KR101592866B1

KR101592866B1 - 유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템

Info

Publication number: KR101592866B1
Application number: KR1020140029313A
Authority: KR
Inventors: 정기영
Original assignee: 정기영
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2016-02-11
Also published as: KR20150107029A

Abstract

보일러 및 냉동기를 사용하는 지역난방 시스템에으로써, 온수 또는 냉매의 유량과 관로를 통과하는 유량의 유속, 압력, 유속펄스속도를 측정하고 결과값에 따라 관로를 통과하는 유량 및 유속을 제어하여 에너지 손실을 최소화할 수 있는 냉, 난방 에너지손실 절감시스템을 개시한다. 본 고안은 각각의 관로에 설치된 센서를 통하여 압력, 온도, 유량, 유속을 측정, 제어부에서 이를 이용하여 해당 관로의 압력, 온도, 유량, 유속을 제어할 수 있도록 하여 불필요한 에너지의 손실을 줄일 수 있도록 한다.

Description

유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템{Cooling and heating system using flow rate and flow velocity control for reduces energy loss}

본 발명은 냉, 난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러 및 냉동기를 사용하는 지역난방 시스템에서, 온수 또는 냉매의 유량과 관로를 통과하는 유량의 유속, 압력, 유속펄스속도를 측정하고 결과값에 따라 관로를 통과하는 유량 및 유속을 제어하여 에너지 손실을 최소화시키는 유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템에 관한 것이다.

최근의 대단지 아파트나 중, 대형 규모의 빌딩은 개별난방 및 냉방이 아닌, 단지 또는 건물 전체를 위한 공동 냉, 난방시설을 설치하여 공동의 배관망을 통하여 각각의 세대 또는 각 층에 냉, 난방 온수를 공급하는 중앙공급방식 시스템을 일반적으로 사용하고 있다.

이러한 중앙공급방식 시스템은 상대적으로 효율이 높은 열원기기를 사용하고, 전문적 기술을 갖춘 관리자가 많은 수요처에 효과적으로 냉, 온수를 공급하여 줌으로써 개별 방식에 비하여 기기의 유지보수 및 노후화로 인한 효율감소에 대처하기 쉽고, 화재나 재난 등의 응급상황에 대응하기 용이해지며 효율이 높아 에너지 사용에 있어서도 보다 유리하다는 장점을 갖는다.

상기와 같은 대단지 아파트나 빌딩에 사용되는 중앙공급방식 냉, 난방 시스템은 압력신호를 이용하여 제어하거나 하나의 온도신호에 의해서 제어하는 것이 일반적이다. 이러한 종래의 시스템은 보일러 또는 냉동기(이하 냉온수기)의 토출 측과 흡입 측의 압력 편차에 근거하여 하나의 압력신호를 받아 제어하거나, 또는 하나의 온도신호에 근거하여 PID제어(Proportional Integral Derivative Control)를 실시하여 제어하게 되는데, 이러한 종래의 방식은 사용자측이 원하는 환경온도만을 기준으로 사용하기 때문에, 에너지를 공급하는 물의 유속과 유량이 과다하게 공급되어 원하는 에너지 이상을 사용자측에 공급하게 된다.

이에 대해 부가적으로 설명하면, 사용자가 자신이 거주 또는 사용하는 층의 온도를 설정하게 되면, 상기 사용자의 자택 또는 층수 관로의 온도를 설정한 온도까지 맞출 필요가 있으므로, 냉온수기는 물을 통해 관로에 에너지를 공급하기 위하여 특정 압력으로 설정된 온도만큼 가열 또는 냉각된 물을 해당 자택 또는 층수의 관로에 공급하게 된다.

여기서 상기의 관로는 열전도가 강한 금속 재질로 형성되는 것이 일반적이므로, 상기 관로가 가열 또는 냉각되어 설정된 온도까지 도달하는 속도는 빠르게 진행되는데, 상기 냉온수기는 관로의 온도를 알 수단이 없으므로 에너지를 가진 공급수를 필요 이상으로 공급하게 되어 필요 없는 열량이 손실되는 문제점이 발생한다.

또한 상기와 같이 필요 이상으로 공급수를 일시에 관로에 제공하게 되면 순환되어 에너지를 잃어버린 공급수를 냉온수기에서 다시 가열 또는 냉각하여야 하므로, 필요 이상의 연료를 사용하게 되어 손실을 일으키게 된다.

