KR102418408B1

KR102418408B1 - 열수요 시계열 데이터에 기반한 지역난방열공급망의 실시간 해석 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102418408B1
Application number: KR1020220009560A
Authority: KR
Inventors: 이원호; 윤창열; 이기송; 이근영
Original assignee: 지에스파워주식회사
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-07-06
Also published as: US11953211B2; US20230235897A1; KR102418408B9; EP4215825A1

Abstract

지역난방열공급망 해석방법 및 해석장치를 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 배관 및 배관 내부의 유체를 포함하는 지역난방열공급망 해석방법에 있어서, 배관의 구조를 나타내는 배관데이터를 프로세서가 수신하는 배관데이터 수신과정; 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 입력데이터를 프로세서가 수신하는 입력데이터 수신과정; 및 배관데이터 및 입력데이터를 이용하여 프로세서가 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 산출데이터를 산출하는 산출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법을 제공한다.

Description

열수요 시계열 데이터에 기반한 지역난방열공급망의 실시간 해석 방법 및 장치{Method And Apparatus for Real-time Analysis of District Heating Pipe Network Based on Time Sequence Data of Heat Demand}

본 개시는 열수요 시계열 데이터에 기반한 지역난방열공급망의 실시간 해석 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 개시는 지역난방열공급 배관망 내의 유체유동 및 열유동에 대한 실시간 해석 방법 및 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

지역난방열공급망(district heating network)은 가압 온수를 열 전달매체로 활용하여 중앙 열원이 발생시키는 열에너지를 도시규모의 지역 내 다수의 수용가(consumer)에 공급하기 위한 열공급 시스템이다. 종래의 지역난방열공급망 해석시스템은 지역난방열공급망의 열원과 수용가에서 계측된 정보(온도, 유량, 압력)만을 제공한다. 즉, 종래의 지역난방열공급망 해석시스템은 배관의 시작점과 최말단부분에 대한 정보만을 제공한다. 이러한 해석시스템의 사용자(예컨대 지역난방열공급망의 운영자)는, 지역난방 배관망의 중간 지점에서의 상태를 알 수 없다. 종래의 해석시스템의 사용자는 수용가에서 계측된 정보를 이용하여 수용가에 열이 공급되고 있는지만을 확인할 수 있고, 열원과 수용가를 횡단하는 배관 내부의 유체유동 및 열유동 상태에 대해서는 파악할 수 없다. 이에 따라 지역난방 열공급망의 운영자는 지역난방열공급망의 실제 상태에 최적화된 운영을 제공하기 어렵다.

지역난방 배관망의 온도 및 압력 등의 상태량은 배관의 수명과 열손실량을 평가하는 데에 필수적인 요소이다. 그럼에도 불구하고 종래의 지역난방배관망 관제시스템은 이러한 상태량에 대한 정보를 제공하지 못한다. 이에 따라 지역난방배관망의 운영자가 배관의 상태를 평가하거나 이러한 평가결과에 기반된 운영을 하기가 어렵다는 문제가 있다.

이에, 본 개시는 상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망열배관망 실시간 해석방법 및 해석장치는 지역난방열공급망 배관 전구간의 물리적 상태를 시계열 데이터로 제공할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망열배관망 실시간 해석방법 및 해석장치는, 지역난방열공급망열배관망의 물리적 상태에 대한 정보를 실시간으로 제공할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시예에 의하면, 배관 및 배관 내부의 유체를 포함하는 지역난방열공급망 해석방법에 있어서, 배관의 구조를 나타내는 배관데이터를 프로세서가 수신하는 배관데이터 수신과정; 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 입력데이터를 프로세서가 수신하는 입력데이터 수신과정; 및 배관데이터 및 입력데이터를 이용하여 프로세서가 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 산출데이터를 산출하는 산출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법을 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 의하면, 배관 및 배관 내부의 유체를 포함하는 지역난방열공급망의 해석장치에 있어서, 배관의 구조를 나타내는 배관데이터, 및 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 입력데이터를 수신하고, 배관데이터 및 입력데이터를 이용하여 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 산출데이터를 산출하는 프로세서(processor)를 포함하는, 지역난방열공급망 해석장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망 해석방법 및 해석장치는, 지역난방열공급망의 물리적 상태에 대한 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 루프장치의 제어방법은, 지역난방열공급망 해석방법 및 해석장치는, 지역난방열공급망의 물리적 상태에 대한 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 해석방법을 설명하기 위한 지역난방열공급망의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망 해석방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정 및 산출과정을 설명하기 위한 해석장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정 및 산출과정을 설명하기 위한 공급관을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정의 순서도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 산출과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 해석방법을 설명하기 위한 지역난방열공급망의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 지역난방열공급망(district heating network, 10)는 가압온수를 열 전달매체로 활용하여 하나 이상의 열원(heating source)이 발생시키는 열에너지를 지역의 다수 수용가에 공급하기 위한 시스템이다. 지역난방열공급망(10)의 가압온수로부터 열에너지를 공급받아 수요하는 장소 또는 설비를 수용가(consumer)라고 한다. 열원 내부의 가열구간(heating section, 11)에서 열에너지를 공급받은 고온의 유체는 지역난방열공급망(10)의 공급관(supply pipe, 12)을 따라 수용가에 운송된다. 수용가에 운송된 고온의 가압온수는 소요구간(emission section, 13)에서 수용가에 열에너지를 전달하고 지역난방열공급망(10)의 환수관(return pipe, 14)을 따라 열원(heat source)으로 되돌아온다. 여기서 공급관(12)이란 유체가 열원 내의 가열구간(11)의 유출구로부터 소요구간(13)의 유입구까지 유동하는 경로를 정의하는 배관의 구간을 말한다. 환수관(14)이란 유체가 소요구간(13)의 유출구로부터 가열구간(11)의 유입구에 되돌아올 때까지 유동하는 경로를 정의하는 배관의 구간을 말한다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망 해석방법을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 과정 S210 내지 과정 S222에서 프로세서(processor, 330)가 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 또는 유체의 유동에 대하여 해석하기 위한 데이터들을 수집한다. 도 2에는 프로세서가 배관데이터를 수신한 후에 입력데이터를 수신하는 것으로 도시되어 있으나, 본 개시는 이에 제안되지 않는다. 본 개시는 프로세서(10)가 배관데이터 및 입력데이터를 동시에 수신하거나, 입력데이터를 먼저 수신하는 등의 실시예를 포함한다.

