KR101961565B1 - 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어방법 - Google Patents

난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어방법 Download PDF

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Abstract

난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어에 관하여 개시한다. 보일러의 초기운전 상태에서 설정된 수량과 수분배기 부하측 설정온도로 보일러를 운전하고 운전되는 개별 보일러의 유량을 산출하는 1단계; 수분배기의 열원측 공급수 온도 및 환수온도와 부하측 공급수온도 및 환수온도의 현재온도를 검출하여, 검출된 온도와 개별 보일러의 유량을 이용하여 수분배기의 부하측 유량을 산출하는 2단계; 산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측의 작동 보일러의 수량을 산출하는 3단계; 및 산출된 열원측의 작동 대수로 보일러를 운전하고, 설정온도에 도달하기 위해 작동되는 개별 보일러의 제어온도를 주기적으로 산출하여 변경되는 제어온도에 따라 보일러의 운전을 제어하는 4단계로 캐스케이드 제어를 수행한다.

Description

난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어방법{Optimal operation of heating cascade system operation control method}
본 발명은 여러 대의 보일러를 제어하는 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러의 운전을 최적 작동 대수로 결정하여 제어하는 방법에 관한 것이다.
여러 대의 보일러를 병렬로 연결하여 제어하는 난방 캐스케이드 시스템에서 난방으로 공급되는 난방수의 온도를 목표하는 설정온도까지 보일러의 작동 대수를 결정하는 운전제어는 보일러의 효율적 운용과 관련이 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는 초기 운전상태에서 목표로 하는 설정온도까지 도달시키기 위해 보일러 전체를 동작시키는 '캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법'에 관하여 기재되어 있다. 이 방법에 의하면 초기 운전 상태에서 보일러 작동수량 선정시 수분배기(하이드로세퍼레이트(LLH:Low Loss Header))의 개별 보일러의 배관 설치환경이나 순환 펌프의 성능이 변경되는 경우를 고려하지 않고 1차측(이하, '열원측')과 2차측(이하, '부하측')의 온도검출을 통해 보상유량을 판단하기 때문에 부하측의 필요 열량에 대응하기 어렵고 열량에 비해 적거나 많은 보일러의 동작을 통해 먼저 설정온도를 산출한 후 설정온도를 유지하기 위한 보일러의 작동 대수를 결정하게 되므로 작동 보일러가 적은 경우에는 설정온도에 도달하기까지 많은 시간이 걸리고, 작동 보일러가 많은 경우에는 불필요하게 보일러를 작동하여 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 마지막 단계에서 필요한 보일러 작동 대수를 결정하게 되면 결정된 작동 대수가 초기 작동 대수와 많이 차이가 나면 열원측의 전체 유량이 심하게 변동하여 수분배기에서 열원측과 부하측의 일시적인 온도변화가 발생하여 변화하는 부하측 난방부하 상태에 따라 난방설정온도에 효과적으로 대응하기 어려울 뿐만 아니라 초기 운전에서 보일러 전체를 동작시키게 되므로 열효율의 저하와 불필요한 보일러의 가동으로 인한 내구성 저하의 문제가 있다. 이에 대하여 보일러의 열효율과 내구성 저하 등 제반 문제를 개선할 수 있도록 보일러의 작동 대수를 최적 작동 대수로 결정하여 운전을 제어하는 방법이 제안되어 있으나 부하 상태 변화에 맞는 최적 작동 대수의 결정에서는 여전히 어려움이 따르고 있다.
특허문헌 1. 국내 등록특허공보 제10-1433084호(공고일2014년08월25일)
특허문헌 2. 국내 공개특허공보 제10-2012-0110405호(공개일2012년10월10일)
특허문헌 3. 국내 등록특허공보 제10-1701949호(공고일2017년02월02일)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 초기 설정된 보일러 작동 대수에서 개별 보일러의 유량을 결정한 후 수분배기와 부하측의 필요열량을 판단하여 최적의 작동 대수로 보일러의 운전을 제어하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 보일러의 초기운전 상태에서 설정된 수량과 수분배기 부하측 설정온도로 보일러의 운전을 제어부를 통해 제어하고 운전되는 개별 보일러의 유량을 산출하는 1단계; 수분배기의 열원측 공급수 온도 및 환수온도와 부하측 공급수온도 및 환수온도의 현재온도를 검출하여, 검출된 온도와 개별 보일러의 유량을 이용하여 수분배기의 부하측 유량을 산출하는 2단계; 산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측의 작동 보일러의 수량을 산출하는 3단계; 및 산출된 열원측의 작동 대수로 보일러를 운전하고, 설정온도에 도달하기 위해 작동되는 개별 보일러의 제어온도를 주기적으로 산출하여 변경되는 제어온도에 따라 보일러의 운전을 제어하는 4단계를 포함하는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하여 달성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 개별 보일러의 유량을 산출하는 1단계에서 산출되는 개별 보일러의 유량 산출 아래의 (식 1)로부터 산출될 수 있다.
