KR102318402B1 - 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장에 설치된 공기조화기에 대하여 열전달 예측모델을 이용하여 요구열량에 따라 밸브 유량을 간단하면서도 정확하게 제어할 수 있는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 현장에 설치된 실제 공기조화기의 실제 설계풍량과 미리 저장된 기준 공기조화기의 기준 설계풍량을 비교하는 비교단계; 상기 기준 공기조화기의 제품 중에서 상기 실제 설계풍량에 근접한 설계풍량을 갖는 기준 공기조화기의 기준제품을 선정하는 기준제품 선정단계; 상기 기준제품에 따른 설계인자들을 포함하는 기준정보를 바탕으로 열전달 예측 모델을 적용하여 상기 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하는 열전달량-유량 곡선 산출단계; 그리고, 상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 바탕으로 요구되는 요구열량에 따라 밸브를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브유량 조절단계를 포함하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법을 제공한다.

Description

열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법{Method for controlling flow rate of valve according to demanded heat quantity using a prediction model of heat transfer}

본 발명은 밸브유량 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 현장에 설치된 공기조화기에 대하여 열전달 예측모델을 이용하여 요구열량에 따라 밸브 유량을 간단하면서도 정확하게 제어할 수 있는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 유량제어밸브는 공조구역의 온도제어를 위하여 공기조화기에 공급되는 냉수 또는 온수의 유량을 조절하는 역할을 한다.

공조구역의 온도가 목표온도에 빠르게 안정적으로 수렴하려면 유량제어밸브의 개도를 결정하는 밸브제어 입력전압의 크기에 따라 열량이 공급되어야 한다.

그러나, 밸브제어 입력전압에 대하여 냉수나 온수가 비례적으로 흐르지 않을 뿐만 아니라, 냉온수의 열이 공조구역으로 공급되는 공기에 열을 전달하기 위해서는 열교환기의 특성이 매개되어 있다.

특히, 밸브유량과 열교환기를 통한 열전달의 관계를 파악하려면 현장에 설치된 열교환기의 특성에 대한 정보가 필요하지만, 현장마다 열교환기의 용량 및 종류가 다르고 열교환기의 성능데이터도 없는 경우가 대부분이기 때문에 밸브유량과 열전달량을 상관관계를 찾기가 어렵다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0036896호(발명의 명칭: 열량계를 이용한 온수분배 유량조절 시스템, 공개일자: 2014년 03월 26일)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 현장에 설치된 공기조화기에 대하여 열전달 예측모델을 이용하여 요구열량에 따라 밸브 유량을 간단하면서도 정확하게 제어할 수 있는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 현장에 설치된 실제 공기조화기의 실제 설계풍량과 미리 저장된 기준 공기조화기의 기준 설계풍량을 비교하는 비교단계; 상기 기준 공기조화기의 제품 중에서 상기 실제 설계풍량에 근접한 설계풍량을 갖는 기준 공기조화기의 기준제품을 선정하는 기준제품 선정단계; 상기 기준제품에 따른 설계인자들을 포함하는 기준정보를 바탕으로 열전달 예측 모델을 적용하여 상기 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하는 열전달량-유량 곡선 산출단계; 그리고, 상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 바탕으로 요구되는 요구열량에 따라 밸브를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브유량 조절단계를 포함하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법을 제공한다.

상기 기준 공기조화기의 기준 냉난방능력을 바탕으로 상기 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉난방능력을 보정하는 보정계수가 산출될 수 있다.

상기 열전달량-유량 곡선 산출단계는 상기 열전달 예측모델에서 밸브의 유량에 따른 유용도(effectiveness)를 계산하는 유용도 계산단계; 상기 유용도 및 상기 기준정보를 바탕으로 해당 유량에 따른 1차 열전달율을 산출하는 단계; 그리고, 상기 1차 열전달율과 상기 보정계수를 곱하여 2차 열전달율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브유량 제어방법은 상기 실제 설계풍량과 상기 기준제품의 설계 풍량 사이의 비례인자를 산출하는 비례인자 산출단계를 더 포함할 수 있다.

