KR102070889B1 - 세대 난방시스템용 밸브제어기 - Google Patents

Abstract

개시 내용은, 사용자설정 난방환경정보를 입력받는 입력유닛, 전술한 난방환경정보에 따라 세대로 유입될 운전유량을 산출하고 난방환경정보가 저장되는 제어부, 산출된 운전유량에 따라 유량조절밸브 구동기의 동작을 제어하는 신호 전송용 출력유닛을 포함하여 구성되는 세대 난방시스템용 밸브제어기에 대해 기술하고 있다.
전술한 제어부는 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 난방면적비와 천정고비의 곱에 따른 체적비을 고려한 보정계수를 결정해 이를 가중하여 운전유량을 산출할 수 있다.
전술한 제어부는 운전유량을 산출함에 있어 세대의 위치를 고려하여 보정계수를 결정해 가중할 수 있으며, 세대의 위치는 위도상수, 일조량상수, 동절기평균온도상수, 고도상수 및 방위상수을 고려하여 위치상수로 나타낼 수 있다.

Description

세대 난방시스템용 밸브제어기{VALVE CONTROLLER FOR HEATING SYSTEM}

본 명세서에서 개시된 내용은 난방시스템에 관한 것으로, 특히 주택의 3차원 위치, 체적비, 난방구역의 난방 부하율 및 사용자의 온열쾌적감을 반영한 세대 난방시스템용 밸브제어기에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로 우리나라의 아파트 등에는 난방을 위해 세대별 난방시스템이 사용되고, 그를 통해 각 세대의 난방을 개별적으로 수행한다.

이러한 시스템은 세대의 난방구역의 바닥 면적이 같으면 같은 난방유량이 흐르도록 설계함이 보편적이다. 그러나 우리나라는 지역별 평균온도의 차이가 심하고, 또한 같은 위치의 주택이라 하여도 층수별, 방위별 온도 차이도 심하게 나타나며, 층수별 난방 구역의 체적 차이가 발생한다. 또한 사용자 개인의 온열 쾌적감도 상이하다. 그리고 세대별 난방구역 중 일부 각실을 난방하는 부분부하 운전시 단위면적당 열량은 난방구역 중 전체 각실를 난방하는 전부하 운전시 단위 면적당 열량보다 방열량이 많으므로 더 많은 열량을 공급하여야 한다.

그런데 이러한 점이 고려되지 않고, 동일 면적에는 동일 열량을 공급하여 난방이 부족하거나 과하게 되는 문제점을 초래하여, 난방이 시작된 이후 사용자가 세대의 위치적 요인이 고려되지 않은 운전유량에 대해 사용자의 온열감에 맞도록 재설정해야 했다.

한국 특허등록 제 10-1692438호(2016.12.28)

주택 난방을 함에 있어서 초기에 결정되는 난방유량의 결정과정을 그 세대의 3차원 위치 특성, 세대의 체적 특성, 사용자의 개인적 특성 및 난방구역의 난방부하 특성을 모두 고려하여 시스템의 운용 기준을 마련함으로써 실 사용자의 요구 조건에 일치시키면서도 에너지 절감을 실현하는 세대 난방시스템용 밸브제어기를 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

하나의 실시예로서, 이 개시 내용은, 사용자설정 난방환경정보를 입력받는 입력유닛, 전술한 난방환경정보에 따라 세대로 유입될 운전유량을 산출하고 난방환경정보가 저장되는 제어부, 산출된 운전유량에 따라 유량조절밸브 구동기의 동작을 제어하는 신호 전송용 출력유닛을 포함하여 구성되는 세대 난방시스템용 밸브제어기에 대해 기술하고 있다.

바람직한 특징에 따르면, 전술한 제어부는 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 난방면적비와 천정고비의 곱에 따른 체적비을 고려한 보정계수를 결정해 이를 가중하여 운전유량을 산출할 수 있다.

다른 바람직한 특징에 따르면, 전술한 제어부는 운전유량을 산출함에 있어 세대의 위치를 고려하여 보정계수를 결정해 가중할 수 있으며, 세대의 위치는 위도상수, 일조량상수, 동절기평균온도상수, 고도상수 및 방위상수을 고려하여 위치상수로 나타낼 수 있다.

다른 바람직한 특징에 따르면, 전술한 체적비와 위치상수에 대하여 전체난방 및 부분난방에 의한 동시사용률을 고려하여 보정계수를 결정하여 운전유량을 산출할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 체적비, 주택의 3차원 위치, 난방 구역의 난방 부하율과 사용자 개인의 온열쾌적감을 반영하여 세대의 난방 유량을 결정하고 제어함으로써 거주자의 난방비 절감과 온열 쾌적감 만족, 그리고 국가적인 에너지 절감을 동시에 실현하도록 하였다.