(식 1)
fh_p = qh_p / (th_out - th_in)
여기서, qh_p은 우선순위 보일러의 설정된 초기 열량, th_out은 우선순위 보일러의 초기(지정시간이내)의 출탕온도, th_in은 우선순위 보일러의 초기(지정시간 이내) 환수온도이다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측의 작동 보일러의 수량을 산출하는 상기 3단계에서는 산출된 부하측 유량값이 정해진 시간 동안 안정화되지 않으면, 누적된 부하측 유량값의 평균값으로 작동 대수를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 4단계를 수행한 후 부하측의 유량값을 주기적으로 검출하여 검출값이 변동되거나 부하측 설정온도가 변경될 때 이벤트가 발생하였다고 판단하고, 그 판단 결과에 의해 상기 2단계 내지 3단계를 재수행하여 제어될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 캐스케이드 제어 운전시 고정된 작동 대수로부터 부하측 설정온도(T2_set)를 맞추기 위하여, 개별 보일러의 제어 온도(tq_set)를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 개별 보일러의 제어 온도(tq_set)를 산출하는 단계에서는, 개별 보일러의 제어온도(tq_set)가 제어부에 설정된 한계치 이상인 경우 작동 대수를 늘려서 계산된 제어온도(tq_set)로 연소되도록 제어하고, 개별 보일러의 제어온도(tq_set)는 설정된 지정시간마다 갱신하여 제어부에 설정된 한계치 이하로 계산된 경우 작동 대수를 유지하여 보일러의 운전을 제어할 수 있다.
본 발명은, 난방 캐스케이드 시스템의 설치 및 운용에서 부하 상태 변화에 맞는 최적 작동 대수로 보일러를 제한적으로 연소시킬 수 있으므로 개별 보일러들의 열량 과잉 연소나 열량 미달 연소를 방지하여 개별 보일러들의 연소 효율이 좋아진다.
본 발명은, 부하측의 유량 및 필요 열량 변동 그리고 온도 재설정에서도 최적 작동 대수로의 피드백 제어가 가능하므로 필요한 난방수 공급온도를 실시간으로 유지 시킬 수 있다.
본 발명은, 난방수 설정온도를 확정하고 작동 대수를 변동시켜 부하측 공급온도를 유지하지 않고 작동 대수를 결정한 후 개별 보일러의 온도제어만으로 부하측 설정온도를 조정함으로써 수분배기의 유량변동으로 인한 일시적 제어 불능 상태를 지속적이고 안정적으로 관리할 수 있다.
본 발명은, 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러의 과도한 연소를 제어할 수 있으므로 보일러의 내구성 확보로 가용 수명을 연장 시킬 수 있다.
본 발명은, 보일러의 최적 작동 대수에서 부하측 유량을 반복 산출하여 보다 정확한 유량을 기준으로 부하측 유량에 따른 필요 열량을 효율적으로 제공할 수 있다.
도 1은 난방 캐스케이드 시스템의 설치 예로서 중앙난방식 캐스케이드 제어 시스템의 예시이다.
도 2는 또 다른 난방 캐스케이드 시스템의 설치 예로서 존별 순환식 캐스케이드 제어 시스템의 예시이다.
도 3은 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러를 최적 작동 대수로 운전하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 설명도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 제어 예를 보인 플로우챠트이다.