과정 S210에서 프로세서(330)는 배관의 구조를 나타내는 배관데이터를 수신한다. 배관데이터는 배관의 적어도 하나의 구간의 단면적, 길이 및 열 손실계수 중 적어도 하나에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 여기서 단면적이란, 유체의 유동경로에 수직한 방향으로 자른 배관 내부 중공의 단면적을 칭한다. 배관이 원통형으로 이루어진 경우, 단면적에 대한 데이터는 예컨대 배관의 적어도 일부 구간의 내경에 상응하는 것일 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정 및 산출과정을 설명하기 위한 해석장치를 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정 및 산출과정을 설명하기 위한 공급관을 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정의 순서도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 과정 S211 내지 과정 S214에서 배관 상의 수 개의 지점을 절점(nodes; n1, n2, n3 및 n4)으로 지정한다. 수 개의 절점(n1, n2, n3 및 n4)에 의하여 정의되는 배관 상의 지점 및/또는 구간이 본 개시의 해석방법의 해석 대상이 될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 배관데이터 수신과정(S210)에서, 배관데이터 획득부(pipe data acquisition unit, 310)가 배관의 절점(n1, n2, n3 및 n4)에 대한 절점(n1, n2, n3 및 n4)데이터를 획득한다(S211). 절점(n1, n2, n3 및 n4)은 배관의 단면적이 변화하는 지점을 포함할 수 있다. 배관에 적어도 하나의 밸브(12a)가 설치된 경우, 절점(n1, n2, n3 및 n4)은 밸브(12a) 설치지점을 더 포함할 수 있다. 또한, 상호 분리된 유동 영역이 유체의 유동방향을 따라 합쳐지거나, 유동영역이 유체의 유동방향을 따라 분리되는 지점을 더 포함할 수 있다. 수 개의 절점(n1, n2, n3 및 n4)에 의하여 복수의 단위배관(unit pipe; c1, c2, c3, c4 및 c5)이 정의된다. 예컨대 각각의 절점(n1, n2, n3 및 n4)을 기준으로 배관을 복수 개의 구간으로 나누고, 각각의 구간을 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)으로 정의할 수 있다.

이후 배관데이터 획득부(310)는 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5) 중 적어도 하나의 단면적, 길이 및 열 손실계수(heat loss coefficient)에 대한 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5) 데이터를 획득한다(S212). 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5) 데이터는 복수의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 상호 연결관계에 대한 데이터를 더 포함할 수 있다. 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 단면적, 길이 및 열 손실계수는 오랜 기간 동안 바뀌지 않을 수 있다. 따라서 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5) 데이터의 일부는 단순히 사용자가 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 단면적 등을 배관데이터 획득부(310)에 입력하는 것으로 획득될 수 있다.

상호 분리된 복수의 유동영역이 유체의 유동방향을 따라 합쳐지는 합류지점에 대한 합류지점 데이터를 배관데이터 획득부(310)가 획득할 수 있다(S213). 본 개시의 일 실시예에 따른 합류지점 데이터 획득과정(S213)에서, 합류지점 데이터는 적어도 하나의 절점(n1, n2, n3 및 n4) 중 어느 것이 합류지점인지에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 데이터를 획득하기 위하여 배관데이터 획득부(310)는 복수의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점 및 도착점에 대한 데이터를 획득한다. 여기서 시작점이란 유체가 유입되는 지점을 의미하고, 도착점이란 유체가 유출되는 지점을 의미한다. 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)은 적어도 하나의 절점(n1, n2, n3 및 n4)을 경계로 정의되기 때문에, 임의의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점과 도착점은 모두 절점(n1, n2, n3 및 n4)이다. 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점에 대한 데이터는 모든 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)에 대하여 각각의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점이 어느 절점(n1, n2, n3 및 n4)인지 나타내는 데이터일 수 있다. 마찬가지로 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 도착점에 대한 데이터는 모든 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)에 대하여 각각의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점이 어느 절점(n1, n2, n3 및 n4)인지 나타내는 데이터일 수 있다.