상기와 같은 종래의 중앙공급방식 냉, 난방 시스템은 냉온수기가 상기 관로에 전달되는 열량 및 유량, 유속 등의 정보를 알 수 없기 때문에 상술한 에너지 과잉공급을 제어할 수 없기에 이를 보완, 개량하여야 할 필요성이 발생하였다.

한편 본 발명의 분야와 연관되어 있는 선행기술로써, 주거공간을 난방하는 바닥 가열식 난방 방식에 있어서, 각 방으로 온수를 분배하는 난방 온수 분배 시스템 및 방법이 개시된 등록특허 10-0701756호, 난방시스탬 내 열원을 생성, 공급하는 기계실을 일정 규모로 분리하여 설치하여 초기 난방 공급온도까지 소요되는 시간 및 에너지를 절감할 수 있고 난방불균형 및 소음을 개선한 건축물 난방시스템을 개시한 등록특허 10-1099779호, 공급온수의 사용 효율을 높이고 손실열량을 최소화한 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 개시한 등록특허 10-1040693호, 초고층빌등의 공조배관시스템에서 문제가 되는 수두압력을 안정적이고 정확하게 제어할 수 있는 공조배관계의 다단계 압력분산 및 감압시스템과, 그 압력제어방법 및 시스템이 설비된 초고층 건축물을 개시한 등록특허 10-0550131호, 각 방마다의 난방부하를 고려하여 해당 방의 최적난방에 필요한 요구열량을 산출하고 그 열량과 비례관계에 있는 최적 유량값을 찾아 적용함으로써 연료비를 절감시킬 수 있는 난방부하를 고려한 정유량 자동제어장치를 개시한 등록특허 10-0948844호가 개시되어 있으나, 모두 본 발명과는 무관한 기술이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여, 냉온수기 지역난방 시스템의 냉, 난방에서 사용하는 온수 또는 냉매의 유량과 관로를 통과하는 유량의 유속을 제어하여 에너지 손실을 절감하는 시스템으로써, 압력 및 온도, 유량, 유속 등 상호 복합신호를 연산하여 유속과 유량을 제어, 조절함으로써 냉온수기의 에너지 효율을 높일 수 있는 유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템을 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉, 난방 에너지손실 절감시스템에 있어서, 하나 이상의 보일러 및 하나 이상의 냉동기를 가지는 냉온수기; 냉온수기와 연결되어 공급수를 전단하되, 중앙공급압력센서, 중앙공급온도센서, 중앙공급유량센서, 중앙공급유속센서를 가지는 센서부와 중앙공급밸브가 설치되는 중앙공급관로; 중앙공급관로에서 분기하여 공급수를 각 사용처로 전달하는 하나 이상의 공급관로; 각각의 공급관로에 연결되어 사용처에 냉방 또는 난방을 실시하는 에너지방출관들; 각각의 에너지방출관에 연결되되, 각각 회수압력센서, 회수온도센서, 회수유량센서, 회수유속센서를 가지는 센서부와 회수밸브가 설치되는 회수관로들; 각각의 회수관로와 냉온수기를 연결하되, 중앙회수압력센서, 중앙회수온도센서, 중앙회수유량센서, 중앙회수유속센서를 가지는 센서부와 하나 이상의 펌프가 설치되는 중앙회수관로; 및 센서부들, 중앙공급밸브, 회수밸브들, 펌프를 제어하는 제어부;를 포함하며, 제어부는, 센서부들이 전송하는 신호를 입력받는 센서신호 입력부; 센서신호 입력부와 연결되어 센서신호 입력부가 입력받은 신호를 개별적으로 임시 저장하는 외부신호 저장부; 중앙공급관로의 센서부에서 입력 받는 신호와 중앙회수관로의 상기 센서부에서 입력 받는 신호, 또는 중앙공급관로의 센서부에서 입력 받는 신호와 각각의 회수관로의 각각의 센서부의 신호를 일대일로 비교하여 압력변화량, 온도변화량, 유량변화량, 유속변화량를 변화량신호로 추출하는 비교 및 연산부; 중앙공급관로, 회수관로들, 중앙회수관로 및 펌프를 제어하기 위해 기 설정된 신호변화량과 비교 및 연산부로부터 추출된 변화량신호를 비교 및 PID 제어하여 신호변화량값을 추출하는 신호설정 제어부; 신호변화량값에 따라 중앙공급관로)의 중앙공급밸브를 제어하는 중앙공급관로 제어출력부; 신호변화량값에 따라 중앙회수관로의 펌프를 제어하는 펌프 제어출력부; 및 신호변화량값에 따라 각각의 회수관로에 설치되는 회수밸브들을 제어하는 분기회수관로 제어출력부;를 포함할 수 있다.