상기 열전달량-유량 곡선 산출단계는 상기 2차 열전달율에 상기 비례인자를 곱하여 최종 열전달율을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브유량 제어방법은 상기 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터를 바탕으로 상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 보정하여 보정곡선을 산출하는 보정곡선 산출단계를 더 포함할 수 있다.

상기 측정된 운전데이터는 데이터 필터링을 통하여 필터링된 데이터이며, 상기 데이터 필터링의 조건은 L2O > 0.2 이고, Q>L 이며, dT> (기준제품의 최대 냉난방 능력에서의 냉온수 입출구의 온도차)를 만족하는 것일 수 있다.

여기서, Q는 측정된 열량을 설계열량으로 무차원화한 무차원 열량수이고, L는 측정된 유량을 설계유량으로 무차원화한 무차원 유량이며, L2O는 무차원 열량을 0과 1 사이의 크기로 정규화한 밸브개도로 나눈 값을 의미한다.

본 발명에 따른 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법은 기준 공기조화기의 기준정보와 열전달 예측모델을 바탕으로 현장에 설치된 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하고, 정규화된 밸브제어 입력전압과 열량의 선형관계를 바탕으로 상기 무차원화된 열전달량-유량곡선을 이용하여 요구열량에 따라 밸브유량을 간단하면서도 정확하고 제어할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법은 현장에 설치된 실제 공기조화기의 필터링된 운전데이터를 바탕으로 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 보정함으로써 요구열량에 따라 밸브유량을 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법의 일 실시 예를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1의 열전달량-유량곡선 산출단계를 세부적으로 나타낸 흐름도 이다.
도 3 및 도 4는 (주)ACE사에서 제공하는 공기조화기 제품들의 사양을 나타낸 자료이다.
도 5은 본 발명에 따른 열전달 예측모델을 검증하기 위하여 냉방모드에서 (주)ACE사 기준제품의 설계풍량에 따른 냉방능력과 열전달 예측모델의 냉방능력을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전달 예측모델을 검증하기 위하여 난방모드에서 (주)ACE사 기준제품의 설계풍량에 따른 난방능력과 열전달 예측모델의 난방능력을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7은 냉방모드에서 실제 현장에 설치된 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 나타낸 도면이다.
도 8은 난방모드에서 실제 현장에 설치된 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 나타낸 도면이다.
도 9는 실제 현장에 설치된 공기조화기에 대하여 필터링된 운전데이터와 열전달 예측모델을 통한 데이터가 곡선접합된 열전달량-유량 곡선을 나타낸 도면이다.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1 내기 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 밸브유량 제어방법이 적용되는 공기조화기는 공조영역의 온도를 제어하기 위한 다양한 구성 부품들로 구성된다. 예를 들면, 공기조화기는 외기댐퍼, 필터, 제1 히팅코일, 냉각코일, 제2 히팅코일, 송풍팬 및 공기공급 댐퍼를 포함할 수 있다.

여기서, 외기댐퍼 및 공기공급댐퍼는 덕트 내에서 유동하는 유체의 양을 조절하거나 차단하는 역할을 한다. 즉, 외기댐퍼는 유입되는 외기의 양을 조절하고, 공기공급댐퍼는 공조영역에 공급되는 공기의 양을 최종적으로 조절하게 된다.

또한, 상기 필터는 외기댐퍼를 통과한 외기를 필터링하는 역할을 하고, 제1 히팅코일은 필터를 통과한 공기를 가열하는데 사용되고, 냉각코일은 필터를 통과한 공기를 냉각시키기는데 사용되며, 제2 히팅코일은 제1 히팅코일을 통과한 공기를 가열하는데 사용된다.

여기서, 상기 공기조화기가 냉방모드로 작동될때 상기 제1 히팅코일 및 상기 제2 히팅코일에는 온수가 공급되지 않고, 상기 냉각코일에만 냉수가 공급된다.

또한, 상기 공기조화기가 난방모드로 작동될 때 상기 냉각코일에는 냉수의 공급이 중단되고, 상기 제1 히팅코일 및 제2 히팅코일에 온수가 공급된다.

상기 송풍기는 외기를 흡인하는 흡인력을 제공함과 동시에 공조된 공기를 공조구역으로 블로잉하게 된다.

