110)의 실내 공기와 활발하게 열교환하므로 그 환수온도가 낮게 나타난다. 그러나 방(110)의 온도가 상승하면 공급되는 온수의 열교환 효율이 떨어지면서 환수온도가 상승하게 되는데, 이때 온수를 최대 공급량으로 공급하면 에너지가 낭비되고 난방비가 상승하게 된다. 따라서, 온수의 환수온도가 일정 온도 이상일 때 온수의 공급량을 줄이거나 온수 공급을 차단함으로써 에너지 낭비를 줄일 수 있는데, 이때 기준이 되는 온도가 환수 설정온도(Tws)이다. 환수 설정온도(Tws)는 적절한 온도(예컨대, 25℃ ~ 35℃)로 설정될 수 있다.

제 2 제어부(161)는 환수온도 검출기(140)로부터 현재의 환수온도(Tw)에 대한 정보를 제공받는다. 또한, 제 2 제어부(161)는 사용자가 설정한 환수 설정온도(Tws)와 현재의 환수온도(Tw)로부터 환수 온도편차(ΔTw)를 산출하고, 이를 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr)와 비교한다. 여기에서, 환수 온도편차(ΔTw)는 환수 설정온도(Tws)에서 환수온도(Tw)를 뺀 값이다. 환수온도 기준편차(ΔTwr)는 적절한 온도 범위(예컨대, 5℃ ~ 10℃) 내에서 미리 설정된 값으로, 환수온도 설정기(160) 제조시 세팅될 수도 있고, 사용자에 의해 새로 설정될 수도 있다.

제 2 제어부(161)는 자동제어밸브(145)의 개도량 조정 모드가 비례제어 모드일 때, 자동제어밸브(145)의 개도량을 이차적으로 조정한다. 여기에서, 비례제어 모드는 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar) 범위 내에 있는 경우로, 이때 제 2 제어부(161)는 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하여 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr) 범위 내에 있으면, 자동제어밸브(145)의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정한다.

도 4는 자동제어밸브(145)에 대한 구체적인 제어방법을 나타낸 제어흐름도이다.

온도 조절기(120)를 통해 난방 모드가 선택되고 난방 대상 방(110)에 대한 실내 설정온도(Tas)가 설정되면, 먼저, 온도 조절기(120)의 제 1 제어부(121)가 밸브구동 액츄에이터(150)를 통해 자동제어밸브(145)를 최대로 개방하여 해당 방(110)의 온수관(103)을 통해 온수가 공급되도록 한다(S10). 이후, 제 1 제어부(121)는 실내 설정온도(Tas)와 해당 방(110)의 실내온도(Ta)를 비교하고(S11), 실내 설정온도(Tas)가 실내온도(Ta) 이하이면 자동제어밸브(145)를 닫는다(S12).

실내 설정온도(Tas)가 실내온도(Ta)보다 큰 경우, 제 1 제어부(121)는 실내 온도편차(ΔTa)와 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교한다(S13). 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar)보다 크면 제 1 제어부(121)는 자동제어밸브(145)의 개도량을 최대로 조정한다(S14). 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar)보다 큰 것은 현재의 실내온도(Ta)가 실내 설정온도(Tas)와 차이가 크다는 것을 의미한다. 이때는 해당 방(110)의 온도를 신속하게 상승시킬 필요가 있으므로, 자동제어밸브(145)의 개도량을 최대로 하여 해당 방(110)에 온수가 최대 공급량으로 공급되도록 한다.

반면, 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하인 경우는 실내온도(Ta)가 실내 설정온도(Tas)에 접근했음을 의미한다. 이때 해당 방(110)으로 온수를 최대 공급량으로 공급하면 방(110)의 실내온도(Ta)가 급속하게 상승하므로 실내 설정온도(Tas)를 초과할 수 있고, 이는 불필요한 난방비의 상승으로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이면, 제 1 제어부(121)는 자동제어밸브(145)의 개도량 조정 모드를 비례제어 모드로 전환하여 자동제어밸브(145)의 개도량이 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161)에 의해 이차적으로 조정될 수 있도록 한다.

