KR102216367B1 - 마스터 컨트롤러를 갖는 빌딩을 개량하는 것을 통해 냉각 시스템의 작업 효율성을 개선시키기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빌딩을 위한 HVAC(Heating, Ventilating, and Air Conditioning) 시스템을 작동시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 MC(Master Controller)가 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 변경시키고, 상기 MC가 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 변경시키고, 또한 상기 MC가 작동하는 냉각타워들의 개수를 선택하여 그 각각의 냉각타워팬의 속도를 조절하는 것을 포함한다.

Description

마스터 컨트롤러를 갖는 빌딩을 개량하는 것을 통해 냉각 시스템의 작업 효율성을 개선시키기 위한 방법

본 출원은 빌딩을 위한 HVAC(Heating, Ventilating, and Air Conditioning; 난방, 환기, 및 공기 조화)(이하, 'HVAC'라고 칭함) 시스템에 관한 것이다.

US 8,660,702 B2는 다양한 실시예들에 따라, 에너지 관리 제어 장치, 중앙 냉각 시스템, 및 연관된 방법들을 포함하는, 중앙 냉각 및 순환 에너지 관리 제어 시스템을 보여준다. 중앙 냉각 에너지 관리 제어 장치는 하나 또는 그 이상의 신호 연결들, 하나 또는 그 이상의 전자 메모리 요소들, 및 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 포함한다. 컨트롤러 장치는 전자 메모리 요소들 상에 저장되거나 또는 신호 연결들을 통해 접근가능한 리소스들에의 접근을 가진다.

US 2012/0271462 A1 및 WO 2010/051466 A1은 빌딩 자동화 시스템과 정보를 교환하도록 구성되고 또한 실시간 작동 효율성을 결정하고, 예측되거나 또는 이론적인 작동 효율성을 시뮬레이션하고, 이들을 비교하고, 그후 빌딩의 HVAC 시스템에 의해 이용되는 장비에 대한 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들을 조정하기 위한 다양한 실행가능한 프로그램들을 포함하는 컨트롤러를 보여준다. 컨트롤러는 HVAC 시스템의 작동 효율성을 조정한다. 컨트롤러에 의해 이용되는 조정 모듈은 다양한 HVAC 장비가 그 자연스러운 작동 곡선 근처에서 온라인으로 그리고 병렬로 작동하는 유사성에 기초하여 HVAC 장비 파라미터들을 변형시킬 수 있다. 조정 모듈은 컨트롤러가 필요에 따라 더 효율적으로 유사한, 추후의 조정들을 만들도록 허용하는 자기학습 측면을 포함한다.

본 출원의 목적은 개선된 작동을 가지는 HVAC 시스템을 제공하는 데 있다.

본 출원은 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키는 방법을 제공한다. 빌딩은 지붕 및 벽들을 가지는, 집과 같은, 구조를 지칭할 수 있다.

HVAC 시스템은 AHU(Air Handling Unit; 공기 취급 유닛)(이하, 'AHU'라고 칭함) 루프, 냉각타워 루프, 적어도 하나의 냉각기(chiller), 및 MC(Master Controller; 마스터 컨트롤러)(이하, 'MC'라 칭함)를 포함한다. 상기 AHU 루프는 또한 냉각워터 루프로 지칭된다. 냉각타워 루프는 또한 응축기 워터 루프로 지칭된다.

AHU 루프는 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 가지고, 그리고 적어도 하나의 AHU 팬을 가지는, 적어도 하나의 AHU를 포함한다. 이 AHU 팬은 AHU로부터 빌딩으로 상기 공기를 공급하고자 하는 것이다. 냉각워터는 상기 AHU 루프 내에서 순환된다. 냉각워터 펌프의 속도를 조정함으로써, 냉각워터의 유량을 조정할 수 있다. 냉각워터 펌프는 일반적으로 더 높은 속도에서 더 많은 전기 에너지를 소비한다. AHU 팬의 속도는 또한 AHU를 통한 공기의 유량을 조정, 즉 증가 또는 감소시키기 위해 변경될 수 있다.

냉각타워 루프를 참조하면, 이것은 적어도 2 개의 냉각타워를 포함한다. 각각의 냉각타워는 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 가지는 적어도 하나의 냉각타워팬을 포함하고, 이때 응축기 워터는 상기 냉각타워 루프 내에서 순환되고 있다.

냉각기를 참조하면, 이것은 증발기, 압축기, 응축기, 확장 밸브, 및 냉매를 포함한다. 이 부분들은 열역학적 냉동사이클을 형성한다. 이 열역학적 냉동사이클은 또한 냉동 사이클로 지칭된다. 냉각기는 냉각워터로부터 응축기 워터로 열을 전달하기 위해 AHU 루프와 그리고 냉각타워 루프와 상호연결된다. 이것은 냉각워터와 혼합되는 냉매 없이 그리고 응축기 워터와 혼합되는 냉매 없이 수행된다. 요약하면, 냉매, 냉각워터, 및 응축기 워터는 서로로부터 격리되어 있다.

상기 MC를 참조하면, 이것은 냉각워터 펌프의 속도, 냉각타워팬의 속도, AHU 팬의 속도, 응축기워터 펌프의 속도 및 AHU 조절 밸브의 위치를 자동으로 제어하기 위해 제공된다.

이 방법은 몇 가지 전략의 조합을 포함한다.

제1 전략은 상기 MC가 상기 냉각워터 펌프의 속도를 변경하는 단계를 포함한다. 이것은 복귀 냉각워터의 온도가 복귀 냉각워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 상기 냉각워터의 델타 T 값이 미리 정해진 열적 쾌적 델타 T 범위를 초과하지 않도록 수행된다.

제2 전략은 상기 MC가 상기 응축기워터 펌프의 속도를 변경하여 복귀 응축기 워터의 온도가 복귀 응축기 워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 상기 응축기 워터의 델타 T 값이 미리 정해진 델타 T 범위를 초과하지 않도록 하는 단계를 포함한다.

제3 전략은 상기 MC가 작동하는 냉각타워들의 개수를 선택하는 단계를 포함한다. 상기 MC는 그후 상기 개별적인 냉각타워를 활성화시킨다. 이 활성화는 상기 냉각타워들을 상기 냉각타워 루프에 유체적으로 연결하기 위해 상기 개별적인 냉각타워의 격리 워터밸브들(isolation water valves)을 개방하도록 작용한다. 이것은 그후 응축기 워터가 이 냉각타워들을 통해 흐르도록 허용한다. 개별적인 냉각타워팬의 속도는 이후에 조정된다.

각각의 전략 단계들은, 상기에서 언급되었는데, 상기 AHU로부터 상기 냉각타워로의 열전달율(heat transport rate)의 균형된 상태를 제공하기 위해 수행되고, 또한 이로써 동일한 열전달율이 동일한 열적 쾌적함(thermal comfort)을 제공하기 위해 유지되는 한편 동일한 냉각 부하(cooling load)가 유지되도록 수행되고, 이때 전체 에너지 소비는 감소된다.

이 전략들은 냉각 부하를 지원하는 효과적인 방식을 제공하는 이익을 가진다. 각각의 전략은 HVAC 시스템의 부분들의 효율성을 개선하기 위해 작용한다. 이와 함께, 이 전략들은 더 낮은 에너지 소비를 가지고 동일한 냉각 부하를 지원하기 위해 함께 작동한다.

이 방법은 수 개의 추가적인 전략을 포함할 수 있는데, 이것은 이하에서 설명된다.

이 방법은 추가적인 전략을 포함할 수 있다. 이 전략은 상기 MC가 상기 대응하는 냉각워터 펌프의 속도를 감소시키는 단계와 함께 상기 AHU 루프 내의 하나 또는 그 이상의 워터밸브를 사용자에 의해 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 AHU 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 포함한다.

일 구현에 있어서, 상기 방법은 다른 전략을 포함한다. 이 전략은 상기 MC가 상기 대응하는 응축기워터 펌프의 속도를 감소시키면서 상기 냉각타워 루프 내의 적어도 하나의 워터밸브들을 사용자에 의해 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 냉각타워 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 포함한다.

이 방법은 또한 다른 전략을 포함할 수 있는데, 이것은 감소된 에너지 소비를 가지고 원하는 사용자 열 쾌적을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 AHU 팬의 속도를 조정하면서 상기 MC는 상기 AHU 내의 물의 흐름 속도를 변경하기 위해 상기 AHU의 워터밸브의 위치를 조정하는 단계를 포함한다.

나아가, 이 방법은 또한 추가적인 전략을 포함할 수 있는데, 이 전략은 상기 MC가 작동하는 냉각워터 펌프들의 개수를 선택하는 단계를 포함한다. 상기 MC는 그후 개별적인 냉각워터 펌프들을 활성화시킨다. 이 작동하는 냉각워터 펌프들 각각의 속도는 이어서 조정된다.

이 방법은 또한 다른 전략을 포함할 수 있는데, 이것은 상기 MC가 작동하는 응축기워터 펌프들의 개수를 선택하는 단계를 포함한다. 상기 MC는 그후 이 응축기워터 펌프들을 활성화시키고 이들 각각의 속도를 조정한다.

이 방법은 또한 전략을 포함할 수 있는, 이것은 상기 MC가 상기 냉각타워팬 및 상기 냉각기 내의 상기 압축기의 전체 에너지 소비를 감소시키기 위해, 공급 응축기 워터 온도를 변경하기 위해 주변 조건들(ambient conditions)에 종속하여 상기 냉각타워팬의 속도를 조정하는 단계를 포함한다.

상기 냉각워터 펌프, 상기 AHU 팬, 상기 냉각타워팬, 및 상기 응축기워터 펌프는 종종 미리 정해진 경계 조건(boundary conditions) 내에서 작동된다. 이 경계 조건은 이 부분들의 각각의 제조업자들에 의해 제공될 수 있다.

본 출원은 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키기 위한 상기 MC를 제공한다.

상기 MC는 상기 HVAC 시스템의 AHU 루프의 적어도 하나의 AHU 팬을 위한 그리고 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 위한, 그리고 상기 HVAC 시스템의 냉각타워 루프의 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 위한 그리고 적어도 하나의 냉각타워팬을 위한, 수 개의 인터페이스들을 포함한다.

상기 MC는 상기 냉각워터 펌프, 상기 AHU 팬, 상기 냉각타워팬, 및 상기 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 인터페이스들에 제어 신호들을 발행하도록 적용된다.

상기 MC는 상기에서 언급된 청구항들 중 하나에 따른 방법의 단계들을 자동으로 수행하도록 적용되어 상기에서 언급된 단계들이 상기 AHU로부터 상기 냉각타워까지 열전달율의 균형잡힌 상태에서 제공되고, 또한 상기 AHU로부터 상기 냉각기로의 동일한 열전달율이 유지되는 한편, 전체 에너지 소비가 감소된다.

요약컨대, 상기 HVAC 시스템은 상기 AHU와 (냉각 부하를 지원하는) 상기 냉각기 사이의 열 전달을 유지하는 한편 에너지 소비의 감소를 허용한다. 이것은 차례로 효율성의 개선을 제공하는데, 이것은 종종 냉각기의 전력 소비를 감소시키고, 이로써 전체 열 전달을 감소시키게 된다.

상기 MC는 적어도 2 개의 냉각워터 펌프들이 제공되도록 적용될 수 있다.

상기 MC는 또한 적어도 2 개의 응축기워터 펌프들이 제공되도록 적용될 수 있다.

다시 말하면, 본 출원은 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키는 방법을 제공한다.

상기 HVAC 시스템은 AHU 루프, 냉각타워 루프, 및 냉각기를 포함한다. 상기 AHU 루프는 또한 냉각워터 루프로 지칭된다. 상기 냉각타워 루프는 또한 응축기 워터 루프로 지칭된다. 상기 작동하는 냉각기는 상기 AHU 루프와 상기 냉각타워 루프와 상호연결되어, 상기 AHU 루프 내의 유체, 상기 냉각기 내의 유체 및 상기 냉각타워 루프 내의 유체 중에서 혼합되지 않고, 열이 상기 냉각워터로부터 상기 응축기 워터로 전달되게 한다. 요약하면, 이 유체들은 서로로부터 격리되어 있다.

상기 AHU 루프는 적어도 하나의 AHU 및 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 포함하는데, 이때 냉각워터는 상기 AHU 루프 내에서 순환되고 있다. 상기 냉각워터 펌프의 속도를 조정함으로써, 상기 AHU 루프 내에 있어서의 냉각워터 유량을 조정할 수 있다. 냉각워터 펌프의 더 높은 속도는 냉각워터 펌프의 더 낮은 속도보다 더 많은 전기 에너지를 소비한다.

상기 AHU는 적어도 하나의 AHU 밸브 뿐만 아니라 적어도 하나의 AHU 팬 유닛을 포함한다. 상기 AHU 밸브의 위치는 상기 AHU를 빠져나가는 공기 또는 상기 AHU로 복귀하는 공기의 온도에 따라 변경될 수 있다. 상기 AHU 팬 유닛의 속도는 상기 AHU를 통한 공기의 흐름을 증가시키거나 또는 감소시키도록 변경될 수 있다.

냉각타워 루프는 적어도 하나의 응축기워터 펌프 및 적어도 하나의 팬을 가지는 적어도 하나의 냉각타워를 포함하는데, 응축 워터는 상기 냉각타워 루프 내에서 순환되고 있다.

냉각기는 증발기, 압축기, 응축기, 확장 밸브 및 냉매를 포함하고, 이것은 열역학적 냉동사이클(thermodynamic refrigeration cycle)을 형성한다. 이 열역학적 냉동사이클은 또한 냉동 사이클로 지칭된다. 냉각기는 상기 AHU 루프와 그리고 상기 냉각타워 루프와 상호연결되어 열이 상기 냉각워터로부터 응축기 워터로 전달되게 된다.

상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 팬 및, 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 자동으로 제어하기 위해 제공된다.

본 출원에 따르면, 상기 HVAC 시스템의 균형 상태에서 필수적으로, 상기 AHU로부터 상기 냉각타워로의 열전달율은 필수적으로 일정하여, 상기 AHU 근방에서 미리 정해진 열적 쾌적함을 제공한다. 전기 에너지를 절약하기 위해, 상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 감소시켜서 필수적으로 동일한 열전달율이 유지되도록 하고, 이로써 동일한 냉각 부하를 필수적으로 유지함으로써 동일한 열적 쾌적함을 제공하게 된다. 상기 MC는 냉각워터 펌프 경계 조건의 미리 정해진 범위 안에서 냉각워터 펌프의 속도를 유지하여, 그 사양(specification) 내에서 상기 냉각워터 펌프의 작동이 제공되게 된다.

본 출원은 나아가 상기 AHU 루프 내에서 냉각워터 흐름 제한들을 제거하는 단계를 제공한다. 이것은 상기 AHU 루프 내에 존재하는 밸브들 또는 수동 밸브를 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 수행될 수 있다.

2 개 또는 그 이상의 냉각워터 펌프들을 가지는 HVAC 시스템에 있어서, 상기 MC는 작동하는 냉각워터 펌프들의 개수를 선택하고 또한 상기 AHU로부터 상기 냉각타워까지의 열전달율의 균형 상태에서 필수적으로 그 각각의 속도를 조정하여 필수적으로 동일한 열전달율이 유지되게 한다. 상기 AHU 루프 내의 냉각워터의 마찰이 더 높은 속도에서 흐르는 하나의 펌프와 비교했을 때 더 낮은 속도들에서 흐르는 2 개의 펌프들에 있어서 더 낮다면, 이것은 추가적인 에너지 절약을 제공한다. 상기 MC는 냉각워터 펌프 경계 조건의 미리 정해진 범위 내에서 작동하는 냉각워터 펌프들의 속도들을 여전히 유지할 것이다. 이것은 동일한 워터 유량을 필수적으로 제공하기 위해 냉각워터 펌프들의 속도 및 개수를 자동으로 변경하는 단계를 제공한다.

상세사항의 다른 실시예에 있어서, 사용자는 상기 AHU 루프 내에서 냉각워터 흐름 제한들을 수동으로 제거하고 또한 상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 감소시킨다. 사용자는 또한 상기 냉각타워 루프 내에서 냉각워터 흐름 제한들을 수동으로 제거할 수 있고 또한 상기 MC는 그후 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 감소시킨다. 이것은 필수적으로 상기 냉각기와 상기 AHU 사이의 동일한 열전달율을 유지하면서, 전기 에너지의 절약을 제공한다.

2 개의 냉각워터 펌프들이 제공된다면, 상기 MC는 작동하는 냉각워터 펌프들의 개수를 선택하고 또한 그 각각의 속도를 조정하여, 전기 에너지가 절약되는 한편, 필수적으로 상기 냉각기와 상기 AHU 사이의 동일한 열전달율이 유지되게 된다.

