KR101782592B1 - method for controlling Heating and hot water supply system - Google Patents

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이찬
임신영
엄재식
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한국지역난방공사
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Abstract

The present invention minimizes a heat loss generated by heat exchange for supplying heating and hot water in a mass energy demanding heat use facility in order to contribute to improvement of efficiency and significantly reduce a loss of exergy in order to significantly reduce proper energy and an emission amount of greenhouse gas.

Description

난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법{method for controlling Heating and hot water supply system}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling heating and hot water supply systems,

본 발명은 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집단에너지 수요자 열사용시설의 효율을 증대시키고, 엑서지의 손실을 최소화시키는 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a heating and hot water supply system, and more particularly, to a control method of a heating and hot water supply system that increases the efficiency of a thermal energy consuming facility and minimizes the loss of exergy.

일반적으로, 대단지 아파트나 중대규모 빌딩은 개별 난방과 개별 급탕 공급 방식이 아닌 단지 전체를 위한 공동의 난방시설을 설치하여, 공동의 배관망을 통하여 각 세대에 난방 온수를 공급하고 있다. 또한 급탕은 온수와 급수의 열교환을 통하여 필요로 하는 적절한 온도로 급수를 가열한 후, 배관망을 통하여 세대에 공급되고 있다. Generally, a large apartment or a large-scale building installs a common heating system not only for individual heating and individual hot water supply but also for the whole, and supplies hot water to each household through a common pipe network. In addition, the hot water is supplied to the household through the pipe network after the water is heated to a necessary temperature through the heat exchange between the hot water and the water supply.

이러한 난방 및 급탕 공급 방식은 집단 에너지 열사용시설에 해당하는 것으로서, 많은 수요처를 비교적 효율이 높은 열원기기를 사용하고, 전문적 기술을 갖춘 관리자로 하여금 관리하도록 함으로써, 개별 공급 방식에 비하여 기기의 효율감소에 적극 대응이 가능하고, 동시 사용률 적용으로 전체 기기용량을 축소하고, 화력 등을 한 곳에 모아 화재와 같은 응급상황에 쉽게 대응하도록 하는 장점을 가진다. This type of heating and hot water supply system corresponds to the use of collective energy heat, and it is possible to reduce the efficiency of the equipment compared to the individual supply method by using a heat source device having relatively high efficiency, And it is possible to reduce the total capacity of the equipment by applying the simultaneous usage rate and to collect firepower in one place and to cope with emergency such as fire easily.

이러한 방식의 난방 및 급탕 공급과 관련된 종래 기술로는, 한국등록특허 제10-1040693호의 "에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템"이 제시된 바 있는데, 이는 급탕온수의 생산을 위해 사용된 가열온수를 각 세대나 각 층에 마련된 온수분배기 등을 통하거나 직접 바닥코일로 순환시켜 공급온수의 사용 효율을 높이고, 난방온수가 메인 열교환기로 순환되는 과정에서 손실되는 방열열량을 최소화시키면서 난방에 활용하여 에너지의 절감이 가능한 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공하며, 이를 위해 열생산시설로부터 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원을 공급받아 열교환을 통해 난방온수를 생산하는 메인 열교환기; 상기 메인 열교환기에서 생산된 난방온수를 각 세대 및 각 층에 공급하고 회수될 수 있도록 난방온수를 순환시키는 순환펌프; 각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기로부터 공급되는 난방온수와 급탕용수의 열교환을 통해 급탕온수를 생산하는 급탕 열교환기; 및 각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기로부터 난방온수를 직접 공급받거나 또는 상기 급탕 열교환기에서 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수를 공급받아 각 세대 또는 각 층에 마련된 바닥코일로 순환시키는 온수분배기를 구비한다. In the prior art related to this type of heating and hot water supply, Korean Patent No. 10-1040693, entitled " Energy saving centralized heating and hot water supply system "has been proposed. This means that the hot water used for the production of hot water Reduces energy consumption by minimizing the amount of heat dissipated in the process of circulating the hot water to the main heat exchanger by circulating the hot water dispenser in the household or each floor, A main heat exchanger for supplying hot water, middle temperature water or steam from a heat production facility and producing hot water through heat exchange; A circulation pump for circulating the hot water to supply the hot water produced by the main heat exchanger to each household and each floor and recovering the hot water; A hot water heat exchanger installed in each household or each floor and producing hot water hot water through heat exchange between hot water supplied from the main heat exchanger and hot water for hot water supply; And a heater installed in each household or each floor for receiving hot water directly from the main heat exchanger or heating hot water used for producing hot water from the hot water heat exchanger, And a hot water distributor for circulating the hot water.

그러나, 종래 기술 뿐만 아니라 다른 기존 기술들은 1차 측(집단에너지 열원 및 수송시설)의 에너지 손실 저감 및 효율 향상에 대해서 진전을 보이고 있으나, 2차 측(수요자 열사용시설 또는 기계실)의 효율 개선에는 여전히 미흡하다는 문제점을 가지고 있었다.However, the prior art as well as other existing technologies are making progress in reducing the energy loss and improving the efficiency of the primary (collective energy heat source and transport facility), but the efficiency improvement of the secondary side There was still a problem that it was insufficient.

또한, 어떤 계(System)가 평형(Equilibrium) 상태가 될 때, 이론적으로 얻을 수 있는 최대 가용한 일(Work)을 엑서지(Exergy)라고 하는데, 계가 변화할 때 에너지는 보존되나(열역학 1법칙), 엑서지는 보존되지 않으며, 에너지는 양(Quantity)적인 측면인 반면, 엑서지는 질(Quality)적인 측면을 다룬다. 즉, 엑서지는 에너지(엔탈피) 변화에 엔트로피 변화를 고려한 개념으로, 에너지 양적 관점에서 파악할 수 없는 에너지의 질적 변화(손실, 오류 등)를 파악할 수 있으며, 손실 발생 지점을 파악할 수 있다. 투입되는 열의 Input/Output 상에서 열 및 물질수지 분석을 통해 에너지 분석 및 엑서지 분석 후 각 부위 별 엑서지 상태를 파악할 수 있다. 이러한 엑서지의 대표적인 손실 발생 요인으로는 열전달(Heat transfer), 감압밸브(Throttling), 혼합(Mixing) 등이 있다.In addition, when a system is in an equilibrium state, theoretically the maximum available work is called an exergy. When the system changes, the energy is conserved (see Thermodynamics 1 Law ), Exergy is not preserved, and energy deals with quality aspects, while quantitative. In other words, it is a concept that considers entropy change in exergy energy (enthalpy) change. It can grasp qualitative change (loss, error, etc.) of energy which can not be grasped from the viewpoint of energy quantity, and can identify the point of loss. Heat and mass balance analysis on the input / output of the input heat can be used to identify the exergy status of each part after energy analysis and exergy analysis. Typical loss factors of such exergy include heat transfer, throttling, and mixing.