비례제어 모드가 되면, 제 2 제어부(161)는 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하고(S15), 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr)보다 크면 자동제어밸브(145)의 개도량을 그대로 유지시킨다. 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr)보다 큰 경우는 방(110)으로 공급되는 온수와 방(110)의 실내 공기 사이에 열교환이 활발하게 이루어져 온수에 의한 난방이 효율적으로 이루어지고 있을 때이므로, 제 2 제어부(161)는 자동제어밸브(145)의 개도량으로 그대로 유지시킴으로써 난방이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

반면, 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하인 경우는 환수온도(Tw)가 환수 설정온도(Tws)에 접근한 경우로 방(110)으로 공급되는 온수의 열교환 효율이 떨어졌음을 의미한다. 이때, 제 2 제어부(161)는 자동제어밸브(145)의 개도량을 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 단계적으로 조정한다(S16). 구체적으로, 제 2 제어부(161)는 자동제어밸브(145)의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정하는데, 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr)에 접근할수록 자동제어밸브(145)의 개도량을 줄이고, 환수 온도편차(ΔTw)가 환수온도 기준편차(ΔTwr)와 차이가 클수록 자동제어밸브(145)의 개도량을 증가시킨다.

예컨대, 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 5℃로 설정한 경우, 제 2 제어부(161)는 자동제어밸브(145)의 개도량을 1℃ ~ 5℃ 범위 내에서 5단계로 나누어 조정할 수 있다. 즉, 환수 온도편차(ΔTw)가 5℃이면 자동제어밸브(145)의 개도량을 100%로 하고, 환수 온도편차(ΔTw)가 0이면 자동제어밸브(145)의 개도량을 0으로 하고, 1℃마다 자동제어밸브(145)의 개도량을 20%씩 증감시킬 수 있다.

자동제어밸브(145)의 개도량을 줄여 방(110)으로 공급되는 온수의 공급량을 저감시키면 방(110)을 난방하지 못하고 방(110)에서 그대로 빠져나오는 열량을 줄일 수 있다. 이를 통해 방(110)으로 공급되는 온수의 열량 중 난방에 이용되는 열량의 비율을 상대적으로 높일 수 있어 난방 효율을 높이고 불필요한 난방비의 낭비를 줄일 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템(100)은 실내 온도편차(ΔTa)가 실내온도 기준편차(ΔTar) 내에 있으면 자동제어밸브(145)의 개도량을 환수온도 기준편차(ΔTwr)에 따라 단계적으로 비례 제어함으로써, 효율적인 난방 운전이 가능하고, 난방비를 절감할 수 있다.