난방 캐스케이드 제어 시스템의 설치 및 운용에서 난방부하가 많아질 때는 더 많은 열량과 더 많은 유량을 필요하게 되는데, 기존의 캐스케이드 제어 시스템에서는 각 보일러들에 유량센서나 유량조절밸브 등을 설치하여 검출신호에 따라 제어하도록 제안되어 있으나 이 방법은 난방수에 포함되는 슬러지 등에 의한 영향을 많이 받아 신뢰성이 높은 제어가 어렵고 보일러의 작동 대수를 최적 작동 대수로 결정하여 운전을 제어하는 방법도 부하 상태 변화에 맞는 최적 작동 대수의 결정에서는 어려움이 따르고 있다.
본 발명은, 열원측과 부하측 사이에 유량을 보상하는 하이드로 세퍼레이트 또는 열교환기가 포함된 캐스케이드 시스템의 설치 및 운용에서 보일러를 최적 작동 대수로 결정하여 제어하고 별도의 유량센서나 유량조절밸브 없이 열원측과 부하측의 유량을 판단하여 난방공급에 필요한 열량을 산출하여 부하측의 난방공급 설정온도가 되도록 최적의 작동 대수를 결정하여 캐스케이드 시스템을 제어할 수 있도록 제시된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 난방 캐스케이드 시스템의 설치 유형의 대표적 예로서 중앙난방식 캐스케이드 제어 시스템의 예시이다. 도 2는 난방 캐스케이드 시스템의 또 다른 설치 예로서 존별순환식 캐스케이드 제어 시스템의 예시이다.
도 1의 중앙난방식의 캐스케이드 제어 시스템 또는 도 2의 존별순환식의 캐스케이드 제어 시스템에서는 수분배기(300)가 적용될 수 있는데, 예를 들면 하이드로 세퍼레이트(LLH) 또는 열교환기(HE)가 적용될 수 있다. 캐스케이드 제어 시스템에서 수분배기(300)는 다수의 보일러(B)들이 병렬 연결된 열원측(100)과 실내 배관부인 부하측(200) 사이에 위치하여 다수의 보일러(B)가 상황에 따라 일부만 운전될 때 보일러(B)측의 유량이 부하측(200)의 필요 유량에 비하여 낮은 난방수의 공급유량 부족을 방지할 수 있는 수단으로 기능 하도록 한다. 수분배기(300)는 열원측(100)의 온도와 부하측(200)의 온도를 검지하는 온도검지부를 포함하여 구성될 수 있다.
열원측(100)의 각 보일러(B)들에는 순환펌프(120)가 내부 또는 하부에 외장으로 각각 설치되어 보일러(B) 작동시 함께 작동되고 이때 열원측(100)의 유량은 보일러(B)의 작동 대수에 따라 변하게 된다. 부하측(200)에는 열원측(100)의 순환펌프(120)와는 별도의 순환펌프(120)가 설치되고 다수의 난방부하(210)(211)가 연결되므로 난방부하(210)(211)의 on/off 또는 개폐 상태에 따라 부하측(200)의 유량도 변하도록 되어 있다.
도 1 및 도 2에서 미설명 부호 400은 제어부이고, 410은 제어기이며, 420은 리모콘이다. 보일러(B)는 마스터 보일러(110), 슬레이브 보일러1,2(111)(112)...n들로 구분될 수 있다. 마스터 보일러(110) 및 주소가 할당된 슬레이브 보일러(111)(112)들은 유무선 통신으로 연결되어 제어부(400)에 의해 제어될 수 있다.
난방 캐스케이드 제어 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 보일러를 포함하는 열원측(100), 열원측(100)의 유량이 순환하는 난방부하(210)(211)를 포함하는 부하측(200), 열원측(100)과 부하측(200) 사이에서 유량을 보상하는 수분배기(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 보일러(B)의 열량을 기초로 열원측(100)과 부하측(200)의 유량을 산출하여 보일러의 가동 대수, 설정온도를 판단하는 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(400)는, 부하측 유량을 확인하고 판단하는 부하측 유량 판단부, 부하측 유량에서 부하측 공급온도를 목표값으로 올리기 위한 필요 열량을 계산하여 판단하는 필요열량 판단부, 필요 열량과 보일러 1대의 최대 열량 값으로부터 보일러의 가동 대수(N)를 판단하여 결정하는 보일러 가동대수 판단부를 포함하여 구성될 수 있으며, N대의 보일러 가동에 따른 열원측 유량을 판단하는 유량판단부, 시간 경과 후 온도가 안정된 상태에서 N대의 보일러 각각의 연소열량 정보를 합산하여 열량 합계을 판단하는 보일러 전체열량 판단부를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(400)는, 보일러 출탕온도 설정치가 보일러의 출탕온도 한계치 미만인 경우는 보일러의 출탕온도 설정을 계산된 값으로 갱신하고, 계산된 보일러 출탕온도 설정치가 보일러의 출탕온도 한계값 이상인 경우 보일러 가동 대수(N)를 늘리는 보일러 설정온도 판단부를 포함하여 구성될 수 있으며, 보일러의 출탕온도 한계값은 80℃ 내외로 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
보일러의 작동 대수를 최적 작동 대수로 결정하여 제어하는 방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러를 최적 작동 대수로 운전하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 설명도 이다. 도 3에 표시된 부호는 아래와 같다.