매우 특정한 경우에 있어서, 적어도 2 개의 응축기워터 펌프들이 제공되고, 상기 MC는 작동하는 응축기워터 펌프들의 개수를 선택하고 또한 이에 따라 그 각각의 속도를 조정하게 된다.

상기 MC는 워터 펌프 경계 조건의 미리 정해진 범위 안에서 모든 워터 펌프들의 속도를 유지할 수 있어, 그 사양 내에서 개별적인 워터 펌프의 작동이 제공된다. 동일하게 전기적으로 구동되는 냉각타워팬들에 적용된다.

상세한 설명에 따른 상기 MC는 그러므로 인터페이스들로 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 적어도 하나의 팬, 및 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 제어 신호들을 발행하는 데 적용된다. 다시 말하면, 상기 MC는 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 감소시키기 위해 적용되어, HVAC 시스템의 필수적으로 균형 상태와 비교했을 때, 필수적으로 동일한 열전달율이 유지되는 한편, 냉각워터 펌프 경계 조건의 미리 정해진 범위 내에서 냉각워터 펌프의 속도를 유지하도록 작동된다. 2 개의 냉각워터 펌프들이 제공된 때, 상기 MC는 적어도 2 개의 작동하는 냉각워터 펌프들의 개수를 선택하고 또한 이들의 각각의 속도를 조정하도록 적용된다. 상기 MC는 냉각워터 펌프 경계 조건의 미리 정해진 범위 내에서 작동하는 냉각워터 펌프들의 속도를 유지한다.

본 출원은 또한 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 개량하는 방법을 제공한다.

이 방법은 적어도 하나의 수동형 워터밸브를 제거하거나 또는 완전히 개방하는 단계를 포함한다. 상기 수동형 워터밸브는 그룹 중 한 멤버를 포함한다. 상기 그룹은 정유량 워터밸브(constant flow water valve), 밸런싱 워터밸브(balancing water valve), 및 수동 온/오프 워터밸브(on/off water valve)로 구성된다. 그 온/오프 워터밸브는 또한 격리 워터밸브로 지칭된다.

상세하게, 이 정유량 워터밸브는 캘리브레이션되거나 또는 공장에서 운전자에 의해 위치되는 자체-조정 메카니즘을 가진다. 자체-조정 메카니즘은 물이 미리 정해진 일정한 유량으로 정유량 워터밸브를 지나가도록 허용한다. 다시 말하면, 정유량 워터밸브는 일정한 유량으로 물이 이를 관통하도록 허용하는 상태에서 작동되고자 하는 것이다.

밸런싱 워터밸브는 사용자에 의해 수동으로 작동되고자 한다. 밸런싱 워터밸브는 완전히 닫힌 상태에, 완전히 개방된 상태에, 그리고 수 개의 부분적으로 개방된 상태들에 배치될 수 있다.

상기 온/오프 워터밸브는 사용자에 의해 수동으로 작동되고자 하고 이것은 2 개의 상태들, 소위 완전히 닫힌 상태 및 완전히 개방된 상태에 배치될 수 있다.

상기에서 언급된 제거되거나 또는 완전히 개방되는 단계는 상기 HVAC 시스템의 냉각/응축기 워터 루프 내에서 펌프 헤드를 감소시키고자 한다.

이 방법은 또한 상기 HVAC 시스템 내에 에너지 제어 모듈을 설치하는 단계를 포함한다. 에너지 제어 모듈은 적어도 하나의 VSD(Variable Speed Drives; 가변 속도 드라이브들)(이하, 'VSD'라 칭함) 및 상기 VSD에 전기적으로 연결되는 MC를 포함한다.

상기 VSD는 그후 그룹의 한 멤버의 모터에 전기적으로 연결된다. 상기 그룹은 상기 HVAC 시스템의 작동하는 워터밸브, 펌프, 및 팬으로 구성된다.

이것은 그후 상기 MC가 상기 VSD를 거쳐 상기 모터를 제어 또는 조정하는 것을 허용한다. 요약하면, 상기 MC는 VSD를 통해 상기 작동하는 워터밸브, 상기 펌프, 또는 팬을 제어한다.

작동하는 워터밸브는 조절하는 워터밸브로 또한 전기적 온/오프 워터밸브로 지칭될 수 있다. 변조하는 워터밸브는 조절 워터밸브로 지칭된다.

조절 워터밸브(modulating water valve)는 완전히 닫힌 상태에, 완전히 개방된 상태에, 또한 수 개의 부분적으로 개방된 상태들에 배치될 수 있다.

전기적인 온/오프 워터밸브는 완전히 닫힌 상태에 또한 완전히 개방된 상태에 배치될 수 있다.

이 방법은 감소된 에너지를 가지고 상기 HVAC 시스템을 관리하는 자동 방식을 제공한다.

상기 MC는 상기 방법의 단계들을 자동으로 수행하는 데 적용될 수 있다. 이것은 단계들이 상기 HVAC 시스템의 상기 AHU로부터 냉각타워로의 열전달율의 균형 상태를 제공함으로써, 또한 상기 HVAC 시스템의 상기 AHU 및 냉각기로부터 동일한 열전달율이 유지되는 한편 전체적으로 에너지 소비가 감소됨으로써 수행된다.

도 1은 빌딩 관리 시스템(BMS) 및 에너지 제어 모듈을 포함하는 빌딩을 위한 개선된 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여준다.
도 2는 도 1의 공기 냉각 및 순환 시스템의 냉각기의 부분들을 보여준다.
도 3은 추가적인 에너지 제어 모듈을 가지는 다른 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여주는데, 이것은 도 1의 에너지 제어 모듈의 변형이다.
도 4는 에너지 제어 모듈이 클라우드에 기반한 컴퓨터인, 다른 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여준다.
도 5는 다른 향상된 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여주는데, 이것은 도 1의 공기 냉각 및 순환 시스템의 변형이다.
도 6은 조절 워터밸브를 가지는 워터 흐름 시스템의 시스템 곡선들의 일 예 및 도 1 및 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템을 위한 워터 펌프의 성능 곡선들의 일 예를 보여준다.
도 7은 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템을 작동시키는 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템을 위한 냉각기 효율과 응축 워터 온도 사이의 관계 그래프를 보여준다.
도 9는 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템을 위한 냉각기 효율 및 냉각기 부하 사이의 관계 그래프들을 보여준다.
도 10은 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템을 작동시키는 방법의 흐름도이다.

이하의 상세한 설명에 있어서, 상세사항들은 이 출원의 실시예들을 설명하기 위해 제공된다. 하지만, 실시예들이 이러한 상세사항들 없이 실행될 수 있음이 당업자에게 명백해질 것이다.

몇몇의 실시예들은 유사한 부분들을 가진다. 유사한 부분들은 동일한 명칭들 또는 알파벳 또는 프라임 기호(')를 가지는 유사한 부분 참조 부호를 가질 수 있다. 하나의 유사한 부분의 상세한 설명은 또한 다른 유사한 부분을 참조에 의해 적용하는데, 이때 적절하다면, 이로써 개시를 한정하지 않고 문장의 반복을 감소시킨다.

도 1은 빌딩 관리 시스템(BMS)(13)을 가지고 또한 에너지 제어 모듈(16)을 가지는, 빌딩을 위한 공기 냉각 및 순환 시스템(10)를 보여준다. 공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 에너지 제어 모듈(16) 및 BMS(13)에 전기적으로 연결된다. 빌딩은 도 1에 도시되어 있지 않다. BMS(13)는 또한 빌딩 자동 시스템(BAS)으로도 지칭된다.

공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 냉각기(33), 공급 냉각워터 펌프(27) 및 복귀 냉각워터 펌프(29)를 가지는 AHU(25), 및 응축기워터 펌프(22)를 가지는 냉각타워(20)를 포함한다. 냉각타워(20)는 하나 또는 그 이상의 냉각타워팬(36)을 포함한다. 공급 냉각워터 펌프(27)는 또한 1차 냉각워터 펌프로 지칭되는 한편 복귀 냉각워터 펌프(29)는 또한 2차 냉각워터 펌프로 지칭된다.

냉각타워(20)는 응축기 워터 파이프에 의해 응축기워터 펌프(22)에 유체적으로 연결되는데, 이것은 다른 응축기 워터 파이프에 의해 냉각기(33)에 유체적으로 연결된다. 냉각기(33)는 추가적인 응축기 워터 파이프에 의해 냉각타워(20)에 유체적으로 연결된다. 상기 응축기워터 펌프(22)는 냉각기(33)와 냉각타워(20) 사이에서 응축기 워터를 순환시킨다.

AHU(25)는 냉각워터 파이프에 의해 공급 냉각워터 펌프(27)에 유체적으로 연결된다. 공급 냉각워터 펌프(27)는 다른 냉각워터 파이프에 의해 냉각기(33)에 유체적으로 연결된다. 냉각기(33)는 추가적인 냉각워터 파이프에 의해 복귀 냉각워터 펌프(29)에 유체적으로 연결된다. 복귀 냉각워터 펌프(29)는 다른 냉각워터 파이프에 의해 AHU(25)에 유체적으로 연결된다. 냉각워터 회로는 폐회로로서, 공급 냉각워터 펌프(27) 및 복귀 냉각워터 펌프(29)는 AHU(25)와 냉각기(33) 사이에서 냉각워터를 순환시킨다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 냉각기(33)는 냉매 압축기(40), 증발기(43), 응축기(45), 및 확장 밸브(48)를 포함한다.

압축기(40), 증발기(43), 응축기(45) 및 확장 밸브(48)는 냉매가 열역학 사이클 내에서 순환하는 것을 허용하는 냉매 루프(49)를 형성하기 위해 냉매 파이프들의 세트에 의해 유체적으로 연결된다. 냉매 루프(49)는 또한 열역학적 냉동사이클로 지칭된다.

압축기(40)는 응축기(45)에 유체적으로 연결되는데, 이것은 확장 밸브(48)에 유체적으로 연결된다. 확장 밸브(48)는 증발기(43)에 유체적으로 연결된다. 증발기(43)는 압축기(40)에 유체적으로 연결된다. 압축기(40), 응축기(45), 확장 밸브(48), 및 증발기(43)는 냉매를 포함하는데, 이것은 가스 및/또는 액체의 형태일 수 있다.

도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 냉각기 응축기(45)는 응축기 워터 파이프들로 유체적으로 연결되어 냉각타워(20), 응축기워터 펌프(22) 및 냉각기 응축기(45)가 응축기 워터가 순환하는 것을 허용하는 응축기 워터 루프(50)를 형성한다. 응축기 워터 루프(50)는 또한 냉각타워 루프로도 지칭된다.

냉각기 증발기(43)는 냉각워터 파이프들에 유체적으로 연결되어 AHU(25), 복귀 냉각워터 펌프(29)와 공급 냉각워터 펌프(27) 및 냉각기 증발기(43)는 냉각워터가 순환하는 것을 허용하는 냉각워터 루프(51)를 형성한다. 냉각워터 루프(51)는 또한 AHU 루프로 지칭된다.

공급 냉각워터 펌프(27) 및 복귀 냉각워터 펌프(29)는 AHU(25)와 냉각기 증발기(43) 사이에서 냉각워터를 순환시키기 위해 적용된다.

다른 구현에 있어서, 디커플러 바이패스 파이프(de-coupler bypass pipe)는 AHU(25)로부터 나온 물이 공급 냉각워터 펌프(27) 및 냉각기(33)를 바이패스하도록 허용하거나 또는 냉각기(33)를 떠나는 물이 AHU(25)를 바이패스하도록 허용하기 위해 설치된다. 바이패스 파이프는 종종 워터밸브에 꼭 맞는다.

AHU(25)는 빌딩의 부분들로 조절된 공기를 공급 및 배분하기 위한 또한 AHU(25)로 다시 공기를 복귀시키기 위한 팬(26)을 포함한다.

BMS(13)를 참조하면, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 이것은 펌프, 팬, 압축기, 및 워터밸브과 같이, 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분의 모터를을 활성화 및 제어하기 위해 적용된다. 활성화는 전기 에너지의 공급을 지칭한다.

상세하게, BMS(13)는 냉각기 압축기(40)에, 응축기워터 펌프(22)에, 냉각타워팬(36)에, 공급 냉각워터 펌프(27)에, 그리고 복귀 냉각워터 펌프(29)에 이 부분들을 활성화시키기 위해 전기적으로 연결된다. 이 연결 선들은 단순함을 위해 도 1에 도시되지 않았다.

특히, BMS(13)는 인터페이스 모듈을 통해 냉각기 압축기(40)에 전기적으로 연결된다.

에너지 제어 모듈(16)을 참조하면, 이것은 대응하는 전력 측정기(53)을 가지는 복수의 VSD(52), 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 파라미터 측정모듈, 및 MC(73)를 포함한다. 복수의 VSD(52) 중 단 하나 및 하나의 전력 측정기(53)가 도 1에 도시되어 있다.

VSD의 다른 구현들이 가능하다.

VSD(52)은 가변 주파수 드라이브(Variable Frequency Drive, VFD)를 포함할 수 있고, 또한 모터의 전력 공급기의 주파수 펄스 폭을 변경하기 위한 조정가능한-주파수 드라이브로 지칭된다. 변경된 주파수 펄스 폭은 그후 모터의 속도를 변경시킨다.

대안적으로, VSD(52)은 모터의 전력 공급기의 주파수 및/또는 전압을 변경시키기 위한 인버터 드라이브를 포함할 수 있다. 변경된 주파수 및/또는 전압은 그후 모터의 속도를 변경시킨다.

전력 측정기(53)는 모터의 전력 소비를 측정한다.

MC(73)는 VSD(52)에 그리고 전력 측정기(53)에 전기적으로 연결된다.

일 구현에 있어서, MC(73)는 VSD(52)를 MC(73)에 선택적으로 연결하기 위한 전기적 스위치를 통해 VSD(52)에 전기적으로 연결된다.

MC(73)는 또한 파라미터 측정모듈에 전기적으로 연결되는데, 이것은 와이어들에 의해 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 부분들의 각각의 센서들에 연결된다. MC(73)와 파라미터 측정모듈 사이 및 파라미터 측정모듈과 센서들 사이의 연결 선들은 단순함을 위해 도 1에 도시되어 있지 않다.

특정 구현에 있어서, 센서들은 유선의 전기적 연결들 대신 무선 데이터 전송 수단에 의해 파라미터 측정모듈에 연결된다.

파라미터 측정모듈은 복수의 온도 센서들(60), 복수의 압력 센서들(65), 및 복수의 유량계들(70)을 포함한다.

유량에 관한 한, MC(73)는 공급 냉각워터 펌프(27)의 유량을 또는 복귀 냉각워터 펌프(29)의 유량을 측정하기 위해 적용되는 하나 또는 그 이상의 유량계들(70)에 전기적으로 연결된다. 결과적으로, 이 유량계(70)는 냉각워터 루프(51) 내의 유체의 유량을 측정하기 위해 적용된다.

유사하게, MC(73)는 응축기워터 펌프(22)의 유량을 측정하기 위해 적용되는 하나 또는 그 이상의 유량계(70)에 전기적으로 연결된다. 결과적으로, 이 유량계(70)는 응축기 워터 루프(50) 내의 유체의 유량을 측정하기 위해 적용된다.

압력에 관한 한, MC(73)는 냉각워터 루프(51) 내의 냉각워터의 압력을 측정하기 위해 적용되는 하나 또는 그 이상의 압력 센서들(65)에 전기적으로 연결된다.

상세하게, MC(73)는 AHU(25)에 적용되는 냉각워터의 압력을 측정하도록 적용되는 하나 또는 그 이상의 압력 센서들(65)에 전기적으로 연결된다. 이 워터 압력은 AHU(25)를 통해 냉각워터에 힘을 가하도록 작용한다. 다시 말하면, 이 센서(65)로부터 저압 값(low-pressure reading)은 냉각워터의 부적절한 양이 AHU(25)를 통해 흐르고 있다는 것을 지시한다.

매우 자주, 동시에, MC(73)는 또한 AHU(25)로부터 나오는 워터의 압력 센서들(65)로부터 뿐만 아니라 AHU(25)에 공급되는 워터의 압력 센서들로부터, 그리고 빌딩의 환경-제어되는 공간들(climate controlled spaces)에 공급되는 공기의 압력 센서들(미도시)로부터 측정값을 취한다.

특정 상황에 있어서, 예를 들어 워터 냉각된 패키징된 유닛들을 가지는 시스템의 경우에 있어서, MC(73)는 응축기 워터 루프(50) 내의 응축기 워터의 압력을 측정하도록 적용되는 하나의 압력 센서(65)에 전기적으로 연결된다.

온도에 관한 한, MC(73)는 또한 냉각기(33)에 공급되는 응축기 워터의 온도를 측정하도록 적용되는 하나 또는 그 이상의 온도 센서들(60)에 전기적으로 연결된다.