아울러, 이와 같은 기재된 본 발명의 효과는 발명자가 인지하는지 여부와 무관하게 기재된 내용의 구성에 의해 당연히 발휘되게 되는 것이므로 상술한 효과는 기재된 내용에 따른 몇 가지 효과일 뿐 발명자가 파악 또는 실재하는 모든 효과를 기재한 것이라 인정되어서는 안 된다.

또한, 본 발명의 효과는 명세서의 전체적인 기재에 의해서 추가로 파악되어야 할 것이며, 설사 명시적인 문장으로 기재되어 있지 않더라도 기재된 내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서를 통해 그러한 효과가 있는 것으로 인정할 수 있는 효과라면 본 명세서에 기재된 효과로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세대 난방시스템용 밸브제어기를 포함한 난방시스템을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대 난방시스템용 밸브제어기의 동작을 순서대로 도시한 도면
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 위도를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 일조량를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 동절기평균온도를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 동시사용률을 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 세대 난방시스템용 밸브제어기을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세대 난방시스템용 밸브제어기를 포함한 난방시스템을 나타내는 개략도이다.

우선 본 발명의 세대 난방시스템용 밸브제어기를 설명하기에 앞서 세대 난방시스템용 밸브제어기를 사용하는 난방시스템을 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 난방시스템은 외부 열원(또는 내부 열원)(10)에 연결되는 난방수 분배관(20), 유입된 난방수를 각 난방 구역(171,172,173)으로 분배하는 분기관(31,32,33), 유입된 난방수의 이물질을 제거할 거름망(40), 유입된 난방수내 포함된 공기를 제거할 에어벤트(50), 각 분기관의 유량을 단속할 수 있는 단속밸브(61,62,63), 각 난방 구역을 통과하는 난방수의 유량과 속도를 조절하는 유량조절밸브(81,82,83), 유량조절 밸브를 통과하는 난방수의 온도를 측정하는 온도센서(111,112,113), 유량조절 밸브를 구동하는 구동기(91,92,93), 유량조절 밸브를 통과한 난방수를 하나로 합쳐 열원에 연결할 환수관(120), 환수관의 난방수를 열원으로 보낼 때 양과 속도를 조절할 세대밸브(130), 세대밸브를 구동하는 구동기(140) 및 상기 세대의 난방환경을 입력하고 주 난방 구역 및 종속 난방 구역의 난방 조건을 입력, 제어하며 난방구역의 실내온도를 측정하여 설정온도와 비교 난방을 수행하고, 난방 제어방식을 환수온도난방, 실내온도난방, 타이머난방, 프로그램 난방으로 선택할 수 있는 메인조절기(151), 각 종속 난방 구역의 실내온도를 측정하여 설정온도와 비교 난방을 수행하고, 난방 조건을 입력하고 제어할 수 있는 서브조절기(152,153), 사용자설정 난방환경정보를 입력받는 입력유닛(102), 상기 난방환경정보에 따라 필요열량에 상응하는 운전유량을 산출하고, 난방환경정보가 저장되는 제어부(101), 및 상기 산출된 운전유량에 따라 유량조절밸브 구동기의 동작을 제어하는 신호 전송용 출력유닛(103)을 포함하여 구성되는 세대 난방시스템용 밸브 제어기(100)를 포함하여 운용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대 난방시스템용 밸브제어기의 동작을 순서대로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 세대 난방시스템용 밸브제어기의 동작은 다음과 같다.

먼저 입력유닛이 해당 세대의 난방면적, 천정고, 위도, 일조량, 동절기평균온도, 고도 또는 방위 등이 포함된 사용자설정 난방환경정보를 입력 받는다.(S1)

그런 다음 제어부는 상기 난방환경정보를 통해 세대로 유입될 운전유량을 산출한다.(S2)

신호전송용 출력유닛은 산출된 상기 운전유량에 따라 유량조절밸브 구동기의 동작을 제어할 수 있다.(S3)

상기 제어부는 세대 난방제어의 효율을 극대화하기 위해 운전유량 산출시 하기의 식에 따라 운전유량을 산출할 수 있다.

[식]

운전유량 = [{(최대 운전유량-최소 운전유량) * 보정계수 + 최소 운전유량} * 유량상수] * 사용자 상수

여기서, 보정계수는 (체적비상수(v)*위도상수(l)*일조량상수(s)*동절기평균온도상수(t)*고도상수(e)*방위상수(z))^(X)이며

체적비상수(v)는 난방이 되고자하는 부분의 난방면적과 천정고에 따른 체적비를 고려한 상수이고,

위도상수(l),일조량상수(s),동절기평균온도상수(t),고도상수(e),방위상수(z)는 세대의 위치에 따른 위치상수,

X는 각 실(room)의 동시사용률에 따른 변수로서 X는 각실의 동시사용률에 반비례하여 일정 범위 내에서 상응해서 가지는 변수이다. 동시사용률은 전체 실 중 가동되는 실의 비율이다.

