KR101447595B1 - 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빌딩 등과 같은 대형 건물의 급수 시스템에서 인버터 부스터 펌프에 의해 급수배관을 통해 실시간으로 토출되는 유량을 유량계없이 연산을 통해 측정함으로써, 주파수 변화에 따른 이론적인 효율 기준점과 실시간으로 측정한 토출유량에 의한 측정 효율을 비교하여, 펌프의 작동효율을 실시간으로 검증하고 최고효율지점으로 펌프의 작동을 유도하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법에 관한 것으로서, 2대의 대용량 펌프(13, 14)와 2대의 소용량 펌프(11, 12)가 저수조(22)와 연결된 흡입배관(21)과, 사용처(26)로 물을 공급하는 급수배관(25) 사이에 병렬로 설치되고, 소용량 펌프(11, 12)와 대용량 펌프(13, 14)에 인버터(15, 16, 17, 18)가 각각 장착되고, 제어반(30)에 의해 인버터(15, 16, 17, 18)의 작동이 제어되고, 상기 급수배관(25)에 압력탱크(35)가 설치된 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
(1) 펌프의 작동 조합 형태에 따른 효율 기준값을 설정하는 단계와,
(2) 작동되고 있는 펌프의 조합 형태를 판단하는 단계와,
(3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값(η1)을 비교하는 단계와,
(4) 효율 측정값이 효율 기준값 이상이면, 펌프의 작동을 그대로 유지하는 단계와,
(5) 효율 측정값이 효율 기준값 미만이면, 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
(6) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 대용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동하는 단계와,
(7) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
(8) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 소용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동하는 단계와,
(9) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, (3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값을 비교하는 단계로 피드백하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법{EFFICIENCY VERIFICTION METHOD OF THE INVERTER BOOSTER PUMP SYSTEM}
본 발명은 빌딩 등과 같은 대형 건물의 급수 시스템에서 인버터 부스터 펌프에 의해 급수배관을 통해 실시간으로 토출되는 유량을 유량계없이 연산을 통해 측정함으로써, 주파수 변화에 따른 이론적인 효율 기준점과 실시간으로 측정한 토출유량에 의한 측정 효율을 비교하여, 펌프의 작동효율을 실시간으로 검증하고 최고효율지점으로 펌프의 작동을 유도하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제 10-0965845호(2010년 6월 16일, 등록)에 "인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 제어방법"이 소개되어 있다.
상기 인버터 부스터 펌프 시스템은 제 3 대용량 펌프 및 제 4 대용량 펌프와, 대용량 펌프 용량의 1/2 용량을 갖는 제 1 소용량 펌프 및 제 2 소용량 펌프가 저수조와 연결된 흡입배관과 사용처로 물을 공급하는 급수배관 사이에 병렬로 설치되고, 소용량 펌프와 대용량 펌프에 인버터가 각각 장착되고, 제어반에 의해 인버터의 작동이 제어되고, 급수배관에 압력탱크가 설치되어, 압력탱크에 의해 급수배관의 급격한 수압 변화가 방지되도록 하며, 이때, 1대의 대용량 펌프가 최대 마력(60Hz)으로 구동될 때의 토출유량을 100%로 정하였을 때, 소용량 펌프는 최대 토출유량이 50%가 되며, 토출유량이 50% 이하일 경우, 제 1 소용량 펌프가 구동되고, 토출유량이 50%을 초과하고 100% 이하일 경우, 제 1 소용량 펌프의 작동이 정지되고, 제 3 대용량 펌프가 구동되고, 토출유량이 100%를 초과하고 150% 이하일 경우, 제 1 소용량 펌프와 대용량 펌프가 동시에 구동되고, 토출유량이 150%를 초과하고 200% 이하일 경우, 작동되고 있는 제 1 소용량 펌프가 정지되고, 제 3 및 제 4