삭제

상기에서, 제어부에는 사용온도 및 환경데이터 저장부가 추가로 구성될 수 있다.

삭제

종래의 중앙공급방식 냉, 난방 시스템이 냉온수기의 에너지를 과다하게 사용하고, 또한 냉, 난방을 실시하는 층의 관로는 필요 이상의 에너지를 소모하게 되어 에너지의 현저한 손실이 발생함에 비해, 본 발명의 냉, 난방 시스템은 온도 에너지를 원하는 설정 목표치까지 설정하고 온수 또는 냉매의 출력에너지를 조절하면서 제어하여 관로에 과다한 에너지가 전달되는 것을 방지하고, 냉온수기의 에너지 충전량을 충분히 확보한 상태에서 상기 온수 또는 냉매를 제공하여 에너지 손실을 현저하게 절약할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 냉, 난방 시스템의 구조도.
도 2는 본 발명의 냉, 난방시스템 중 제어부 및 상기 제어부와 전기적으로 연결되어 있는 구성요소들을 도시한 구조도.
도 3은 상기 제어부의 구성요소의 동작 순서도.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 냉, 난방 시스템(100)의 구조도이다. 이하에서는 도 1을 통하여 본 발명의 냉, 난방 시스템(100)의 구성에 대해 설명한다. 본 발명의 냉, 난방 시스템(100)은 건물의 구획이나 층 등의 사용처(F1, F2, F3)에 냉, 온수(이하 공급수)를 이용하여 냉, 난방을 실시하기 위하여, 보일러(11)와 냉동기(12)를 포함하여 구성되는 냉온수기(10)와, 상기 냉온수기(10)에 연결되며 중앙공급압력센서(21), 중앙공급온도센서(22), 중앙공급유량센서(23), 중앙공급유속센서(24)를 가지는 센서부(20S) 및 중앙공급밸브(20V)가 설치되어 있는 중앙공급관로(20), 상기 중앙공급관로(20)와 연결되면서 각 사용처(F1, F2, F3)까지 공급수를 전달하는 제1, 제2, 제3공급관로(30, 40, 50), 상기 제1, 제2, 제3공급관로(30, 40, 50)와 일대 일로 연결되어 도 1에 도시된 바와 같이 각 사용처(F1, F2, F3)에 대한 냉, 난방을 실시하는 제1, 제2, 제3에너지방출관(31, 41, 51), 상기 제1에너지방출관(31)과 연결되며, 제1회수압력센서(61), 제1회수온도센서(62), 제1회수유량센서(63), 제1회수유속센서(64)를 가지는 센서부(60S) 및 제1회수밸브(60V)가 설치되어 있는 제1회수관로(60), 상기 제2에너지방출관(41)과 연결되며, 제2회수압력센서(71), 제2회수온도센서(72), 제2회수유량센서(73), 제2회수유속센서(74)를 가지는 센서부(70S) 및 제2회수밸브(70V)가 설치되어 있는 제2회수관로(70), 상기 제3에너지방출관(51)과 연결되며, 제3회수압력센서(81), 제3회수온도센서(82), 제3회수유량센서(83), 제3회수유속센서(84)를 가지는 센서부(80S) 및 제3회수밸브(80V)가 설치되어 있는 제3회수관로(80), 그리고 상기의 제1, 제2, 제3회수관로(60, 70, 80)와 일측이 연결되고, 타측이 상기한 냉온수기(10)와 연결되며, 중앙회수압력센서(91), 중앙회수온도센서(92), 중앙회수유량센서(93), 중앙회수유속센서(94)를 가지는 센서부(90S) 및 하나 이상의 펌프(Pump)가 설치되어 있는 중앙회수관로(90)로 구성된다.