T1은 열원측 공급온도이고 T2는 부하측 공급온도이다.
T3는 부하측 환수온도이고 T4는 열원측 환수온도이다.
T2_set은 부하측 공급설정온도이다.
tq_set은 상기 부하측 공급설정온도(T2_set)를 조정하기 위한 개별 보일러의 제어온도이다.
th_out은 개별 보일러의 유량을 산출하기 위한 개별 보일러의 공급온도이다.
th_in은 개별 보일러의 유량을 산출하기 위한 개별 보일러의 환수온도이다.
fh_p는 산출된 개별 보일러(point)의 유량이다.
FH는 열원측 전체 유량(fh_p * 작동대수)이고 FL은 부하측 유량이다.
QH는 열원측 전체 열량이고 QL은 부하측 전체 열량이다.
qh_p는 초기작동시 개별 보일러의 유량을 계산하기 위해 설정된 열량이다.
중앙순환식(도 1 참조), 존별순환식(도 2 참조)으로 설치 형식이 구분되는 난방 캐스케이드 시스템에서는 설치 형식에 관계없이 부하측(200)에서 요구되는 난방온도에 따라 유량이 변화되고, 변화되는 요구 온도와 유량에 따라 최적 작동 대수를 먼저 산출하고 결정된 작동 대수로 부하측 공급 설정온도(T2_set)을 맞추기 위한 개별 보일러의 제어온도(tq_set)를 산출할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러의 최적 작동 대수를 산출하는 방법의 예를 살펴보면 아래와 같다.
설정 작동 대수로 부하유량의 계산
사전에 설정된 보일러의 초기 작동 대수(예 2대 이상)를 부하측 설정온도(T2_set)로 하여 개별 보일러의 설정온도(출탕)를 조절하여 작동시킨다.
개별 보일러의 유량을 산출한다(fh_p = qh_p / (th_out - th_in).
일정시간 경과 후 수분배기(300)의 각부 온도가 안정된 상태에서 부하측 유량(FL)을 계산한다. 예를 들면 부하측 유량(FL)은 아래의 수식으로 계산될 수 있다.
FL = FH * (T1 - T4) / (T2 - T3) 여기서, FH = fh_p * 작동 대수이다.
작동 대수(N)의 결정
보일러의 작동 대수를 결정하기 위하여 필요 열량(QH_set)을 계산한다. 필요 열량은 현재의 부하측 유량에서 부하측 공급온도(T2_set)를 목표값으로 올리기 위한 값으로 필요 열량(QH_set)은 예를 들면 하기의 식으로 계산될 수 있다.
QH_set = (T2_set - T3 ) * FL
필요 열량과 개별 보일러 1대의 최대 열량 값으로부터 작동 대수를 결정할 수 있으며 작동 대수(N)는 예를 들면 아래의 수식으로 계산될 수 있다.
N = INT( QH_set / Qmax) + 1
여기서 INT는 정수(Interger) 함수이다. 예를 들어 QH_set = 1700 kcal/min, Qmax = 600 kcal/min일 경우 작동 대수(N)는 3대이다. N 값이 설치된 보일러 대수(Nmax) 이상일 경우 N = Nmax로 될 수 있다.
N대의 보일러 작동에 따른 부하측 유량( FL )의 재산출
보일러 작동이 소정시간 경과된 이후 부하공급온도(T2)가 안정화된 상태에서는 부하측 유량(FL)은 아래의 식으로 재산출할 수 있다.