물론, 본 실시예에 따른 밸브유량 제어방법이 적용되는 공기조화기는 상술한 예에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 밸브유량 제어방법은 열교환 예측모델을 사용하여 현장에 설치된 공기조화기의 설계 풍량의 정보만을 바탕으로 유입되는 냉/온수의 유량과 이에 따른 열전달량의 상관관계를 산출하고, 이를 바탕으로 밸브유량을 자동으로 제어하기 위한 방법으로서, 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

1. 열전달 예측모델의 검증

먼저, 사용될 열전달 예측모델의 검증과정이 수행된다. 이를 위하여, 기준 공기조화기의 기준 냉난방 능력과 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉난방능력을 비교하는 과정이 수행된다.

여기서, 기준 공기조화기의 기준 냉난방능력은 (주)ACE 공조에서 제공하는 자사 제품군에 대하여 표준시험조건에서 제시한 기준 냉난방 능력을 의미한다.

후술하겠지만, 상기 검증과정에서는 상기 기준 공기조화기의 기준 냉방능력을 바탕으로 상기 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉방능력을 보정하는 냉방 보정계수가 산출되게 된다.

도 3 및 도 4에서와 같이, (주)ACE 공조에서 제공하는 제품군의 카탈로그에는 제품종류에 따라 설계풍량, 냉난방능력, 송풍기의 사양, 코일의 사양, 필터의 사양, 운전조건 등을 비롯한 제품사양에 대한 정보, 즉 기준정보가 포함되어 있다.

상기 열전달 예측모델은 난방모드 인경우에는 하기의 수학식 1 및 수학식 3을 포함하는 열전달 예측모델이 사용되고, 냉방모드인 경우에는 하기의 수학식 2 및 수학식 3를 포함하는 열전달 예측모델이 사용된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, ε은 유용도(effectiveness)를 의미하며, 유용도는 최대가능 열전달률에 대한 실제 열전달률의 비를 의미한다. 그리고, 유용도는 수학식 3으로 표현될 수 있다.

[수학식 3]

ε=

여기서, q 는 실제 열전달율을 의미하고, Cmin은 물측 열용량과 공기측 열용량 중 작은 측의 값을 의미하며, Tai는 열교환기 입구 공기측 온도를 의미하고, Twi는 열교환기 입구 물측 온도를 의미한다.

상술한 수학식 2 및 수학식 3을 바탕으로 냉방모드인 경우에 기준 공기조화기의 기준 냉난방 능력과 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉난방능력을 비교하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 도 3 및 도 4의 카탈로그 중의 특정제품을 선정한다.

다음으로, 해당 특정제품의 기준정보를 바탕으로 열전달 예측모듈에 따른 냉방능력을 산출하기 위하여 수학식 2에 따른 유용도를 계산한다.

여기서, NUT(Number of Transfer Units)는 전달단위수를 의미하며, UA/Cmin로 계산된다. 또한, UA(Overall Heat Transfer Coefficient)는 열교환기 총합 열전달계수를 의미하며, Cmin은 물측 열용량과 공기측 열용량 중 작은 값을 의미한다.

UA를 계산하기 위하여 열전달 예측모델에는 AHRI(Air Conditioning Heating and Refrigeratioin Institute), 즉 공기조화 냉각학회 표준매뉴얼에서 제시하는 관계식을 이용한 프로그램이 내장되어 있다. UA를 계산하기 위하여 입력되는 입력값들은 (주)ACE 공조의 특정제품에 대한 기준정보가 사용되고, 물측 열용량과 공기측 열용량도 해당 특정제품의 기준정보로부터 산출된다.

또한, C*는 열용량 비율에 해당하는 것으로서, 물측 열용량과 공기측 열용량 중 작은 값에 대한 큰 값의 비율로 계산되어 진다.

다음으로, 수학식 3에 따라서 실제 열전달율이 계산된다. 수학식 3에서 Cmin은 물측 열용량과 공기측 열용량 중 작은 값에 해당하는 값이며, Tai는 열교환기 입구 공기측 온도, Twi는 열교환기 입구 물측 온도에 해당된다.