그러나, 종래의 급탕 및 난방 공급 시스템에 대한 기술들은 집단에너지 수요자 열사용시설의 효율 증대에 한계를 가지고, 상기한 바와 같은 엑서지 손실이 크며, 이로 인해 적정 에너지의 절감을 어렵게 하는 문제점을 가진다. However, the conventional technologies for the hot water supply and heating supply system have limitations in increasing the efficiency of the heat utilization facility for the mass energy consumer, and the exergy loss is large as described above, which makes it difficult to save the proper energy.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 집단에너지 수요자 열사용시설의 효율을 증대시키고, 엑서지의 손실을 최소화시키며, 적정 에너지의 절감에 크게 기여하는데 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to increase the efficiency of the heat utilization facility for collective energy consumers, minimize the loss of the exergy, and greatly contribute to the reduction of the appropriate energy.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 열원용 온수가 공급되는 열원공급라인에서 분기되는 제 1 분기라인 상에 설치되어 열원용 온수를 공급받는 난방열교환기; 상기 난방열교환기에 제 1 수요처로부터 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 난방용 온수가 되어 상기 제 1 수요처에 공급되도록 하는 난방라인; 상기 열원공급라인에서 상기 제 1 분기라인 다음으로 분기되는 제 2 분기라인 상에 설치되어 열원용 온수를 공급받는 급탕재열열교환기; 상기 급탕재열열교환기에 제 2 수요처로부터 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 급탕용 온수가 되어 상기 제 2 수요처에 공급되도록 하는 급탕라인; 상기 난방열교환기 및 상기 급탕재열열교환기를 통과한 열원용 온수가 공급되는 급탕예열열교환기; 및 상기 급탕예열열교환기에 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와 열교환에 의해 예열 온수가 되어 상기 급탕재열열교환기로 공급되어 상기 급탕라인을 통해서 급탕용 온수로서 공급되도록 하는 예열급탕라인;을 포함하는, 난방 및 급탕 공급 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a heating heat exchanger installed on a first branch line branched from a heat source supply line to which hot water for a heat source is supplied, A heating line for supplying water from the first demanding place to the heating heat exchanger so that the water supply becomes hot water for heating by heat exchange with hot water for the heat source to be supplied to the first demanding place; A hot water reheating heat exchanger installed on a second branch line branched from the heat source supply line after the first branch line and supplied with hot water for a heat source; A hot water supply line for supplying water to the hot water reheating heat exchanger from a second demanding place to supply hot water for hot water supply to the second demand place by heat exchange with hot water for hot water source; A hot water preheating heat exchanger to which the hot water for the heat source passing through the heat exchanger and the hot water reheating heat exchanger is supplied; And a preheating hot water supply line for supplying water to the hot water preheating heat exchanger so that water is supplied to the hot water reheating heat exchanger as preheated hot water by heat exchange with hot water for hot water source and supplied as hot water for hot water supply through the hot water supply line , A heating and hot water supply system is provided.

상기 난방라인, 상기 급탕라인 및 상기 예열급탕라인은, 급수의 공급을 위한 펌프가 각각 설치되고, 상기 난방라인은, 상기 제 1 수요처의 급수가 상기 난방열교환기를 바이패스하여 상기 제 1수요처로 회수되도록 상기 난방라인에서 상기 제 1수요처와 상기 난방열교환기 사이에 설치되는 바이패스라인이 설치되고, 상기 바이패스라인에 차압밸브가 설치되며, 상기 제 1 분기라인은, 상기 난방열교환기의 후단에 제 1 온도조절밸브가 설치되고, 상기 제 2 분기라인은, 상기 급탕재열열교환기의 후단에 제 2 온도조절밸브가 설치될 수 있다.Wherein the heating line, the hot water supply line, and the preheated hot water supply line are each provided with a pump for supplying water, and the heating line bypasses the heating heat exchanger to return to the first demand place A bypass line provided between the first customer and the heating heat exchanger is installed in the heating line, and a differential pressure valve is installed in the bypass line, and the first branch line is connected to the first heat exchanger, The second branch line may be provided with a second temperature control valve at a rear end of the hot water reheating heat exchanger.

상기 급탕예열열교환기는, 상기 제 1 및 제 2 분기라인이 합쳐져서 열원용 온수를 공급받아 열원회수라인으로 배출되도록 하는 통합라인에 설치될 수 있다.The hot water preheating heat exchanger may be installed in an integrated line in which the first and second branch lines are combined to receive the hot water for the heat source and discharged to the heat source recovery line.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일측면에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법으로서, 외기 온도에 따라 규정된 열량을 구하고, 상기 난방열교환기에 공급되는 급수와 상기 제 1 수요처로 회수되는 난방용 온수의 온도차를 증가 및 감소를 반복시킴으로써 톱니 형태로 제어하기 위한 공급-회수 온도차를 산출하는 단계; 상기 규정된 열량에 따라 상기 난방열교환기를 통과하여 회수되는 열원용 온수의 회수온도를 상기 제 1 분기라인에 설치되는 제 1 온도조절밸브의 제어 의해 설정한 후, 목표값으로서 상기 난방열교환기에 유입되는 급수의 유량을 설정하여 설정한 유량에 맞추도록 상기 난방라인에 설치되는 펌프의 토출유량을 제어하는 단계; 상기 난방라인을 통해 상기 난방열교환기에 공급되는 급수의 공급온도, 상기 난방열교환기로부터 상기 제 1 수요처에 공급되는 난방용 온수의 회수온도 및 유량으로부터 실제 공급되는 열량을 산출하는 단계; 및 상기 실제 공급되는 열량과 상기 규정된 열량의 차이가 설정된 오차범위 내에 있도록 상기 난방라인에 설치되는 펌프의 토출유량을 반복적으로 제어하는 단계;를 포함하는, 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a heating and hot water supply system according to an aspect of the present invention, which comprises the steps of: determining a heat quantity defined according to the outside air temperature; Calculating a supply-recovery temperature difference for controlling the temperature difference of the hot water for heating by repeating the increase and decrease of the temperature difference; The temperature of the hot water for hot water recovered through the heat exchanger according to the prescribed amount of heat is set by the control of the first temperature control valve installed in the first branch line and then flows into the heat exchanger as the target value Setting a flow rate of the water supply and controlling a discharge flow rate of the pump installed in the heating line so as to match the set flow rate; Calculating the actual amount of heat supplied from the supply temperature of the water supply supplied to the heating heat exchanger through the heating line, the recovery temperature and the flow rate of the hot water for heating supplied to the first customer from the heat exchanger; And repeatedly controlling the discharge flow rate of the pump installed in the heating line so that the difference between the actually supplied heat amount and the prescribed heat amount is within a set error range, and a control method of the heating and hot water supply system do.

상기의 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어방법에서, 상기 제 1 수요처로부터 급수가 상기 난방열교환기를 바이패스하지 않고 상기 난방열교환기에 공급되도록 할 수 있다.In the control method of the heating and hot water supply system, it is possible to supply water from the first demander to the heat exchanger without bypassing the heat exchanger.