FL = FH * (T1 - T4 )/(T2 - T3)
여기서 FH는 열원측 전체 유량으로서 변화된 보일러 작동 대수로 계산될 수 있다.
결정된 작동대수로 T2_ set을 맞추기 위하여 개별 보일러의 제어온도( tq _ set ) 결정
부하측의 요구열량에 따라 부하측 수분배기 공급온도(T2)와 설정온도(T2_set)의 차에 대한 보상과 수분배기 열원측 공급온도(T1)와 개별 보일러의 공급온도(th_out) 보상하여 개별 보일러의 제어온도를 결정할 수 있다.
개별 보일러의 제어온도(tq_set)는 아래의 수식으로 계산될 수 있다.
tq_set = T2_set+ 2*(T2_set-T2) + (th_out-T1)
위에서 계산된 개별 보일러의 제어온도(tq_set)가 한계치(예: 85℃) 이상인 경우는 보일러의 작동 대수를 1대 늘리고, 계산된 개별 보일러의 제어온도(tq_set)로 연소한다.
개별 보일러의 제어온도(tq_set)는 임의로 설정된 특정 시간마다 갱신하고, 설정된 온도 한계치(예: 85℃) 이하로 계산된 경우, 작동 대수는 유지하고 개별 보일러의 제어온도(tq_set)만 변경하여 온도를 제어한다.
연소중 상태변경에 따른 피드백
부하측 유량(FL)을 임의로 설정된 시간 간격으로 갱신하고, 사용자의 난방사용상태에 따라 부하측의 유량(FL)이 일정이상 변경되는 경우, 상기 작동 대수(N)의 결정 단계, N대의 보일러 작동에 따른 부하측 유량(FL)의 재산출 단계, 결정된 작동 대수로 T2_set을 맞추기 위한 개별 보일러의 제어온도(tq_set) 결정 단계를 다시 수행하여 최적 작동 수량이 갱신될 수 있다. 여기서 사용자의 부하측 설정온도(T2_set)가 변경되는 경우에는 상기 작동 대수(N)의 결정 단계, N대의 보일러 작동에 따른 부하측 유량(FL)의 재산출 단계, 결정된 작동 대수로 T2_set을 맞추기 위한 개별 보일러의 제어온도(tq_set) 결정 단계를 다시 수행하여 최적 작동 수량이 갱신될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
1단계
보일러의 초기운전 상태에서 설정된 수량과 수분배기 부하측 설정온도로 보일러를 운전하고, 운전되는 개별 보일러의 유량을 산출한다. 이때 초기 개별 보일러의 제어온도는 설정온도와 동일하게 유지한다.
여기서 상기 1단계에서 산출되는 개별 보일러의 유량 산출은 아래의 식으로 산출될 수 있다.
fh_p = qh_p / (th_out - th_in)
qh_p: 우선순위 보일러의 설정된 초기 열량
th_out: 우선순위 보일러의 초기(지정시간이내)의 출탕온도
th_in: 우선순위 보일러의 초기(지정시간이내)의 환수온도
우선순위보일러는 캐스케이드 운전시 여러 대의 보일러 중 머리위치(Point)의 보일러일 수 있다.
2단계
수분배기의 열원측 공급수 온도 및 환수온도와 부하측 공급수온도 및 환수온도의 현재온도를 검출하여, 검출된 온도와 개별 보일러의 유량을 이용하여 수분배기의 부하측 유량을 산출한다.
3단계
산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측 작동 보일러의 수량을 산출한다.
상기 3단계에서 산출된 부하측 유량값이 정해진 시간 동안 안정화되지 않으면, 소정시간 누적된 부하측 유량값의 평균값으로 작동 대수를 산출하고, 그 작동 대수로 상기 2단계에서부터 다시 3단계 및 하기의 4단계로 이어서 수행될 수 있다.
4단계
산출된 열원측의 작동 대수로 보일러를 운전하고, 설정온도에 도달하기 위해 작동되는 개별 보일러의 제어온도를 주기적으로 산출하여 변경되는 제어온도에 따라 캐스케이드 시스템의 운전을 제어한다.
그리고 상기 4단계를 수행한 후 부하측의 유량값을 주기적으로 검출하여 검출값이 일정이상 변동하거나 사용자가 보일러의 조작부, 리모콘, PC 등을 이용하여 부하측 설정온도를 변경할 때 이벤트가 발생하였다고 판단하고, 그 판단 결과에 의해 상기 2단계 내지 4단계를 재수행하는 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법을 포함할 수 있다.
