KR101664267B1 - 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법 - Google Patents

바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부 또는 외부에 바이패스 통롤를 가지는 구조의 열회수 환기장치에 있어서, 외기 도입시 또는 실내공기 배출시 열교환 엘리먼트를 통과시키지 않고 도입 또는 배출시키는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법은 실외공기와 실내공기를 서로 교차시켜 열교환하는 전열교환소자를 거치도록 제어하는 열교환모드, 상기 전열교환소자를 거치지 않고 실외공기를 바로 실내로 공급하거나 실내공기를 바로 실외로 배기하는 바이패스통로를 거치도록 제어하는 바이패스모드를 포함하는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법에 있어서, 실내와 실외의 온도와 습도를 측정하는 단계, 상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속할 경우, 상기 실외의 온도와 실내의 온도차이 값을 미리 설정된 민감도 값과 비교하는 단계, 상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값을 초과할 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값 이하일 경우, 측정된 실외의 습도를 비교하는 단계, 상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 및 상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하는 경우, 상기 바이패스모드를 선택하는 단계를 포함한다. 따라서, 최적의 조건에서 바이패스모드를 작동시킴으로써, 에너지효율을 향상시킬 수 있다.

Description

바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법{a control method of heat exchanger having bypass channel}
본 발명은 내부 또는 외부에 바이패스 통로를 가지는 구조의 열회수 환기장치에 있어서, 외기 도입시 또는 실내공기 배출시 열교환 엘리먼트를 통과시키지 않고 도입 또는 배출시키는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건물 내부의 환기를 위해서 환기장치가 설치된다.
이 환기장치는 실내공기를 외부로 강제로 배출하고, 실외공기를 강제로 실내로 공급한다.
그러나 환기장치는 여름이나, 겨울철에는 실내외의 온도차이가 크게 발생하기 때문에, 실외 공기를 바로 실내로 공급할 경우에는 냉난방 에너지가 낭비되고 쾌적함이 하락되기 때문에 근래에는 전열교환소자가 설치된 전열교환 환기장치가 개시된 바가 있다.
이 전열교환 환기장치는 중앙에 전열교환소자가 설치되어 실내공기와 실외공기가 전열교환소자를 교차하여 서로 열교환하도록 함으로써, 온도의 차이를 보상하여 쾌적감을 향상시키고, 에너지를 절약하여 냉난방효율을 향상시킬 수 있었다.
그러나, 전열교환 환기장치는 항상 실외공기와 실내공기가 전열교환소자를 거쳐 실내로 유입되고 실외로 배출되기 때문에, 봄이나 가을과 같은 중간기에는 열교환 효과가 없이 오히려 덥거나 찬 바람을 실내로 공급하는 경우가 발생하므로, 최근에는 전열교환소자를 거치지 않고, 실외공기를 바로 실내로 공급할 수 있는 바이패스통로를 구비한 전열교환 환기장치가 개시된 바가 있다.
종래의 전열교환 환기장치는 한국등록특허 제10-1117523호의 "전열교환기"로 개시된 바가 있다.
종래의 전열교환기는 내부에 수용공간이 형성되도록 바닥, 상기 바닥을 둘러싼 사이드커버 및 상기 수용공간을 덮는 덮개를 포함하는 케이스(Case)와; 상기 케이스에 구비되어 외기를 흡기하기 위한 흡기구, 상기 흡기구를 통해 흡기한 외기를 급기하기 위한 급기구, 실내공기를 환기하고 배기하기 위한 환기구 및 배기구를 포함하는 덕트(Duct)와; 상기 수용공간에 유로가 형성되도록 바닥에 설치된 유로형성부와; 상기 흡기구를 통해 흡기한 외기와 상기 환기구를 통해 흡기한 실내공기를 상호 열교환할 수 있도록 상기 수용공간에 설치된 전열교환소자(Element)와; 상기 환기구를 통해 흡기한 실내공기를 상기 전열교환소자 또는 상기 유로로 공급할 수 있도록 댐퍼(Damper)가 구비되어 상기 전열교환소자와 상기 환기구 사이에 설치된 바이패스부를 포함하였다.