배관데이터 획득부(310)는 시작점 및 도착점에 대한 데이터를 획득하기 위하여 유속에 대한 데이터를 이용할 수 있다. 만일 제1절점(n1, n2, n3 및 n4)과 제2절점(n1, n2, n3 및 n4)으로 그 경계가 정의되는 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)에서 유체가 제1절점(n1, n2, n3 및 n4)으로부터 제2절점(n1, n2, n3 및 n4)으로 흐른다면, 제1절점(n1, n2, n3 및 n4)은 그 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점이고 제2절점(n1, n2, n3 및 n4)은 도착점이라고 판단될 수 있다. 배관데이터 획득부(310)는 시작점에 대한 데이터 및 도착점에 대한 데이터를 기초로 적어도 하나의 절점(n1, n2, n3 및 n4) 중 어느 것이 합류지점인지, 어느 것이 분류지점인지에 대한 데이터를 산출할 수 있다. 예컨대 배관데이터 획득부(310)는, 어느 절점(n1, n2, n3 및 n4)에 대하여 그 절점(n1, n2, n3 및 n4)이 2 개의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점이면 그 절점(n1, n2, n3 및 n4)은 분류점이고, 2개의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 도착점일 때, 그 절점(n1, n2, n3 및 n4)이 합류지점이라고 판단하는 방법을 이용할 수 있다. 그러나 본 개시의 합류지점, 분류지점 데이터를 획득하는 과정은 이러한 실시예에 한정되지 않는다.

과정 S214에서 프로세서(330)가 절점(n1, n2, n3 및 n4)데이터, 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5) 데이터 및 합류지점, 분류지점 데이터를 수신한다. 프로세서(330)는 배관데이터와 입력데이터를 이용하여 아래의 산출과정을 거쳐 지역난방열공급망(10)의 물리적 성질 및 유체의 유동에 대한 산출데이터를 생성할 수 있다. 여기서 입력데이터는 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태, 및 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 데이터이다. 과정 S221 및 과정 S222에서 프로세서(330)가 입력데이터를 수신한다.

다시 도 2를 참조하면, 프로세서(330)는 배관데이터와 아울러 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동에 대한 입력데이터를 수신한다. 이러한 입력데이터는 실시간데이터 및 해석데이터의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 도 2에는 실시간데이터 및 해석데이터의 적어도 일부를 수신하는 과정만이 도시되어 있으나, 본 개시의 입력데이터 수신과정은 이러한 예시에 한정되지 않는다. 입력데이터 수신과정에서 실시간데이터나 해석데이터의 일부가 아닌 것으로서 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동에 대한 데이터를 수신할 수 있다.

과정 S221에서 프로세서(330)는 지역난방열공급망(10)의 가열장치(11)와 수용가(13)에 설치된 실시간데이터 송신장치(real-time data transmitter, 15)로부터 실시간데이터를 기 설정된 시간을 주기로 수신한다. 실시간데이터는 지역난방열공급망(10)의 시작점과 끝점인 가열장치(11)와 수용가(13)의 물리적 상태, 및/또는 유체의 유동이 실시간으로 반영된 데이터이다. 실시간데이터는 예컨대 실시간 압력데이터, 실시간 유량데이터, 실시간 온도데이터를 포함할 수 있다. 여기서 실시간 압력데이터는 각각 배관의 적어도 하나의 지점에서 유체의 압력에 대한 데이터를 칭한다. 실시간 유량데이터는 배관의 적어도 하나의 지점에서의 유체의 유량에 대한 데이터를 칭한다. 실시간 온도데이터는 배관의 적어도 하나의 지점에서의 유체의 온도에 대한 데이터를 칭한다.

실시간데이터 수신과정에서 프로세서(330)는 지역난방열공급망(10)의 유체를 가열하도록 구성된 가열설비의 데이터베이스에 저장된 최신데이터를 수신할 수 있다. 이렇게 수신된 데이터는 가열설비에 의하여 가열된 고온, 고압의 유체의 상태에 대한 것일 수 있다. 프로세서(330)는 수용가의 난방설비 데이터베이스에 저장된 최신데이터를 수신할 수도 있다. 이렇게 수신된 데이터는 수용가의 공급관(12) 및 환수관(14)에서의 유체의 온도 및 유량에 대한 것일 수 있다. 그러나 본 개시의 수신과정은 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어 수신과정에서 프로세서(330)는 가열설비 측에 설치된 온도센서(15b), 압력센서(15a) 및 수용가에 설치된 열량계측장치(15c) 등으로부터 직접 데이터를 수신할 수도 있다. 이외에도 실시간데이터는 배관에 설치된 밸브(12a)의 개폐상태에 대한 데이터 등을 포함할 수 있다. 밸브(12a)의 개폐상태에 대한 데이터를 이용하면 프로세서가 밸브(12a)의 실시간 개폐상태를 추종하는 데이터를 산출할 수 있다.