사용자 상수는 실제 사용자의 온도 반응도에 따라 전체 유량 곡선을 상,하로 offset 시키는 상수이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 난방면적비와 천정고비에 따른 체적비를 고려한 보정계수를 결정해 가중할 수 있다.

주택마다 각 세대는 난방면적과 천정고가 상이하다.

세대마다 난방면적이 상이하면 난방면적에 비례하여 더 많은 운전유량을 요하는바 이를 고려한 보정계수로써 운전유량의 산출에 가중할 수 있다.

난방면적비 a = 1 + 0.05*(Ar-As)

Ar은 해당 세대의 실제 평수값이며, As는 기준 평수값이다. 일 실시예로 기준평수(As)는 33평의 값을 지정할 수 있다.

일반적으로 아파트의 천정고는 2.3m였으나 근래 아파트의 고급화 추세 및 수요자의 개방감 확대를 위해 천정고를 2.5m 또는 2.7m로 높이는 경우 그에 따라 운전유량이 증가되어야 한다.

천정고비 h = 1 + 0.125*(Hr-Hs)

Hr은 해당 세대의 실제 천정고 값이며, Hs는 기준 천정고 값이다. 일 실시예로 기준천정고(As)는 2.3m의 값을 지정할 수 있다.

그리고 체적비상수(v)는 상기 난방면적비 a와 상기 천정고비 h를 곱한 값으로 나타낼 수 있다.

체적비상수

v = a * h ={ 1+ 0.05*(Ar-As)} * { 1 + 0.125*(Hr-Hs)}

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 위도를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 각 지역마다 위도가 상이하며 북반구의 경우 위도가 높아질수록 기온이 낮아 더 많은 운전유량을 요한다. 따라서 본 발명의 일 실시예로써 세대로 유일될 운전유량 산출시 위도상수(l)는 하기의 식으로 산출할 수 있다.

l = 1 + 0.05*(Lr-Ls)

Lr은 해당 세대의 실제 위도 값이며, Ls는 기준 위도 값이다. 일 실시예로 기준위도(Ls)는 36°의 값을 지정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 일조량를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각 지역마다 일조량이 상이하므로 세대가 위치한 지역에 따라 일조량이 상이하고, 일조량이 적을수록 더 많은 운전유량을 요한다. 따라서 본 발명의 일 실시예로써 세대로 유일될 운전유량 산출시 일조량상수(s)는 하기의 식으로 산출할 수 있다.

s = 1 - 0.000025*(Sr-Ss)

Sr은 해당 세대의 실제 일조량 값이며, Ss는 기준 일조량 값이다. 일 실시예로 기준일조량(Ss)는 2200hr의 값을 지정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 동절기평균온도를 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각 지역마다 동절기평균온도가 상이하므로 세대가 위치한 지역에 따라 동절기평균온도가 상이하고, 동절기평균온도가 낮을수록 더 많은 운전유량을 요한다. 따라서 본 발명의 일 실시예로써 세대로 유일될 운전유량 산출시 동절기평균온도상수(t)는 하기의 식으로 산출할 수 있다.

t = 1 - 0.01*(Tr-Ts)

Tr은 해당 세대의 실제 동절기평균온도 값이며, Ts는 기준 동절기평균온도 값이다. 일 실시예로 기준동절기평균온도(Ts)는 -5℃의 값을 지정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 세대의 고도를 고려한 보정계수를 결정해 가중할 수 있다.

아파트와 같은 고층건물의 경우, 각 세대마다 층수를 달리하며 층수 즉, 고도가 높을수록 외부온도는 낮아진다. 동절기 외부온도가 낮을수록 더 많은 운전유량을 요한다. 따라서 본 발명의 일 실시예로써 세대로 유일될 운전유량 산출시 고도상수(e)는 하기의 식으로 산출할 수 있다.

e = 1 + 0.0025*(Er-Es)

Er은 해당 세대의 실제 층수이며, Es는 기준 층수이다. 일 실시예로 기준층수(Es)는 1층의 값을 지정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 세대의 방위를 고려한 보정계수를 결정해 가중할 수 있다.

햇볕이 많이 들 수 있는 남향구조의 세대 보다 햇볕이 적게 드는 북향 구조의 세대에는 더 많은 운전유량을 요한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 아래의 표 1과 같이 세대의 방위를 고려한 보정계수(방위상수(z))를 결정해 가중할 수 있다.