본 발명에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법에 의하면, 집단에너지 수요자 열사용시설에서 난방 및 급탕 공급을 위한 열교환에서 발생되는 열손실을 최소화함으로써 효율 증대에 기여할 수 있고, 엑서지의 손실을 크게 줄임으로써 적정 에너지 및 온실가스 배출량의 절감에 크게 기여할 수 있다. According to the control method of the heating and hot water supply system according to the present invention, it is possible to contribute to the efficiency increase by minimizing the heat loss generated in the heat exchange for heating and hot water supply in the heat using facility of the group energy consumer, Can greatly contribute to the reduction of appropriate energy and greenhouse gas emissions.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 요부를 도시한 구성도이다.
도 4 및 도 5는 난방열교환기에 대해서 바이패스가 열사용시설 효율에 미치는 영향을 나타낸 그래프로서, 도 4는 종래의 바이패스 사용시를,도 5는 본 발명에서와 같이 바이패스 차단후를 나타낸다.
도 6 내지 도 9는 열사용시설 각각의 공급-회수 온도차와 외기온도 변화에 따른 엑서지 효율의 고유 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 열사용시설 각각에 대해서 본 발명의 톱니 형태 온도차 제어방식을 적용하여 계산된 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 종래의 온도차 제어방식에 대한 일례를 나타낸 그래프이다.
도 15 내지 도 18은 4가지 열사용시설들의 공급-회수 온도차와 외기온도 변화에 따른 엑서지 효율의 고유 특성들 나타낸 그래프이다.
도 19 내지 도 22는 4가지 열사용시설들에 대해 본 발명의 최적 톱니 형태 온도차 제어방식을 적용하여 계산될 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a configuration diagram showing a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a control method of a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a main part of a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 and 5 are graphs showing the effect of the bypass on the efficiency of heat using facilities for the heat exchanger, FIG. 4 shows a conventional bypass, and FIG. 5 shows a bypass after the bypass.
FIGS. 6 to 9 are graphs showing intrinsic characteristics of exergy efficiency according to changes in the supply-recovery temperature difference and the outside temperature of each of the heat utilization facilities.
10 to 13 are graphs showing results calculated by applying the sawtooth temperature difference control method of the present invention to each of the heat utilization facilities.
14 is a graph showing an example of a conventional temperature difference control method.
15 to 18 are graphs showing the intrinsic characteristics of exergy efficiency according to the supply-recovery temperature difference and the outside air temperature change of the four heat utilization facilities.
19 to 22 are graphs showing the results to be calculated by applying the optimum tooth form temperature difference control method of the present invention to four thermal utilization facilities.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in detail in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but is to be understood to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention, And the scope of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템(100)은 난방열교환기(120), 난방라인(130), 급탕재열열교환기(150), 급탕라인(160), 급탕예열열교환기(170) 및 예열급탕라인(180)을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서 제 1 및 제 2 수요처는 열사용시설로서, 아파트의 경우 세대를 나타낼 수 있고, 빌딩의 경우 각 층 내지 층 내에서의 특정 영역을 나타낼 수 있으며, 반드시 이에 한하는 것을 아니다. 또한 도 1에서 MP1은 난방 2차 환수를 의미하고, MP2는 급탕예열열교환기(170)의 입구를 나타내며, MP3는 급탕보충수 및 급탕환수가 합쳐지는 곳을 나타낸다. Referring to FIG. 1, a heating and hot water supply system 100 according to an embodiment of the present invention includes a heating heat exchanger 120, a heating line 130, a hot water reheating heat exchanger 150, a hot water supply line 160, A preheat heat exchanger 170 and a preheated hot water line 180. Meanwhile, in the present invention, the first and second demanders are heat-utilizing facilities, and can represent a household in the case of an apartment, and a building can represent a specific area in each floor or a floor. In FIG. 1, MP1 denotes a second heat recovery, MP2 denotes an inlet of the hot water preheating heat exchanger 170, and MP3 denotes a place where hot water supply water and hot water return water are combined.

난방열교환기(120)는 집단에너지 열사용시설에 열원용 온수가 공급되기 위한 경로를 제공하는 열원공급라인(10)에서 분기되는 제 1 분기라인(110) 상에 설치되어 1차측으로서 열원용 온수를 공급받는다. 여기서 열원공급라인(10)에는 감압밸브(11)가 설치될 수 있다.The heat exchanger 120 is installed on the first branch line 110 branched from the heat source supply line 10 for providing a path for supplying the hot water for the heat source to the collective energy heat utilization facility, It is supplied. Here, a pressure reducing valve 11 may be installed in the heat source supply line 10.

난방라인(130)은 난방열교환기(120)에 제 1 수요처로부터 2차측으로서 급수를 공급하여, 이러한 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 난방용 온수가 되어 제 1 수요처에 공급되도록 한다.The heating line 130 supplies water to the heating heat exchanger 120 from the first customer as a secondary side so that the water is heated by the heat exchange with the hot water for the heat source to be supplied to the first consumer.

급탕재열열교환기(150)는 열원공급라인(10)에서 제 1 분기라인(110) 다음으로 분기되는 제 2 분기라인(140) 상에 설치되어 1차측으로서 열원용 온수를 공급받는다. 즉 제 2 분기라인(140)은 열원공급라인(10)에 제 1 분기라인(110)이 분기되는 부분의 후단으로부터 분기되어 급탕재열열교환기(150)에 열원용 온수를 공급하게ㄷ hls다The hot water reheating heat exchanger 150 is installed on the second branch line 140 branched from the heat source supply line 10 after the first branch line 110 and receives the hot water for the heat source as a primary side. That is, the second branch line 140 branches from the rear end of the portion where the first branch line 110 branches to the heat source supply line 10 to supply the hot water for the heat source to the hot water reheat heat exchanger 150

급탕라인(160)은 급탕재열열교환기(150)에 제 2 수요처로부터 2차측으로서 급수를 공급하여, 이러한 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 급탕용 온수가 되어 제 2 수요처에 공급되도록 한다. The hot water supply line 160 supplies water to the hot water reheating heat exchanger 150 as a secondary water from the second demand point so that the hot water is supplied to the second demand point by heat exchange with hot water for hot water.

급탕예열열교환기(170)는 난방열교환기(120) 및 급탕재열열교환기(150)를 통과한 열원용 온수가 공급된다. 급탕예열열교환기(170)는 제 1 및 제 2 분기라인(110),140)이 합쳐져서 열원용 온수를 공급받아 열원회수라인(20)으로 배출되도록 하는 통합라인(190)에 설치될 수 있다. 통합라인(190)은 급탕라인(160)에서 급탕재열열교환기(150)의 전단에 연결될 수 있다. 한편 열원회수라인(20)에는 유량계(21)가 설치될 수 있다. The hot water preheating heat exchanger 170 is supplied with hot water for the heat source which has passed through the heat exchanger 120 and the hot water reheating heat exchanger 150. The hot water preheating heat exchanger 170 may be installed in an integrated line 190 that allows the first and second branch lines 110 and 140 to be combined to be supplied with hot water for the heat source and discharged to the heat source recovery line 20. The integrated line 190 may be connected to the front end of the hot water reheat heat exchanger 150 in the hot water supply line 160. On the other hand, the heat source recovery line 20 may be provided with a flow meter 21.

예열급탕라인(180)은 급탕예열열교환기(170)에 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와 열교환에 의해 예열 온수가 되어 급탕재열열교환기(150)로 공급되어 급탕라인(160)을 통해서 급탕용 온수로서 공급되도록 한다. 즉 예열급탕라인(180)은 급탕예열열교환기(170)에서 급수와 열원용 온수와의 열교환에 의해 생성되는 예열 온수를 보충수로서 급탕재열열교환기(150)에 공급하여 급탕용 온수로서 사용되도록 한다.The preheating hot water supply line 180 supplies water to the hot water preheating heat exchanger 170 so that the water is supplied to the hot water reheating heat exchanger 150 by the heat exchange with the hot water for the heat source, And supplied as hot water for hot water supply. That is, the preheating hot water supply line 180 supplies the preheated hot water generated by the heat exchange between the feed water and the hot water for the heat source in the hot water preheating heat exchanger 170 to the hot water reheating heat exchanger 150 as supplementary water to be used as hot water for hot water supply do.

또한 난방라인(130), 급탕라인(160) 및 예열급탕라인(180)은 급수의 공급을 위한 펌프(131,161,181)가 각각 설치될 수 있고, 난방라인(130)은 제 1 수요처의 급수가 난방열교환기(120)를 바이패스하여 제 1수요처로 회수되도록 난방라인(130)에서 제 1수요처와 난방열교환기(120) 사이에 설치되는 바이패스라인(132)이 설치될 수 있으며, 바이패스라인(132)에 차압밸브(133)가 설치될 수 있다. 또한 제 1 분기라인(110)은 난방열교환기(120)의 후단에 제 1 온도조절밸브(111)가 설치될 수 있고, 제 2 분기라인(140)은 급탕재열열교환기(150)의 후단에 제 2 온도조절밸브(141)가 설치될 수 있다. The heating line 130, the hot water supply line 160 and the preheated hot water supply line 180 may be provided with pumps 131, 161 and 181 for supplying water, respectively. In the heating line 130, The bypass line 132 installed between the first customer and the heating heat exchanger 120 may be installed in the heating line 130 so that the bypass line 132 can be bypassed and recovered to the first customer. A differential pressure valve 133 may be provided. The first branch line 110 may be provided with a first temperature control valve 111 at the rear end of the heating heat exchanger 120 and the second branch line 140 may be provided at a rear end of the hot water reheat heat exchanger 150 2 temperature control valve 141 may be provided.