상기 물측 열용량, 공기측 열용량, Tai 및 Twi는 (주)ACE 공조에서 제공하는 카탈로그 상의 해당 특정제품의 기준정보로부터 산출된다.

수학식 3을 통하여 산출된 실제 열전달율을 바탕으로 해당 설계풍량에 따른 열전달 예측모델의 열전달량, 즉 예측모델 냉방능력이 산출된다.

상술한 과정을 반복하면서 도 3 및 도 4의 카탈로그 중의 특정제품들의 기준정보들을 바탕으로 열전달 예측모델에 대한 예측모델 냉방능력이 산출된다.

여기서, 기준 공기조화기의 기준 냉방능력은 도 3 및 도 4의 카탈로그상에 (주)ACE 공조의 해당 제품마다 이미 알려진 값들이고, 예측모델 냉방능력은 해당 제품의 기준정보들을 바탕으로 열전달 예측모델을 통하여 계산된 값이다.

상기 기준 냉방능력과 예측모델 냉방능력은 서로 차이를 가지는데, 이를 보정하기 위하여 예측모델 냉방능력값에 냉방 보정계수가 곱하여 진다.

여기서, 상기 냉방 보정계수는 0.5391의 값으로, 예측모델 냉방능력과 냉방 보정계수를 곱한 값이 기준 냉방능력이 되도록 하는 조건을 만족하는 냉방 보정계수들의 평균값을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 냉방 보정계수가 곱해진 예측모델 냉방능력의 값,즉 모델링 예측보정값과 (주)ACE 공조에서 제공하는 기준 냉방능력이 상당히 유사한 값을 가짐을 알 수 있다.

상기 검증과정에서는 상기 기준 공기조화기의 기준 냉방능력을 바탕으로 상기 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉방능력을 보정하는 냉방 보정계수가 산출되게 된다.

마찬가지로, 상술한 수학식 1 및 수학식 3을 바탕으로 난방모드인 경우에 기준 공기조화기의 기준 난방 능력과 열전달 예측모델에 따른 예측모델 난방능력을 비교하는 과정이 수행될 수 있다.

예측모델 난방능력을 산출하는 과정은 상술한 예측모델 난방능력을 산출하는 과정과 유사하다. 다만, 난방모드의 경우에는 유용도를 계산하기 위하여 수학식 1이 사용된다.

상기 기준 난방능력과 예측모델 난방능력은 서로 차이를 가지는데, 이를 보정하기 위하여 예측모델 난방능력값에 난방 보정계수가 곱하여 진다.

상기 난방 보정계수는 0.6744의 값으로, 예측모델 난방능력과 난방 보정계수를 곱한 값이 기준 난방능력이 되도록 하는 조건을 만족하는 난방 보정계수들의 평균값을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 난방 보정계수가 곱해진 예측모델 난방능력의 값,즉 모델링 예측보정값과 (주)ACE 공조에서 제공하는 기준 난방능력이 상당히 유사함을 알 수 있다.

결과적으로, (주)ACE 공조의 제품에 대하여 열전달 예측모델을 바탕으로 하는 모델링 예측 보정값과 (주)ACE공조에서 제공하는 기준 냉난방 능력이 상당히 유사한 값을 가지므로 실제 현장에 설치됨 임의의 공기조화 장치에서도 본 발명에 따른 열전달 예측모델이 적용될 수 있음을 알 수 있다.

2. 열전달량-유량 곡선 산출

이하에서는 열전달 예측모델을 사용하여 현장에 설치된 공기조화기의 열전달량-유량곡선을 산출하는 과정을 설명한다.

먼저, 현장에 설치된 실제 공기조화기의 실제 설계풍량과 미리 저장된 기준 공기조화기의 기준 설계풍량을 비교하는 비교단계가 수행된다(S10).

여기서, 기준 공기조화기는 앞서 사용된 (주)ACE 공조에서 제공하는 자사 제품군에 해당된다.

다음으로, 상기 기준 공기조화기의 제품 중에서 상기 실제 설계풍량에 근접한 설계풍량을 갖는 기준 공기조화기의 기준제품을 선정하는 기준제품 선정단계가 수행된다(S20).