아울러 본 개시의 프로세서(330)가 실시간데이터를 이용하여 산출한 데이터들은 실시간데이터 생성 당시의 지역난방열공급망(10)의 상태 등에 대응된다. 따라서 본 개시의 일 실시예에 따른 해석방법은 수용가의 열 소요량, 주위환경 또는 가열설비의 유체 공급 압력과 온도 등에 의하여 수시로 변화하는 지역난방열공급망(10)의 상태를 시간에 따라 해석할 수 있는 효과가 있다. 아래에서 설명할 과정 S240에서 저장장치(340)는 프로세서(330)가 시간에 따라 생성한 산출데이터를 시계열적으로 저장한다.

과정 S222에서 프로세서(330)는 해석데이터의 적어도 일부를 수신한다. 해석데이터란 본 개시의 과정 S240에서 저장장치(340)가 저장한 데이터를 칭한다. 해석데이터는 본 개시에서 프로세서(330)가 입력된 데이터들을 이용하여 산출한 정보를 포함할 수 있다. 따라서 본 개시의 해석방법은 실측데이터뿐만 아니라, 이전에 프로세서(330)가 산출한 데이터들을 추가로 이용하여 지역난방열공급망(10)의 정보를 더 정확하고 다양하게 제공할 수 있다.

지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동은 시간에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어 어떤 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점에서 유체의 온도가 시간

일 때

이고, 시간

일 때

일 수 있다. 이러한 경우 유체가 그 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)을 관통하는 데에 걸리는 시간이

라면, 시간

에 그 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 도착점을 지나는 유체가 시간

에 시작점을 지날 때의 온도는

이다. 만일 시간

에 도착점을 지나는 유체의 온도를 산출하는 데에 시간

에 시작점을 지나는 유체의 온도만이 이용된다면, 부정확한 값이 산출될 것이다. 배관 주변환경과의 온도차로 인해 배관 내의 유체로부터 시간에 따라 열이 손실된다. 따라서 시간

에 도착점에 도착한 유체의 온도는 시간

의 시작점에서의 유체의 온도와 달라질 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 해석데이터는 기 설정된 시간을 주기로 수신된 실시간데이터를 이용하여 생성된다. 이에 따라 해석데이터는 여러 시점의 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 데이터들을 이용하여 시간에 따라 변화하는 지역난방열공급망(10)의 상태에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다.

입력데이터는 이외에도 배관의 주변온도에 대한 데이터(이하, '주변온도 데이터')를 포함할 수 있다. 배관이 땅 속에 묻혀있는 경우, 배관의 주변온도는 지중온도를 의미할 수 있다. 지중온도에 대한 데이터는 배관의 주위에 설치된 온도센서 등에 의하여 실시간으로 생성되는 데이터일 수 있다. 본 개시의 산출과정에서, 프로세서(330)는 위에서 설명한 배관데이터 및 입력데이터를 기초로 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동에 대한 산출데이터를 산출한다. 본 개시의 해석방법에 의하면 배관의 일부 지점에 대한 한정된 데이터만으로도 배관의 전 구간의 유체의 유동 등에 대응되는 정보를 얻을 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 산출과정을 나타낸 순서도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 과정 S231에서 프로세서(330)는 배관데이터 및 입력데이터를 기초로 유체의 유동에 대한 제1산출데이터를 산출한다. 제1산출데이터는 통과시간 데이터를 포함할 수 있다. 아래에서 해석지점 또는 해석구간은 각각 해석의 대상이 되는 지점 또는 해석의 대상이 되는 구간을 의미한다. 기준구간은 배관 상의 기준지점과 해석지점을 연결하는 구간을 의미한다. 통과시간데이터는 유체가 유동하여 배관의 해석구간을 관통하는 데에 걸리는 시간을 적어도 하나의 해석구간 각각에 대하여 나타내는 데이터를 칭한다. 예컨대 통과시간데이터는 복수의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 조합으로 이루어진 배관에 있어서, 유체가 각 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)을 통과하는 데에 걸리는 시간에 대한 데이터일 수 있다. 유체가 배관의 해석구간을 통과하는 데에 걸리는 통과시간은, 그 구간을 통과하는 유체의 시간 대 별 유량과 그 구간의 배관 내경 및 배관 길이를 이용하여 산출될 수 있다. 통과시간 내 해석구간을 흐른 유체의 유량 합이 해석구간의 체적과 동일할 때 유체가 해석구간을 통과하였다고 할 수 있다. 예컨대 해석구간의 체적이 100L일 때 01분에 흐른 유량이 20L, 02분에 흐른 유량이 50L, 03분에 흐른 유량이 30L일 때 유체가 해석구간을 통과하는데 3분이 걸렸다고 판단할 수 있다. 제1프로세서(first processor, 330)는 이러한 적분 방정식을 이용하여 통과시간데이터를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 프로세서는 배관데이터의 배관 내경 정보를 이용하여 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 체적을 산출하고 시간 별 유량값으로 누적유량을 산출할 수 있다. 프로세서는 통과시간을 산출하기 위하여 아래의 수학식을 사용할 수 있다.