또한 상기의 냉, 난방 시스템(100)의 센서 일체(21~24, 61~64, 71~74, 81~84, 91~94) 및 밸브(20V, 60V, 70V, 80V), 펌프(Pump)는 제어부(C)와 연결된다.

여기서 상기와 같이 구성되는 냉, 난방 시스템(100)에서의 공급수의 흐름 방향은 도 1의 화살표와 같으며, 이에 대해 구체적으로 설명하면 냉온수기(10)가 제공하는 공급수는 중앙공급관로(20)를 통해 흐른 뒤 제1, 제2, 제3공급관로(30, 40, 50)로 분기하여, 각자의 공급관로(30, 40, 50)와 연결되어 있는 제1, 제2, 제3에너지방출관(31, 41, 51)으로 이동하여 상기 에너지방출관(31, 41, 51)이 각각 설치되어 있는 구획(F1, F2, F3)에 대한 냉, 난방을 실시한 뒤, 상기 에너지방출관(31, 41, 51)과 각각 연결되어 있는 제1, 제2, 제3회수관로(60, 70, 80)를 통하여 중앙회수관로(90)를 통해 냉온수기(10)로 복귀하게 되며, 이와 같은 공급수의 흐름은 펌프(Pump)에 의해 제어된다.

또한 상기한 관로의 밸브(20V, 60V, 70V, 80V) 외에 설치되어 있는 밸브는 공급수의 흐름을 조절할 수 있도록 하는 일반적인 밸브이며, 이는 사용자가 수동으로 개폐하거나 또는 제어부(C)에 연결될 수도 있다. 상기와 같이 제어부(C)에 관로의 밸브(20V, 60V, 70V, 80V) 외의 밸브가 연결될 경우, 상기 제어부(C)는 기타 밸브를 여닫을 수 있도록 하는 별도의 인터페이스를 제공할 수 있다.

여기서 상기의 냉, 난방시스템(100)은 세 개의 구획(F1, F2, F3)을 냉, 난방하는 시스템으로써 설명하였지만, 이는 일예시로써 본 발명의 냉, 난방시스템(100)은 둘 이상의 구획으로 구분되는 건물 또는 지역 등에 사용될 수 있으며, 이는 분기된 공급관로 및 에너지방출관로, 회수관로를 늘림으로써 충분히 달성할 수 있다. 이하에서는 마찬가지로 세 개의 구획(F1, F2, F3)을 가진 냉, 난방시스템(100)을 일예시로 하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 냉, 난방시스템(100) 중 제어부(C) 및 상기 제어부(C)와 전기적으로 연결되어 있는 구성요소들을 도시한 구조도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 통하여 본 발명의 냉, 난방시스템(100)의 제어부(C) 구성에 대해 설명한다.

상기 제어부(C)는 도 2에서 도시된 바와 같이 센서신호 입력부(C1), 외부신호 저장부(C2), 비교 및 연산부(C3), 신호설정 제어부(C4), 중앙공급관로 제어출력부(C5), 펌프 제어출력부(C6), 분기회수관로 제어출력부(C7)로 구성되며, 사용온도 및 환경데이터 저장부(C8)가 추가로 구성될 수도 있다. 그리고 상기 구성원들의 연결 구성은 도 2에서 도시된 바와 같다.

여기서 상기와 같이 구성되는 제어부(C)는 마이크로프로세서를 이용하여 형성할 수도 있으며, 전자회로를 형성하여 구성할 수도 있고, 서버 컴퓨터와 소프트웨어를 이용하여 구성할 수도 있다. 상기한 방법은 일예시로써, 설치자가 상기와 같이 구성되는 제어부(C)를 형성하기 위한 수단에는 제약이 없다.

상기와 같이 구성되는 제어부(C) 각 요소들의 역할에 대해 설명하면, 상기 센서신호 입력부(C1)는 중앙공급관로(20) 및 제1, 제2, 제3회수관로(60, 70, 80) 및 중앙회수관로(90)의 각 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)가 전송하는 신호를 제어부(C) 내로 입력 받는 역할을 하며, 상기 센서신호 입력부(C1)와 연결되어 있는 외부신호 저장부(C2)는 상기 센서신호 입력부(C1)가 입력받은 신호를 임시로 저장하게 된다. 여기서 상기 외부신호 저장부(C2)는 각각의 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)에서 전송한 신호를 개별적으로 구분하여 저장할 수 있도록 하며, 상기 외부신호 저장부(C2)에서 저장하게 되는 신호는 압력(P), 온도(T), 유량(F), 유속(VF)이다.