MC(73)는 또한 냉각기(33)로부터 복귀하는 응축기 워터의 온도를 측정하도록 적용되는 하나 또는 그 이상의 온도 센서들(60)에 전기적으로 연결된다. 응축기 워터는 냉각기(33) 밖으로 흘러 나온다.

MC(73)는 또한 냉각기(33)로부터 공급되는 냉각워터의 온도를 측정하도록 적용되는 하나 또는 그 이상의 온도 센서들(60)에 전기적으로 연결될 수 있다.

MC(73)는 또한 냉각기(33)로 복귀하는 냉각워터의 온도를 측정하도록 적용되는 하나 또는 그 이상의 온도 센서들(60)에 전기적으로 연결된다.

특정 구현에 있어서, MC(73)는 AHU(25)로부터 공급되는 공기의 온도 및 AHU(25)로 복귀하는 공기의 온도를 측정하도록 적용되는 온도 센서에 전기적으로 연결된다. MC(73)는 또한 AHU(25)로 공급되는 워터 및 AHU(25)로부터 복귀하는 워터의 온도를 측정하도록 적용되는 온도 센서에 연결된다.

VSD(52)을 참조하면, 이들은 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분들의 대응하는 모터들의 주파수 펄스 폭을 조정하도록 적용된다. 조정된 펄스 폭은, 차례로, 모터의 속도를 변경하도록 작용하고 그후 전기 에너지 소비 또는 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 에너지 소비를 변경시킨다.

특정 구현에 있어서, VSD(52)은 모터의 전압 또는 주파수를 변경하도록 구성된다. 조정된 전압 또는 주파수는, 차례로, 모터의 속도를 변경시키고 이후에 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 전기 에너지 소비를 변경시킨다.

상세하게, 하나의 VSD(52)는 냉각타워팬(36)의 속도를 조정하기 위해 냉각타워팬(36)의 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 한편 하나의 전력 측정기(53)는 냉각타워팬(36)의 전력 소비를 측정한다. 하나의 VSD(52)는 응축기워터 펌프(22)의 속도를 조정하기 위해 응축기워터 펌프(22)의 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 한편 하나의 전력 측정기(53)는 응축기워터 펌프(22)의 전력 소비를 측정한다.

하나의 VSD(52)는 공급 냉각워터 펌프(27)의 속도를 조정하기 위해 공급 냉각워터 펌프(27)의 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 한편 하나의 전력 측정기(53)는 공급 냉각워터 펌프(27)의 전력 소비를 측정한다.

하나의 VSD(52)는 복귀 냉각워터 펌프(29)의 속도를 조정하기 위해 복귀 냉각워터 펌프(29)의 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 한편 하나의 전력 측정기(53)는 복귀 냉각워터 펌프(29)의 전력 소비를 측정한다.

특정 실시예에 있어서, 하나의 VSD(52)는 냉각기 압축기(40)의 속도를 조정하기 위해 냉각기 압축기(40)의 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 한편 하나의 전력 측정기(53)는 냉각기 압축기(40)의 전력 소비를 측정한다.

여기에 도시되지 않은 다른 실시예에 있어서, 공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 복귀 냉각워터 펌프(29)를 제외하고 그 부분들 모두를 포함한다.

일반적인 의미에 있어서, 공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 또한 하나 이상의 공급 냉각워터 펌프(27), 또는 하나 이상의 복귀 냉각워터 펌프(29), 또는 하나 이상의 응축기워터 펌프(22), 또는 하나 이상의 냉각기(33), 또는 하나 이상의 냉각타워(20)를 포함할 수 있다.

하나 이상의 공급 냉각워터 펌프(27)가 제공되면, 공급 냉각워터 펌프들(27)은 병렬로 유체적으로 연결될 수 있는데, 이때 각각의 공급 냉각워터 펌프(27)는 BMS(13) 및/또는 MC(73)에 의해 활성화되고 또한 비활성화될 수 있다.

상세하게, 공급-냉각워터 펌프(27)의 입구, 및/또는 출구는 대응하는 워터밸브에 유체적으로 연결된다.

일반적인 의미에 있어서, 워터밸브는 모터에 의해 활성화되거나, 사용자에 의해 수동으로 활성화되거나, 또는 공장에서 위치되거나 또는 캘리브레이션될 수 있다.

워터밸브는 물의 흐름을 제한하거나 또는 조정하거나 또는 막기 위해 활성화되거나 또는 위치될 수 있다. 워터밸브는 완전히 닫힌 상태, 완전히 개방된 상태, 및/또는 수 개의 부분적으로 개방된 상태들을 가질 수 있다. 완전히 닫힌 상태에서, 워터밸브의 통로는 폐쇄되어 이것은 물이 워터밸브를 지나가도록 허용하지 않거나 막게 된다. 완전히 개방된 상태에서, 워터밸브의 통로는 물이 최대 유량(full flow rate)으로 워터밸브를 지나가도록 허용하기 위해 완전히 개방된다. 부분 개방 상태에서, 워터밸브의 통로는 물이 부분 유량에서 워터밸브를 지나가도록 허용하기 위해 부분적으로 개방된다.

대응하는 워터밸브는 스로틀링 워터밸브(throttling water valve)로 뿐만 아니라 작동하는 워터밸브로 그리고 수동형 워터밸브로 지칭될 수 있다.

작동하는 워터밸브는 모터에 의해 작동된다. 수동형 워터밸브는 사용자에 의해 수동으로 작동되거나 또는 수동형 워터밸브를 생산하는 공장에서 운전자에 의해 위치되거나 또는 캘리브레이션된다.

작동하는 워터밸브를 참조하면, 이것은 조절 워터밸브로 및 온/오프 워터밸브로 지칭될 수 있다. 변조하는 워터밸브는 또한 조절 워터밸브로 지칭된다. 온/오프 워터밸브는 또한 격리 워터밸브로 지칭된다.

조절 워터밸브는 모터에 의해 작동되고 또한 이것은 완전히 닫힌 상태에, 완전히 개방된 상태에, 또한 수 개의 부분적으로 개방된 상태에 배치될 수 있다.

온/오프 워터밸브는 모터에 의해 작동되고 또한 이것은 완전히 닫힌 상태에 그리고 완전히 개방된 상태에 배치될 수 있다.

수동형 워터밸브를 참조하면, 이것은 정유량 워터밸브로, 밸런싱 워터밸브로, 또한 온/오프 워터밸브로 지칭될 수 있다.

정유량 워터밸브는 자기-조정 메카니즘을 가지는데, 이것은 공장에서 운전자에 의해 캘리브레이션되거나 또는 위치된다. 자기-조정 메카니즘은 미리 정해진 일정한 유량에서 물이 정유량 워터밸브를 지나도록 허용한다.

밸런싱 워터밸브는 사용자에 의해 수동으로 작동된다. 조절 워터밸브는 완전히 닫힌 상태에, 완전히 개방된 상태에, 그리고 수 개의 부분적으로 개방된 상태에 배치될 수 있다.

온/오프 워터밸브는 사용자에 의해 수동으로 작동되고 또한 이것은 2 개의 상태들에, 소위 완전히 닫힌 상태 및 완전히 개방된 상태에 배치될 수 있다.

스로틀링 워터밸브를 참조하면, 이것은 상기에서 언급된 모터로 작동되는 조절 워터밸브로, 상기에서 언급된 수동으로 작동되는 밸런싱 워터밸브로, 상기에서 언급된 모터로 작동되는 온/오프 밸브로, 또한 상기에서 언급된 수동으로 작동되는 온/오프 밸브로 지칭될 수 있다.

공급 냉각워터 펌프들(27)의 활성화를 참조하면, BMS(13) 및/또는 MC(73)는 물이 공급 냉각워터 펌프(27)를 통과하도록 하기 위해 공급 냉각워터 펌프(27)의 모터를 활성화시킨다.

유사하게, 공급 냉각워터 펌프들(27)의 비활성화를 참조하면, BMS(13) 및/또는 MC(73)는 물이 공급 냉각워터 펌프(27)를 통과하지 못하도록 하기 위해 공급 냉각워터 펌프(27)의 모터를 비활성화시킨다.

유사한 방식으로, 하나 이상의 복귀 냉각워터 펌프(29)가 제공되면, 복귀 냉각워터 펌프들(29)은 병렬로 연결될 수 있는데, 이때 각각의 복귀 냉각워터 펌프(29)는 BMS(13) 및/또는 MC(73)에 의해 활성화되고 또한 비활성화될 수 있다.

하나 이상의 응축기워터 펌프(22)가 제공되면, 응축기워터 펌프(22)은 병렬로 연결될 수 있는데, 이때 각각의 응축기워터 펌프(22)는 BMS(13) 및/또는 MC(73)에 의해 활성화되고 또한 비활성화될 수 있다.

하나 이상의 냉각타워(20)가 제공되면, 냉각타워(20)는 병렬로 연결될 수 있는데, 이때 각각의 냉각타워(20)는 BMS(13) 및/또는 MC(73)에 의해 활성화되고 또한 비활성화될 수 있다.

상세하게, 냉각타워(20)의 입구 및/또는 출구는 대응하는 모터로 작동되는 워터밸브에 유체적으로 연결된다. 모터로 작동되는 워터밸브는 워터밸브 및 이 워터밸브를 작동시키거나 또는 움직이게 하기 위한 밸브 모터를 포함한다. BMS(13) 및/또는 MC(73)는 각각의 전기적 밸브 뿐만 아니라 각각의 팬 모터를 활성화시키거나 또는 비활성화시킬 수 있다.

각각의 냉각타워(20)는 또한 하나 이상의 냉각타워팬(36)을 포함할 수 있다.

하나 이상의 냉각기(33)가 제공되면, 냉각기(33)는 병렬로 연결될 수 있는데, 이때 각각의 냉각기(33)는 BMS(13) 및/또는 MC(73)에 의해 활성화되고 또한 비활성화될 수 있다.

BMS(13)가 없는, 특정 실시예에 있어서, 모터들의 활성화 및 워터밸브들의 작동은 수동으로 수행된다.

다른 실시예에 있어서, 열 교환기는 냉각워터 루프(51) 내에 설치되는데, 이것은 공급 냉각워터 펌프(27), 냉각기(33), 및 복귀 냉각워터 펌프(29)를 포함한다.

상세하게, 열 교환기는 공급 냉각워터 펌프(27)에, 복귀 냉각워터 펌프(29)에, 냉각기(33)에 유체적으로 연결된다. 공급 냉각워터 펌프(27), 열 교환기, 복귀 냉각워터 펌프(29), 및 냉각기(33)는 제1 워터 루프를 형성하는데, 이것은 열 교환기의 1차 워터 루프로 지칭된다.

열 교환기는 또한 3차, 또는 2차 펌프에 그리고 AHU(25)에 유체적으로 연결되는데, 열 교환기, 3차 펌프, 및 AHU(25)는 열 교환기의 2차 워터 루프를 형성한다. 3차 펌프는 이 워터 루프를 구동시킬 수 있다.

사용시, 공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 빌딩의 환경-제어되는 공간들의 온도를 조정하기 위해 사용된다.

BMS(13)는 제어되는 공간들이 사용자가 원하는 쾌적한 온도를 가지도록 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 부분들을 관리하거나 또는 활성화시킨다.

에너지 제어 모듈(16)는 사용자가 원하는 제어되는 공간들의 쾌적한 온도를 유지하는 한편 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 에너지 소비를 변경시키기 위해 각각의 VSD(52)에 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분들의 대응하는 모터들의 전력 공급기들의 주파수 펄스 폭을 변경시키라고 명령한다.

주파수 펄스 폭은 모터의 속도에 대응한다. 달리 말하면, 주파수 펄스 폭을 조정하는 것은 모터의 속도를 변경시킨다. 모터는 종종 워터 펌프들, 냉각타워팬들, AHU 팬들, 및 압축기들에 사용된다.

냉각워터 루프(51)에 관하여, 이것은 열 에너지를 AHU(25)로부터 흡수하고 이 열 에너지를 냉각기(33)로 전달한다.

상세하게, AHU(25)는 열 에너지를 빌딩의 제어되는 공간들로부터 흡수하고 그후 이 열 에너지를 AHU(25)를 흐르는 냉각워터로 전달한다.

공급 냉각워터 펌프(27) 및 복귀 냉각워터 펌프(29)는 AHU(25)와 냉각기(33)의 증발기(43) 사이에서 냉각워터를 순환시킨다.

냉매 루프(49)에 관하여, 냉각기(33)는 열 에너지를 냉각워터로부터 응축기 워터로 전달하기 위해 작용하는데, 이 냉각워터 및 이 응축기 워터는 냉각기(33)를 관통하여 흐른다.

상세하게, 증발기(43)는 냉매가, 이것은 증발기(43)를 지나가는데, 열 에너지를 냉각워터로부터, 이것은 증발기(43)를 지나가는데, 흡수하는 것을 허용한다. 이것은 냉매가 액체로부터 증기로 변하도록 야기시킨다.

압축기(40)는 증발기(43)로부터 냉매를 수신하는데, 이때 압축기(40)는 냉매의 온도 및 압력이 증가하도록 야기시킨다.

응축기(45)는 압축기(40)로부터 냉매를 수신하는데, 이때 냉매는 증기로부터 액체로 변한다. 이 상 변화 동안, 냉매는 그 열 에너지를 응축기 워터로 전달하는데, 이것은 응축기(45)를 관통하여 흐른다.

확장 밸브(48)는 냉매의 위상 변화를 제공하는데, 이로써 냉매의 온도는 감소하게 된다.

응축기 워터 루프(50)에 관하여, 이것은 열 에너지를 냉각기(33)로부터 냉각타워(20)로 전달한다.

구체적으로, 냉각기 응축기(45)는 흐르는 냉매의 열 에너지를 냉각기 응축기(45)를 통해 냉각워터로 전달한다.

응축기워터 펌프(22)는 냉각기(33)와 냉각타워(20) 사이에서 응축기 워터를 순환시킨다.

냉각타워팬(36)을 가지는 냉각타워(20)는 외부 공간으로, 응축기 워터 내의 열 에너지를 방출하기 위해 작용하는데, 이것은 냉각타워(20)를 관통해 흐른다.

공기 냉각 및 순환 시스템(10)를 가지는 빌딩을 개량하는 서로 다른 방법들이 이하에서 설명된다.

빌딩을 개량하는 하나의 방법에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, BMS(13)는 이미 제공되고, 공기 냉각 및 순환 시스템(10)는 어떠한 VSD를 가지고 있지 않다. BMS(13)는 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분들을 활성화시키기 위해 적용된다.

이 방법은 종종 냉각워터 루프 및/또는 응축기 워터 루프 내의 펌프 헤드를 감소시키기 위해, 정유량 워터밸브들 또는 밸런싱 워터밸브들과 같은, 수동형 워터밸브들을 제거하거나 또는 개방하는 단계를 포함한다.

이 방법은 또한 공기 냉각 및 순환 시스템(10)에 에너지 제어 모듈(16)을 부가하는 단계를 포함한다.

에너지 제어 모듈(16)은 MC(73) 및 활성화 스위치(75)를 가지는 VSD(52)을 포함한다. 스위치(75)는 MC(73)와 VSD(52)을 각각의 장비의 모터들에 선택적으로 연결하기 위해 적용된다. 다시 말하면, 스위치(75)의 선택은 MC(73)가 지시들 또는 명령들을 VSD(52)에 연결되어 있는, 장비로 송신하는 것을 허용한다.

MC(73)는 파라미터 측정모듈에 전기적으로 연결되는데, 이것은 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 센서들에 연결된다.

MC(73)는 파라미터 측정모듈로부터 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 센서들의 센서 측정 값들을 수신하도록 구성된다. MC(73)는 또한 원하는 난방 또는 냉방 쾌적을 유지하는 한편 센서 측정 값들에 따른 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 부분들의 에너지 소비를 감소시키기 위해 VSD(52)을 제어하기 위한 개선된 알고리즘을 가지고 구성된다.

이 후, MC(73)는 냉각워터 루프 및/또는 응축기 워터 루프 내의 워터의 흐름을 변화시키기 위해 VSD(52)를 이용할 수 있다. MC(73)는 이 워터 흐름을 변경시키기 위해 작동하는 워터밸브들의 위치들 및/또는 대응하는 워터 펌프들의 속도를 변경시킬 수 있다.

빌딩을 개량하는 추가적인 방법이 이하에서 설명되는데, 이때 마스터 컨트롤러는 BMS와 관련하여 셋업된다.

도 3은 이미 존재하는 복수의 VSD(52) 및 BMS(13)를 가지는 공기 냉각 및 순환 시스템(10)를 보여준다.

BMS(13)는 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분들의 속도를 조정하기 위해 VSD(52)을 제어하도록 구성된다.

이 방법은 BMS(13)와 복수의 VSD(52) 사이에 활성화 스위치(77)를 제공하는 단계를 포함한다. 스위치(77)는 BMS(13)를 복수의 VSD(52)에 선택적으로 연결한다.