(V: 단위배관 체적, d: 단위배관 내경, L: 단위배관의 길이,

: 시점 t에서의 유량, t: 도달 시간)

제1산출데이터는 배관의 기준구간을 관통하는 데에 걸리는 시간을 적어도 하나의 기준구간 각각에 대하여 나타내는 경과시간 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 기준구간 별 경과시간 데이터는 시점 별로 시계열 데이터로 데이터베이스에 저장 된다. 기준지점은 고온의 유체가 공급관(12)에 공급되는 지점(이하, '공급지점(p)')일 수 있다. 공급지점(p)은 예컨대 유체가 가열설비 내부의 가열구간(11)으로부터 유출되는 지점일 수 있다. 공급지점(p)과 기준지점 사이에는 절점으로 연계된 한 개 이상의 기준구간이 연계되어 있으며 이러한 기준구간들의 시점 별 경과 시간의 합이 공급지점(p)에서 기준지점까지 유체가 도달하는데 걸리는 경과시간이 될 수 있다. 경과시간 데이터를 이용하여 공급지점(p)으로부터 배관의 어느 지점까지 유체가 유동하는 데에 걸린 시간을 알면, 그 지점에 도달한 유체가 공급지점(p)에서 출발한 시점을 알 수 있으며 그 시점에서 공급된 유체의 온도, 압력을 데이터베이스로부터 알 수 있다.

지역난방열공급망(10)의 관리자 또는 제어장치는, 경과시간 데이터를 이용하여 열원의 온도 또는 공급지점(p)에서 유체의 온도와 유량을 적절한 값으로 조절할 수 있다. 어떤 시점에 해석지점을 지나는 유체의 온도가 최적의 값보다 높다면, 공급지점(p)에서 필요 이상으로 유체의 온도를 상승시킨 것으로 평가할 수 있으며 이에 따른 가열구간의 에너지 소모가 증대되고 동시에 유체가 수용가까지 이동하는 동안에 발생하는 열손실도 증대 된다. 반면 어떤 시점에 해석지점을 지나는 유체의 온도가 최적의 값보다 낮다면, 공급지점(p)에서 유체의 공급량을 증가 시켜야 하며 이것은 공급지점의 유체 공급 펌프의 에너지 소비량을 증가시키게 된다. 이외에도 프로세서(330)가 산출하는 제1데이터는 배관의 적어도 하나의 지점에서의 유체의 압력에 대한 산출압력 데이터, 및 배관의 적어도 하나의 지점에서 유체의 수두에 대한 수두데이터 등을 더 포함할 수 있다.

과정 S232에서 프로세서(330)가 입력데이터 및 제1산출데이터를 기초로 지역난방열공급망(10) 내부의 열의 이동에 대한 제2산출데이터를 산출한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 해석방법에서, 프로세서(330)는 제1산출과정을 수행하는 제1프로세서(331) 및 제2산출과정을 수행하는 제2프로세서(second processor, 332)를 포함할 수 있다. 제2산출데이터는 배관의 적어도 하나의 지점에서의 유체의 온도에 대한 온도데이터를 포함할 수 있다. 프로세서(330)는 온도데이터를 산출하기 위해 주변온도 데이터 및 배관데이터를 이용한다. 본 개시의 일 실시예에서 프로세서(330)는 온도데이터를 산출하기 위해 합류지점 데이터를 이용한다. 어떤 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 도착점이 합류지점이 아닌 경우, 그 도착점에서 유체의 온도를 구하기 위하여는 그 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 시작점에서 유체의 온도와 배관의 외부로 손실되는 열만을 고려하면 된다. 이러한 경우 프로세서는 온도데이터를 아래의 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.

(

: 도착점 유체 온도,

: 시작점 유체 온도,

: 배관 내경,

: 지중 온도,

: 열손실 계수(kcal/min.m.k))

그러나, 어떤 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 도착점이 합류지점인 경우, 그 도착점에서 유체의 온도를 구하기 위하여는 동일한 절점을 공유하고 있는 두 개의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)에서 유체의 온도 및 유량을 고려해야 한다. 따라서 프로세서(330)는 해석 대상이 되는 절점(n1, n2, n3 및 n4)이 합류지점인지 여부에 따라서 그 절점(n1, n2, n3 및 n4)에서의 온도 산출 알고리즘을 달리할 수 있다. 예를 들면 어떤 절점이 합류지점이 아닌 경우, 프로세서는 수학식 2를 이용하여 그 지점에서의 온도에 대한 데이터를 산출할 수 있다. 이와 달리 어떤 절점이 제1 단위배관과 제2 단위배관의 합류지점인 경우, 프로세서는 수학식 3을 이용하여 그 합류지점에서 유체의 온도 데이터를 산출할 수 있다.