상기 외부신호 저장부(C2)에 각각의 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)가 전송한 압력(P), 온도(T), 유량(F), 유속(VF)를 구분하여 저장한 후, 상기 신호(P, T, F, VF)는 비교 및 연산부(C3)로 전송된다.

그리고 비교 및 연산부(C3)에서는 상기 신호(P, T, F, VF)를 일대 일로 비교 및 연산, 판별, PID제어를 실시하는데 이때 상기 일대 일로 비교하는 대상은 중앙공급관로(20)의 센서부(20S) 신호(P, T, F, VF)와 중앙회수관로(90) 센서부(90S)의 신호(P, T, F, VF) 또는 중앙공급관로(20)의 센서부(20S) 신호(P, T, F, VF)와 회수관로(60, 70, 80) 각각의 센서부(60S, 70S, 80S)의 신호(P, T, F, VF) 중 하나이다.

상기의 비교 및 연산부(C3)에서의 결과로, 해당 일대 일로 비교한 대상 사이의 압력변화량(ΔP), 온도변화량(ΔT), 유량변화량(ΔF), 유속변화량(ΔVF)이 추출되어, 상기 변화량신호(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)가 신호설정 및 제어부(C4)로 전송된다.

상술한 바와 같이 신호설정 제어부(C4)에는 상기한 변화량신호(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)가 입력되는데, 상기 신호설정 제어부(C4)는 상기 중앙공급관로(20), 상기 회수관로(60, 70, 80)들, 상기 중앙회수관로(90) 및 상기 펌프(Pump)를 제어하기 위해 기 설정된 신호변화량과 상기 비교 및 연산부(C3)로부터 추출된 변화량신호를 비교 및 PID 제어하여 신호변화량값(Pset, Tset, Fset, VFset)을 추출하는 역할을 한다.

그리고 상기의 신호설정 제어부(C4)는 제어 대상인 밸브(20V, 60V, 70V, 80V) 및 펌프(Pump)에게 제어신호를 전달하여 밸브(20V, 60V, 70V, 80V) 및 펌프(Pump)를 제어하는 중앙공급관로 제어출력부(C5), 펌프 제어출력부(C6) 및 분기회수관로 제어출력부(C7)와 연결되며, 중앙공급관로 제어출력부(C5)는 신호변화량값(Pset, Tset, Fset, VFset)에 따라 중앙공급관로(20)의 중앙공급밸브(20V)를 제어하고, 펌프 제어출력부(C6)는 신호변화량값(Pset, Tset, Fset, VFset)에 따라 중앙회수관로(90)의 상기 펌프(Pump)를 제어하며, 분기회수관로 제어출력부(C7)는 신호변화량값(Pset, Tset, Fset, VFset)에 따라 각각의 상기 회수관로(60, 70, 80)에 설치되는 회수밸브(60V, 70V, 80V)들을 제어한다.

또한 상기 사용온도 및 환경데이터 저장부(C8)는 본 발명의 냉, 난방시스템(100)의 외부 온도 및 환경데이터를 수집, 저장하도록 한다.

도 3은 상기 제어부(C)의 구성요소의 동작 순서도이다. 이하에서는 상기한 설명을 바탕으로 하여 도 1 및 도 2, 도 3을 통하여 본 발명의 냉, 난방시스템(100)의 동작에 대해 설명한다.

본 발명의 냉, 난방시스템(100)의 설비 구조는 도 1에서 도시하고 설명한 바와 같으며, 상기 냉, 난방시스템(100)의 제어부(C)의 구성은 도 2에서와 같고, 상기 제어부(C)의 동작 절차는 도 3에서와 같다. 이를 설명하면, 냉온수기(10) 및 펌프(Pump)를 동작시켜 난방시스템(100)의 관로에 에너지를 지닌 유체의 흐름을 생성하게 되면, 상기 냉, 난방시스템(100)의 각 관로(20, 60, 70, 80, 90)에 설치되어 있는 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)가 해당 관로(20, 60, 70, 80, 90)에 흐르는 유체의 압력(P), 온도(T), 유속(F), 유량(VF)을 측정하게 되고, 상기 측정의 결과가 제어부(C)에 전송된다.