본 발명에 있어서, 환수 온도편차(ΔTw)에 따른 자동제어밸브(145)의 구체적인 개도량 조정 방법은 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 환수 온도편차(ΔTw)에 따른 자동제어밸브(145)의 개도량 조정은 환수온도 기준편차(ΔTwr)에 대응하는 단계로 나뉘어 환수 온도편차(ΔTw)에 정비례하여 조정될 필요는 없고, 환수 온도편차(ΔTw)가 크면 자동제어밸브(145)의 개도량을 증가시키고, 환수 온도편차(ΔTw)가 작으면 자동제어밸브(145)의 개도량을 저감시키는 조건에서 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 밸브구동 액츄에이터(150)를 제어하기 위한 제어장치는 온도 조절기(120)의 제 1 제어부(121)와 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161)를 포함하는 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 온도 조절기(120)의 구동부(125)나 환수온도 설정기(160)의 구동부(165)는 생략될 수 있고, 온도 조절기(120)의 제 1 제어부(121) 또는 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161) 어느 하나가 자동제어밸브(145)에 대한 온-오프 제어나, 개도량 증감 제어를 모두 수행할 수도 있다. 그리고 급수온도 검출기(135)는 온수의 급수온도 정보를 환수온도 설정기(160)에 제공할 수도 있고, 환수온도 검출기(140)는 온수의 환수온도 정보를 온도 조절기(120)에 제공할 수도 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템(200)은 도 1에 도시된 자동제어 난방시스템(100)과 비교하여, 온도 조절기(210)의 구체적인 구성이 다르고, 메인 제어유닛(220)을 더 포함하는 것이다. 온도 조절기(210)는 제 3 제어부(211)와, 통신부(212)와, 입력부(213) 및 출력부(214)를 포함한다. 메인 제어유닛(220)은 복수의 온도 조절기(210) 및 복수의 환수온도 설정기(160)와 통신하며, 밸브구동 액츄에이터(150)의 동작을 제어한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 메인 제어유닛(220)은 제 1 제어부(221)와, 통신부(222)와, 입력부(223)와, 출력부(224)와, 구동부(225)를 포함한다. 통신부(222)는 복수의 온도 조절기(210) 및 복수의 환수온도 설정기(160)와의 통신을 위한 것이고, 입력부(223)는 사용자가 실내 설정온도(Tas) 등을 설정할 수 있도록 하는 것이고, 출력부(224)는 실내온도(Ta)나 실내 설정온도(Tas) 등의 정보를 표시하기 위한 것이며, 구동부(225)는 제 1 제어부(221)의 제어신호를 받아 밸브구동 액츄에이터(150)를 통해 자동제어밸브(145)에 대한 온-오프 동작을 제어한다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템(200)은 자동제어밸브(145)의 개도량을 조정하기 위한 제어장치가 메인 제어유닛(220)의 제 1 제어부(221)와 환수온도 설정기(160)의 제 2 제어부(161)로 구성되는 것으로, 제 1 제어부(221)는 실내온도(Ta)와 실내 설정온도(Tas)에 따른 자동제어밸브(145)의 온-오프 동작을 제어하고, 제 2 제어부(161)는 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 자동제어밸브(145)의 개도량을 비례 제어한다. 자동제어밸브(145)에 대한 온-오프 제어 및 환수 온도편차(ΔTw)에 따른 개도량 비례 제어는 상술한 것과 같다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 자동제어 난방시스템(200)에 있어서, 환수온도 설정기(160)에서 구동부(165)는 생략될 수 있다. 이 경우, 메인 제어유닛(220)이 자동제어밸브(145)에 대한 온-오프 제어 및 환수 온도편차(ΔTw)에 따른 개도량 비례 제어를 모두 수행할 수 있다. 또한, 실내온도 검출기(130), 급수온도 검출기(135) 및 환수온도 검출기(140)는 메인 제어유닛(220)과 연결될 수도 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100, 200 : 자동제어 난방시스템 101 : 급수배관
102 : 급수헤더 103 : 온수관
104 : 환수헤더 105 : 환수관
110 : 방 120, 210 : 온도 조절기
130 : 실내온도 검출기 135 : 급수온도 검출기
140 : 환수온도 검출기 145 : 자동제어밸브
150 : 밸브구동 액츄에이터 160 : 환수온도 설정기
170 : 온수공급밸브 175 : 유량제어밸브
220 : 메인 제어유닛