대용량 펌프가 구동되고, 토출유량이 200%를 초과하고 250% 이하일 경우, 제 3 및 제 4 대용량 펌프와 제 1 소용량 펌프가 구동되고, 토출유량이 250%를 초과하게 되면, 제 3 및 제 4 대용량 펌프와 제 1 및 제 2 소용량 펌프 모두가 구동되는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 인버터 부스터 펌프 시스템에는 실시간으로 급수배관을 통과하는 유량의 유량계없이 산출하는 것이 설명되어 있지 않을 뿐만 아니라 산출된 유량을 데이터를 이용하여 실시간으로 펌프의 작동 효율을 검증하는 것이 소개되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 빌딩 등과 같은 대형 건물의 급수 시스템에서 인버터 부스터 펌프에 의해 급수배관을 통해 실시간으로 토출되는 유량을 유량계없이 연산을 통해 측정함으로써, 주파수 변화에 따른 이론적인 효율 기준점과 실시간으로 측정한 토출유량에 의한 측정 효율을 비교하여, 펌프의 작동효율을 실시간으로 검증하고 최고효율지점으로 펌프의 작동을 유도하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법은 2대의 대용량 펌프와 2대의 소용량 펌프가 저수조와 연결된 흡입배관과, 사용처로 물을 공급하는 급수배관 사이에 병렬로 설치되고, 소용량 펌프와 대용량 펌프에 인버터가 각각 장착되고, 제어반에 의해 인버터의 작동이 제어되고, 상기 급수배관에 압력탱크가 설치된 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
(1) 펌프의 작동 조합 형태에 따른 효율 기준값을 설정하는 단계와,
(2) 작동되고 있는 펌프의 조합 형태를 판단하는 단계와,
(3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값(η1)을 비교하는 단계와,
(4) 효율 측정값이 효율 기준값 이상이면, 펌프의 작동을 그대로 유지하는 단계와,
(5) 효율 측정값이 효율 기준값 미만이면, 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
(6) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 대용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동하는 단계와,
(7) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
(8) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 소용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동하는 단계와,
(9) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, (3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값을 비교하는 단계로 피드백하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법은 실시간 자가진단을 고가의 유량계없이도 급수배관의 유량을 측정할 수 있고, 측정한 유량을 이용하여, 펌프의 작동효율을 실시간으로 검증하고 최고효율지점으로 펌프의 작동을 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능검증방법을 도시한 플로우 챠트
도 3은 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 H-Q 성능곡선 그래프
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템은 2대의 대용량 펌프(13, 14)와 2대의 소용량 펌프(11, 12)가 저수조(22)와 연결된 흡입배관(21)과, 사용처(26)로 물을 공급하는 급수배관(25) 사이에 병렬로 설치되고, 소용량 펌프(11, 12)와 대용량 펌프(13, 14)에 인버터(15, 16, 17, 18)가 각각 장착되고, 제어반(30)에 의해 인버터(15, 16, 17, 18)의 작동이 제어되고, 상기 급수배관(25)에 압력탱크(35)가 설치된다.
도 2를 참조하면, 상기와 같은 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법은 다음과 같다.
(1) 펌프의 작동 조합 형태에 따른 효율 기준값을 설정한다.
(2) 작동되고 있는 펌프의 조합 형태를 판단한다.
(3) 실측한 효율 측정값과 펌프의 조합 형태에 따른 효율 기준값을 비교한다.
(4) 효율 측정값이 효율 기준값 이상이면, 펌프의 작동을 그대로 유지한다.
(5) 효율 측정값이 효율 기준값 미만이면, 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단한다.
(6) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 대용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동한다. 여기서, 최적 효율지점은 설정효율 이상의 주파수에서 효율 기준값에 최대로 근접한 주파수의 최고 효율지점이다.
(7) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단한다.
(8) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 소용량 펌프의 주파수를 최적 효율지점으로 이동한다. 여기서, 최적 효율지점은 설정효율 이상의 주파수에서 효율 기준값에 최대로 근접한 주파수의 최고 효율지점이다.
(9) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, (3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값을 비교하는 단계로 피드백한다.
(1) 및 (2) 단계에서, 펌프의 작동 조합 형태는 소용량 펌프 작동, 소용량 펌프+대용량 펌프 작동, 또는 대용량 펌프 작동 형태로 구분되고, 펌프의 작동 조합 형태에 따른 이론적인 효율 기준값(η1)이 결정된다.