상기한 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)가 제어부(C)의 센서신호 입력부(C1)에 입력되는 외부신호 입력단계(S1)가 실행되면, 상기 센서신호 입력부(C1)는 외부신호 저장부(C2)로 입력된 압력(P), 온도(T), 유속(F), 유량(VF)을 전달하여, 상기 신호가 외부신호 저장부(C2)에서 각 관로별로 구분되어 저장되는 외부신호 저장단계(S2)를 수행한다.

상기와 같이 외부신호 저장단계(S2)가 시행된 후에는, 관로의 어느 요소를 제어할 지를 결정하는 제어선택단계(S3)가 시작되는데, 상기 제어선택단계(S3)는 외부신호 저장부(C2)에서 수행할 수도 있고, 외부신호 저장부(C2)와 연결되어 있는 비교 및 연산부(C3)가 상기 신호(P, T, F, VF)를 전달받은 상태에서 이를 수행할 수도 있다.

그리고 상기 제어선택단계(S3)에서 제어선택의 대상은 중앙공급밸브(20V) 및 펌프(Pump), 각각의 회수밸브(60V, 70V, 80V)이며, 상기 회수밸브(60V, 70V, 80V)중 어느 하나를 지정하여 제어할 수 있어야 하므로, 도 3에서 도시된 바와 같이 회수밸브 제어선택 단계를 별도로 분기하여 구분할 수도 있고, 또는 하나의 제어선택 분기에서 각각의 회수밸브 및 중앙공급밸브, 펌프 등을 선택할 수도 있다.

상기와 같이 제어선택단계(S3)를 통하여 제어선택의 대상을 결정하게 되면, 상기 선택된 대상에 대하여 제어단계(S4)를 통하여 제어선택의 대상에 대한 제어를 실시하며, 상기 제어단계(S4)의 세부단계는 도 3에서 도시된 바와 같다. 이하에서는 도 3을 통하여 상기 제어단계(S4)의 세부 단계 구성에 대해 설명하며, 상기의 설명에 적용되는 제어단계(S4)의 제어 대상은 중앙공급밸브(20V)이며, 상기 중앙공급밸브(20V) 외의 대상인 펌프 및 회수밸브(Pump, 60V, 70V, 80V)에 대해서도 동일한 절차로 제어단계(S4)가 실시되므로, 이하의 설명에서는 상기 중앙공급밸브(20V)의 제어단계(S4)를 일예시로 하여 설명하며, 나머지 대상(Pump, 60V, 70V, 80V)에서의 제어단계(S4)는 생략하기로 한다.

상기한 중앙공급밸브(20V)를 제어하여 상기 중앙공급밸브(20V)가 담당하고 있는 중앙공급관로(20)의 출력을 조절하기 위하여, 상기 비교 및 연산부(C3)는 중앙공급밸브(20V)를 제어하는 데 필요한 신호를 추출하게 되는데, 이때 상기 중앙공급밸브(20V)를 제어하는 데 필요한 신호는 중앙공급관로(20)의 센서부(20S)의 신호와, 이에 대응하는 중앙회수관로(90)의 센서부(90S)의 신호이므로, 상기 비교 및 연산부(C3)는 전달 받은 신호 중 중앙공급관로(20)의 센서부(20S)의 압력, 온도, 유량, 유속 신호와 중앙회수관로(90) 센서부(90S)의 압력, 온도, 유량, 유속 신호를 추출한 뒤 이를 일대 일로 비교 및 연산, 판별, PID제어를 실시하는 비교 및 연산단계(S41)를 실시하여, 상기 비교 및 연산부(C3)의 역할에서 상술 한 바와 같이, 중앙공급관로(20) 상의 압력, 온도, 유량, 유속 신호와 중앙회수관로 상의 압력, 온도, 유량, 유속 신호변수의 변화량(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)를 추출하는 변화량 추출단계(S42)를 시행한다. 상기의 변화량 추출단계(S42)까지는 비교 및 연산부(C3)에서 수행하게 된다.