이러한 구성의 종래의 전열교환기는 실외공기가 댐퍼를 통해 선택적으로 전열교환소자를 거치거나, 바이패스부를 거치도록 구성되어 실외공기를 전열교환소자를 통하지 않고 바이패스부를 통해 실내로 바로 공급할 수 있었다.
한편, 종래의 전열교환기는 전열교환소자를 거쳐 실외공기를 실내로 공급하는 전열교환모드와 전열교환소자를 거치지 않고 바이패스부를 통해 실외공기를 실내로 공급하는 바이패스모드를 포함하는데, 전열교환모드는 온도에 따라 자동으로 선택하여 동작되지만, 바이패스모드는 판단기준이 난해하여 필요시 사용자가 직접 조작해야하는 문제점이 있었다.
또한, 바이패스모드는 온도차이가 작은 중간기에만 효율적으로 운전하는 것이 바람직한데, 이를 인지하지 못하는 사용자들이 무분별하게 작동시켜 에너지효율의 하락되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 최적의 환경조건에서 바이패스모드와 전열교환모드를 선택하도록 열회수 환기장치를 작동시켜 에너지효율을 향상시킬 수 있는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법은 실외공기와 실내공기를 서로 교차시켜 열교환하는 전열교환소자를 거치도록 제어하는 열교환모드, 상기 전열교환소자를 거치지 않고 실외공기를 바로 실내로 공급하거나 실내공기를 바로 실외로 배기하는 바이패스통로를 거치도록 제어하는 바이패스모드를 포함하는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법에 있어서, 실내와 실외의 온도와 습도를 측정하는 단계, 상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속할 경우, 상기 실외의 온도와 실내의 온도차이 값을 미리 설정된 민감도 값과 비교하는 단계, 상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값을 초과할 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값 이하일 경우, 측정된 실외의 습도를 비교하는 단계, 상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 및 상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하는 경우, 상기 바이패스모드를 선택하는 단계를 포함한다.
상기 온도범위는 12℃초과 25℃미만일 수 있다.
상기 민감도 값은 1 내지 10 내지 사이의 자연수일 수 있다.
상기 습도는 상대습도이고, 상기 습도범위는 40%이상 60%이하일 수 있다.
상기 습도는 절대습도이고, 상기 습도범위는 최소값(x)이상 최대값(y)이하의 범위에 위치되며, 상기 최소값(x) = 0.00001×(실외의 건구온도)2 - 0.0002 ×(실외의 건구온도) + 0.0044 의 식으로 계산되고, 상기 최대값(y) = 0.00002×(실외의 건구온도)2 - 0.0002 ×(실외의 건구온도) + 0.0056 의 식으로 계산될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전열교환소자를 거치지 않고 바이패스통로를 통해 실외공기를 실내로 바로 공급하는 바이패스모드와 전열교환소자를 거치는 전열교환모드를 온도, 민감도, 및 습도에 따라 최적의 효율을 발생할 수 있는 조건으로 작동시킴으로써, 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법을 적용하기 위한 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로를 구비한 열회수 환가장치의 제어방법에서 절대습도에 관한 수학식을 도출하기 위해 참고한 습공기선도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)는 전열교환소자(110)와 바이패스통로(150)를 포함할 수 있다.
이 전열교환소자(110)는 실외공기와 실내공기가 서로 교차되어 지나 실내공기와 실외공기의 열을 회수하여 교환할 수 있다. 이때 전열교환소자(110)는 전열교환 또는 현열교환을 수행할 수 있다.
그리고, 바이패스통로(150)는 실외공기가 전열교환소자(110)를 거치지 않고 실내로 공급될 수 있도록 열회수 환기장치(100)의 일부분을 구획하거나 부착하는 형태 또는 실내공기가 전열교환소자(110)을 거치지 않고 실외로 배출될 수 있도록 열회수 환기장치(100)의 일부분을 구획하거나 부착하는 형태로 열회수 환기장치(100)에 구비될 수 있다.
이러한 구성의 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)는 바이패스모드와 전열교환모드를 포함하여 선택되는 모드에 따라 작동될 수 있는데, 바이패스모드가 선택될 때에는 실외공기가 바이패스통로(150)를 통해 실내로 바로 공급되도록 제어되며, 전열교환모드가 선택될 때에는 실외공기가 전열교환소자(110)를 거쳐 실내로 공급되고, 이와 동시에 실내공기는 전열교환소자(110)를 거쳐 실외로 배출되도록 제어되어 실외공기와 실내공기가 전열교환소자(110)에서 서로 열교환하여 공급될 수 있도록 구성된다.