다음으로, 상기 실제 설계풍량과 상기 기준제품의 설계 풍량 사이의 비례인자를 산출하는 비례인자 산출단계가 수행된다(S30).

즉, 공기조화기를 제어하는 제어부는 사용자로부터 실제 공기조화기의 현판에 기재된 실제 설계풍량을 입력받으면, 제어부에 저장된 기준 공기조화기의 기준 설계풍량과 비교하여 실제 설계풍량과 근사한 설계풍량을 갖는 기준제품을 선정하고, 실제 설계풍량과 기준제품의 설계풍량 사이의 비례인자를 산출하게 된다.

여기서, 비례인자는 보간법을 통하여 산출된다. 즉 비례인자= 1 + (실제 설계풍량- 낮은 기준 설계풍량)/(높은 기준 설계풍량-낮은 기준 설계풍량) 으로 계산된다. 예를 들면, 기준 공기조화기의 설계풍량이 2800 CMH(Cubic Meter per Minute), 3400 CMH인 것이 존재하고, 실제 설계풍량이 3000 CMH라면 비례인자는 다음과 같이 계산된다.

비례인자= 1 + (3000-2800)/(3400-2800)= 1.33

후술하겠지만, 상기 비례인자는 기준제품을 바탕으로 예측된 2차 열전달율에 곱해져서 최종 열전달율을 산출하는 과정에서 사용된다. 상기 열전달 예측모델은 상기 제어부의 마이크로 프로세스에 프로그램 형태로 내장되어 있다.

다음으로, 상기 기준제품에 따른 설계인자들을 포함하는 기준정보를 바탕으로 열전달 예측 모델을 적용하여 상기 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하는 열전달량-유량 곡선 산출단계가 수행된다(S40).

상기 열전달량-유량 곡선 산출단계는 상기 열전달 예측모델에서 밸브의 유량에 따른 유용도(effectiveness)를 계산하는 유용도 계산단계(S41)와, 상기 유용도 및 상기 기준정보를 바탕으로 해당 유량에 따른 1차 열전달율을 산출하는 단계(S43)와, 상기 1차 열전달율과 상기 보정계수를 곱하여 2차 열전달율을 산출하는 단계(S45)와, 상기 2차 열전달율에 상기 비례인자를 곱하여 최종 열전달율을 산출하는 단계(S47)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 유용도 계산단계는 앞서 살펴본 검증과정과정에서의 냉방모드 및 난방모드와 유사하게 진행된다. 다만, 하나의 기준제품에 대하여 냉수 또는 온수의 유량에 따른 열전달량을 산출하게 된다.

즉, 냉방모드에서는 열전달 예측모델이 수학식 2 및 수학식 3를 포함하고 있고, 난방모드에서는 열전달 예측모델이 수학식 1 및 수학식 3을 포함하고 있으며, 각각의 수학식에 사용되는 변수들의 값은 기준제품의 기준정보로부터 얻어지며, 이에 따른 열전달 예측모델에 의하여 입력되는 해당 냉수유량 또는 온수유량에 따른 1차 열전달율이 산출된다.

다음으로, 2차 열전달율은 상기 1차 열전달율에 보정계수가 곱해진 값으로 계산된다.

다음으로, 최종 열전달율은 상기 2차 열전달율에 상기 비례인자가 곱해진 값으로 계산된다.

다음으로, 최종 열전달율과 유량은 무차원화 되어 무차원화된 열전달량-유량 곡선이 산출된다.

도 7에 도시된 그림은 냉방모드시 현장에 설치된 실제 공기조화기의 냉수유량과 열전달량의 무차원 그래프이고, 도 8에 도시된 그림은 난방모드시 현장에 설치된 공기조화기의 온수유량과 열저달량의 무차원 그래프이다.

결과적으로, 현장에 설치된 실제 공기조화기의 설계풍량만 알면, 열전달 예측모델 및 (주)ACE 공조에서 제공하는 기준제품의 기준정보를 바탕으로 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출할 수 있게 된다.