도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 요부를 도시한 구성도이다. 또한 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법은 본 발명에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템(100)을 제어하는 방법으로서, 이러한 제어 방법의 각 단계에서 수행되는 제어는 제어부(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 제어부는 본 발명에 따른 제어에 필요한 센서 내지 측정기로부터 감지 내지 측정신호를 수신받아, 이에 따라 제어 대상에 대한 제어를 수행하게 된다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of controlling a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram illustrating a main part of a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention. The control method of the heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention is a method of controlling the heating and hot water supply system 100 according to the present invention. Time). The control unit receives the sensing or measurement signal from the sensor or the measuring device necessary for the control according to the present invention, and performs control on the control target accordingly.

도 3에서, T1s, T2s 및 m1 은 지역난방공사에서 공급되는 1차측 열원용 온수의 공급 온도, 회수 온도 및 유량을 각각 나타내고, T2s, T2r 및 m2 는 제 1 수요처, 예컨대 세대로 순환되는 2차측 난방용 온수의 공급 온도, 회수 온도 및 유량을 각각 나타낸다. 또한 제 1 및 제 2 온도센서(135,136)는 2차측의 회수온도(T2r) 및 공급온도(T2s)를 계측하여 전송하며, 제 1 온도조절밸브(111)는 난방열교환기(110)에서 1차측 회수온도(T2s)를 제어한다. 또한 펌프(131)는 인버터(134)의 제어에 의해 유량조절이 이루어지며, 펌프(131) 후단에 설치된 유량계(137, flow transmitter; FT)를 이용하여 유량을 계측하여 제어부(미도시)로 전송한다.3, T 1s , T 2s, and m 1 represent the supply temperature, the recovery temperature, and the flow rate of the hot water for the primary heat source supplied from the district heating corporation, and T 2s , T 2r, and m 2 represent the supply temperature, Temperature, and flow rate of the hot water for heating the secondary side circulated to the household. The first and second temperature sensors 135 and 136 measure and transmit the recovery temperature T 2r and the supply temperature T 2s of the secondary side and the first temperature control valve 111 is connected to the heating heat exchanger 110 at 1 And controls the temperature T 2s on the secondary side. The flow rate of the pump 131 is controlled by the control of the inverter 134. The flow rate of the pump 131 is measured using a flowmeter 137 provided at the rear end of the pump 131 and is transmitted to a control unit do.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법은, 먼저 외기 온도에 따라 규정된 열량을 구하고, 난방열교환기(120)에 공급되는 급수와 제 1 수요처로 회수되는 난방용 온수의 온도차를 증가 및 감소를 반복시킴으로써 톱니 형태로 제어하기 위한 공급-회수 온도차를 산출한다(S11), 즉 제어 절차의 첫 단계로서, 외기온도(T)가 주어지면, 규정 열량(Qspec)을 구하고, 열사용시설의 특성에 준한 톱니 형태의 공급-회수 온도차(DT)를 계산한다.Referring to FIGS. 2 and 3, a method for controlling a heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention includes: obtaining a prescribed amount of heat according to outdoor air temperature; The temperature difference of the hot water for heating recovered to the customer is repeatedly increased and decreased to calculate the supply-recovery temperature difference for controlling in the form of sawtooth (S11), that is, if the outside temperature (T ? ) Is given as the first step of the control procedure, Determine the specified calorie (Q spec ) and calculate the feed-temperature difference (DT) in the form of a saw tooth in accordance with the characteristics of the thermal facility.

본 발명에서 제시하는 최적 공급-회수 온도차 제어 방식은, 주어진 외기온도(T)에 대해서 난방을 위해 규정된 공급열량(Qspec)과 톱니 형태의 공급-회수 온도차(DT)를 우선적으로 계산한다. 주어진 외기온도 조건에서 규정된 공급열량에 대한 관계는 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Optimum supply proposed in the present invention recovered the temperature difference control method, the supply heat quantity (Q spec) and supplies a saw tooth form defined for heating with respect to Fig given outside temperature (T ∞) - Calculate the number of times the temperature difference (DT) preferentially . The relationship between the supplied heat quantity and the supplied heat quantity at a given outside temperature condition can be expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 112016085195414-pat00001
Figure 112016085195414-pat00001

Figure 112016085195414-pat00002
Figure 112016085195414-pat00002

본 발명의 일 실시례에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법은 수학식 1 및 수학식 2와 도 3의 구성을 이용하여 수행하게 된다.The control method of the heating and hot water supply system according to an embodiment of the present invention is performed by using Equations (1) and (2) and (3).

톱니 형태 제어를 위한 공급-회수 온도차를 산출하면, 상기의 규정된 열량에 따라 난방열교환기(120)를 통과하여 회수되는 열원용 온수의 회수온도를 제 1 분기라인(110)에 설치되는 제 1 온도조절밸브(111)의 제어 의해 설정한 후, 목표값으로서 난방열교환기(120)에 유입되는 급수의 유량을 설정하여 설정한 유량에 맞추도록 난방라인(130)에 설치되는 펌프(131)의 토출유량을 제어한다(S12). 즉 구해진 규정된 열량(Qspec)을 토대로 1차측 회수온도(T1r)를 제 1 온도조절밸브(111)를 이용하여 설정한 후, 목표 값으로서 2차측 유량(m2)을 설정하고, 설정된 유량에 맞추어 펌프(131)의 인버터(134)를 이용하여 펌프(131)의 토출유량을 조절한다.The temperature of the hot water for the heat source, which is recovered through the heat exchanger 120 according to the prescribed amount of heat, is set at a first temperature The flow rate of the feed water flowing into the heating heat exchanger 120 is set as the target value after the control by the control valve 111 and the discharge flow rate of the pump 131 installed in the heating line 130 is adjusted so as to match the set flow rate (S12). That is, the primary-side recovery temperature T 1r is set using the first temperature regulating valve 111 based on the obtained prescribed amount of heat Q spec , the secondary-side flow rate m 2 is set as the target value, The discharge flow rate of the pump 131 is adjusted by using the inverter 134 of the pump 131 in accordance with the flow rate.

그런 다음, 난방라인(130)을 통해 난방열교환기(120)에 공급되는 급수의 공급온도, 난방열교환기(120)로부터 제 1 수요처에 공급되는 난방용 온수의 회수온도 및 유량으로부터 실제 공급되는 열량을 산출한다(S13). 즉, 2차 배관계통에 설치된 제 1 및 제 2 온도(135,136) 및 유량계(137)로부터 전송된 2차측 물의 공급온도(T2s), 회수온도(T2r), 유량(m2)을 이용하여, 실제 공급되는 열량(Q')을 구한다.Then, the amount of heat actually supplied from the supply temperature of the feed water supplied to the heating heat exchanger 120 through the heating line 130, the recovery temperature of the hot water for heating supplied to the first customer from the heat exchanger 120 and the flow rate is calculated (S13). That is, by using the first and second temperatures 135 and 136 installed in the secondary piping system and the supply temperature T 2s , the recovery temperature T 2r , and the flow rate m 2 of the secondary side water transferred from the flow meter 137 , And the actually supplied heat quantity Q 'is obtained.