세대의 방위방향	방위상수(z)
북향	1.2
북동, 북서	1.15
동, 서	1.1
남동, 남서	1.05
남	1.0

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 동시사용률을 고려한 보정계수를 결정해 가중하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

세대별 난방구역 중 일부 각실을 난방하는 부분부하 운전시 단위면적당 열량은 난방구역 중 전체 각실를 난방하는 전부하 운전시 단위 면적당 열량보다 방열량이 많으므로 더 많은 열량을 공급하여야 한다.

보다 상세하게는, 각실 중 일부를 난방하는 부분부하 운전시 단위면적당 열량은 각실 전체를 난방하는 전부하 운전시 단위면적당 열량에 비해 난방이 되고자 하는 부분이 중첩되는 부분은 적다.

예를 들어, 4번 실(room)만 난방하는 부분부하 운전시와 1, 2, 3, 4 번의 실(room) 전체를 난방하는 전부하 운전시를 비교해 볼 때, 1, 2, 3, 4번의 실(room) 전체를 난방하는 전부하 운전시에는 예컨대 2번 실(room)과 4번실(room)이 열 교환이 가능한 중첩되는 부분이 있는데 반해, 4번 실(room)만 난방하는 부분부하 운전시에는 다른 주변 실(room)(즉, 2번 실(room), 3번 실(room))과 중첩되는 부분이 발생되지 않는다.

따라서, 각실 중 일부를 난방하는 부분부하 운전시 단위면적당 열량은 각실 전체를 난방하는 전부하 운전시 단위면적당 열량에 비해 난방이 되고자 하는 부분이 중첩되는 부분은 적기 때문에 방열되는 비율이 높으므로 전부하운전에 비해 열량을 가중하는 것이다.

구체적으로, 상기 제어부는 보정계수를 결정함에 있어 각실의 동시사용률(전체실 중 가동되는 실의 비율)이 높은 경우 보정계수를 낮게, 동시사용률이 낮은 경우 보정계수를 높게 제어한다. 이때 보정계수가 높다는 의미는 각실의 동시사용률이 적어 다른방이 냉각되어 있어 추가적인 열손실이 생긴 상태이므로 동시사용률의 추이에 따라 동시사용률이 낮으면 보정계수를 높게 결정하는 것이 유리한 방식이다. 보정계수는 실사용시 사용자가 설정하여 사용하고 필요시 동시사용률(사용자 설정 난방 정보에 상응하여 나온 난방이 되고자 하는 각실의 동시사용률)에 연계하여 추가적으로 조절한다.

X는 각 실(room)의 동시사용률에 따른 변수로서 X는 각실의 동시사용률에 반비례하여 일정 범위 내에서 상응해서 가지는 변수이다. 동시사용률은 전체 실 중 가동되는 실의 비율이다.

예를 들어, X = 1 인 경우, 즉 세대 내 각실을 전체 난방하는 전부하 운전인 경우 체적비와 위치상수에 비례하여 운전유량 결정하고, X = 1.2 인 경우 예컨대, 세대 내 각실 중 하나의 실(room)만을 난방하는 부분부하 운전인 경우 체적비와 위치상수에 대해 방열량을 고려한 동시사용률로써 운전유량을 결정한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 제어기
101 : 제어부
102 : 입력유닛
103 : 출력유닛

Claims (8)

1. 세대 난방시스템용 밸브 제어기에 있어서,
   사용자설정 난방환경정보를 입력받는 입력유닛;
   상기 난방환경정보에 따라 상기 세대로 유입될 운전유량을 산출하고, 상기 난방환경정보가 저장되는 제어부; 및
   상기 산출된 운전유량에 따라 유량조절밸브 구동기의 동작을 제어하는 신호 전송용 출력유닛을 포함하여 구성되고,
   상기 제어부는 상기 난방환경정보로 입력된 세대의 난방면적비, 천정고비, 위치, 동시사용률을 고려한 제 1 보정계수를 결정하여 운전유량을 산출하고,
   상기 제어부는
   세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 세대의 위치에 따라 결정되는 위치상수로서 제 2 보정계수를 결정하되, 상기 위치상수는 위도상수, 일조량상수, 동절기평균온도상수, 고도상수 및 방위상수의 곱인 것을 특징으로 하는 세대 난방시스템용 밸브 제어기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 세대로 유입될 운전유량을 산출하는 경우 상기 난방면적비와 상기 천정고비의 곱에 따른 체적비를 고려한 제 3 보정계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 세대 난방시스템용 밸브 제어기.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 보정계수를 결정함에 있어 동시사용률이 높다고 판단되면 대응되는 제 1 보정계수를 감소시키고, 동시사용률이 낮다고 판단되면 대응되는 제 1 보정 계수를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세대 난방시스템용 밸브 제어기.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 동시사용률은 사용자가 실사용 시 추가적으로 입력할 수 있는 것을 특징으로 하는 세대 난방시스템용 밸브 제어기.
   

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