3. 열전달량-유량 곡선을 바탕으로 실제 공기조화기의 제어

무차원화된 열전달량-유량 곡선을 바탕으로 요구되는 요구열량에 따라 밸브를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브유량 조절단계(S60)가 수행되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 냉방모드의 경우에 한하여 설명한다.

도 7에 도시된 무차원 열전달량-유량 곡선에서 X축에 해당하는 값은 정규화된 열량이면서 정규화된 밸브제어 입력전압에 해당된다.

따라서, 밸브제어 입력전압은 0~10V 인 경우에 5V가 입력되면, 정규화된 밸브제어 입력전압은 0.5가 되고, 이에 따라 해당 실제 공기조화기의 설계 냉방능력의 0.5에 해당하는 요구열량이 요구된다.

그러면, 도 7의 곡선에서 정규화된 요구열량 0.5에 대응되는 정규화된 유량은 0.27의 값이 산출되고, 해당 실제 공기조화기의 설계유량과 해당 정규화된 유량값을 곱한 값이 실제로 흘려주어야 하는 요구 냉수유량에 해당된다.

자동제어밸브는 요구 냉수유량에 따라 유량을 자동으로 제어하게 된다. 통상적으로 자동제어밸브는 유량센서를 포함하고 있기에 요구 냉수유량대로 유량을 제어하게 된다.

결과적으로, 기준 공기조화기의 기준정보와 열전달 예측모델을 바탕으로 현장에 설치된 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하고, 정규화된 밸브제어 입력전압과 열량의 선형관계를 바탕으로 상기 무차원화된 열전달량-유량곡선을 이용하여 요구유량에 따라 밸브유량을 간단하면서도 정확하고 제어할 수 있게 된다.

4. 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터를 바탕으로 무차원화된 열전달량-유량 곡선의 보정

본 발명은 상술한 실시 예에 따른 밸브유량 제어방법은 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터를 바탕으로 상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 보정하여 보정곡선을 산출하는 보정곡선 산출단계(S50)를 더 포함할 수 있다.

상기 측정된 운전데이터는 데이터 필터링을 통하여 필터링된 데이터이며, 상기 데이터 필터링의 조건은 L2O > 0.2 이고, Q>L 이며, dT> (기준제품의 최대 냉난방 능력에서의 냉온수 입출구 온도차)를 만족할 수 있다.

Q는 실제 공기조화기의 측정된 열량을 설계열량으로 무차원화한 무차원 열량이고, L는 실제 공기조화기의 측정된 유량을 설계유량으로 무차원화한 유량이며, L2O는 무차원 열량을 0과 1 사이의 크기로 정규화한 밸브개도로 나눈 값을 의미한다.

상기 데이터 필터링의 조건은 공기조화기가 정상상태로 운전될 때의 데이트를 사용하기 위한 것이다.

여기서, L2O > 0.2의 조건은 큰 밸브개도에도 불구하고 유량이 작은 경우는 냉온수 공급시스템이 멈춘 후에도 공기조화기의 밸브가 제어동작을 하는 비정상적인 운전조건을 제거하기 위한 것이다.

또한, Q>L 의 조건은 정상상태의 운전에서는 실제 공기조화기의 특성상 무차원 열량이 무차원 유량보다 항상 큰 값을 가지기 때문에 정해진 조건이다.

또한, dT> (기준제품의 최대 냉난방 능력에서의 냉온수 입출구 온도차)의 조건은 정상상태의 운전에서는 공기조화기의 최대 능력을 낼때 냉수 또는 온수의 입출구 온도차가 가장 작기 때문에 정해진 조건이다.

상기 보정곡선을 산출하는 과정에서 열전달 예측모델을 사용하여 산출된 무차원 열전달량-유량곡선은 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터를 바탕으로 보정된다.

구체적으로, 업데이트되는 무차원 열량은 하기의 수학식 4로부터 구해진다.

[수학식 4]

업데이트된 무차원 열량= 기존 무차원 열량(1-가중치) + 가중치*필터링된 무차원 열량

여기서, 기존 무차원 열량은 열전달 예측모델을 사용하여 산출된 무차원 열전달량-유량곡선에 따른 무차원 열량을 의미하고, 필터링된 무차원 열량은 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터에서 데이터 필터링을 통하여 필터링된 무차원 열량을 의미한다.