실제 공급되는 열량을 산출하면, 실제 공급되는 열량과 규정된 열량의 차이가 설정된 오차범위 내에 있도록 난방라인(130)에 설치되는 펌프(131)의 토출유량을 반복적으로 제어한다(S14). 즉, 구해진 열량(Q')과 규정된 열량(Qspec)의 비교를 통해, 그 차이가 허용 가능한 오차범위(ε) 내에 있을 때까지, 인버터(134)를 이용하여 펌프(131)의 유량조절을 반복적으로 수행한다.The actual flow rate of the pump 131 is controlled so as to control the flow rate of the pump 131 installed in the heating line 130 so that the difference between the actual amount of heat supplied and the prescribed amount of heat is within a predetermined error range. That is, by comparing the obtained heat quantity Q 'with the prescribed heat quantity Qspec , the inverter 134 is used to control the flow rate of the pump 131 until the difference is within the allowable error range? Lt; / RTI >

한편, 상기의 단계(S11~S14) 실시 중에, 제 1 수요처로부터 급수가 난방열교환기(120)를 바이패스하지 않고, 난방열교환기(120)에 공급되도록 할 수 있다. On the other hand, during the above-described steps S11 to S14, it is possible to supply the water supply from the first demanding place to the heat exchanger 120 without bypassing the heat exchanger 120. [

이와 같은 본 발명에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템 및 이의 제어 방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.The operation of the heating and hot water supply system and its control method according to the present invention will now be described.

열사용시설의 엑서지 분석을 통해 열사용시설의 효율은 시설 내의 열교환기들(120,150,170)의 운전조건에 크게 영향을 받는다. 또한 열교환기들(120,150,170) 중에서 급탕재열열교환기(150) 및 급탕예열열교환기(170)는 현장에서의 급탕수요(온수 소모량)가 아파트 단지별로 상이하고, 매우 불규칙하므로, 이에 대한 열교환기 운전조건을 일반화시키고, 최적화하기에는 현실적으로 어렵다. 따라서, 급탕예열열교환기(170)는 효율 향상 대상에서 제외하고, 고정된 운전조건으로 작동하는 것으로 가정함이 바람직하다. 이에 따라 열사용시설의 효율 향상은 주로 난방열교환기(120)에 대해 이루어질 필요가 있으며, 이때 난방열교환기(120)의 성능 및 전체 시설의 효율에 큰 영향을 미치는 인자는 본 발명에서 제시한 바와 같이 열교환기의 공급-회수 온도차(DT)와 바이패스 비율이다.Through the exergy analysis of the thermal facility, the efficiency of the thermal facility is greatly affected by the operating conditions of the heat exchangers (120, 150, 170) in the facility. The hot water reheating heat exchanger 150 and the hot water preheating heat exchanger 170 in the heat exchangers 120, 150 and 170 are different from each other in the hot water supply demand (hot water consumption) in the field and are very irregular. And it is practically difficult to optimize it. Therefore, it is preferable to assume that the hot water preheating heat exchanger 170 is operated under fixed operating conditions except for the efficiency improvement target. Accordingly, it is necessary to improve the efficiency of the heat utilization facility mainly with respect to the heat exchanger 120. At this time, factors that greatly affect the performance of the heat exchanger 120 and the efficiency of the entire facility are the heat exchange (DT) and the bypass ratio.

난방열교환기(120)의 급수(supply water)를 일부 바이패스시켜서 제 1 수요처의 난방용 온수와 혼합시키는 것은 난방열교환기(120)의 성능 및 제 1 수요처의 효율을 저하시키게 된다. 도 4 및 도 5에서와 같이, 다른 운전조건들은 모두 동일하게 고정시키고, 본 발명에서처럼 난방열교환기(120)에 대하여 바이패스를 차단한 경우(by-pass ratio=0%)를 엑서지 분석하여, 그 결과를 종래의 바이패스하는 운전현황 결과와 비교하였다. 각 시설들의 동등한 비교를 위해 외기온도는 모두 0 oC 로 가정하였다. 바이패스를 차단한 경우 열사용시설들 모두 효율이 적게는 2%에서 많게는 6%까지 향상됨을 알 수 있으며, 이를 통해 바이패스 차단만으로도 열사용시설의 효율이 향상된다.Mixing the supply water of the heat exchanger 120 with the hot water for heating of the first customer to lower the performance of the heat exchanger 120 and the efficiency of the first customer. As shown in FIGS. 4 and 5, exergy analysis is performed by fixing all other operating conditions in the same manner and bypassing the bypass heat exchanger 120 (by-pass ratio = 0%) as in the present invention, The results were compared with the results of the conventional bypass operation. For an equal comparison of each facility, the outside temperature was assumed to be 0 ° C. If the bypass is shut off, all of the thermal facilities are shown to have improved efficiency from less than 2% to as much as 6%, which improves the efficiency of the thermal facility with bypass blocking alone.

난방열교환기(120)는 1차측 열원용 온수(heat source water)로부터 열을 받아 난방열교환기(120)를 순환하는 물을 가열하여 제 1 수요처로 공급하는 장치로서, 이때 난방열교환기(120)에서 이루어지는 열교환량(또는 세대에 공급되는 열량; Q)은 아래의 수학식 3에서와 같다.The heating heat exchanger 120 receives heat from the heat source water for the primary heat source and heats the water circulating through the heating heat exchanger 120 and supplies the heated water to the first customer. At this time, the heating heat exchanger 120 performs heat exchange (Or the amount of heat supplied to the household) Q is given by Equation 3 below.

Figure 112016085195414-pat00003
Figure 112016085195414-pat00003

여기서, m은 2차측 순환 유량, Cp는 물의 비열, Ts는 난방열교환기에서 제 1 수요처로 공급되는 난방용 온수의 온도, Tr은 제 1 수요처로부터 난방열교환기로 회수되는 급수의 온도를 의미한다. 난방열교환기(120)의 급수와 난방용 온수의 온도차, 즉 공급-회수 온도차(DT)는 (Ts-Tr)로 정의되며, 외기 온도 조건(T)에 따라 난방열교환기(120)의 공급-회수 온도차(DT)를 변화시켜서 그에 따른 열교환기 성능 및 열사용시설 효율을 극대화시킬 수 있다. Here, m is the secondary circulation flow, C p is specific heat of water, T s is the temperature of the heating water, T r is supplied to the first demand in nanbangyeol exchanger means the temperature of the water that is recovered by nanbangyeol exchanger from the first demand . Temperature difference between the water supply and heating of hot water nanbangyeol exchanger 120, i.e., supply-recovery temperature difference (DT) is defined as (T s -T r), the supply of nanbangyeol exchanger 120 according to the outside air temperature (T ∞) - It is possible to maximize the efficiency of the heat exchanger and the efficiency of the heat utilization facility by changing the recovery temperature difference DT.

난방열교환기(120)의 최적 열교환기 운전조건(또는 공급-회수 온도차)을 파악하기 위해서, 열사용시설의 공급-회수 온도차와 외기온도에 따른 엑서지 효율의 고유 특성을 우선적으로 파악할 필요가 있는데, 이를 위해 열사용시설들에 대한 운전 자료를 토대로, 주어진 외기온도에 대해 공급-회수 온도차(DT)를 변화시켜 가며 열사용시설의 엑서지 효율을 계산하였다. 본 계산시 난방열교환기(120)의 공급 열량(Q)은 일정한 것으로 가정하였고, 이를 위해, 운전조건은 고정하였고, 공급온도(Ts)의 증가를 통해 공급-회수 온도차(DT)를 변화시켰으며, 더 나아가 일정한 열량(Q) 공급을 위해서 공급-회수 온도차(DT) 변화에 따라 유량(m)을 조절하였다.In order to grasp the optimal heat exchanger operating condition (or supply-recovery temperature difference) of the heat exchanger 120, it is necessary to grasp the inherent characteristics of the exergy efficiency according to the supply-recovery temperature difference and the outside temperature of the heat utilization facility, For this, the exergy efficiency of the thermal facility was calculated by varying the supply - recovery temperature difference (DT) for a given outdoor temperature, based on the operating data for the thermal facilities. In this calculation, it was assumed that the heat quantity Q supplied to the heat exchanger 120 was constant. To this end, the operating conditions were fixed and the supply-recovery temperature difference DT was changed through the increase of the supply temperature T s , And furthermore, the flow rate (m) was adjusted in accordance with the change of the supply-withdrawal temperature difference (DT) in order to supply a certain amount of heat (Q).