이 방법은 MC(73) 및 MC(73)와 복수의 VSD(52) 사이에 활성화 스위치(78)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 스위치(78)는 복수의 VSD(52)을 MC(73)에 선택적으로 연결한다. 상세하게, 상기 VSD(52)은 BMS(13) 또는 MC(73)에 연결된다.

MC(73)는 파라미터 측정모듈에 전기적으로 연결되는데, 이것은 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 센서들에 연결된다.

MC(73)는 파라미터 측정모듈로부터 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 센서들의 센서 측정 값들을 수신하도록 구성된다. MC(73)는 또한 원하는 열 또는 냉방 쾌적을 유지하는 한편 센서 측정 값들에 따라 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 부분들의 에너지 소비를 감소시키도록 VSD(52)을 제어하기 위한 개선된 알고리즘을 가지고 구성된다.

도 4는 다른 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여준다. 공기 냉각 및 순환 시스템은 데이터베이스를 가지는 클라우드 기반의 컴퓨터에 통신가능하게 연결되는 에너지 제어 모듈을 포함한다. 데이터베이스는 측정 데이터를 저장한다. 에너지 제어 모듈은 추가적인 평가를 위해 클라우드 기반의 컴퓨터로부터 데이터를 처리 또는 취급하기 위한 PLC(Programmable Logic Controller) 및/또는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)를 포함한다.

다른 구현에 있어서, PLC 또는 SCADA는 데이터를 추가적인 평가를 위해 클라우드 기반의 컴퓨터로 전송한다.

빌딩을 위한 공기 냉각 및 순환 유닛(10)의 BMS(13) 및 MC(73)를 작동시키는 방법이 이하에서 설명된다.

BMS(13) 및 MC(73)는 원하는 열적 쾌적함을 유지하는 한편 공기 냉각 및 순환 유닛(10)의 에너지 소비를 감소시키기 위해 중첩 방식(superimposition manner)으로 작용한다.

이 방법은 BMS(13)가 공기 냉각 및 순환 유닛(10)의 부분들로부터 파라미터 측정들을 획득하는 단계를 포함한다.

BMS(13)는 그후 MC(73)로 획득된 파라미터 측정들을 송신한다.

이후, MC(73)는 파라미터 측정들에 따라, 작동 장비의 개수 및 각각의 작동 펌프 및 작동 냉각타워의 속도와 같은, 효과적인 작동 설정(operational setting)을 계산한다.

MC(73)는 그후 BMS(13)로 계산된 작동 설정(operational setting)을 송신한다.

BMS(13)는 이후에 펌프들 및 냉각타워팬들에 연결되어 있는, VSD들로, 계산된 작동 설정(operational setting)에 따라 유도된, 대응하는 제어 신호들을 송신한다.

BMS(13) 및 M(73)를 작동시키는 다른 방법에 있어서, 공기 냉각 및 순환 유닛(10)의 운전자에게는 MC(73)로 또는 BMS(13)로 공기 냉각 및 순환 유닛(10)의 부분들을 연결하기 위한 활성화 스위치가 제공된다. 다시 말하면, 운전자는 공기 냉각 및 순환 유닛(10)에 제어하는 명령들을 제공하기 위해 MC(73) 또는 BMS(13)를 선택한다.

BMS(13) 및 MC(73)를 작동시키는 다른 방법에 있어서, MC(73)는 공기 냉각 및 순환 유닛(10)으로부터 센서 측정 데이터를 취득하고 BMS(13)를 통해 공기 냉각 및 순환 유닛(10)으로 제어하는 신호들을 송신한다.

BMS(13) 및 MC(73)를 작동시키는 특정 방법에 있어서, 상기의 방법들의 단계들의 조합이 수행된다. 몇몇의 센서 측정 데이터는 BMS(13)로부터 취해지고 제어 신호들은 BMS(13)를 통해 송신되는 한편, 다른 센서 측정 데이터는 MC(73)에 의해 직접 측정되고 제어 신호들은 MC(73)로부터 직접 송신된다.

BMS(13) 및 MC(73)를 작동시키는 다른 방법에 있어서, BMS(13)는 존재하지 않는다. MC(73)만이 공기 냉각 및 순환 유닛(10)으로부터 모든 센서 측정 데이터를 획득하고 또한 공기 냉각 및 순환 유닛(10)으로 모든 제어 신호들을 송신하도록 존재한다.

공기 냉각 및 순환 시스템(10)를 작동시키는 방법이 이하에서 설명된다.

BMS(13)는 냉각기 압축기(40), 응축기워터 펌프(22), 냉각타워팬(36), 공급 냉각워터 펌프(27), 및 복귀 냉각워터 펌프(29)를 선택적으로 활성화시킨다.

이후, MC(73)는 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 부분들의 센서 값들의 파라미터들에 관하여 파라미터 측정모듈(740)의 센서들로부터 파라미터 측정들을 수신한다. 특히, MC(73)는 온도 센서들(60)로부터, 압력 센서들(65)로부터, 유량계들(70)로부터, 및 전기적 전력 측정기들(53)로부터 파라미터 측정들을 수신한다.

MC(73)는 그후 이 파라미터 측정들에 따라 복수의 VSD(52)로 제어 신호들을 생성한다.

MC(73)는 그후 제어되는 공간들이 사용자가 원하는 쾌적한 온도에 도달하도록 허용하는 한편 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 에너지 소비를 감소시키기 위해 공기 냉각 및 순환 시스템(10)의 각각의 부분들의 대응하는 모터들의 전력 공급의, 주파수 펄스 폭 또는 주파수 또는 전압과 같은, 속도를 조정하기 위해 생성된 제어 신호들을 VSD(52)로 송신한다.

도 5는 추가적인 냉각워터 펌프들 및 추가적인 응축기워터 펌프들을 가지는 공기 냉각 및 순환 시스템을 보여준다. 이 추가적인 워터 펌프들은, 현재 작동하지 않거나 운행되지 않는, 냉각기의 부분일 수 있다. 이 워터 펌프들은 또한 백업으로 설치될 수 있는데, 이것은 정상적으로 작동하는 워터 펌프가 잘못될 때, 또는 정상적으로 작동하는 워터 펌프가 서비스 또는 관리를 위해 제거된 때 사용된다.

도 5는 빌딩을 위한 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 보여주는데, 이것은 빌딩 관리 시스템(BMS)(130) 및 에너지 제어 모듈(160)을 포함한다. 공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 에너지 제어 모듈(160)에 그리고 BMS(130)에 전기적으로 연결된다. 빌딩은 도 5에 도시되어 있지 않다.

공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 응축기워터 펌프 모듈(220)을 가지는 냉각타워 모듈(200), 공급 냉각워터 펌프 모듈(270) 및 복귀 냉각워터 펌프 모듈(290)를 가지는 AHU, 뿐만 아니라 냉각기 모듈(330)을 포함한다.

냉각타워 모듈(200) 및 응축기워터 펌프 모듈(220)은 응축기 워터 파이프들의 세트에 의해 냉각기 모듈(330)에 유체적으로 연결된다. 냉각타워 모듈(200)은 응축기워터 펌프 모듈(220)에 유체적으로 연결되는데, 이것은 냉각기 모듈(330)에 유체적으로 연결된다. 냉각기 모듈(330)은 냉각타워 모듈(200)에 유체적으로 연결된다.

상세하게, 냉각타워 모듈(200)은 워터밸브들(20A 및 20B)를 가지는 냉각타워(20) 및 워터밸브들(20A' 및 20B')를 가지는 냉각타워(20')를 포함한다. 워터밸브들(20A, 20B, 20A', 및 20B')은 종종 모터로 작동되는 격리 밸브들로 지칭된다.

밸브(20A)는 냉각타워(20)의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편, 워터밸브(20B)는 냉각타워(20)의 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사하게, 워터밸브(20A')는 냉각타워(20')의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편, 워터밸브(20B')는 냉각타워(20')의 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(20A)는 또한 워터밸브(20A')에 유체적으로 연결되는 한편, 워터밸브(20B)는 워터밸브(20B')에 유체적으로 연결된다.

냉각타워(20)는 냉각타워팬(36)을 포함하는 한편 냉각타워(20')는 냉각타워팬(36')을 포함한다(도 5 참조).

응축기워터 펌프 모듈(220)를 참조하면, 이것은 워터밸브들(22A 및 22B)를 가지는 응축기워터 펌프(22) 뿐만 아니라 워터밸브들(22A' 및 22B')를 가지는 응축기워터 펌프(22')를 포함한다. 워터밸브들(22A 및 22B) 및 워터밸브들(22A' 및 22B')은 종종 모터로 작동되는 조절 워터밸브들로 지칭된다.

워터밸브(22A)는 응축기워터 펌프(22)의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(22B)는 응축기워터 펌프(22)의 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사하게, 워터밸브(22A')는 응축기워터 펌프(22')의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(22B')는 응축기워터 펌프(22')의 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(22A)는 또한 워터밸브(22A')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(22B)는 워터밸브(22B')에 유체적으로 연결된다.

AHU 모듈(250), 공급 냉각워터 펌프 모듈(270), 및 복귀 냉각워터 펌프 모듈(290)은 냉각워터 파이프들의 세트에 의해 냉각기 모듈(330)에 유체적으로 연결된다. AHU 모듈(250)은 공급 냉각워터 펌프 모듈(270)에 유체적으로 연결된다. 공급 냉각워터 펌프 모듈(270)은 냉각기 모듈(330)에 유체적으로 연결되는데, 이것은 복귀 냉각워터 펌프 모듈(290)에 유체적으로 연결되어 있다. 복귀 냉각워터 펌프 모듈(290)은 AHU 모듈(250)에 유체적으로 연결된다.

AHU 모듈(250)을 참조하면, 이것은 워터밸브들(25A 및 25B)을 가지는 AHU(25) 및 워터밸브들(25A' 및 25B')을 가지는 AHU(25')를 포함한다. 워터밸브들(25A 및 25B) 및 워터밸브들(25A' 및 25B')은 종종 모터로 작동되는 격리 밸브들로 지칭된다.

워터밸브(25A)는 AHU(25)의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(25B)는 AHU(25)의 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사하게, 워터밸브(25A')는 AHU(25')의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(25B')는 AHU(25')의 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(25A)는 또한 워터밸브(25A')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(25B)는 워터밸브(25B')에 유체적으로 연결된다.

공급 냉각워터 펌프 모듈(270)을 참조하면, 이것은 워터밸브들(27A 및 27B)을 가지는 공급 냉각워터 펌프(27) 뿐만 아니라 워터밸브들(27A' 및 27B')을 가지는 공급 냉각워터 펌프(27')를 포함한다. 워터밸브들(27A 및 27B) 및 워터밸브들(27A' 및 27B')은 종종 모터로 작동되는 조절 밸브들로 지칭된다.

워터밸브(27A)는 공급 냉각워터 펌프(27)의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(27B)는 공급 냉각워터 펌프(27)의 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사한 방식으로, 워터밸브(27A')는 공급 냉각워터 펌프(27')의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(27B')는 공급 냉각워터 펌프(27')의 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(27A)는 또한 워터밸브(27A')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(27B)는 워터밸브(27B')에 유체적으로 연결된다.

복귀 냉각워터 펌프 모듈(290)을 참조하면, 이것은 워터밸브들(29A 및 29B)을 가지는 복귀 냉각워터 펌프(29) 뿐만 아니라 워터밸브들(29A' 및 29B')을 가지는 복귀 냉각워터 펌프(29')를 포함한다. 워터밸브들(29A 및 29B) 및 워터밸브들(29A' 및 29B')은 종종 모터로 작동되는 조절 밸브들로 지칭된다.

워터밸브(29A)는 복귀 냉각워터 펌프(29)의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(29B)는 복귀 냉각워터 펌프(29)의 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사하게, 워터밸브(29A')는 복귀 냉각워터 펌프(29')의 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(29B')는 복귀 냉각워터 펌프(29')의 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(29A)는 또한 워터밸브(29A')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(29B)는 워터밸브(29B')에 유체적으로 연결된다.

냉각기 모듈(330)을 참조하면, 이것은 워터밸브들(33A1, 33A2, 33B1 및 33B2)를 가지는 냉각기(33) 뿐만 아니라 워터밸브들(33A1', 33A2', 33B1' 및 33B2')를 가지는 냉각기(33')를 포함한다. 워터밸브들(33A1, 33A2, 33B1 및 33B2) 및 워터밸브들(33A1', 33A2', 33B1' 및 33B2')은 종종 모터로 작동되는 격리 밸브들로 지칭된다.

워터밸브(33A1)는 냉각기(33)의 응축기 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B1)는 냉각기(33)의 응축기 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(33A2)는 냉각기(33)의 냉각기 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B2)는 냉각기(33)의 냉각기 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

유사한 방식으로, 워터밸브(33A1')는 냉각기(33')의 응축기 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B1')는 냉각기(33')의 응축기 워터 출구에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(33A2')는 냉각기(33')의 냉각기 워터 입구에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B2')는 냉각기(33')의 냉각기 워터 출구에 유체적으로 연결된다.

워터밸브(33A1)는 워터밸브(33A1')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B1)는 워터밸브(33B1')에 유체적으로 연결된다. 워터밸브(33A2)는 워터밸브(33A2')에 유체적으로 연결되는 한편 워터밸브(33B2)는 워터밸브(33B2')에 유체적으로 연결된다.

상기의 워터밸브(20A, 20B, 22A, 22B, 25A, 25B, 27A, 27B, 29A, 29B, 33A1, 33B1, 33A2, 및 33B2) 각각은 밸브 모터를 가지고 있거나 없는 온/오프 워터밸브로, 또는 밸브 모터를 가지는 조절 워터밸브로 지칭될 수 있다. 다시 말하면, 각각은 스로틀링 워터밸브로 지칭될 수 있다.

유사하게, 워터밸브(20A', 20B', 22A', 22B', 25A', 25B', 27A', 27B', 29A', 29B', 33A1', 33B1', 33A2', 및 33B2') 각각은 밸브 모터를 가지고 있거나 없는 온/오프 워터밸브로, 또는 밸브 모터를 가지는 조절 워터밸브로 지칭될 수 있다. 다시 말하면, 각각은 스로틀링 워터밸브로 지칭될 수 있다.

AHU(25')는 팬(26')을 포함한다.

BMS(130)를 참조하면, 이것은 펌프들, 팬들, 및 압축기들과 같은, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 각각의 부분들의 모터들을 활성화시키는 데 적용된다. 활성화는 모터들에 대한 전기 에너지의 제공과 관련이 있다. BMS(130)는 이 모터들을 이 모터들에 전기 에너지를 제공하기 위한 대응하는 전력 공급기들에 선택적으로 연결하기 위한 케이블들에 의해 이 모터들에 전기적으로 연결된다.

BMS(130)는 또한 각각의 워터밸브들을 작동시키는 데 적용된다.

워터밸브의 작동은 워터밸브의 위치 또는 상태의 변경, 예를 들어 닫힌 상태로부터 부분적으로 개방된 상태로의 변경을 지칭한다. 워터밸브는, BMS(130)에 의해 작동되는데, 이것은 케이블로 BMS(130)에 전기적으로 연결되어 있는, 밸브 엑츄에이터로 기능하는 밸브 모터에 기계적으로 연결된다.

사용시, BMS(130)는 밸브 작동 전기 신호를 엑츄에이터로 전송하여 엑츄에이터가 워터밸브의 위치를 변경하거나 또는 움직이게 한다.

BMS(130)는 또한 공급 냉각워터 펌프(27) 및 공급 냉각워터 펌프(27')를 활성화시키는 데 적용된다.

BMS(130)는 또한 복귀 냉각워터 펌프(29) 및 복귀 냉각워터 펌프(29')를 활성화시키는 데 적용된다.

BMS(130)는 또한 냉각기(33) 및 냉각기(33')를 활성화시키는 데 적용된다.

이 워터밸브들은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들을 격리시키기 위해 작용한다.

한 쌍의 대응하는 워터밸브들을 완전히 닫거나 및/또는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분의 워터 입구 및 워터 출구에 각각 연결되어 있는, 각각의 모터들을 스위칭 오프하는 것은, 결과적으로, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)로부터 그 부분을 제거하는 기능을 한다.

유사하게, 워터밸브들을 개방하거나 및/또는 각각의 모터들을 스위칭 온하는 것은, 결과적으로, 공기 냉각 및 순환 시스템(100) 내에 그 부분이 포함되도록 작용한다.

예를 들어, 워터밸브들(20A 및 20B)을 닫거나 냉각타워팬(36)을 스위칭 오프시키는 것은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)로부터 냉각타워(20)를 제거하도록 작용한다. 워터밸브들(20A 및 20B)을 개방하는 것은 공기 냉각 및 순환 시스템(100) 내에 냉각타워(20)가 포함되도록 작용한다.