(3) 단계를 수행하기 위해서는 다음과 같은 과정이 선행되어야 한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템을 현장에 설치한 후, 현장 조건에 맞는 오토 튜닝(Auto tuning)을 통해 실제 H-Q 성능곡선 데이터를 구하고, 도 3에 도시된 것처럼, 사용처에 필요한 사용설정압력을 입력하고, 작동설정압력에 맞추어 인버터 주파수를 변환한다.
이와 같이, 인버터 주파수 변환값에 따른 사용설정압력에서의 유량을 측정 팩터를 이용하여 산출함으로써, 고가의 유량계없이 급수배관을 통과하는 유량을 실시간으로 산출할 수 있으며, 주파수에 따른 사용설정압력에서의 유량을 측정함으로써, 실시간으로 효율 측정값을 구할 수 있다.
예를 들어, 도 3에서 60Hz의 성능곡선은 성능시험 결과 데이터를 축출할 수 있어, 기본 측정값으로 이용될 수 있다. 여기서, 사용설정압력에 대응되는 60Hz의 대응점은 센서에서 측정한 값으로 알 수 있다.
Figure 112013025921175-pat00001
여기서, 유량 Q, 전양정 H, 전압 E, 전류 I 및 역률 Pf 등을 센서 및 인버터를 통해 얻은 값으로 제어반에서 연산할 수 있다.
상기 수학식 1에서 도 3의 a지점의 양정 H = 70m와 유량 Q = 0.5 m3/min을 구할 수 있다.
그리고, 상사법칙에 의해,
Q' = (n'/n)×Q → 도 3에서 Q' = 0.417 m3/min
H' = (n'/n)2×H → 도 3에서 H' = 48.6 m
L'(동력) = (n'/n)3×L
rpm = (120/P)×f(주파수) 여기서, P는 극수
따라서, 도 3의 a'지점은 H' = 48.6 m, Q' = 0.417 m3/min을 얻을 수 있다.
그리고, 커브 피팅(3차 방정식)을 통해 주파수 50Hz(f1)의 주파수 방정식을 구하고, b지점의 유량(Qb)을 구할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법은 주파수 변경에 따른 해당 주파수 곡선과 유량을 구할 수 있고, 이것으로부터 효율 측정값을 연산하여, 사용유량의 변화에 따라 펌프가 항상 효율 기준값 보다 높은 효율값의 주파수로 운전될 수 있는 장점이 있다.
11 , 12 : 소용량 펌프 13, 14 : 대용량 펌프
15, 16, 17, 18 : 인버터

Claims (1)

  1. 2대의 대용량 펌프(13, 14)와 2대의 소용량 펌프(11, 12)가 저수조(22)와 연결된 흡입배관(21)과, 사용처(26)로 물을 공급하는 급수배관(25) 사이에 병렬로 설치되고, 소용량 펌프(11, 12)와 대용량 펌프(13, 14)에 인버터(15, 16, 17, 18)가 각각 장착되고, 제어반(30)에 의해 인버터(15, 16, 17, 18)의 작동이 제어되고, 상기 급수배관(25)에 압력탱크(35)가 설치된 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
    (1) 펌프의 작동 조합 형태에 따른 효율 기준값을 설정하는 단계와,
    (2) 작동되고 있는 펌프의 조합 형태를 판단하는 단계와,
    (3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값(η1)을 비교하는 단계와,
    (4) 효율 측정값이 효율 기준값 이상이면, 펌프의 작동을 그대로 유지하는 단계와,
    (5) 효율 측정값이 효율 기준값 미만이면, 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
    (6) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 설정효율 이상의 주파수에서 효율 기준값에 최대로 근접한 주파수의 최고 효율지점인 최적 효율지점으로 대용량 펌프의 주파수를 이동하는 단계와,
    (7) 대용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상인가를 판단하는 단계와,
    (8) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 미만이면, 설정효율 이상의 주파수에서 효율 기준값에 최대로 근접한 주파수의 최고 효율지점인 최적 효율지점으로 소용량 펌프의 주파수를 이동하는 단계와,
    (9) 소용량 펌프의 작동 효율이 설정효율 이상이면, (3) 실측한 효율 측정값과 효율 기준값을 비교하는 단계로 피드백하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 성능 검증방법.
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