도 6 내지 도 9에서는 4가지 열사용시설들의 공급-회수 온도차와 외기온도 변화에 따른 엑서지 효율의 고유 특성들을 보여주고 있다. 이를 통해 외기온도에 대해 공급-회수 온도차를 15 oC에서 20 oC 로 증가시킴에 따라, 열사용시설의 엑서지 효율은 증가함을 알 수 있으며, 이러한 경향은 모든 열사용시설들에 대해 유사하게 나타난다.6 to 9 show the inherent characteristics of the exergy efficiency according to the supply-recovery temperature difference and the outside temperature change of the four heat utilization facilities. It can be seen that the exergy efficiency of the thermal facility is increased by increasing the supply-recovery temperature difference from 15 ° C to 20 ° C for the ambient temperature, which is similar to that for all thermal facilities .

이러한 결과들에 따라 도 7의 한 예에서 점선으로 표현된 바처럼, 외기온도 변화에 따른 최적의 공급-회수 온도차 운전방식을 도출할 수 있다. 즉 외기온도의 전체 구간을 몇 개의 제한된 구간들로 나눈 후, 각 구간범위 내에서 외기온도의 증가에 따라 공급-회수 온도차를 등효율선(iso-efficiency line)을 따라 증가시키면 열사용시설의 효율을 높고 일정한 값으로 유지시킬 수 있으며, 이러한 외기온도에 따른 공급-회수 온도차의 증가-감소 및 증가-감소를 반복적으로 수행하는 톱니 형태(saw-tooth shaped)의 온도차 제어를 수행함으로써, 열사용시설의 효율을 향상시키게 된다.According to these results, as shown by the dotted line in the example of FIG. 7, it is possible to derive the optimal supply-recovery temperature difference operation mode according to the change of the outside air temperature. In other words, if the entire section of the outside temperature is divided into several limited sections and the supply-recovery temperature difference is increased along the iso-efficiency line in accordance with the increase of the outside temperature within each section, By performing a saw-tooth shaped temperature difference control that repeatedly performs the increase-decrease and the increase-decrease of the supply-recovered temperature difference according to the outside temperature, Thereby improving the efficiency.

아래의 표 1은 앞서 언급한 톱니 형태 공급-회수 온도차 제어를 위한 알고리즘에 대한 일례를 보여주고 있으며, -15 ~ +15 oC의 외기온도 구간을 10개의 구간으로 나누어 각 구간에 대한 15 ~ 20 oC 범위 내에서의 온도차 제어 방식을 수식으로 표현하고 있다.Table 1 below shows an example of the algorithm for controlling the feed-back temperature difference of the sawtooth type mentioned above. The outer temperature range of -15 to +15 ° C is divided into 10 intervals, and 15 to 20 o The temperature difference control method within the range of C is expressed by the formula.

Outside atmospheric
temperature
(X, oC)
Outside atmospheric
온도
(X, o C)
Supply-return temperature difference
(Y, oC)
Supply-return temperature difference
(Y, o C)
Exergy efficiency
improvement(Dhex)
Exergy efficiency
improvement (Dhex)
-15 < x < -12-15 <x <-12 Y = 15.0 + 1.50(X+15)Y = 15.0 + 1.50 (X + 15) +2.1 ~ +4.8 %+2.1 to +4.8% -12 < x < -8-12 <x <-8 Y = 15.0 + 1.25(X+12)Y = 15.0 + 1.25 (X + 12) +2.3 ~ +5.8 %+ 2.3 to + 5.8% -8 < x < -4-8 < x < Y = 15.0 + 1.25(X+8) Y = 15.0 + 1.25 (X + 8) +2.7 ~ +5.9 %+2.7 to +5.9% -4 < x < -1-4 < x < -1 Y = 15.2 + 1.60(X+4)Y = 15.2 + 1.60 (X + 4) +2.7 ~ +5.6 %+2.7 to +5.6% -1 < x < 3-1 < x < 3 Y = 15.6 + 1.10(X+1)Y = 15.6 + 1.10 (X + 1) +3.5 ~ +6.1 %+3.5 ~ +6.1% 3 < x < 53 < x < 5 Y = 16.2 + 1.90(X-3)Y = 16.2 + 1.90 (X-3) +3.0 ~ +6.4 %+3.0 to +6.4% 5< x < 85 < x < 8 Y = 16.2 + 1.27(X-5)Y = 16.2 + 1.27 (X-5) +3.4 ~ +7.5 %+3.4 to +7.5% 8 < x < 118 < x < 11 Y = 16.7 + 1.10(X-8)Y = 16.7 + 1.10 (X-8) +4.1 ~ +7.8 %+4.1 to +7.8% 11 < x < 1311 < x < 13 Y = 17.0 + 1.50(X-11)Y = 17.0 + 1.50 (X-11) +3.9 ~ +7.4 %+3.9 ~ +7.4% 13 < x < 1513 < x < 15 Y = 17.0 + 1.40(X-13)Y = 17.0 + 1.40 (X-13) +3.9 ~ +7.2 %+3.9 ~ +7.2%

도 10 내지 도 13에서는 4가지 열사용시설들에 대해 앞서 언급한 최적의 톱니 형태 온도차 제어방식을 적용하여 계산된 결과들을 보여주고 있다. 여기서 본 발명에 따른 톱니 형태의 온도차 제어방식의 계산결과와 일정 온도차 제어방식의 계산결과를 비교하였다.FIGS. 10 to 13 show results calculated by applying the above-mentioned optimum sawtooth temperature difference control method to four heat utilization facilities. Here, the calculation result of the temperature difference control method of the sawtooth type according to the present invention is compared with the calculation result of the constant temperature difference control method.

4가지 열사용시설들의 비교결과들로부터, 본 발명의 톱니 형태의 온도차 제어 방식이 일정 온도차 제어방식에 비해, 외기온도 전 구간에 대해 현저한 엑서지 효율 향상 결과를 보여주고 있다. 이러한 효율 향상 결과는, <표 1>에 정리된 것처럼, 일정 온도차 대비, 각 구간별로 최소 2%에서 최대 8%까지의 효율 개선효과를 보여준다. From the comparison results of the four heat utilization facilities, the sawtooth type temperature difference control method of the present invention shows a remarkable improvement in exergy efficiency over the entire outside temperature temperature range compared to the constant temperature difference control method. As shown in <Table 1>, the efficiency improvement effect is improved by at least 2% and up to 8% in each section, compared to a certain temperature difference.

본 발명에서 제안된 난방열교환기(120)의 최적 공급-회수 온도차 제어방식의 좀 더 실제적인 현장 적용을 위하여, 외기온도 변화(또는 계절별)에 따라 공급되는 열량을 변화시켜 가며 결과를 산출하였다.For a more practical field application of the optimal supply-recovery temperature difference control method of the heat exchanger 120 proposed in the present invention, the calorie supplied according to the variation of the outside air temperature (or seasonality) was varied and the result was calculated.