Claims

난방 온수를 공급하기 위한 급수배관;
상기 급수배관으로부터 온수를 공급받을 수 있도록 상기 급수배관에 연결되고 난방 대상이 되는 방에 매설되는 온수관;
상기 온수관을 통과한 온수를 배출시키기 위한 환수배관;
상기 온수관을 통한 온수의 유량을 제어하기 위해 상기 온수관에 설치되는 자동제어밸브;
상기 자동제어밸브의 개도량을 조절하기 위해 상기 자동제어밸브에 결합되는 밸브구동 액츄에이터;
상기 방의 실내온도(Ta)를 검출하기 위해 상기 방에 설치되는 실내온도 검출기;
상기 방으로 공급되는 온수의 급수온도를 검출하기 위해 상기 급수배관과 상기 온수관 및 상기 환수배관을 포함하는 온수 배관 중의 상기 방보다 상류에 설치되는 급수온도 검출기;
상기 방에서 배출되는 온수의 환수온도(Tw)를 검출하기 위해 상기 온수 배관 중의 상기 방보다 하류에 설치되는 환수온도 검출기;
상기 방에 대한 실내 설정온도(Tas)를 설정하기 위한 온도 조절기;
상기 방을 통과하여 환수되는 온수에 대한 환수 설정온도(Tws)를 설정하기 위한 환수온도 설정기; 및
상기 실내온도(Ta), 상기 급수온도, 상기 환수온도(Tw), 상기 실내 설정온도(Tas) 및 상기 환수 설정온도(Tws)에 대한 정보를 제공받아 상기 밸브구동 액츄에이터를 제어하여 상기 자동조절밸브의 개도량을 조정하는 제어장치;를 포함하고,
상기 제어장치는 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta)보다 크면, 상기 자동제어밸브를 개방하되, 상기 실내 설정온도(Tas)에서 상기 실내온도(Ta)를 뺀 실내 온도편차(ΔTa)가 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이고, 상기 환수 설정온도(Tws)에서 상기 환수온도(Tw)를 뺀 환수 온도편차(ΔTw)가 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하이면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 증감시키는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 실내 온도편차(ΔTa)와 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하여 상기 자동제어밸브를 온-오프 제어하기 위해 상기 온도 조절기에 내장되는 제 1 제어부와, 상기 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하여 상기 자동제어밸브의 개도량을 조정하기 위해 상기 환수온도 설정기에 내장되는 제 2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 제어부는 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 조절기 및 상기 환수온도 설정기와 통신 가능하게 연결되는 메인 제어유닛을 더 포함하고,
상기 제어장치는 상기 실내 온도편차(ΔTa)와 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하여 상기 자동제어밸브를 온-오프 제어하기 위해 상기 메인 제어유닛에 내장되는 제 1 제어부와, 상기 환수 온도편차(ΔTw)와 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하여 상기 자동제어밸브의 개도량을 조정하기 위해 상기 환수온도 설정기에 내장되는 제 2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 제어부는 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
(a) 실내 설정온도(Tas)를 입력받는 단계;
(b) 방에 매설된 온수관을 따라 유동하는 온수의 유량을 제어하는 자동제어밸브를 개방하는 단계;
(c) 상기 실내 설정온도(Tas)와 상기 방의 실내온도(Ta)를 비교하는 단계;
(d) 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta) 이하이면, 상기 자동제어밸브를 닫는 단계;
(e) 상기 실내 설정온도(Tas)가 상기 실내온도(Ta)보다 크면, 상기 실내 설정온도(Tas)에서 상기 실내온도(Ta)를 뺀 실내 온도편차(ΔTa)와 미리 설정된 실내온도 기준편차(ΔTar)를 비교하는 단계;
(f) 상기 실내 온도편차(ΔTa)가 상기 실내온도 기준편차(ΔTar)보다 크면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 최대로 조정하는 단계;
(g) 상기 실내 온도편차(ΔTa)가 상기 실내온도 기준편차(ΔTar) 이하이면, 미리 설정된 환수 설정온도(Twa)에서 상기 온수관을 따라 상기 방에서 배출되는 온수의 환수온도(Tw)를 뺀 환수 온도편차(ΔTw)와 미리 설정된 환수온도 기준편차(ΔTwr)를 비교하는 단계;
(h) 상기 환수 온도편차(ΔTw)가 상기 환수온도 기준편차(ΔTwr)보다 크면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 그대로 유지하는 단계; 및
(i) 상기 환수 온도편차(ΔTw)가 상기 환수온도 기준편차(ΔTwr) 이하이면, 상기 자동제어밸브의 개도량을 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 따라 증감시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템의 제어방법.
제 7 항에 있어서,
상기 (i) 단계에서 상기 자동제어밸브의 개도량을 완전 닫힘 상태와 최대 열림 상태 사이에서 상기 환수 온도편차(ΔTw)에 비례하여 단계적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템의 제어방법.