(

: 합류지점에서의 유체의 온도;

,

: 도착점 유체온도(수학식2 참조);

: 제1 단위배관 유량;

: 제2 단위배관 유량)

이에 따라 지역난방열공급망(10)의 배관이 병렬연결된 복수의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)을 포함하는 구조를 가지더라도, 프로세서(330)는 지역난방열공급망(10)의 상태를 정확히 반영하는 데이터를 산출할 수 있다. 이에 더하여 제2산출데이터는 적어도 하나의 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)의 열 손실률에 대한 열 손실률 데이터를 포함할 수 있다. 프로세서(330)는 열 손실률 데이터를 산출하기 위하여 단위배관(c1, c2, c3, c4 및 c5)데이터 및 온도데이터를 이용할 수 있다. 프로세서(330)은 지역난방열공급망(10)을 구성하는 모든 단위배관의 열손실량을 실시간 산출할 수 있으며 그 총합을 실시간으로 저장장치(340)에 시계열로 저장하여 열배관망에 대한 열손실량 평가를 진행할 수 있다.

위에서 설명한 산출과정은 공급관(12) 및 환수관(14)에 대하여 독립적으로 수행될 수 있다. 환수관(14)에 대하여 해석 시 지역난방열공급망(10)의 다수의 소요구간(13)은 유체의 최초 시작점이 되고 가열구간(11)은 유체의 최종 도착점이 된다. 예컨대 프로세서(330)가 공급관(12)의 해석과 동일한 방법으로 환수관(14)에 대한 분석을 진행할 수 있다. .

과정 S240에서 저장장치(340)가 해석데이터를 수신하여 저장한다. 여기서 해석데이터는 배관데이터, 입력데이터, 및 산출데이터의 적어도 일부로서 지역난방열공급망(10)의 물리적 상태 및/또는 유체의 유동에 대한 것이다. 이러한 해석데이터의 적어도 일부는 다시 프로세서(330)에 배관데이터 및/또는 입력데이터로서 송신될 수 있다. 저장장치(340)는 해석데이터를 시계열적으로 저장할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 본 개시의 해석방법은, 저장장치(340)에 저장된 시계열 데이터들을 이용하여 시간에 따라 변화하는 지역난방열공급망(10)의 상태에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 저장과정(S240)은, 제1저장장치(first storage device, 341)가 해석데이터를 저장하는 과정, 및 제2저장장치(second storage device, 342)가 해석데이터 중 갱신 대상이 되는 데이터를 임시저장하는 과정을 포함할 수 있다. 제2저장장치(342)는 예컨대 3 일 동안 수신된 해석데이터만을 저장하고, 새롭게 해석데이터를 수신한 경우 가장 오래 전에 저장된 해석데이터를 삭제하고 새로운 해석데이터를 저장하는 식으로 저장된 데이터를 갱신할 수 있다. 제2저장장치(342)에 저장된 해석데이터가 산출과정에 이용될 수 있다. 제1저장장치(341)는 제2저장장치(342)로부터 수신한 해석데이터를 영구적으로 저장할 수 있다.

과정 S250에서 표시부(display unit, 350)가 해석데이터를 수신하여 해석데이터에 상응하는 지역난방열공급망(10)의 물리적 정보를 시각적으로 표시할 수 있다. 지역난방열공급망(10)의 관리자는 표시부(350)에 표시된 정보를 모니터링하고, 이를 바탕으로 지역난방열공급망(10)를 제어하거나 관리할 수 있다. 구체적으로, 표시부(350)는 제2저장장치(342)에 저장되어 있는 데이터를 수신하여 그 데이터에 대응하는 지역난방열공급망(10)의 상태를 표시할 수 있다. 이러한 표시과정에 의하여 지역난방열공급망(10)의 운영자는 지역난방열공급망(10)의 실시간 모니터링은 물론, 지역난방열공급망(10)의 과거 데이터에 대한 분석을 진행할 수 있다.

지역난방열공급망(10)의 운영자는 표시부에 표시된 정보를 다양한 방식으로 활용할 수 있다. 운영자는 표시된 정보에 기초하여 지역난방열공급망(10)의 작동을 제어하거나, 지역난방열공급망(10)의 상태를 평가할 수 있다. 예를 들어, 운영자는 배관 내 유체의 수두 또는 압력에 관한 정보를 이용하여 수용가에 유체가 원활하게 공급되고 있는지 실시간으로 감시할 수 있다. 운영자는 배관 내 어느 구간에서의 손실되는 압력의 크기에 대한 정보에 의하여 펌프(미도시)에 투입되는 전력을 조절할 수 있다. 지역난방열공급망(10)의 각 지점의 온도에 대한 정보는 운영자가 각 지점에서 배관의 응력변화 또는 내구건전성을 평가하는 데에 이용될 수 있다.