결과적으로, BMS(130)에 의해 냉각타워(20 또는 20')를 선택적으로 작동시키는 것에 의해, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 둘 다 또는 단지 하나의 선택된 냉각타워(20)를 채용할 수 있다.

에너지 제어 모듈(160)을 참조하면, 이것은 복수의 VSD(520), 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 파라미터들을 측정하기 위한 측정모듈(740), 및 MC(730)를 포함한다. 단지 하나의 VSD(520)가 단순함을 위해 도 5에 도시되어 있다. 복수의 VSD(520), 측정모듈(740), 및 MC(730)는 서로 협력한다.

MC(730)는 VSD(520)에 전기적으로 연결되는데, 이것은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들에 연결된다.

MC(730)는 또한 측정모듈(740)에 전기적으로 연결되는데, 이것은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 센서들에 전기적으로 연결된다. 센서들은 온도 센서들, 압력 센서들, 전력 측정기들, 습도 측정기들, 및 유량계들을 포함한다. 이 센서들은 이 부분들의 파라미터들을 측정하기 위해 공기 냉각 및 순환 시스템(100)에 연결된다.

결과적으로, MC(730)는 측정모듈(740)로부터 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들의 파라미터 측정들을 획득할 수 있다. MC(730)는 이후 선택된 제어 전략에 따라 그리고 이 파라미터 측정들에 따라 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 모터들의 주파수 펄스 폭들, 주파수 및/또는 전압들을 조정하기 위해 VSD(520)을 이용할 수 있다.

유량계들을 설치하는 다른 방식들이 가능하다.

일 구현에 있어서, 유량계들은 냉각기들(33 및 33') 양자의 대응하는 부분들로부터 물의 유량을 정확히 측정하기 위해 냉각기(33 및 33')의 각각의 공동 헤더에 설치된다. 헤더는 냉각기들(33 및 33') 양자의 대응하는 그 부분들로부터 워터 파이프들이 공동 파이프로서 작용하기 위해 유체적으로 연결되는 워터 챔버를 지칭한다. 예를 들어, 이 공동 헤더는 워터 펌프들(27 및 27') 양자의 워터 출구들에 유체적으로 연결될 수 있다. 공동 헤더는 더 용이한 참조를 위해 도 5에 "H"로 표시되어 있다.

다른 구현에 있어서, 유량계들은 냉각기들(33 및 33')의 이 부분들의 물의 유량들을 정확히 측정하기 위해 각각의 냉각기들(33 및 33')의 각각의 부분들에 설치된다.

압력 센서들은 종종 각각의 워터 펌프(22, 22', 27, 27', 29, 및 29')로부터 멀리, 물의 압력이 최대의 마찰 손실 루프의 끝단에 있는, 예를 들어 AHU(25 및 25')에 배치된다.

MC(730)는 각각의 워터밸브들을 작동시키는 데 적용된다.

결과적으로, MC(730)는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들을 선택적으로 추가 또는 제거할 수 있는데, 이것은 이 워터밸브들과 연관되어 있다.

일반적으로, 원칙상, 도 1, 도 3, 및 도 4의 에너지 제어 모듈(16)의 구성들의 고려들은 도 5의 에너지 제어 모듈(160)에 적용될 수 있다.

공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 수 개의 방법들이 이하에 도시되어 있다. 한 방법의 단계들은 또한 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 다른 방법들을 제공하기 위해 적절하게, 다른 방법의 단계들과 결합될 수 있다.

원하는 냉각 부하를 지원하기 위한 빌딩을 위한 도 1, 도 3, 도 4, 및 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(10 또는 100)을 작동시키기 위한 방법이 이하에서 설명된다.

이 방법은 공기 냉각 및 순환 시스템(10 또는 100)를 위해 유도되는, 상호연결된 결정 행렬들의 세트를 제공하는 단계를 포함한다.

에너지 제어 모듈(16 또는 160)은 그후 각각의 파라미터 측정모듈로부터 파라미터 측정 정보를 획득한다.

이후, 에너지 제어 모듈(16 또는 160)은 공기 냉각 및 순환 시스템(10 또는 100)의 부분들의 작동 파라미터들을 조정하기 위해 상기에서 언급된 상호연결된 결정 행렬들을 이용한다.

조정들은 작동 안전에 영향을 미치지 않으면서 빌딩의 거주자들을 위한 필요한 열적 쾌적함을 제공하기 위해 공기 냉각 및 순환 시스템이 고효율로 작동하는 것을 가능하게 해준다.

작동 파라미터들의 조정들은 이 작동 파라미터들을 변경하기 위한 지시들을 시스템 관리 직원에게 제공함으로써 수행될 수 있다. 이 직원은 그후 이 파라미터들의 변경을 수행한다.

다른 구현에 있어서, 에너지 제어 모듈(16 또는 160)은 어떠한 수동형 개입 없이 파라미터들을 자동으로 변경시킨다.

미리 정해진 냉각 부하를 지원하기 위해 경계 파라미터 데이터(boundary parameter data)를 이용해, 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)을 작동시키는 방법은, 아래에서 설명된다. 경계 파라미터 데이터는 또한 경계 조건(boundary condition)으로도 지칭된다.

작동 경계 조건(operating boundary condition)은 부품이 적절하게 작동할 수 있는 범위를 정의한다. 예를 들어, 최소 유량 범위 이하에서 냉각기를 작동시키는 것은 냉각기가 트립(trip)되거나 또는 고장나도록 야기할 수 있다.

경계 조건은

- 워터 펌프들(22, 22', 27, 27', 29, 및 29')의 최소 작동 모터 속도의 데이터,

- AHU들(25 및 25')로부터 냉각기들(33 및 33')로 냉각워터를 순환시키기 위해 워터 펌프들(27 및 27')에 의해 생성되는 최소 차분 압력의 데이터,

- 각각의 워터 펌프(27, 27', 29, 및 29')를 조절(modulating)하거나 추가(adding)하거나 또는 제거(removing)하는 동안의 냉각워터의 유량에 있어서의 허용 변화율에 대한 데이터,

- 워터 펌프(22, 및 22')를 조절하거나 추가하거나 또는 저거하는 동안의 응축기 워터의 유량에 있어서의 허용 변화율의 데이터,

- 펌프(22, 22') 및 냉각타워팬(36, 36')의 변조(modulating) 동안 응축기 워터 루프(50)의 온도에 있어서의 허용 변화율의 데이터,

- 펌프(27, 27', 29, 및 29')를 변조(modulating) 동안 냉각워터 루프(51)의 온도에 있어서의 허용 변화율의 데이터, 및

- 기상 조건(weather condition)에 기초하여 허용가능한 응축기 워터 공급 온도의 데이터를 포함한다.

작동 경계 조건은 장비의 제조업자들로부터 획득될 수 있다. 이 데이터는 또한 MC(730)의 테스트 및 시운전 단계 동안에도 획득될 수 있다. 작동 경계 조건은 또한 각 장비의 측정에 따라 통계적인 기법을 이용해 산출할 수도 있다.

이 방법은 MC(730)가 워터 펌프들(22, 22', 27, 27', 29, 및 29')과 같은, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들 또는 장비의 작동 경계 조건을 구비하는 단계를 포함한다.

이후, MC(730)는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 일 부분의 새로운 작동 파라미터 데이터(operating parameter data)를 수신한다. 예를 들어, 새로운 작동 파라미터 데이터는 워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27', 및 29')의 모터들의 흐름 및 주파수에 관련될 수 있다.

MC(730)는 그후 냉방 쾌적을 유지하는 한편 더 낮은 에너지 소비를 달성할 수 있는 새로운 작동 파라미터 데이터를 계산하는데, 이때 새로운 작동 파라미터 데이터는 개별적인 작동 경계 조건 내에 있다.

MC(730)는 그후 새로운 작동 파라미터 데이터에 따라 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 각 작동 파라미터를 변경시키는데, 새로운 작동 파라미터 데이터는 작동 경계 조건 내에 있게 된다.

일 예에 있어서, 냉각기(33)의 제조업자는 냉각기(33)에 대한 70 l/s의 최소 작동 유량을 정의한다. 이 70 l/s의 유량은 그후 응축기 워터 루프(50) 및 응축기워터 펌프(22)를 위한 하위 작동 경계 조건(lower operating boundary condition)으로서 취해지게 된다. MC(730)는 이어서 응축기워터 펌프(22)를 작동시키게 되고, 이에 상기 응축기워터 펌프(22)는 70 l/s보다 느리지 않은 워터 유량이 되게 작동한다.

이 방법은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)가 그 부분들의 손상을 야기시킬 수 있는 작동 경계 조건 범위 밖에서 작동하는 것을 방지하는 이점을 가진다. 게다가, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 감소된 에너지 소비로 작동한다.

대응하는 워터 펌프들(22, 22', 27, 27', 29, 및 29')의 유량, 압력 및 전기 에너지 소비는 친밀도 법칙(affinity laws)을 이용해, 설명될 수 있는데, 이것은 이하에서 볼 수 있다.

	속도에 있어서의 변화 (N)
유량(Q)
압력 (ΔP)
전력(P)

이 파라미터들은 또한 그래프들로 설명될 수 있다.

도 6은 도 1, 도 3, 도 4, 및 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(10 또는 100)를 위한 워터 흐름 시스템의 워터 펌프들의 서로 다른 성능 곡선들 및 조절 워터밸브를 가지는 워터 흐름 시스템의 서로 다른 시스템 곡선들을 보여준다.

이하의 개시는 도 1, 도 3, 도 4, 및 도 5의 모든 워터 펌프들에 원칙적으로 적용되는 일반적인 교시이다. 유량을 조정하기 위해 격리 워터밸브들 또는 조절 워터밸브들을 이용하는 많은 다른 시스템과 다른 펌프들에는 VSD가 마련되어 있다.

격리 또는 조정 워터밸브(isolation or modulating water valve)는 워터밸브를 통해 유량을 제한하거나 또는 조정하도록 작용할 수 있다. 격리 워터밸브(isolation water valve)는 완전히 닫힌 상태와 완전히 열린 상태로 배치되는 반면, 조절 워터밸브(modulating water valve)는 완전히 닫힌 상태와 완전히 개방된 상태에 그리고 수 개의 부분적으로 개방된 상태들에 배치될 수 있다.

성능 곡선들은 그래프들(400 및 400A)을 포함한다. 그래프(400)는 워터 펌프로부터 물의 유량과 압력 사이의 관계를 보여주는데, 이때 워터 펌프는 미리 정해진 최대 속도에서 작동하고 있다. 여기서 압력은 펌프 헤드로 지칭된다.
그래프(400A)는 워터 펌프로부터의 물의 유량과 펌프 헤드 사이의 관계를 보여주는데, 이때 워터 펌프는 미리 정해진 감소된 속도에서 작동하고 있다.

시스템 곡선들은 그래프들(410a 및 410b)을 포함한다. 그래프(410a)는 워터 흐름 시스템의 물의 유량 및 펌프 헤드 사이의 관계를 보여주는데, 이때 조절 워터밸브는 완전히 개방된다.
그래프(410b)는 워터 흐름 시스템의 물의 유속 및 펌프 헤드 사이의 관계를 보여주는데, 이때 조절 워터밸브는 단지 부분적으로 개방된다.

일 구현에 있어서, 워터 펌프는 미리 정해진 최대 속도에서 작동하고 워터밸브는 부분적으로 개방된 위치에 배치된다. 이후에 워터 펌프로부터 물이 대략 150 제곱인치 당 파운드(psi)의 각각의 저항 또는 펌프 헤드 및 대략 45 분 당 갤론 (GPM)의 각각의 유량을 가지는데, 이것은 워터 펌프 성능 곡선 그래프(400)와 시스템 곡선 그래프(410b) 사이의 교차점(A)에 대응한다.

조절 워터밸브가 완전히 개방된 위치에 배치된다면, 워터 펌프로부터의 물은 그후 대략 100 제곱인치 당 파운드(psi)의 각각의 저항 및 대략 100 분 당 갤론(GPM)의 각각의 유량을 가지는데, 이것은 워터 펌프 성능 곡선 그래프(400)와 시스템 곡선 그래프(410a) 사이의 교차점(B)에 대응한다.

상기에서 설명된 100 분 당 갤론으로부터 45 분 당 갤론으로의 유량의 감소는 동일한 펌프 속도를 유지하는 한편 조절 워터밸브를 조정하는 것에 의해 달성된다.

워터 펌프의 속도가 감소된다면, 워터 펌프로부터의 물은 대략 20 제곱인치 당 파운드(psi)의 각각의 저항 및 대략 45 분 당 갤론(GPM)의 각각의 유량을 가지는데, 이것은 워터 펌프 성능 곡선 그래프(400a)와 시스템 곡선 그래프(410a) 사이의 교차점(C)에 대응한다.

점(B)는 더 높은 유량을 나타내지만, 이것은 시스템에 있어서는 바람직하지 않을 수 있다. 원하는 물 흐름을 유지하기 위해, 점(A)에 해당하는 워터밸브의 위치 변경 또는 점(C)에 대응하는 펌프 속도의 감소를 이용할 수 있다. 워터 펌프는 점(C)로 표시되는 완전 개방 밸브로 펌프 속도를 조정하는 것에 의해 유량 감소가 이루어질 때 최적의 또는 감소된 전력을 소비한다.

많은 공기 조화 시스템에 있어서, 실제 물 흐름 저항 및 그로 인한 워터 유량은 공기 조화 시스템 또는 공기 냉각 및 순환 시스템의 설치 및 시운전 후에만 알려진다.

이와 같이, 조절 워터밸브들은 공기 조화 시스템의 워터 유량을 조정하는 것을 허용하기 위해 공기 조화 시스템에 설치된다. 하지만, 상기의 도 6의 설명에서 볼 수 있는 바와 같이, 조절 워터밸브를 닫는 것에 의한 유량의 감소는 워터 펌프에 있어서의 증가되는 압력으로 이어질 수 있는데, 이것은 이하의 수식에 따라, 에너지 소비의 증가로 변환되거나 또는 이어진다:

펌프 전력 (kW) = [유량 (m3/s) x 압력 (N/m2)] / (1000 x 펌프 효율)

따라서, 동일한 냉각 부하를 지원하기 위해, 더 낮은 펌프 헤드 및 더 낮은 펌프 속도로 동일한 유량을 달성할 수 있다면 펌프의 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.

요약하면, 여기서 설명되는 실시예들에는, 하나 또는 그 이상의 워터 펌프들 사이에서 스위칭하는 것, 필요한 유량에 따라 밸브를 추가로 개방하는 것에 의해 펌프 헤드를 감소시키는 것, 그리고 펌프 모터의 속도를 적절히 조정하는 것에 의해, 동일한 냉각 부하를 지원하면서 주어진 공기 냉각 및 순환 장치에 대한 펌프의 에너지 소비를 줄이는 것을 적용한다.

상기의 원리는 이하에서 적용된다.

감소된 에너지 소비를 가지고, 빌딩의 환경이 제어되는 공간들에, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위한, 냉각 부하를 지원하기 위해 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 방법이 이하에서 설명된다.

이 방법은 동일한 해당 냉각/응축기 워터 유량을 제공하기 위해, 냉각/응축기워터 펌프의 해당 조절 워터밸브의 개방을 늘리는 한편 냉각기/응축기워터 펌프의 펌프 헤드를 줄이는 전략을 이용하고 이로써 동일한 냉각 부하를 지원하지만 더 낮은 에너지 소비를 이용하게 된다.

워터 유량은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)가 미리 정해진 열적 쾌적함을 제공하기 위한 냉각 부하를 지원하는 것을 가능하게 해준다.

냉각 부하는 환경(climate)이 제어되는 공간으로부터 제거되는 열의 양을 참조한다. 열적 쾌적함은 빌딩의 환경이 제어되는 공간들의 온도 및 습도에 관련된다.

이 전략은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 다른 워터 펌프들에 적용될 수 있다.

도 7은 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 작동을 도시하는 것에 의해, 상기에서 언급된 방법의 흐름도(500)를 보여준다.

흐름도(500)는 경계 조건 또는 경계 파라미터 데이터를 MC(730)에 제공하는 단계(510)를 포함한다.

MC(730)는 이후에 냉각기들(33 및 33')의 워터 유량을 측정하는 단계(512)를 수행한다. 유량계들은 그후 MC(730)로 각각의 물 흐름 정보를 전달한다.

이후, MC 직원이 필요한 워터밸브들(22A, 22B, 27A, 27B, 29A, 29B, 22A', 22B', 27A', 27B', 29A', 및 29B')을 완전히 개방하는 단계(515)가 수행된다. 완전히 개방되는 워터밸브들(22A, 22B, 27A, 27B, 29A, 29B, 22A', 22B', 27A', 27B', 29A', 및 29B')은 이 워터밸브들(22A, 22B, 27A, 27B, 29A, 29B, 22A', 22B', 27A', 27B', 29A', 및 29B')을 통한 물의 흐름을 막거나 또는 제한하지 않는다. 결과적으로, 이들은 펌프 헤드를 감소시키고 워터 유량을 증가시키도록 작용한다.