이때, 바이패스모드 또는 전열교환모드는 공기가 이동할 수 있도록 각 구멍을 개폐하는 댐퍼 또는 도어 또는 송풍기 등을 컨트롤러가 제어하여 수행될 수 있다.
본 발명의 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)의 제어방법은 전열교환소자(110)와 바이패스통로(150)를 포함하는 다양한 형태의 열회수 환기장치(100)에 적용될 수 있으며, 일례로는 상기한 구성을 갖는 본 출원인의 특허등록 제10-1117523호, 특허등록 제10-1513651호, 및 특허출원 제10-2015-0109181호에 적용될 수도 있다.
본 발명의 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)의 제어방법은 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)가 바이패스모드를 선택할 때, 가장 효율적인 조건에서 선택할 수 있도록 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)의 제어방법은 먼저, 온도센서와 습도센서에서 실외의 온도와 실내의 온도, 실외의 습도와 실내의 습도를 측정한다.
한편, 각 온도센서와 습도센서에서 측정된 온도와 습도의 정보는 컨트롤러로 전달되고, 컨트롤러는 온도와 습도의 정보를 비교판단하여 바이패스모드와 전열교환모드를 선택한다.
가장 먼저, 컨트롤러는 실외의 온도를 미리 설정된 온도범위에 속하는지 속하지 않는지를 판단한다.
여기서, 실외의 온도는 외부에서 실내로 공급되는 공기의 온도일 수 있으며, 온도센서와 습도센서는 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)에 포함되거나, 별도로 설치되어 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)로 제공될 수 있다.
한편, 실외의 온도를 비교하기 위한 미리 설정된 온도범위는 12℃ 이상 25℃ 이하의 범위일 수 있다.
여기서, 온도센서에서 측정된 실외의 온도가 12℃ 미만일 경우에는 겨울이라고 인식될 수 있으며, 실외의 온도가 25℃ 초과일 경우에는 여름이라고 인식할 수 있고, 미리 설정된 온도범위는 중간기의 온도라고 인식될 수 있다.
본 발명에서는 바이패스모드가 통상적으로 중간기에 가장 효율적이기 때문에 바이패스모드를 선택하기 위해 미리 설정된 온도범위를 중간기의 온도로 설정하였으며, 미리 설정된 온도범위는 한국을 기준 하였으며, 나라별, 지역별로 서로 다르게 세팅될 수 있다.
그리고, 컨트롤러는 온도센서에서 측정된 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위를 벗어난 경우, 즉, 12℃ 미만, 25℃ 초과일 경우, 전열교환모드를 선택할 수 있다.
한편, 온도센서에서 측정된 실외의 온도가 미리 설정된 범위에 속할 경우, 컨트롤러는 미리 설정된 민감도 값과, 실외의 온도와 실내의 온도차이 값을 비교한다.
여기서, 온도차이 값은 실외의 온도와 실내의 온도차이의 절대값일 수 있으며, 미리 설정된 민감도 값은 1이상의 10이하의 자연수일 수 있다.
민감도 값은 사용자가 선택할 수 있으며, 10을 초과할 경우에는 실내와 실외의 온도차이가 크게 발생하는 것이므로 바이패스모드보다는 전열교환모드가 선택되는 것이 바람직하며, 1에 가까운 숫자일수록 온도차이에 따라 민감하게 반응하여 에너지효율이 나빠질 수 있다.
실시예에서는 1,2,4,6을 사용자가 선택하여 민감도를 조절할 수 있도록 구성하였다.
한편, 실내와 실외의 온도차이 값이 민감도 보다 높을 경우에는 컨트롤러는 전열교환모드를 선택하고, 온도차이 값이 민감도 보다 낮을 경우, 습도센서에서 측정된 습도를 미리 설정된 습도범위에 속하는지 속하지 않는지를 비교한다.