상기한 변화량 추출단계(S42)를 통하여 추출된 중앙공급관로(20)와 중앙회수관로(90)의 신호변수 변화량(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)은 신호설정 제어부(C4)로 전송된다. 이때 상기 신호설정 제어부(C4)에는 상술하였다시피, 각 제어 요소인 중앙밸브(20V) 및 펌프(Pump), 회수밸브(60V, 70V, 80V)의 동작을 최적화할 수 있는 동작신호 범위인 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset)가 입력되어 있으므로, 상기 신호설정 제어부(C4)는 상기한 중앙공급관로(20) 제어를 위한 신호변수 변화량(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)이 중앙공급관로(20) 밸브(20V) 제어를 위하여 설정되어 있는 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset) 내에 속하는 지 확인하기 위하여, 상기 두 신호량을 비교 및 PID제어하는 설정 및 제어단계(S43)를 실시한다.

상기의 설정 및 제어단계(S43)에 따라 나타날 수 있는 경우의 수는 2가지 경우로, 상기의 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset) 내에 위치하거나, 또는 상기 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset)를 초과 또는 미만하는 경우이며, 이는 도 3에 도시된 신호변수 판단단계(S44)에서 결정되고, 상기 신호변수 판단단계(S44)의 실행은 신호설정 및 제어부(C4)에서 이루어진다.

상기의 신호변수 판단단계(S44)의 분기에 따라, 만약 상기 신호변수 변화량(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)이 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset) 내에 속한다면, 상기의 신호설정 및 제어부(C4)는 현 상태를 유지하라는 신호를 중앙공급관로 제어출력부(C5)에 전송하고, 상기 중앙공급관로 제어출력부(C5)는 중앙공급밸브(20V)의 현 상태를 유지하는 제어유지단계(S45)를 실행하여 제어단계(S4)를 달성하게 된다.

그리고 만약 상기의 신호변수 판단단계(S44)에서, 상기 신호변수 변화량(ΔP, ΔT, ΔF, ΔVF)이 신호변화량 범위(Pset, Tset, Fset, VFset)를 벗어나게 되면, 상기 신호설정 제어부(C4)는 현재의 출력을 감소 또는 증가시키기 위한 제어신호를 중앙공급관로 제어출력부(20)에 전송하고, 상기 중앙공급관로 제어출력부(20)는 전송받은 제어신호에 따라 중앙공급밸브(20V)의 출력을 조절하기 위하여, 상기 제어신호를 중앙공급밸브(20V) 제어용 신호로 변환하여 전달하는 신호전달단계(S46)가 이루어지고, 상기 중앙공급밸브(20V)가 출력량을 조절하게 되는 출력조절단계(S47)를 실시한다. 그리고 상기의 출력조절단계(S47)가 완료되어 상기 중앙공급밸브(20V)의 출력량 조절이 완료되면, 상기의 중앙공급관로 제어출력부(20)는 상기 외부신호 저장부(C2)에 신호를 보내어 상기 중앙공급관로(20)의 출력을 다시 한 번 측정하도록 하여 상기한 단계(S1, S2, S3)를 거쳐 제어단계(S4)까지 재귀적으로 완료할 수 있도록 한다.

상기의 제어단계(S4) 내 세부단계는 상술하였다시피, 나머지 제어 대상인 펌프(Pump) 및 회수밸브(60V, 70V, 80V)에게도 동일한 방법으로 적용되며, 이때 비교 및 연산부(C3)에서 사용하는 신호는 펌프(Pump)의 경우 상기 중앙공급관로(20) 센서(20S) 신호와 회수관로(60, 70, 80)의 센서(60S, 70S, 80S) 중 어느 하나를 선택하여 사용하며, 상기 회수밸브(60V, 70V, 80V)를 제어하기 위하여 비교 및 연산부(C3)에서 사용하는 신호는 상기 중앙공급관로(20)의 센서(20S) 신호와 각 회수밸브(60V, 70V, 80V)가 담당하고 있는 관로(60, 70, 80)의 센서(60S, 70S, 80S)를 사용한다. 예를 들어, 상기 제1회수관로(60)에 설치되어 있는 제1회수밸브(60V)를 제어하기 위해서는, 상기 중앙공급관로(20) 센서(20S)와 제1회수관로(60) 센서(60S)를 비교 및 연산부(C3)에서 사용하게 된다.