여기서, 설정온도는 수분배기의 부하측 난방공급온도이고, 제어온도는 난방수를 설정온도에 도달시키기 위한 개별 보일러의 운전 온도일 수 있고, 상기 1단계 내지 3단계에서 제어온도와 설정온도는 같으며 상기 4단계에서의 제어온도는 설정온도에 개별 보일러로부터 보상되는 온도가 더해지는 보상값을 포함하는 온도일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법은 캐스케이드 운전시 고정된 작동 대수로부터 부하측 설정온도(T2_set)을 맞추기 위한 개별 보일러의 제어 온도(tq_set)를 산출하는 방법을 포함할 수 있다.
예를 들면 부하측의 요구열량에 따라 부하측 수분배기 공급온도(T2)와 설정온도(T2_set)의 차에 대한 보상과 수분배기 열원측 공급온도(T1)와 개별 보일러의 공급온도(th_out)를 보상하여 개별 보일러의 제어온도(tq_set)를 아래의 식으로부터 결정할 수 있다.
tq_set = T2_set + 2*(T2_set - T2) + (th_out - T1)
계산된 개별 보일러의 제어온도(tq_set)가 제어부에 설정된 한계치(예를 들면 85℃ 내외) 이상인 경우는 작동 대수를 1대 늘려서 계산된 제어온도(tq_set)로 연소되도록 제어하고 개별 보일러의 제어온도(tq_set)는 설정된 지정시간마다 갱신하여 제어부에 설정된 한계치(예: 85℃) 이하로 계산된 경우 작동 대수를 유지하는 것으로 보일러의 운전을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 제어 예를 보인 플로우챠트이다.
보일러의 초기 운전이 시작되면 제어부에서 캐스케이드 제어 시스템이 작동이 시작되거나 작동 중인지가 체크된다(S110). 체크 결과, 캐스케이드 제어 시스템이 미작동 상태이면 제어 루틴은 대기 모드로 유지되고, 작동이면 개별 보일러들의 유량이 산출된다(S120).
상기 S120 단계를 통해 수분배기의 유량이 산출되면 수분배기의 열원측 공급수 온도 및 환수온도와 부하측 공급수온도 및 환수온도의 현재온도를 검출하여, 검출된 온도와 개별 보일러의 유량을 이용하여 수분배기의 부하측 유량이 산출된다(S130).
상기 S130 단계를 통해 수분배기의 부하측 유량이 산출되면 산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측 작동 보일러의 수량이 산출된다(S140).
상기 S140 단계에서 산출된 부하측 유량값이 정해진 시간 동안 안정화된 상태인지가 체크된다(S150). 체크 결과, 부하측 유량값이 안정화 상태인 것으로 판단되면 산출된 열원측 작동 대수로 보일러의 제어 운전이 실행되고(S170), 부하측 유량값이 안정화 상태가 아닌 것으로 판단되면 소정시간 누적된 부하측 유량값의 평균값으로 작동 대수가 산출된다(S160). 이렇게 산출되는 보일러의 작동 대수를 기준으로 수분배기의 부하측 유량 산출(S130) 및 부하측 필요열량과 열원측 작동 보일러의 수량 산출(S140)이 다시 수행되거나 산출된 열원측 작동 대수로 보일러의 제어 운전이 실행된다(S170).