냉각기들(33 및 33')의 유량계들 또는 냉각기들(33 및 33')의 공동 헤더의 유량계는 그후 냉각기들(33 및 33')의 각각의 새로운 물 흐름을 측정하는 단계(525)를 수행한다. 이후, 유량계들은 MC(730)로 각각의 물 흐름 정보를 전달한다.

이후, MC(730)는 원하는 물 흐름을 계산하고 또한 각각의 유량계 물 흐름 정보에 따라 대응하는 워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27' 및 29')의 속도를 결정하는 단계(530)를 수행한다.

펌프 속도는 원하는 냉각 부하를 지원하기 위해 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 원하는 워터 유량에 대응한다.

MC(730)는 이후 워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27', 및 29')의 속도를 변경시키기 위해 VSD(520)로 제어 신호들을 전송하는 단계(540)를 수행한다. 도 7의 단계들(550 및 560)은 선택사항이다.

워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27', 및 29')의 각각의 워터 유량은 그후 원하는 워터 유량이 달성되는 것을 증명하기 위해 측정된다.

워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27', 및 29')의 각각의 전기 에너지 소비 또한 측정된다.

이 방법은 더 낮은 에너지 소비와 동일한 유량을 제공하는 이익을 제공한다. 결과적으로, 워터 펌프들(22, 27, 29, 22', 27', 및 29')은 더 낮은 속도에서 작동하는 한편 AHU(25 및 25')가 원하는 열적 쾌적함을 제공하는 것을 허용한다.

서로 다른 펌프 속도는 워터 펌프의 전력 공급기의 주파수 펄스 폭, 주파수, 및/또는 전압을 변경하는 것에 의해 달성될 수 있다.

결과적으로, 조절 워터밸브들(22A, 22B, 27A, 27B, 29A, 29B, 22A', 22B', 27A', 27B', 29A', 및 29B')은 언제나 완전히 개방된 채로 유지되는 한편 흐름은 VSD만으로 조정된다.

요약하면, MC(730)는 냉각워터 루프(51) 내의 조절 워터밸브들의 위치들을 변경시킨다. 이 밸브 위치는 그후 AHU(25)를 통해 흐르는 냉각워터의 양의 변화로 이어지는데, 이것은 그후 AHU(25)를 빠져나가는 공기의 온도에 영향을 준다. 이 냉각워터의 양의 변화는 그후 냉각워터 펌프의 속도를 조정하는 MC(730)로 이어진다.

상기의 방법들은 또한 응축기워터 펌프들, 및 다른 워터 펌프들에 적용가능하다.

다시 말하면, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 구조는 자동적으로 적용되어 그 성분들의 작동 경계 조건 내에서, 주어진 냉각 부하에 대한 에너지 소비가 개선된다.

냉각 부하를 지원하기 위해 감소된 에너지 소비를 가지고, 원하는 열적 쾌적함을 건물의 환경이 제어되는 공간들에 제공하기 위한, 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 다른 방법이, 이하에서 설명된다.

이 방법은 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 선택된 워터 유량을 제공하기 위해 저항을 극복하기 위해, 작동하는 워터 펌프의 대응하는 속도를 변경하고 그 개수를 변경하기 위한 전략을 이용한다. 이 전략은 동일한 선택된 워터 유량을 달성하기 위해 서로 다른 대응하는 펌프 속도 또는 구성을 가지고 서로 다른 작동하는 워터 펌프의 개수를 결정하는 단계를 포함한다. 더 낮은 에너지 소비를 가지지만, 이 워터 유량이 특정 수의 워터 펌프 및 대응하는 펌프 속도를 가지고 달성될 수 있다면, 이 특정 수의 작동하는 워터 펌프 및 대응하는 펌프 속도를 활성화시키는 단계가 그후 수행된다.

예를 들어, 이 방법은 워터 펌프들(27 및 27')을 가지고 설명된다.

MC(730)는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 워터 펌프(27)를 활성화시키는데, 이때 워터 펌프(27)는 원하는 미리 정해진 워터 유량을 제공하기 위한 제1 선택된 속도에서 작동한다.

MC(730)은 그후 워터 펌프(27)의 에너지 소비를 결정한다. 이 결정은 워터 펌프(27)의 제1 에너지 소비를 측정하는 것에 의해 달성될 수 있다.

이후, MC(730)는 대응하는 추가적인 워터 펌프(27')를 추가하는 효과를 평가하는데, 이때 워터 펌프(27) 및 추가적인 워터 펌프(27') 양자는 동일한 미리 정해진 워터 유량을 제공하기 위한 제2 선택 속도에서 작동하는데, 이 제2 선택 속도는 제1 선택 속도보다 더 느리다. 결과적으로, 제2 워터 펌프(27')의 활성화는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 작동에 워터 펌프(27')를 추가하는 기능을 한다. 이것은 도 7에, 단계 550으로 도시되어 있다.

이후, MC(730)는 워터 펌프(27) 및 대응하는 워터 펌프(27') 양자의 제2 에너지 소비를 결정한다.

MC(730)는 이후 제1 에너지 소비와 제2 에너지 소비를 비교한다.

MC(730)은 그후 비교에 따라, 더 낮은 또는 감소된 에너지 소비를 제공하기 위해, 대응하는 워터 펌프 속도를 가지는 작동하는 워터 펌프의 개수를 선택한다.

이후, MC(730)는 그 대응하는 워터 펌프 속도에서 작동하기 위해 선택된 개수의 워터 펌프(27 및 27')를 활성화시킨다.

MC(730)은 또한 워터 펌프(27) 및 추가적인 워터 펌프(27')의 작동이 관련 경계 조건 내에서 작동하는 것을 보장하기 위해 점검한다. 경계 조건의 예들은 AHU(25)에서 적당한 워터 압력, 펌프 속도의 허용 가능한 변화율, 허용가능한 최소 펌프 속도, 및 장비의 가용성을 포함한다.

다른 실시예에 있어서, MC(730)는 대응하는 펌프 속도를 가지는 작동하는 워터 펌프의 개수를 선택하기 위해 미리 정해진 장비 구성들을 가지는 미리 정해진 행렬을 이용한다.

다른 실시예에 있어서, MC(730)는 대응하는 펌프 속도를 가지는 작동하는 워터 펌프의 개수를 선택하기 위한 역사적인 데이터를 처리하기 위해 통계적인 방법을 이용한다.

일반적인 의미에 있어서, 작동하는 워터 펌프의 개수는 1부터 2, 또는 2 이상으로 증가될 수 있는데, 이때, 작동하는 워터 펌프의 개수는 원하는 워터 유량을 제공하도록 작동한다. 작동하는 워터 펌프의 개수는 또한 2에서 1로 감소될 수 있는데, 이때 하나의 워터 펌프는 원하는 워터 유량을 제공하도록 작동한다.

다른 예에 있어서, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 "하나의 펌프" 구성에서 작동하는데, 이때 냉각기(33), 복귀 냉각워터 펌프(29) 및 공급 냉각워터 펌프(27), AHU(25 및 25'), 응축기워터 펌프(22), 및 냉각타워(20)는 활성화되는 한편 복귀 냉각워터 펌프(29') 및 공급 냉각워터 펌프(27'), 냉각기(33'), 및 냉각타워(20')는 활성화되지 않는다.

다른 예에 있어서, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 "두 개의 펌프" 구성에서 작동하는데, 이때 냉각기(33), 복귀 냉각워터 펌프(29) 및 공급 냉각워터 펌프(27), 복귀 냉각워터 펌프(29') 및 공급 냉각워터 펌프(27'), AHU(25 및 25'), 응축기워터 펌프(22), 및 냉각타워(20)는 활성화되는 한편 냉각기(33') 및 냉각타워(20')는 활성화되지 않는다.

다른 실시예에 있어서, MC(730)는 워터 펌프를 활성화시키기 위해 신호를 BMS(130)로 보낸다. 이후, BMS(130)는 이 워터 펌프를 수동으로 활성화시키기 위해 운전자에게 시각적 문자 메시지 및/또는 이메일을 보낸다.

또는, BMS(130)는 이 워터 펌프를 활성화시키기 위해 이 워터 펌프로 직접 활성화 신호를 보낸다.

이 방법은 감소된 전체 에너지 소비를 가지고 요구되는 냉각 부하를 지원하는 이익을 제공한다.

감소된 에너지 소비를 가지고, 빌딩의 환경이 제어되는 공간들에, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위한 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 다른 방법이, 이하에서 설명된다.

이 방법은 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각워터 펌프 속도를 최적화하거나 또는 감소시키기 위한 전략을 이용한다. 냉각워터 펌프 속도의 감소는 냉각워터 델타 T 값이 미리 정의된 열 쾌적 델타 T 범위를 초과하지 않도록 수행된다.

예를 들어, 이 방법은 AHU(25) 및 워터 펌프(27)가 작동하는 상태에 있고, AHU(25') 및 워터 펌프(27')가 작동하지 않는 상태에 있는 한편, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 다른 부분들은 작동하는 상태에 있는 것으로 설명된다.

MC(730)은 워터 펌프(27)를 활성화시키는데, 이때 워터 펌프(27)는 AHU(25)를 흐르는, 원하는 냉각워터의 유량을 제공하기 위해 초기의 미리 선택된 속도에서 작동한다. AHU(25)는 공기를 빌딩의 환경이 제어되는 공간들로 공급한다.

MC(730)은 그후 전력 측정 계측기로부터 공급측 워터 펌프(27)의 에너지 소비 데이터를 획득한다. MC(73)은 또한 냉각워터가 AHU(25)를 통해 흐를 때 온도 센서들로부터 냉각워터의 온도 데이터를 수신한다. MC(730)은 또한 압력 센서들로부터 이 냉각워터의 압력 측정 데이터를 수신한다. 이 센서들은 도 1에 도시되어 있다.

이후, MC(730)은 제1 펌프 속도까지 공급 냉각워터 펌프(27)의 속도를 감소시키는 단계를 수행한다.

이 속도 감소는 또한 제1 펌프 속도가 경계 조건을 침범하거나 또는 초과하지 않도록 수행되는데, 이것은 AHU(25)를 통하여 흐르는 냉각워터에 가해질 필요가 있는 최소 압력과 관련 있다.

이 펌프 속도 감소는 AHU(25)를 통해 흐르는, 냉각워터의 유량을 감소시키도록 작동한다. 감소된 워터 유량은 그후 HAU(25)로부터의 복귀 냉각워터의 온도의 증가를 야기시킨다.

MC(730)는 그후 복귀 냉각워터 온도가 미리 정해진 열 쾌적 복귀 냉각워터 온도 상한을 초과하지 않는 것을 보장하기 위해 점검한다.

복귀 냉각워터 온도는 AHU(25)로의 복귀 공기의 온도와 관련 있다. AHU(25)로의 복귀 공기의 온도는 종종 환경이 제어되는 공간들에 있는 거주자들의 열적 쾌적함의 지시자를 정의하거나 또는 제공한다.

복귀 냉각워터 온도가 미리 정해진 열 쾌적 복귀 냉각워터 온도 상한을 초과하지 않을 때, AHU 복귀 공기 온도는 원하는 열적 쾌적함과 관련된 결정된 복귀 공기 온도 범위를 유지하고, 이로써 거주자들은 원하는 열적 쾌적함을 경험하게 된다.

MC(730)는 또한 냉각워터의 델타 T 값이 미리 정의된 열 쾌적 델타 T 범위를 초과하지 않는 것을 보장하도록 점검하는 단계를 수행한다. 냉각워터 델타 T 값은 복귀 냉각워터의 온도 데이터와 AHU(25)로의 공급 냉각워터의 온도 데이터 사이의 차이를 가리킨다.

MC(730)는 냉각워터의 온도 측정들을 획득한다. MC(730)는 그후 획득된 온도 측정들에 따라, 냉각워터의 현재 델타 T 값을 계산한다. 이후, MC(730)는 현재 냉각워터 델타 T 값과 미리 정의된 열 쾌적 델타 T 범위를 비교한다.

현재 냉각워터 델타 T 값이 미리 정의된 열 쾌적 델타 T 범위를 초과하면, MC(730)는 그후 VFD로 신호를 보내는데, 이것은 원하는 미리 정의된 열 쾌적 냉각워터 델타 T 값에 도달할 때까지 냉각워터 펌프(27)의 속도를 제2 펌프 속도까지 약간 증가시키기 위해 공급 냉각워터 펌프(27)에 연결되어 있다. 제2 펌프 속도는 제1 펌프 속도보다 높다.

냉각워터 펌프 속도 조정은 펌프 속도가 펌프 속도에 관련된 경계 조건을 초과하지 않도록 수행된다.

상기에서 언급된 펌프 속도의 제1 또는 제2 펌프 속도까지의 조정은 냉각워터 펌프(27)의 에너지 소비를 개선하는 것을 허용한다.

특정 실시예에 있어서, 이 방법은 현재 냉각워터 델타 T 값을 유도하기 위해 연산 행렬을 이용한다.

다른 구현에 있어서, 이 방법은 현재 냉각워터 델타 T의 값을 결정하기 위해, 통계적인 방법들을 이용하는, 알고리즘을 이용한다.

요약하면, 냉각워터 델타 T는 냉각워터 펌프(27)의 속도의 감소를 따라 증가된다. 이것은 펌프의 에너지 소비의 감소를 야기시킨다.
이것은 또한 냉각기(33)로부터의 공급 냉각워터의 온도를 유지하면서 냉각기(33)로의 복귀 냉각워터의 온도의 상승을 허용한다.

일 예에 있어서, MC(730)는 미리 정의된 열 쾌적 델타 T 범위가 5℃일 때 4℃의 냉각워터 델타 T를 검출한다. MC(730)은 그후 대략 25% 만큼 냉각워터 펌프(27)의 속도를 감소시키고, 이로써 냉각워터 델타 T는 4 로부터 5℃까지 증가한다. 이것은 그후 대략 60 kW로부터 대략 25 kW로의 냉각워터 펌프의 에너지 소비의 감소로 이어진다.

다른 예에 있어서, MC(730)는 대략 20%(대략 0% 내지 대략 30%의 범위의)의 평균 만큼 냉각워터 펌프의 흐름을 감소시켜, 이로써 동일한 냉방 쾌적을 필수적으로 제공하고 동일한 냉각 부하를 지원하면서 AHU 루프 델타 T를 대략 3.5에서 대략 5℃까지 증가시킨다. 이것은 그후 냉각워터 펌프 에너지 소비가 대략 49%(대략 0% 내지 대략 66%의 범위의) 만큼 감소하도록 야기시킨다.

이 방법은 동일한 냉각 부하를 지원하면서 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 전기 에너지 소비를 감소시키는 방법을 제공한다.

이 방법은 또한 도 1의 공기 냉각 및 순환 시스템(10)에 적용될 수 있다.

이 방법은 또한 응축기워터 펌프에 사용될 수 있다.

상기의 전략들을 함께 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)에 적용하는 방법은 이하에서 설명된다.

이 방법은 여전히 가능하다면, 가능한 한 많은 흐름 제한들을 제거하는 것을 목표로 한다. 흐름 제한들의 예들은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 모든 워터 루프들 내의 스로틀링 워터밸브를 완전히 개방하고 정유량 밸브를 제거하는 것을 포함한다.

이 방법은 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 냉각/응축기 워터 유량을 필수적으로 제공하기 위해 냉각/응축기워터 펌프의 속도를 자동으로 감소시키기 위해 이전에 설명된 방법을 적용하는 단계를 수행하는 것을 포함한다.

다른 단계는 그후 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 워터 유량을 제공하기 위해 펌프들의 속도를 자동으로 변경시키고 펌프들의 개수를 자동으로 변경시키기 위해 이전에 설명된 방법을 적용하기 위해 수행된다.

이후, 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 열적 쾌적함을 제공하지만 냉각워터 펌프 속도는 자동으로 최적화하거나 또는 감소시키기 위해, 이전에 설명된 방법을 적용하기 위해, 다른 단계가 수행된다.

이 상기에서 언급된 단계들은 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 개선시키기 위해 다시 반복될 수 있다.

감소된 에너지 소비를 가지고, 빌딩의 환경이 제어되는 공간들에, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, 도 5의 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 방법은, 이하에서 설명된다.

이 방법은 감소된 전체 에너지 소비를 가지지만, 동일한 또는 더 낮은 응축기 워터 진입 온도를 달성하기 위해 냉각타워의 개수를 변경시키고 대응하는 냉각타워팬의 속도를 변경시키는 전략을 이용한다.

사용시, 응축기 워터의 특정 유량 및 특정 온도는 냉각 부하를 지원하기 위해 냉각타워를 떠나는데, 이것은 원하는 사용자 열적 쾌적함을 제공한다. 냉각타워를 떠나는 응축기 워터는 그후 냉각기 응축기로 들어간다. 이로써, 이 워터의 온도는 응축기 워터 진입 온도로 보통 지칭된다.