실제 열사용시설 현장에서는 외기온도(계절별)에 따라 세대에 공급하는 난방열량을 선형적으로 변화시키고 있으며, 이러한 열량조절을 위하여 난방 열교환기의 공급온도를 선형적으로 조절하고 있다. 도 14에서처럼 실제 현장의 한 예에서 볼 수 있듯이, 외기온도가 10 oC 인 조건(혹한기)에서는 난방 열교환기의 공급온도를 50 oC 로 설정하며, 외기온도의 증가에 따라 공급온도를 감소시켜서, 난방이 필요 없는 외기온도 +10 oC인 조건(춘절기)에서는 공급온도를 회수온도에 근접하는 42 oC 로 설정한다. 이러한 공급온도의 변화에 따라, 상기의 수학식 3에서 알 수 있듯이, 난방열교환기(120)로부터 세대로 공급되는 난방열(Q)은 외기온도의 증가에 따라 선형적으로 감소한다. 또한 이러한 공급온도의 변화는 현장에서 사용되는 공급-회수 온도차 제어 방식이 선형적임을 의미한다. In the field of actual heat use facilities, the heat quantity to be supplied to the household is changed linearly according to the outside temperature (season), and the supply temperature of the heat exchanger is controlled linearly to control the heat quantity. As shown in FIG. 14, the supply temperature of the heating heat exchanger is set to 50 ° C. in the condition that the outside air temperature is 10 ° C. (cold weather), and the supply temperature is decreased according to the increase of the outside temperature , The temperature is set at 42 o C, which is close to the recovery temperature, under the condition that the heating is not required and the outside temperature is +10 o C (Lunar New Year). As can be seen from Equation (3), the heating heat Q supplied from the heat exchanger 120 to the household decreases linearly with the increase of the outside temperature according to the change of the supply temperature. This change in the supply temperature also means that the supply-recovery temperature difference control method used in the field is linear.

본 발명에서는 주어진 외기온도에 대해 공급-회수 온도차(DT)를 변화시켜 가며 열사용시설의 엑서지 효율을 계산하였다. 본 계산시 난방열교환기(120)의 공급 열량(Q)은 주어진 외기온도에 대해 규정된 열량값으로 제한하였고, 이때 외기온도 변화에 따른 공급열량은 변화되는 것으로 가정하였다. 그러므로, 본 계산에서는, 수학식 3에서 회수온도(Tr)는 운전조건으로 고정하였고, 공급온도(Ts)의 증가를 통해 공급-회수 온도차(DT)를 변화시켰으며, 더 나아가 외기온도에 따라 변화되는 열량(Q)의 공급을 위해서는 공급-회수 온도차(DT) 변화에 따라 유량(m)도 조절하였다.In the present invention, the exergy efficiency of a heat utilization facility is calculated by changing the supply-recovery temperature difference (DT) with respect to a given outside temperature. In this calculation, the amount of heat Q supplied to the heat exchanger 120 is limited to the value of the specified amount of heat for a given outside temperature, and it is assumed that the amount of supplied heat varies with the change in outside temperature. Therefore, in this calculation, in the formula (3), the recovery temperature (T r ) is fixed to the operating condition and the supply-recovery temperature difference DT is changed by increasing the supply temperature (T s ) In order to supply the amount of heat Q to be varied, the flow rate m was also adjusted according to the change in the supply-return temperature difference DT.

도 15 내지 도 18은 4가지 열사용시설들의 공급-회수 온도차와 외기온도 변화에 따른 엑서지 효율의 고유 특성들을 보여주고 있다. 여기서, 주어진 외기온도에 대해 공급-회수 온도차를 15 oC에서 20 oC 로 증가시킴에 따라, 열사용시설의 엑서지 효율이 증가함을 알 수 있으며, 이러한 경향은 모든 열사용시설들에 대해 유사하게 나타난다. 열량 공급이 변화되는 도 15 내지 도 18은 열량 공급이 일정한 경우들의 결과인 도 10 내지 도 13과 비교해 볼 때, 외기온도 변화에 따라 엑서지효율이 변화가 상대적으로 심하며, 이러한 현상은 열량 공급량의 변화에 따라 열교환기 효율이 급격히 저하되는 것에 기인한다.15 to 18 show the intrinsic characteristics of the exergy efficiency according to the supply-recovery temperature difference and the outside temperature change of the four heat utilization facilities. It can be seen that increasing the supply-recovery temperature difference from 15 ° C to 20 ° C for a given outdoor temperature increases the exergy efficiency of the thermal facility, Similar. 15 to 18, in which the supply of heat is changed, the exergy efficiency is relatively changed according to the changes in the outside air temperature, as compared with Figs. 10 to 13, which are the results of the case where the supply of heat is constant. And the efficiency of the heat exchanger is rapidly lowered as the temperature of the heat exchanger is changed.

도 15 내지 도 18의 결과들로부터, 외기조건에 따라 열량공급이 변화되는 경우에도 앞서 언급한 외기온도 변화에 따른 최적의 공급-회수 온도차 운전방식이 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 즉 외기온도에 따른 공급-회수 온도차의 증가-감소 및 증가-감소를 반복적으로 수행하는 톱니 형태(saw-tooth shaped)의 온도차 제어를 수행함으로써 열사용시설의 효율을 향상시킬 수 있다.From the results shown in FIGS. 15 to 18, even when the amount of heat supplied varies according to the ambient condition, it can be considered that the optimal supply-recovery temperature difference operation method according to the change in the ambient temperature described above can be applied. That is, the efficiency of the heat-using facility can be improved by performing a saw-tooth shaped temperature difference control which repeatedly performs the increase-decrease and the increase-decrease of the supply-recover temperature difference according to the outside temperature.

도 19 내지 도 22는 4가지 열사용시설들에 대해 앞서 언급한 최적의 톱니 형태 온도차 제어방식을 적용하여 계산될 결과들을 보여주고 있다. 여기서 최적 온도차 제어 방식의 계산결과와 종래의 선형적 온도차 제어 방식의 계산결과를 비교하였다.Figs. 19 to 22 show the results to be calculated by applying the above-mentioned optimum tooth shape temperature difference control method to four heat utilization facilities. Here, the calculation result of the optimum temperature difference control method is compared with the calculation result of the conventional linear temperature difference control method.

4가지 열사용시설들의 비교결과들로부터, 본 발명의 톱니 형태 온도차 제어 방식이 종래의 선형적 온도차 제어방식에 비해 외기온도 전 구간에 대해 2 ~ 7%의 현저한 엑서지 효율향상 결과를 보여주고 있다.From the comparison results of the four heat utilization facilities, the sawtooth temperature difference control method of the present invention shows a remarkable exergy efficiency improvement of 2 to 7% over the entire outside temperature temperature range compared to the conventional linear temperature difference control method .

또한 아래의 표 2는 바이패스 비율에 따른 열사용시설의 효율 관련 데이터를 나타내고, 아래의 표 3은 본 발명에서와 같은 급탕예열열교환기(170)가 적용되지 않은 경우와 적용된 경우의 열사용시설의 효율 관련 데이터를 나타내며, 아래의 표 4는 이러한 열사용시설의 엑서지 효율을 나타낸다. 여기서, HX1은 난방열교환기(120)를 나타내고, HX2는 급탕재열열교환기(150)를 나타내며, HX는 급탕예열열교환기(170)를 나타낸다.Table 2 below shows the efficiency-related data of the thermal facility according to the bypass ratio. Table 3 below shows the case where the hot water preheat heat exchanger 170 is not applied as in the present invention, , And Table 4 below shows the exergy efficiency of these thermal facilities. Here, HX1 represents the heat exchanger 120, HX2 represents the hot water reheating heat exchanger 150, and HX represents the hot water preheating heat exchanger 170. [

Figure 112016085195414-pat00004
Figure 112016085195414-pat00004

Figure 112016085195414-pat00005
Figure 112016085195414-pat00005

Figure 112016085195414-pat00006
Figure 112016085195414-pat00006

상기 표 2 내지 표 4에 따르면, A 아파트가 B 아파트에 비해, 본 발명에서 제시된 바와 같이 높은 열교환기 온도차 및 적은 바이패스 비율로 운전하므로, 이로 인해 엑서지 효율이 높은 것으로 나타났다. 그리고, C 아파트는 본원발명에서와 같은 급탕예열열교환기(170)의 적용과 높은 효율 작동으로 인해 난방열교환기(120)의 낮는 온도차에 불구하고, D 아파트에 비해 높은 엑서지 효율을 유지함을 알 수 있다. 특히, 급탕예열열교환기(170)를 적용하지 않은 D 아파트의 경우 상대적으로 많은 엑서지 파괴 및 손실로 인해 엑서지 효율이 저하됨을 알 수 있다.According to Tables 2 to 4 above, the A apartment is operated at a high heat exchanger temperature difference and a low bypass ratio as shown in the present invention, as compared to the B apartment, resulting in high exergy efficiency. It can be seen that the C apartment maintains a higher exergy efficiency than the D apartment despite the low temperature difference of the heat exchanger 120 due to the application of the hot water preheating heat exchanger 170 and the high efficiency operation as in the present invention have. Particularly, in the case of the D apartment where the hot water preheating heat exchanger 170 is not applied, it can be seen that the exergy efficiency is deteriorated due to a relatively large amount of exergy destruction and loss.