여기서, 습도는 실외의 상대습도일 수 있으며, 습도가 실외의 상대습도일 경우에는 미리 설정된 습도범위는 상대습도 40%이상 상대습도 60%이하일 수 있다.
상대습도가 40% 미만이면 겨울철의 상대습도이고, 상대습도가 60% 초과하면 여름철의 상대습도이기 때문에 컨트롤러가 오판하는 것을 방지하기 위해 바이패스모드가 가장 효율적으로 작동될 수 있는 중간기의 상대습도(40%이상 60%이하)를 습도범위로 설정하였으며, 이 상대습도 범위는 환경부에서 권장하는 실내 쾌적 상대습도 범위일 수도 있다.
이때, 물론 상대습도 범위는 한국에 맞게 설정한 것이며, 지역별, 나라별로 상대습도 범위가 다르게 설정될 수 있다.
한편, 습도는 실외의 상대습도가 아닌 실외의 절대습도일 수도 있다.
습도가 실외의 절대습도일 경우에는 컨트롤러는 하기의 계산식에 의해 최소값(x)과 최대값(y)을 설정하여 습도범위를 설정하여 실외의 절대습도가 습도범위에 속하는지 속하지 않는지를 판단할 수 있다.
[수학식 1]
최소값(x) = 0.0001 × (실외의 건구온도)2 - 0.0002(실외의 건구온도) + 0.0044
[수학식 2]
최대값(y) = 0.0002 × (실외의 건구온도)2 - 0.0002(실외의 건구온도) + 0.0056
여기서, 실외의 건구온도는 온도센서에서 측정될 수 있으며, 이 수학식은 도 3의 습공기선도 그래프를 참고하여 도출하였으며, 최소값은 상대습도가 40%일때, 최대값은 상대습도가 60%일 때를 기준하여 도출하였다.
이러한 절대온도는 동일한 상대습도에 대하여 건구온도가 변화하면 절대습도가 변화기 때문에, 수학식 1 및 수학식 2를 통해 최대값과 최소값을 설정할 수 있다.
한편, 컨트롤러는 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하지 않는 경우, 전열교환모드를 선택하고, 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하는 경우 최종적으로 바이패스모드를 선택할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바이패스통로(150)를 구비한 열회수 환기장치(100)의 제어방법은 컨트롤러가 실외의 온도, 민감도, 및 실외의 습도에 따라 바이패스모드가 가장 효율적인 조건과 부합될 때에만, 바이패스모드를 선택하도록 함으로써, 에너지효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 열회수 환기장치 20: 전열교환소자
30: 바이패스통로

Claims (5)

  1. 실외공기와 실내공기를 서로 교차시켜 열교환하는 전열교환소자를 거치도록 제어하는 열교환모드, 상기 전열교환소자를 거치지 않고 실외공기를 바로 실내로 공급하거나 실내공기를 바로 실외로 배기하는 바이패스통로를 거치도록 제어하는 바이패스모드를 포함하는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법에 있어서,
    실내와 실외의 온도와 습도를 측정하는 단계,
    상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계,
    상기 실외의 온도가 미리 설정된 온도범위에 속할 경우, 상기 실외의 온도와 실내의 온도차이 값을 미리 설정된 민감도 값과 비교하는 단계,
    상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값을 초과할 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계,
    상기 온도차이 값이 미리 설정된 민감도 값 이하일 경우, 측정된 실외의 습도를 비교하는 단계,
    상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하지 않을 경우, 상기 열교환모드를 선택하는 단계, 및
    상기 측정된 실외의 습도가 미리 설정된 습도범위에 속하는 경우, 상기 바이패스모드를 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 민감도 값은 1 내지 10 내지 사이의 자연수이며,
    상기 습도는 절대습도이고,
    상기 습도범위는 최소값(x)이상 최대값(y)이하의 범위에 위치되며,
    상기 최소값(x) = 0.00001×(실외의 건구온도)2 - 0.0002 ×(실외의 건구온도) + 0.0044 의 식으로 계산되고,
    상기 최대값(y) = 0.00002×(실외의 건구온도)2 - 0.0002 ×(실외의 건구온도) + 0.0056 의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도범위는
    12℃초과 25℃미만인 것을 특징으로 하는 바이패스통로를 구비한 열회수 환기장치의 제어방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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