이러한 운영과정은, 프로그래밍 언어로 만들어진 알고리즘에 의하여 지역난방열공급망(10)의 제어부(미도시)에 의하여 수행될 수도 있다. 예컨대 제어부는 저장장치에 저장된 해석데이터를 수신하고, 그를 이용하여 지역난방열공급망(10)에 설치된 장치의 구동을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 제어부는 해석데이터에 기초하여 수용가에 공급되는 유량이 예상값보다 작은 것으로 판단되는 경우, 그 수용가를 통과하는 공급관(12)에 공급되는 유량이 증가되도록 지역난방열공급망(10) 상의 밸브(15a) 또는 펌프 등을 제어할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 지역난방열공급망(10) 해석장치는 배관데이터 획득부(310), 프로세서(330), 제1저장장치(341), 저장장치(340)및 표시부(350)의 적어도 일부를 포함한다. 지역난방열공급망(10) 해석장치의 구성 및 기능은 위에서 설명한 해석방법을 수행하기 위한 장치들의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

프로세서(330)는 제1프로세서(331) 및 제2프로세서(332)를 포함할 수 있다. 제1프로세서(331)는 배관데이터 및 입력데이터를 이용하여 유체의 유동에 대한 제1산출데이터를 산출한다. 제2프로세서(332)는 배관데이터, 입력데이터, 및 제1산출데이터를 이용하여 지역난방열공급망(10)내부의 열의 이동에 대한 제2산출데이터를 산출한다.

실시간데이터 송신장치(15)는 입력데이터의 적어도 일부를 기 설정된 시간을 주기로 프로세서(330)에 실시간으로 송신한다. 프로세서(330)는 실시간데이터가 송신한 실시간데이터를 이용하여 시간에 따라 변화하는 지역난방열공급망(10)의 상태에 상응하는 데이터를 산출할 수 있다. 저장장치(340)는 입력데이터 및 산출데이터의 적어도 일부를 시계열적으로 저장할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

15: 실시간데이터 송신장치
11: 가열구간
12: 공급관
13: 소요구간
14: 환수관
310: 배관데이터 획득부
330: 프로세서
340: 저장장치
350: 표시부