이 방법은 MC(730)이 냉각타워(20) 및 그 냉각타워팬(36)을 활성화시킬 뿐만 아니라 공기 냉각 및 순환 시스템(10) 내의 관련된 밸브들(20A 및 20B)을 작동시키는 단계를 포함하여 냉각타워팬(36)이 원하는 응축기 워터 진입 온도를 제공하기 위해 제1 미리 선택된 작동하는 속도에서 작동하게 된다. 결과적으로, 이 단계는 냉각타워(20)를 공기 냉각 및 순환 시스템(100)에 부가하는 기능을 한다.

MC(730)은 그후 냉각타워팬(36)의 에너지 소비를 결정한다. 이 결정은 냉각타워팬(36)의 냉각타워팬(36)의 에너지 소비를 측정하기 위해 전력 측정기(53)를 이용해 달성될 수 있다.

이후, MC(730)은 대응하는 추가적인 냉각타워(20') 및 그 냉각타워팬(36')을 활성화시킨 것 뿐만 아니라 관련된 밸브들(20A' 및 20B')을 작동시킨 결과를 평가한다.

이 평가는 냉각타워팬들(36 및 36') 양자에 대한 제2 미리 선택된 작동하는 속도를 계산 또는 산출하는 단계를 포함한다. 이 제2 미리 선택된 작동하는 속도는 동일한 원하는 응축기 워터 진입 온도를 유지하면서 제1 미리 선택된 작동하는 속도보다 더 느리다. 더 낮은 속도에서 공기흐름의 감소된 마찰 손실로 인해, 이것은 또한 더 낮은 전체 팬 에너지 소비로 이어진다.

MC(730)는 또한 상기의 단계들이 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들이 경계 조건 내에서 작동하도록 수행되는지 고려 또는 점검한다. 경계 조건의 예들은 냉각기 제조업자에 의해 허용되는 최대 응축기 워터 온도, 최소 냉각타워팬 속도, 및 최대 전체 에너지 소비를 포함한다.

MC(730)는 그후 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 응축기 워터 진입 온도를 제공하기 위해, 작동하는 냉각타워의 개수를 선택할 뿐만 아니라 각각 연관된 작동하는 냉각타워팬의 속도를 선택한다.

이후, MC(730)는 이 선택에 따라 활성화 및 작동 제어 신호들을 생성하고 이 제어 신호들을 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 각각의 장비로 전달한다.

상기의 단계는 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 부분들이 상기의 경계 조건 내에서 작동하도록 수행된다.

다른 실시예에 있어서, MC(730)는 BMS(130)에 냉각타워를 추가하기 위한 제어 신호를 보낸다. 이후, BMS(130)는 각각의 냉각타워팬을 활성화시키고 각각의 밸브들을 작동시키기 위해 대응하는 제어 신호를 각각의 장비로 보낸다.

일반적인 의미에 있어서, 작동하는 냉각타워의 개수는 1부터 2, 또는 2 이상과 같이, 증가될 수 있는데, 이때, 작동하는 냉각타워들은 감소된 전체 팬 에너지 소비를 가지고 원하는 응축기 워터 진입 온도를 제공하도록 함께 작동한다.

작동하는 냉각타워들의 개수는 또한 2에서 1과 같이, 감소될 수 있는데, 이때 활성화되는 작동하는 냉각타워는 감소된 전체 팬 에너지 소비를 가지고 원하는 응축기 워터 진입 온도를 제공하도록 작동한다.

각각의 작동하는 냉각타워는 또한 하나 또는 그 이상의 팬들이 장착될 수 있다.

이 방법은 동일한 냉각 부하를 지원하면서 전체 에너지 소비를 감소시키는 이익을 가진다.

감소된 에너지 소비를 가지고, 원하는 사용자 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 방법은, 이하에서 설명된다.

이 방법은 감소된 에너지 소비를 가지고, 원하는 사용자 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, AHU 냉각워터밸브 위치를 변경시키고 또한 대응하는 AHU 팬 속도를 변경시키는 전략을 이용한다.

AHU(25)는 공기를 빌딩의 환경이 제어되는 공간들로 공급하기 위해 공기를 송풍하기 위한 팬을 포함한다. 공급 공기는 이후에 AHU(25)로 복귀된다. 열적 쾌적함은, 환경에 제어되는 공간의 거주자들에 의해 인식되는 것이고, 이것은 AHU(25)로부터의 공급 공기의 온도 및 유량의 함수이다.

이 방법은 MC(730)가 팬 모터 전력 측정기(53)로부터 팬의 모터의 전기 에너지 소비 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.

MC(730)은 그후 공급 공기 온도 센서로부터 AHU(25)로부터의 공급 공기의 온도 측정 데이터를 획득하고 또한 공급 공기흐름 측정기로부터 AHU(25)로부터의 공급 공기의 유량 데이터를 획득한다. 유량은 또한 팬 모터에 연결되어 있는, VSD의 주파수 설정으로부터 계산될 수 있다.

MC(730)이 AHU(25)로부터 복귀되는, 공기의 온도가 원하는 설정점보다 더 낮다는 것을 검출하면, MC(730)는 그후 팬의 회전 속도를 감소시키기 위해 팬 모터 VSD로 신호를 보낸다. 이 팬 속도 감소는 AHU(25)로 복귀되는 공기의 온도를 증가시키는 효과를 가진다.

MC(730)은 또한 팬 속도 감소가 환경이 제어되는 공간 내의 공기의 유량이 환경이 제어되는 공간의 최소 공기흐름에 관련된 경계 조건을 만족시키도록 수행되는 것을 점검 및 보장한다. 다시 말하면, 환경이 제어되는 공간의 공기흐름 율은 환경이 제어되는 공간의 허용가능한 최소 공기흐름 율보다 더 크다.

MC(730)가 이후에 감소된 팬 속도를 가지고, 복귀 공기 온도가 여전히 원하는 설정점보다 더 낮은 것을 검출하면, MC(730)는 그후 AHU(25)의 워터밸브들(25A 및/또는 25B)의 위치들을 변경시키기 위해 신호를 보낸다. 이것은 워터밸브들(25A 및/또는 25B)을 통해 그리고 AHU(25)를 통해 흐르는, 냉각워터의 유량을 감소시키기 위해 수행된다.

냉각워터의 유량의 감소는 AHU(25)로부터 환경이 제어되는 공간으로 공급 공기의 온도를 증가시키기 위해 작용한다. 이것은 그후 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 에너지 소비를 감소시키면서 복귀 공기 온도가 원하는 수준을 향해 상승하도록 야기시킨다.

복귀 공기 온도가 원하는 설정점보다 더 높다면, 상기의 단계들에 반대되는, 유사한 단계들이 수행된다.

이 방법은 동일한 열적 쾌적함을 제공하면서 에너지 소비를 감소시키는 수단을 제공하는 이익을 가진다.

감소된 전체 에너지 소비를 가지고, 미리 정해진 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 방법은, 이하에서 설명된다.

이 방법은 감소된 전체 에너지 소비를 가지고, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, 공급 응축기 워터의 온도를 감소시키기 위해, 작동하는 냉각타워의 개수를 변경시키고 냉각타워팬의 대응하는 속도를 변경시키는 전략을 이용하는데, 이때 냉각타워팬의 에너지 소비는 증가되는 한편 냉각기의 에너지 소비는 감소된다.

이 방법은 MC(730)이 냉각타워 주변 온도 센서로부터, 작동하는 냉각타워(20)의 주변의 습구 및 건구 온도 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.

MC(730)는 또한 냉각타워 주변 습도 센서로부터, 냉각타워(20)의 주변의 습도 측정 데이터를 획득한다.

MC(730)은 또한 팬 모터 전력 측정기(53)로부터, 냉각타워(20)의 냉각타워팬(36)의 모터의 에너지 소비 데이터를 획득한다.

이후, MC(730)은 공급 응축기 워터 온도를 감소시키기 위해 추가적인 냉각타워(20)를 작동시키기 위한 전체 냉각타워 에너지 소비의 증가와 감소된 공급 응축기 워터 온도로 인한 압축기 에너지 소비의 대응하는 감소 사이의 차이를 계산한다.

MC(730)는 또한 공급 응축기 워터 온도를 감소시키기 위해 냉각타워팬(36)의 속도를 증가시키기 위한 팬 에너지 소비의 증가와 감소된 공급 응축기 워터 온도로 인한 압축기 에너지 소비의 대응하는 감소 사이의 차이를 계산한다. 이것은 이하에서 더 설명된다.

도 8은 냉각기 효율 및 공급 응축기 워터 온도 사이의 관계 그래프를 보여준다. 그래프는 압축기 효율의 증가가 공급 응축기 워터 온도의 감소에 대응하는 경우를 도시하고 있다. 다시 말하면, 냉각타워(20) 및/또는 냉각타워팬(36)은 압축기(40)로 공급되는 응축기 워터의 온도를 감소시키기 위해 더 많은 에너지를 소비할 수 있다. 압축기(40)는 그후 동일한 냉각 부하를 유지하기 위해 더 적은 에너지를 소비할 수 있다.

도 9는 냉각기 효율 및 냉각기 부하 사이의 관계 그래프들을 보여준다.

MC(730)은 이후 작동하는 냉각타워(20)의 개수를 선택하고 또한 감소된 전체 에너지 소비를 가지고, 동일한 냉각 부하를 지원하기 위해, 냉각타워팬(36)의 속도를 선택한다.

이후, MC(730)은 선택된 작동하는 냉각타워 개수에 따라 냉각타워(20)를 활성화시키고 및/또는 또한 공급 응축기 워터의 온도를 감소시키기 위해 선택된 냉각타워팬 속도에 따라 작동하는 냉각타워팬(36)을 활성화시킨다.

이 방법은 동일한 열적 쾌적함을 제공하면서 에너지 소비를 감소시키기 위한 수단을 제공하는 이익을 가진다.

도 10은 빌딩의 환경이 제어되는 공간들에, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해 냉각 부하를 지원하기 위해, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)를 작동시키는 방법의 차트(800)를 보여주는데, 이하에서 설명된다.

환경이 제어되는 공간은 또한 공기가 조화되는 공간으로 지칭된다. 이 방법은 수 개의 전략들을 포함한다.

일반적으로, AHU는 하나 또는 그 이상의 환경이 제어되는 공간들의 냉각 부하를 지원한다. 냉각 부하는, AHU로부터 환경이 제어되는 공간들로의 공급 공기의 유량 뿐만 아니라 AHU로부터 환경이 제어되는 공간들로 흐르는 공급 공기의 온도와 환경이 제어되는 공간들로부터 AHU로 흐르는 복귀 공기의 온도 사이의 차이의 함수이거나 또는 이에 의해 영향받는다.

환경이 제어되는 공간들의 거주자들은 열적 쾌적함을 경험하는데, 이것은 AHU로부터 공급 공기의 온도 및 유량의 함수이다. 사용자가 원하는 열적 쾌적함은 사용자가 원하는 온도 및 사용자가 원하는 공기흐름에 대응한다.

건물 환경이 제어되는 공간들의 냉각 부하는 환경이 제어되는 공간들 내에서 생성되는 추가적인 열로 인해 증가될 수 있다.

추가적인 열은 사람 수의 증가로부터, 환경이 제어되는 공간들 내의 작동하는 장비의 증가로부터, 또는 환경이 제어되는 공간들로 유입된 외부의 따뜻한 공기로부터 발생할 수 잇다.

공기 냉각 및 순환 시스템(100)는 그후 증가된 냉각 부하를 지원하도록 작용하는데, 이때 추가적으로 생성된 열은 동일한 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 환경이 제어되는 공간들로부터 이동되거나 또는 제거된다.

상세하게, 추가적으로 생성된 열은 환경이 제어되는 공간들의 온도의 증가를 야기시키는데, 이것은 그후 AHU(25)로의 복귀 공기의 온도가 미리 정해진 복귀 공기 온도 범위 이상 증가하도록 야기시킨다.

MC(730)는 그후 증가된 AHU 복귀 공기 온도의 데이터를 수신한다.

MC(730)가 AHU 복귀 공기 온도가 미리 정해진 복귀 공기 온도 범위 이상인 것을 검출하면, MC(730)는 그후 개선된 에너지 소비를 가지면서, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각 부하를 지원하기 위해, AHU 팬(26)의 속도를 증가시키는 단계(S1)를 수행한다.

특히, MC(730)는 팬 속도 활성화 신호를 AHU 팬(26)의 속도를 증가시키기 위해 AHU 팬(26)에 연결되어 있는, VFD로 보낸다. 이것은 그후 AHU 공급 공기의 유량의 증가를 야기시키고, 차례로, 냉각 부하를 지원하기 위해 미리 정해진 복귀 공기 온도 범위를 향해 AHU 복귀 공기의 온도가 감소되도록 작용한다.

증가된 공기흐름을 가지고, 원하는 공기 온도를 유지하기 위해, MC(730)은 그후 AHU(25)의 조절 워터밸브(25B)를 점진적으로 개방하도록 작용한다.

이 조절 워터밸브(25B)의 개방은 냉각워터의 유량을 증가시키는데, 이것은 AHU(25)를 지나간다. 이것은 AHU(25)로부터 공급 공기의 온도를 유지하는 기능을 한다. 이 증가된 공기 흐름과 함께 유지되는 AHU 공급 공기 온도는 그후 추가적인 냉각 부하를 지원하기 위해, AHU(25)로 복귀 공기의 온도를 감소시키도록 작용한다.

AHU(25)의 조절 워터밸브(25B)의 개방과 함께 이 AHU(25)를 지나는 냉각워터의 유량의 증가는 AHU(25')를 지나는 냉각워터의 유량을 감소시키도록 작용한다.

감소된 냉각워터 유량은 또한 AHU(25')를 지나는 냉각워터의 압력을 감소시키도록 작용한다.

MC(730)가 AHU(25 또는 25')로 복귀 공기의 온도의 증가를 검출하고, 또한 AHU(25')를 지나는 냉각워터의 압력의 감소를 검출하면, MC(730)는 그후 개선된 에너지 소비를 가지고, 동일한 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 냉각워터 펌프 속도를 증가시키는 단계(S2)를 수행한다.

MC(730)는 그후 감소된, 또는 가능한 가장 낮은 에너지 소비를 가지고, 공급 냉각워터의 적당한 유량을 보장하기 위해, 냉각워터 펌프(27 및 27')의 개수를 변경하고 또한 각가의 워터 펌프(27 및 27')의 대응하는 유량을 변경하는 단계(S3)를 수행한다.

선택적인 단계로서, MC(730)는 냉각기들의 최적의 구성을 계산하고 또한 관련 냉각기들을 활성화시키는 신호를 보낸다.

냉각워터는 환경이 제어되는 공간들의 추가적인 냉각 부하를 지원하기 위해 환경이 제어되는 공간들의 추가적인 열을 냉각기로 이동시킨다. 냉각기는 그후 냉각워터로부터 추가적으로 열을 제거한다.

환경이 제어되는 공간들의 냉각 부하의 증가는 또한 냉각 부하의 열을 거부할 필요를 증가시킨다. 열 거부는 환경이 제어되는 공간으로부터 생성된 열 뿐만 아니라 환경이 제어되는 공간들을 냉각시키는 프로세스를 위해 압축기 내에서 생성되는 열의 전체 양으로 정의된다.

MC(730)는 이후 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 응축기 워터 유량을 전달하기 위해 작동하는 응축기워터 펌프의 개수를 변경하고 또한 대응하는 속도를 변경하는 단계(S4)를 수행한다.

MC(730)는 그후 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 응축기워터 펌프(22 및 22')의 속도를 최적화 또는 감소시키는 단계(S5)를 수행한다.

응축기 워터 유량에 있어서의 변화들은 냉각타워들(20 및 20')의 작동에 있어서의 변화들로 이어질 수 있다.

MC(730)은 그후 감소된 전체 에너지 소비를 가지고, 동일한 응축기 워터 진입 온도를 달성하기 위해 냉각타워의 개수를 변경하고 또한 대응하는 냉각타워팬의 속도를 변경하는 단계(S6)를 수행한다.

이후, MC(730)는 감소된 전체 에너지 소비를 가지고, 냉각 부하를 지원하기 위해, 공급 응축기 워터의 온도를 변경하기 위해, 작동하는 냉각타워의 개수를 변경하고 또한 대응하는 냉각타워팬의 속도를 변경하는 단계(S7)를 수행한다.

요약하면, 상기의 단계들은 가능한 가장 낮은, 또는 감소된 에너지 소비를 가지고, 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해, 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 장비의 작동을 최적화 또는 개선하기 위해 사용된다.

냉각 부하의 감소의 경우에 있어서, 상기 단계의 반대되는 단계들이 수행된다.