이와 같은 본 발명에 따른 난방 및 급탕 공급 시스템 및 이의 제어 방법에 따르면, 집단에너지 수요자 열사용시설에서 난방 및 급탕 공급을 위한 열교환에서 발생되는 열손실을 최소화함으로써 효율 증대에 기여할 수 있고, 엑서지의 손실을 크게 줄임으로써 적정 에너지 및 온실가스 배출량의 절감에 크게 기여할 수 있다. According to the heating and hot water supply system and the control method of the present invention, it is possible to contribute to the efficiency increase by minimizing the heat loss generated in the heat exchange for the heating and hot water supply in the heat utilization facility for the group energy user, Significant reductions in losses can significantly contribute to the reduction of appropriate energy and greenhouse gas emissions.

이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

10 : 열원공급라인 11 : 감압밸브
20 : 열원회수라인 21 : 유량계
110 : 제 1 분기라인 111 : 제 1 온도조절밸브
120 : 난방열교환기 130 : 난방라인
131 : 펌프 132 : 바이패스라인
133 : 차압밸브 134 : 인버터
135 : 제 1 온도센서 136 : 제 2 온도센서
137 : 유량계 140 : 제 2 분기라인
141 : 제 2 온도조절밸브 150 : 급탕재열열교환기
160 : 급탕라인 161 : 펌프
170 : 급탕예열열교환기 180 : 예열급탕라인
181 : 펌프 190 : 통합라인
10: heat source supply line 11: pressure reducing valve
20: heat source recovery line 21: flow meter
110: first branch line 111: first temperature control valve
120: heat exchanger 130: heating line
131: Pump 132: Bypass line
133: Differential pressure valve 134: Inverter
135: first temperature sensor 136: second temperature sensor
137: Flow meter 140: Second branch line
141: second temperature control valve 150: hot water reheat heat exchanger
160: Hot water supply line 161: Pump
170: hot water preheating heat exchanger 180: preheated hot water supply line
181: Pump 190: Integrated line

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 열원용 온수가 공급되는 열원공급라인에서 분기되는 제 1 분기라인 상에 설치되어 열원용 온수를 공급받는 난방열교환기와, 난방열교환기에 제 1 수요처로부터 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 난방용 온수가 되어 상기 제 1 수요처에 공급되도록 하는 난방라인과, 상기 제 1 수요처의 급수가 상기 난방열교환기를 바이패스하여 상기 제 1수요처로 회수되도록 상기 난방라인에서 상기 제 1수요처와 상기 난방열교환기 사이에 설치되는 바이패스라인과, 상기 열원공급라인에서 상기 제 1 분기라인 다음으로 분기되는 제 2 분기라인 상에 설치되어 열원용 온수를 공급받는 급탕재열열교환기와; 상기 급탕재열열교환기에 제 2 수요처로부터 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와의 열교환에 의해 급탕용 온수가 되어 상기 제 2 수요처에 공급되도록 하는 급탕라인과; 상기 난방열교환기 및 상기 급탕재열열교환기를 통과한 열원용 온수가 공급되는 급탕예열열교환기; 및 상기 급탕예열열교환기에 급수를 공급하여, 급수가 열원용 온수와 열교환에 의해 예열 온수가 되어 상기 급탕재열열교환기로 공급되어 상기 급탕라인을 통해서 급탕용 온수로서 공급되도록 하는 예열급탕라인으로 이루어지는 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법으로서,
외기 온도에 따라 규정된 열량을 구하고, 상기 난방열교환기에 공급되는 급수와 상기 제 1 수요처로 회수되는 난방용 온수의 온도차를 증가 및 감소를 반복시킴으로써 톱니 형태로 제어하기 위한 공급-회수 온도차를 산출하는 단계와;
상기 규정된 열량에 따라 상기 난방열교환기를 통과하여 회수되는 열원용 온수의 회수온도를 상기 제 1 분기라인에 설치되는 제 1 온도조절밸브의 제어 의해 설정한 후, 목표값으로서 상기 난방열교환기에 유입되는 급수의 유량을 설정하여 설정한 유량에 맞추도록 상기 난방라인에 설치되는 펌프의 토출유량을 제어하는 단계와;
상기 난방라인을 통해 상기 난방열교환기에 공급되는 급수의 공급온도, 상기 난방열교환기로부터 상기 제 1 수요처에 공급되는 난방용 온수의 회수온도 및 유량으로부터 실제 공급되는 열량을 산출하는 단계; 및
상기 실제 공급되는 열량과 상기 규정된 열량의 차이가 설정된 오차범위 내에 있도록 상기 펌프의 토출유량을 반복적으로 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법.
A heating heat exchanger installed on a first branch line branched from a heat source supply line supplied with hot water for a heat source and supplied with hot water for a heat source; A heating line for heating the heating water to be supplied to the first customer and heating the heating water to be supplied to the first demanding place by bypassing the heating heat exchanger, A hot water supply heat exchanger installed on a second branch line branched from the heat source supply line after the first branch line and supplied with hot water for a heat source; A hot water supply line for supplying water to the hot water reheating heat exchanger from a second customer and supplying the water to hot water for hot water by heat exchange with the hot water for the heat source to be supplied to the second customer; A hot water preheating heat exchanger to which the hot water for the heat source passing through the heat exchanger and the hot water reheating heat exchanger is supplied; And a preheating hot water supply line for supplying water to the hot water preheating heat exchanger so that water is supplied to the hot water reheating heat exchanger as hot water by heat exchange with hot water for hot water source and supplied as hot water for hot water supply through the hot water supply line, A method for controlling a hot water supply system,
Calculating a supply-recovery temperature difference for controlling the temperature of the heating water to be supplied to the heating heat exchanger and the heating water for heating to be returned to the first customer, Wow;
The temperature of the hot water for hot water recovered through the heat exchanger according to the prescribed amount of heat is set by the control of the first temperature control valve installed in the first branch line and then flows into the heat exchanger as the target value Controlling the discharge flow rate of the pump installed in the heating line so as to match the flow rate set by setting the flow rate of the water supply;
Calculating the actual amount of heat supplied from the supply temperature of the water supply supplied to the heating heat exchanger through the heating line, the recovery temperature and the flow rate of the hot water for heating supplied to the first customer from the heat exchanger; And
And repeatedly controlling the discharge flow rate of the pump so that the difference between the actually supplied heat amount and the prescribed heat amount is within a set error range.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 수요처로부터 급수가 상기 바이패스라인을 통해 상기 난방열교환기를 바이패스하지 않고, 상기 난방열교환기에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 난방 및 급탕 공급 시스템의 제어 방법.
The method of claim 4,
And the water supply from the first demanding place is supplied to the heating heat exchanger without bypassing the heating heat exchanger through the bypass line.
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