상기 S170 단계에서 산출된 열원측 작동 대수로 보일러의 제어 운전이 실행되는 과정에서는 부하측의 유량값이 주기적으로 검출되어 검출값이 제어부에 설정된 기준값으로부터 일정 이상의 값으로 변동하거나 사용자가 보일러의 조작부, 리모콘, PC 등을 이용하여 부하측 설정온도를 변경할 경우 등에서 이벤트가 발생하였는지가 판단된다(S180). 판단 결과, 이벤트 발생이 없으면 산출된 열원측 작동 대수로 보일러의 제어 운전이 계속적으로 실행되고, 이벤트 발생이 있으면, 수분배기의 부하측 유량 산출 과정(S130), 부하측 필요 열량과 열원측 작동 보일러의 수량 산출 과정(S140), 부하측 유량값의 안정화 상태 체크 과정(S150) 및 산출된 열원측 작동 대수로 보일러를 운전하는 과정(S170)이 순차적으로 실행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하면 부하 상태 변화에 맞는 최적 작동 대수로 보일러의 연소 운전을 제어할 수 있으므로 개별 보일러의 과도한 연소나 소열량의 연소가 발생하지 않아 개별 보일러의 연소 효율이 상승될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하면 부하측의 유량 변동/ 필요열량 변동/ 온도 재설정에도 최적 작동 대수로 피드백됨으로서 필요에 따른 난방수 공급온도 유지가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하면 설정온도를 지정하고 작동 대수로 변화로 부하측 공급온도를 유지하는 것에 비해 보일러의 작동 대수가 결정된 후 개별 보일러의 제어 온도만으로 부하측 설정온도를 조정하도록 함으로서 수분배기의 유량 변동으로 인한 일시적 제어 불능 상태를 효과적으로 제어하여 지속적이고 안정적인 캐스케이드 운전 제어가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하면 보일러의 작동 대수를 최적화시켜 작동시킬 수 있으므로 과도한 보일러 연소에 따른 보일러의 내구성 저하를 방지하여 보일러의 고장에 대비하고 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법에 의하면 최적 작동 대수에서 부하측 유량을 반복적으로 산출할 수 있으므로 보다 정확한 유량을 기준으로 부하측 유량 변동을 감지할 수 있으므로 필요 열량에 효과적으로 대응할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: 열원측
110: 마스터 보일러
111.112: 슬레이브 보일러
120: 순환펌프
200: 부하측(난방부하)
300: 수분배기(유량보상부)

Claims (6)

  1. 보일러의 초기운전 상태에서 설정된 수량과 수분배기 부하측 설정온도로 보일러를 운전하고 운전되는 개별 보일러의 유량을 산출하는 1단계;
    수분배기의 열원측 공급수 온도 및 환수온도와 부하측 공급수온도 및 환수온도의 현재온도를 검출하여, 검출된 온도와 개별 보일러의 유량을 이용하여 수분배기의 부하측 유량을 산출하는 2단계;
    산출된 부하측 유량으로 부하측 필요열량과 열원측의 작동 보일러의 수량을 산출하되, 그 산출된 부하측 유량값이 정해진 시간 동안 안정화되지 않으면, 누적된 부하측 유량값의 평균값으로 작동 대수를 산출하는 3단계; 및
    산출된 열원측의 작동 대수로 보일러를 운전하고, 설정온도에 도달하기 위해 작동되는 개별 보일러의 제어온도를 주기적으로 산출하여 변경되는 제어온도에 따라 보일러의 운전을 제어하는 4단계를 포함하는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개별 보일러의 유량을 산출하는 1단계에서 산출되는 개별 보일러의 유량 산출은 아래의 식 1로부터 산출되는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법.
    (식 1)
    fh_p = qh_p / (th_out - th_in)
    qh_p: 우선순위 보일러의 설정된 초기 열량
    th_out: 우선순위 보일러의 초기(지정시간이내)의 출탕온도
    th_in: 우선순위 보일러의 초기(지정시간 이내) 환수온도
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 4단계를 수행한 후 부하측의 유량값을 주기적으로 검출하여 검출값이 변동되거나 부하측 설정온도가 변경될 때 이벤트가 발생하였다고 판단하고, 그 판단 결과에 의해 상기 2단계 내지 3단계를 재수행하는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    캐스케이드 운전시 고정된 작동 대수로부터 부하측 설정온도(T2_set)를 맞추기 위하여, 개별 보일러의 제어 온도(tq_set)를 산출하는 단계를 더 포함하는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 개별 보일러의 제어 온도(tq_set)를 산출하는 단계에서는, 개별 보일러의 제어온도(tq_set)가 제어부에 설정된 한계치 이상인 경우 작동 대수를 늘려서 계산된 제어온도(tq_set)로 연소 되도록 제어하고, 개별 보일러의 제어온도(tq_set)는 설정된 지정시간마다 갱신하여 제어부에 설정된 한계치 이하로 계산된 경우 작동 대수를 유지하여 보일러의 운전을 제어하는, 난방 캐스케이드 시스템의 최적 작동 대수 운전 제어 방법.
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