10 : 냉온수기. 20 : 중앙공급관로. 30, 40, 50 : 공급관로.
31, 41, 51 : 에너지방출관. 60, 70, 80 : 회수관로. 90 : 중앙회수관로.
20S, 60S, 70S, 80S, 90S : 센서부. 20V : 중앙공급밸브.
60V, 70V, 80V : 제1~3회수밸브. Pump : 펌프.

Claims

냉, 난방 에너지손실 절감시스템에 있어서,
하나 이상의 보일러(11) 및 하나 이상의 냉동기(12)를 가지는 냉온수기(10);
상기 냉온수기(10)와 연결되어 공급수를 전단하되, 중앙공급압력센서(21), 중앙공급온도센서(22), 중앙공급유량센서(23), 중앙공급유속센서(24)를 가지는 센서부(20S)와 중앙공급밸브(20V)가 설치되는 중앙공급관로(20);
상기 중앙공급관로(20)에서 분기하여 상기 공급수를 각 사용처로 전달하는 하나 이상의 공급관로(30, 40, 50);
각각의 상기 공급관로(30, 40, 50)에 연결되어 사용처에 냉방 또는 난방을 실시하는 에너지방출관(31, 41, 51)들;
각각의 상기 에너지방출관(31, 41, 51)에 연결되되, 각각 회수압력센서(61, 71, 81), 회수온도센서(62, 72, 82), 회수유량센서(63, 73, 83), 회수유속센서(64, 74, 84)를 가지는 센서부(60S, 70S, 80S)와 회수밸브(60V, 70V, 80V)가 설치되는 회수관로(60, 70, 80)들;
각각의 상기 회수관로(60, 70, 80)와 상기 냉온수기(10)를 연결하되, 중앙회수압력센서(91), 중앙회수온도센서(92), 중앙회수유량센서(23), 중앙회수유속센서(24)를 가지는 센서부(90S)와 하나 이상의 펌프(Pump)가 설치되는 중앙회수관로(90); 및
상기 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)들, 상기 중앙공급밸브(20V), 상기 회수밸브(60V, 70V, 80V)들, 상기 펌프(Pump)를 제어하는 제어부(C);를 포함하며,
상기 제어부(C)는,
상기 센서부(20S, 60S, 70S, 80S, 90S)들이 전송하는 신호를 입력받는 센서신호 입력부(C1);
상기 센서신호 입력부(C1)와 연결되어 상기 센서신호 입력부(C1)가 입력받은 신호를 개별적으로 임시 저장하는 외부신호 저장부(C2);
상기 중앙공급관로(20)의 상기 센서부(20S)에서 입력 받는 신호와 상기 중앙회수관로(90)의 상기 센서부(90S)에서 입력 받는 신호, 또는 상기 중앙공급관로(20)의 상기 센서부(20S)에서 입력 받는 신호와 각각의 상기 회수관로(60, 70, 80)의 각각의 센서부(60S, 70S, 80S)의 신호를 일대일로 비교하여 압력변화량, 온도변화량, 유량변화량, 유속변화량를 변화량신호로 추출하는 비교 및 연산부(C3);
상기 중앙공급관로(20), 상기 회수관로(60, 70, 80)들, 상기 중앙회수관로(90) 및 상기 펌프(Pump)를 제어하기 위해 기 설정된 신호변화량과 상기 비교 및 연산부(C3)로부터 추출된 변화량신호를 비교 및 PID 제어하여 신호변화량값을 추출하는 신호설정 제어부(C4);
상기 신호변화량값에 따라 상기 중앙공급관로(20)의 상기 중앙공급밸브(20V)를 제어하는 중앙공급관로 제어출력부(C5);
상기 신호변화량값에 따라 상기 중앙회수관로(90)의 상기 펌프(Pump)를 제어하는 펌프 제어출력부(C6); 및
상기 신호변화량값에 따라 각각의 상기 회수관로(60, 70, 80)에 설치되는 회수밸브(60V, 70V, 80V)들을 제어하는 분기회수관로 제어출력부(C7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 제어부(C)는 사용온도 및 환경데이터 저장부(C8)를 더 포함하는 것을 특징으로 유량과 유속 흐름 제어를 이용한 냉, 난방 에너지손실 절감시스템.
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