또한, 가중치는 측정된 운전데이터를 바탕으로 임의의 값으로 설정된다. 가중치가 너무 크면 측정된 운전데이터의 반영율이 커지게 되어 노이즈의 영향을 많이 받게 되고, 가중치가 너무 작으면 측정된 운전데이터의 반영율이 너무 작아서 현장의 실정을 신속히 반영하지 못하게 된다.

도 9는 난방모드시 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터가 반영된 열전달량-유량곡선을 나타낸다.

도 9에서는 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터가 반영된 리얼타입 업데이트 그래프와, 리얼타임 업데이트 그래프를 6차 선형다항식을 이용하여 커브피팅한 그래프이다.

여기서, 6차원 선형다항식의 계수는 최소오차자승법을 통하여 산출된다. 이러한 6차원 선형다항식을 사용하는 이유는 무차원 유량 값이 좌우로 흔들리는 구간, 예를 들면 0.25~0.3 사이의 구간에서의 불안정한 구간의 불안전성을 제거할 수 있기 때문이다.

결과적으로, 현장에 설치된 실제 공기조화기의 필터링된 운전데이터를 바탕으로 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 보정함으로써 요구열량에 따라 밸브유량을 현장에 맞도록 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

S10: 비교단계 S20: 기준제품 선정단계
S30: 비례인자 산출단계 S40: 열전달량-유량 곡선 산출단계
S50: 보정곡선 산출단계

Claims (6)

1. 현장에 설치된 실제 공기조화기의 실제 설계풍량과 미리 저장된 기준 공기조화기의 기준 설계풍량을 비교하는 비교단계;
   상기 기준 공기조화기의 제품 중에서 상기 실제 설계풍량에 근접한 설계풍량을 갖는 기준 공기조화기의 기준제품을 선정하는 기준제품 선정단계;
   상기 기준제품에 따른 설계인자들을 포함하는 기준정보를 바탕으로 열전달 예측 모델을 적용하여 상기 실제 공기조화기의 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 산출하는 열전달량-유량 곡선 산출단계; 그리고,
   상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 바탕으로 요구되는 요구열량에 따라 밸브를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브유량 조절단계를 포함하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준 공기조화기의 기준 냉난방능력을 바탕으로 상기 열전달 예측모델에 따른 예측모델 냉난방능력을 보정하는 보정계수가 산출되는 것을 특징으로 하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열전달량-유량 곡선 산출단계는 상기 열전달 예측모델에서 밸브의 유량에 따른 유용도(effectiveness)를 계산하는 유용도 계산단계;
   상기 유용도 및 상기 기준정보를 바탕으로 해당 유량에 따른 1차 열전달율을 산출하는 단계; 그리고,
   상기 1차 열전달율과 상기 보정계수를 곱하여 2차 열전달율을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 실제 설계풍량과 상기 기준제품의 설계 풍량 사이의 비례인자를 산출하는 비례인자 산출단계를 더 포함하고,
   상기 열전달량-유량 곡선 산출단계는 상기 2차 열전달율에 상기 비례인자를 곱하여 최종 열전달율을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실제 공기조화기에서 측정된 운전데이터를 바탕으로 상기 무차원화된 열전달량-유량 곡선을 보정하여 보정곡선을 산출하는 보정곡선 산출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 측정된 운전데이터는 데이터 필터링을 통하여 필터링된 데이터이며, 상기 데이터 필터링의 조건은 L2O > 0.2 이고, Q>L 이며, dT> (기준제품의 최대 냉난방 능력에서의 냉온수 입출구의 온도차)를 만족하는 것을 특징으로 하는 열전달 예측모델을 이용한 요구열량에 따른 밸브유량 제어방법.
   여기서, Q는 측정된 열량을 설계열량으로 무차원화한 무차원 열량수이고, L는 측정된 유량을 설계유량으로 무차원화한 무차원 유량이며, L2O는 무차원 열량을 0과 1 사이의 크기로 정규화한 밸브개도로 나눈 값을 의미한다.

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