Claims

배관 및 상기 배관 내부의 유체를 포함하는 지역난방열공급망 해석방법에 있어서,
상기 배관의 구조를 나타내는 배관데이터를 프로세서가 수신하는 배관데이터 수신과정;
상기 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 상기 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 입력데이터를 상기 프로세서가 수신하는 입력데이터 수신과정;
상기 배관데이터 및 상기 입력데이터를 이용하여 상기 프로세서가 상기 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 상기 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 산출데이터를 산출하는 산출과정; 및
저장장치가 상기 배관데이터의 적어도 일부, 상기 입력데이터의 적어도 일부, 및 상기 산출데이터의 적어도 일부를 포함하는 해석데이터를 시계열적으로 저장하는 저장과정을 포함하되,
상기 입력데이터는,
상기 해석데이터; 및
상기 지역난방열공급망에 설치된 실시간데이터 송신장치로부터 기 설정된 시간을 주기로 상기 프로세서에 송신되는 상기 지역난방열공급망의 물리적 상태, 및 상기 유체의 유동 중 적어도 하나에 대한 실시간데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
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제 1항에 있어서,
상기 배관데이터는 상기 배관의 적어도 하나의 구간의 단면적, 길이 및 열 손실계수 중 적어도 하나에 대한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
제 6항에 있어서,
상기 산출과정은,
상기 배관데이터 및 상기 입력데이터를 이용하여 상기 유체의 유동에 대한 제1산출데이터를 상기 프로세서가 산출하는 제1산출과정; 및
상기 배관데이터, 상기 입력데이터 및 상기 제1산출데이터를 이용하여 상기 프로세서가 상기 지역난방열공급망 내부의 열의 이동에 대한 제2산출데이터를 산출하는 제2산출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 7항에 있어서,
상기 실시간데이터는, 상기 배관의 적어도 하나의 지점에서의 상기 유체의 압력에 대한 실시간 압력데이터, 및 상기 배관의 적어도 하나의 지점에서의 상기 유체의 유량에 대한 실시간 유량데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 8항에 있어서,
상기 제1산출과정은,
상기 유체가 유동하여 상기 배관의 해석구간을 관통하는 데에 걸리는 시간을 적어도 하나의 상기 해석구간 각각에 대하여 나타내는 통과시간 데이터를 상기 프로세서가 산출하는 과정을 포함하되,
상기 제1산출데이터는 상기 통과시간 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 9항에 있어서,
상기 입력데이터는, 상기 배관의 주변온도에 대한 주변온도 데이터를 더 포함하고,
상기 제2산출데이터는, 상기 배관의 적어도 하나의 지점에서의 상기 유체의 온도에 대한 온도데이터를 포함하되,
상기 제2산출과정은, 상기 프로세서가 상기 배관데이터 및 상기 주변온도 데이터를 이용하여 상기 온도데이터를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 10항에 있어서,
상기 배관데이터를 상기 프로세서가 수신하는 과정은,
상기 배관의 단면적이 변화하는 지점, 밸브가 설치된 지점, 및 상기 유체의 상호 분리된 복수의 유동영역이 상기 유체의 유동방향을 따라 합쳐지는 지점, 및 상기 유체의 유동영역이 상기 유체의 유동방향을 따라 분리되는 지점을 포함하는 적어도 하나의 절점에 대한 절점데이터를 배관데이터 획득부가 획득하는 과정;
적어도 하나의 상기 절점에 의하여 정의되는 복수의 단위배관 중 적어도 하나의 단면적, 길이 및 열 손실계수에 대한 단위배관 데이터를 획득하는 과정;
상기 유체의 상호 분리된 복수의 유동영역이 상기 유체의 유동방향을 따라 합쳐지는 합류지점에 대한 합류지점 데이터를 상기 배관데이터 획득부가 획득하는 과정; 및
상기 프로세서가 상기 절점데이터, 상기 단위배관 데이터 및 상기 합류지점 데이터를 수신하는 과정을 포함하되,
상기 배관데이터는 상기 절점데이터, 상기 단위배관 데이터 및 상기 합류지점 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 11항에있어서,
상기 합류지점 데이터를 획득하는 과정은,
상기 배관데이터 획득부가 복수의 상기 단위배관의 시작점에 대한 데이터를 획득하는 과정;
상기 배관데이터 획득부가 복수의 상기 단위배관의 도착점에 대한 데이터를 획득하는 과정; 및
상기 도착점에 대한 데이터 및 상기 시작점에 대한 데이터를 이용하여 적어도 하나의 상기 절점 중 어느 것이 상기 합류지점인지에 대한 데이터를 상기 배관데이터 획득부가 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하되,
여기서 상기 시작점은 유체가 유입되는 지점을 의미하고, 상기 도착점은 상기 유체가 유출되는 지점을 의미하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 12항에 있어서,
상기 온도데이터를 산출하는 과정은, 상기 프로세서가 상기 합류지점 데이터를 이용하여, 상기 절점이 상기 합류지점인지 여부에 따라 상기 절점의 온도에 대한 데이터를 다르게 산출하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 13항에 있어서,
상기 제2산출과정은, 적어도 하나의 상기 단위배관에 대하여 상기 프로세서가 상기 온도데이터를 이용하여 상기 단위배관의 열손실률에 대한 데이터를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
제 14항에 있어서,
상기 배관은, 상기 유체가 가열되는 가열구간의 유출구로부터 상기 유체가 상기 가열구간에서 전달받은 열에너지를 수용가에 전달하는 구간인 소요구간의 유입구까지 유동하는 경로를 정의하는 공급관, 및 상기 유체가 상기 소요구간의 유출구로부터 상기 가열구간의 유입구에 되돌아올 때까지 유동하는 경로를 정의하는 환수관을 포함하되,
상기 산출과정은, 상기 공급관 및 상기 환수관에 대하여 독립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 15항에 있어서,
상기 제1산출데이터는,
상기 배관의 적어도 하나의 지점에서의 상기 유체의 압력에 대한 산출압력 데이터, 및
상기 배관의 적어도 하나의 지점에서의 상기 유체의 수두에 대한 수두데이터,
상기 유체가 유동하여 상기 배관의 기준지점과 상기 배관의 해석지점을 연결하는 기준구간을 관통하는 데에 걸리는 시간을 적어도 하나의 상기 기준구간에 각각에 대하여 나타내는 경과시간 데이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 16항에 있어서,
상기 해석데이터에 상응하는 상기 지역난방열공급망의 물리적 정보를 표시부가 시각적으로 표시하는 가시화과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제 17항에 있어서,
상기 저장과정은,
제1저장장치가 상기 해석데이터를 저장하는 과정; 및
제2저장장치가 상기 해석데이터 중 갱신 대상이 되는 데이터를 임시저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지역난방열공급망 해석방법.
제11항에 있어서,
상기 산출과정은,
상기 절점이 상기 합류지점이 아닌 경우, 수학식
를 이용하여 상기 절점의 온도에 대한 데이터를 산출하고,
상기 절점이 상기 합류지점인 경우, 수학식
을 이용하여 상기 절점의 온도에 대한 데이터를 산출하는 과정인 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
제12항에 있어서,
상기 절점 중 어느 것이 합류지점인지에 대한 데이터를 배관데이터 획득부가 산출하는 과정은,
상기 절점이 적어도 2개의 단위배관의 시작점인 경우 분류지점인 것으로 판단하고, 상기 절점이 적어도 2개의 단위배관의 도착점이 경우 합류지점인 것으로 판단하는 과정인 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
제1항에 있어서,
상기 입력데이터를 사용자가 입력하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방열공급망 해석방법.
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