상기 방법의 특정 실시예에 있어서, 환경이 제어되는 공간들의 냉각 부하는 일정하게 유지되는 한편, 주변 온도 및/또는 주변 습도는 변한다.

MC(730)은 그후 주변 조건들에 있어서의 변화를 검출하고 또한 감소된 에너지 소비를 가지고, 동일한 응축기 워터 진입 온도를 달성하기 위해 냉각타워의 개수를 변경하고 대응하는 냉각타워팬의 속도를 변경하는 상기 단계(S6)를 실행한다.

MC(730)은 그후 감소된 에너지 소비를 가지고, 냉각 부하를 지원하기 위해, 공급 응축기 워터의 온도를 변경하기 위해 작동하는 냉각타워의 개수를 변경하고 또한 이에 대응하는 냉각타워팬의 속도를 변경하는 상기 단계(S7)를 수행한다.

이러한 방식으로, MC(730)는 가능한 가장 낮은, 또는 더 낮은, 에너지 소비에서 원하는 열적 쾌적함을 제공하기 위해 공기 냉각 및 순환 시스템(100)의 장비를 지속적으로 최적화 또는 적용시킨다.

실시예들은 또한 항목 목록으로 구성되어 있는 특징들 또는 요소들의 이하의 목록들을 이용해 설명될 수 있다. 특징들의 각각의 조합들은, 항목 목록에 개시되어 있고, 그 각각은 본 출원의 다른 특징들과 조합될 수 있는, 독립적인 요지로서 간주된다.

1. 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,

적어도 하나의 AHU를 가지고, 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 가지고, 그리고 공기를 AHU로부터 상기 빌딩으로 공급하기 위한 적어도 하나의 AHU 팬을 가지는, AHU 루프, 이때 냉각워터는 상기 AHU 루프 내에서 순환되고 있고,

적어도 2 개의 냉각타워들을 가지고, 그리고 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 가지는 냉각타워 루프, 각각의 냉각타워는 적어도 하나의 냉각타워팬을 포함하고, 이때 응축기 워터는 상기 냉각타워 루프 내에서 순환되고 있고,

적어도 하나의 냉각기, 상기 냉각기는 증발기, 압축기, 응축기, 확장 밸브, 및 냉매를 포함하고, 이것은 상기 AHU 루프와 그리고 상기 냉각타워 루프와 상호연결되는 열역학적 냉동사이클을 형성하여 열이 상기 냉각워터로부터 상기 응축기 워터로 전달되고, 및

상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 MC를 포함하고, 상기 방법은

S3-AHU) 상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 변경하여 복귀 냉각워터 온도가, 상기 복귀 냉각워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 상기 냉각워터의 델타 T 값이 미리 정해진 열 쾌적 델타 T 범위를 초과하지 않도록 하는 단계,

S3-CT) 상기 MC는 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 변경하여 복귀 응축기 워터 온도가, 상기 복귀 응축기 워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 상기 응축기 워터의 델타 T 값이 미리 정해진 델타 T 범위를 초과하지 않도록 하는 단계,

S4) 상기 MC는 그 각각의 냉각타워팬의 속도를 조정하면서 작동하는 냉각타워들의 개수를 선택하는 단계를 포함하고,

이때 상기에서 언급된 단계들은 상기 AHU로부터 상기 냉각타워로의 열전달율의 균형 상태로 제공되고, 또한 상기 AHU와 상기 냉각기 사이에서 상기 AHU로부터 상기 냉각타워로의 열전달율과 동일한 열전달율이 유지되며, 한편 전체 에너지 소비는 감소되는, 방법.

2. 항목 1에 따른 방법에 있어서,

S1-AHU) 상기 MC가 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 감소시킬 때 상기 AHU 루프 내의 적어도 하나의 워터밸브를 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 AHU 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.

3. 항목 1 또는 2에 따른 방법에 있어서,

S1-CT) 상기 MC가 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 감소시킬 때 상기 냉각타워 루프 내의 적어도 하나의 워터밸브를 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 냉각타워 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.

4. 상기에서 언급된 항목들 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서,

S5) 감소된 에너지 소비를 가지고 원하는 사용자 열적 쾌적함을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 AHU 팬의 속도를 조정할 때 상기 MC는 상기 AHU 내의 물의 흐름 속도를 변경하기 위해 상기 AHU의 워터밸브의 위치를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.

5. 상기에서 언급된 항목들 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서,

S2-AHU) 상기 MC는 각각의 속도를 조정할 때 작동하는 냉각워터 펌프들의 수를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.

6. 상기에서 언급된 항목들 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서,

S2-CT) 상기 MC는 각각의 속도를 조정할 때 작동하는 응축기워터 펌프들의 개수를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.

7. 상기에서 언급된 항목들 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서,

S6) 상기 MC는 상기 냉각타워팬 및 상기 냉각기 내의 상기 압축기의 전체 에너지 소비를 감소시키기 위해, 공급 응축기 워터 온도를 변경하기 위해 주변 상황들에 종속하여 냉각타워팬의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.

8. 상기에서 언급된 항목들 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서,

상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프는 미리 정해진 경계 조건 내에서 작동되는, 방법.

9. 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키기 위한 MC에 있어서, 상기 MC는

- 상기 HVAC 시스템의 AHU 루프의 적어도 하나의 AHU 팬을 위한 그리고 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 위한, 그리고

- 상기 HVAC 시스템의 냉각타워 루프의 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 위한 그리고 적어도 하나의 냉각타워팬을 위한 인터페이스들을 포함하고,

이때 상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 인터페이스들에 제어 신호들을 발행하도록 적용되고,

상기 MC는 제 1 항에 따른 방법의 단계들을 자동으로 수행하도록 적용되어 상기에서 언급된 단계들이 상기 HVAC 시스템의 AHU로부터 냉각타워까지 열전달율의 균형 상태를 제공하고, 또한 상기 AHU와 냉각기 사이에서 동일한 열전달율이 유지되는 한편, 전체 에너지 소비가 감소되는, MC.

10. 항목 9에 따른 MC에 있어서,

적어도 2 개의 냉각워터 펌프들이 제공되는, MC.

11. 항목 9 또는 항목 10에 따른 MC에 있어서,

적어도 2 개의 응축기워터 펌프들이 제공되는, MC.

12. 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 개량하는 방법에 있어서,

상기 HVAC 시스템의 냉각/응축기 워터 루프 내의 펌프 헤드를 감소시키기 위해, 적어도 하나의 수동형 워터밸브를 제거하거나 또는 완전히 개방하는 단계로서, 상기 수동형 워터밸브는 정유량 워터밸브, 밸런싱 워터밸브, 및 온/오프 워터밸브로 이루어진 그룹(群) 중의 하나로 구성되고,

상기 HVAC 시스템 내에 에너지 제어 모듈을 설치하는 단계, 상기 에너지 제어 모듈은 (활성화 스위치를 가지는) 적어도 하나의 VSD를 포함하고 또한 마스터 컨트롤러 (MC)는 상기 VSD에 전기적으로 연결되고, 및

상기 적어도 하나의 VSD를 그룹 중 하나의 모터에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 그룹은 상기 HVAC 시스템의 작동 워터밸브, 펌프, 및 팬으로 구성되는, 방법.

13. 항목 12에 따른 방법에 있어서,

상기 MC는 제 1 항에 따른 방법의 단계들을 자동으로 수행하도록 적용되고, 이로써 상기 단계들은 AHU로부터 상기 HVAC 시스템의 냉각타워로 열전달율의 균형잡힌 상태를 제공하고, 또한 이로써 상기 AHU와 냉각기 사이에 동일한 열전달율이 유지되는 한편 전체 에너지 소비는 감소되는, 방법.

상기의 설명은 많은 상세사항들을 포함하고 있지만, 이것은 실시예들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고 단지 예상가능한 실시예들의 설명을 제공하고자 한 것이다. 상기에서 기술된 실시예들의 장점들은 실시예들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고 단지 설명된 실시예들이 실행된다면 가능한 성취들을 설명하기 위한 것이다. 따라서, 실시예들의 범위는 주어진 예들에 의해서라기보다, 청구항 및 이들의 균등물들에 의해 결정되어야 한다.

10: 공기 냉각 및 순환 시스템
13: 빌딩 관리 시스템(BMS)
16: 에너지 제어 모듈
20: 냉각타워
20A: 워터밸브들
20B: 워터밸브들
20A': 워터밸브들
20B': 워터밸브들
20': 냉각타워
22: 응축기워터 펌프
22A: 워터밸브들
22B: 워터밸브들
22A': 워터밸브들
22B': 워터밸브들
22': 응축기워터 펌프
25: AHU
25A: 워터밸브들
25B: 워터밸브들
25A': 워터밸브들
25B': 워터밸브들
25': AHU
26: AHU 팬
26': AHU 팬
27: 공급 냉각워터 펌프
27A: 워터밸브들
27B: 워터밸브들
27A': 워터밸브들
27B': 워터밸브들
27': 공급 냉각워터 펌프
29: 복귀 냉각워터 펌프
29A': 워터밸브들
29B': 워터밸브들
29': 복귀 냉각워터 펌프
33: 냉각기
33A1: 워터밸브들
33A': 워터밸브들
33B1: 워터밸브들
33B2: 워터밸브들
33A1': 워터밸브들
33A2': 워터밸브들
33B1': 워터밸브들
33B2': 워터밸브들
33': 냉각기
36: 냉각타워팬
36': 냉각타워팬
40: 압축기
43: 증발기
45: 응축기
48: 확장 밸브
49: 냉각 루프
50: 응축기 워터 루프
51: 냉각워터 루프
52: 가변 속도 드라이브(VSD)
53: 전력 측정기
60: 온도 센서
65: 압력 센서
70: 유량계
73: MC
75: 스위치
77: 스위치
78: 스위치
80: 클라우드 기반의 컴퓨터
100: 공기 냉각 및 순환 시스템
130: 빌딩 관리 시스템(BMS)
160: 에너지 제어 모듈
200: 냉각타워 모듈
220: 응축기워터 펌프 모듈
250: AHU 모듈
270: 공급 냉각워터 펌프 모듈
290: 복귀 냉각워터 펌프 모듈
330: 냉각기 모듈
400: 그래프
400a: 그래프
400b: 그래프
410: 그래프
500: 흐름도
510: 단계
512: 단계
515: 단계
525: 단계
530: 단계
540: 단계
550: 단계
560: 단계
730: 마스터 컨트롤러
740: 측정모듈
800: 차트
S1: 단계
S2: 단계
S3: 단계
S4: 단계
S5: 단계
S6: 단계
S7: 단계

Claims (13)

1. 빌딩을 위한 HVAC(난방, 환기, 및 공기 조화) 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
   적어도 하나의 AHU(공기 취급 유닛)를 가지고, 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 가지고, 그리고 공기를 상기 AHU로부터 상기 빌딩으로 공급하기 위한 적어도 하나의 AHU 팬을 가지는 AHU 루프;
   적어도 2 개의 냉각타워를 가지고, 그리고 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 가지는 냉각타워 루프;
   적어도 하나의 냉각기; 및
   상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 MC(마스터 컨트롤러)를 포함하여 구성되되,
   상기 빌딩으로 공급하는 공기의 냉각을 위한 냉각워터는 상기 AHU 루프 내에서 순환되고,
   상기 냉각타워 각각은 적어도 하나의 냉각타워팬을 포함하고, 이때 응축기 워터는 상기 냉각타워 루프 내에서 순환되고,
   상기 냉각기는 증발기, 압축기, 응축기, 확장 밸브, 및 냉매를 포함하고, 상기 냉각기는 상기 AHU 루프와 그리고 상기 냉각타워 루프와 상호연결되는 열역학적 냉동사이클을 형성하여 열이 상기 냉각워터로부터 상기 응축기 워터로 전달되도록 하며,
   여기서, 상기 HVAC 시스템을 작동시키는 방법은:
   상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 변경하여 복귀 냉각워터 온도가 상기 복귀 냉각워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 복귀 냉각워터의 온도 데이터와 AHU로의 공급 냉각워터의 온도 데이터 사이의 차이를 가리키는 상기 냉각워터의 델타 T 값이 열적 쾌적을 위해 미리 정해진 델타 T의 범위를 초과하지 않도록 하는 단계와,
   상기 MC는 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 변경하여 복귀 응축기 워터 온도가 상기 복귀 응축기 워터 온도의 미리 정해진 상한을 초과하지 않도록 하고 또한 상기 응축기 워터의 델타 T 값이 미리 정해진 델타 T 범위를 초과하지 않도록 하는 단계와,
   상기 MC는 그 각각의 냉각타워팬의 속도를 조정하면서 작동하는 냉각타워들의 개수를 선택하게 하는 단계를 수행하게 되며,
   이때, 상기에서 언급된 단계들은, 상기 AHU로부터 상기 냉각기로의 열전달율과 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율이 균형잡힌 상태로 제공되고, 또한 상기 AHU와 냉각기 사이에서도 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율과 동일한 열전달율이 유지되며, 전체 에너지 소비는 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 MC가 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프의 속도를 감소시킬 때 상기 AHU 루프 내의 적어도 하나의 워터밸브를 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 AHU 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 MC가 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프의 속도를 감소시킬 때 상기 냉각타워 루프 내의 적어도 하나의 워터밸브를 수동으로 완전히 개방하는 것에 의해 상기 냉각타워 루프에 있어서 물 흐름 제한들을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   감소된 에너지 소비를 가지고 원하는 사용자 열적 쾌적함을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 AHU 팬의 속도를 조정할 때 상기 MC는 상기 AHU 내의 물의 흐름 속도를 변경하기 위해 상기 AHU의 워터밸브의 위치를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 MC는 각각의 속도를 조정할 때 작동하는 냉각워터 펌프들의 수를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 MC는 각각의 속도를 조정할 때 작동하는 응축기워터 펌프들의 수를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 MC는 상기 냉각타워팬 및 상기 냉각기 내의 상기 압축기의 전체 에너지 소비를 감소시키기 위해, 공급 응축기 워터 온도를 변경하기 위해 주변 상황들에 종속하여 냉각타워팬의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프는 미리 정해진 경계 조건 내에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 작동시키기 위한 MC에 있어서, 상기 MC는
   상기 HVAC 시스템의 AHU 루프의 적어도 하나의 AHU 팬을 위한 그리고 적어도 하나의 냉각워터 펌프를 위한, 그리고
   상기 HVAC 시스템의 냉각타워 루프의 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 위한 그리고 적어도 하나의 냉각타워팬을 위한 인터페이스들을 포함하고,
   이때 상기 MC는 상기 적어도 하나의 냉각워터 펌프, 상기 적어도 하나의 AHU 팬, 상기 적어도 하나의 냉각타워팬, 및 상기 적어도 하나의 응축기워터 펌프를 제어하기 위한 인터페이스들에 제어 신호들을 발행하도록 적용되고,
   상기 MC는 제 1 항에 따른 방법의 단계들을 자동으로 수행하도록 적용되고, 상기에서 언급된 단계들은 상기 AHU로부터 상기 냉각기로의 열전달율과 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율이 균형잡힌 상태로 제공되고, 또한 상기 AHU와 냉각기 사이에서도 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율과 동일한 열전달율이 유지되며, 그리고 한편 전체 에너지 소비는 감소되는 것을 특징으로 하는 MC.
10. 제 9 항에 있어서,
    적어도 2 개의 냉각워터 펌프들이 제공되는 것을 특징으로 하는 MC.
11. 제 9 항에 있어서,
    적어도 2 개의 응축기워터 펌프들이 제공되는 것을 특징으로 하는 MC.
12. 빌딩을 위한 HVAC 시스템을 개량하는 방법에 있어서,
    상기 HVAC 시스템의 냉각워터 루프와 응축기 워터 루프 내의 펌프 헤드를 감소시키기 위해 적어도 하나의 수동형 워터밸브를 제거하거나 또는 완전히 개방하는 단계;
    상기 HVAC 시스템 내에 에너지 제어 모듈을 설치하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 VSD(가변 속도 드라이브)를 상기 HVAC 시스템의 작동하는 워터밸브, 펌프, 및 팬으로 이루어진 그룹(群) 중의 하나의 멤버의 모터에 연결하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 수동형 워터밸브는 정유량 워터밸브, 밸런싱 워터밸브, 및 온/오프 워터밸브로 이루어진 밸브그룹의 적어도 하나를 포함하고;
    상기 에너지 제어 모듈은 적어도 하나의 VSD 및 상기 VSD에 전기적으로 연결된 MC를 포함하며,
    상기 MC는 제 1 항에 따른 방법의 단계들을 자동으로 수행하도록 적용되고, 이로써 상기 단계들은 상기 AHU로부터 상기 냉각기로의 열전달율과 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율이 균형잡힌 상태로 제공되고, 또한 상기 AHU와 냉각기 사이에서도 상기 냉각기로부터 상기 냉각타워로의 열전달율과 동일한 열전달율이 유지되며, 그리고 한편 전체 에너지 소비는 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
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