KR102502146B1 - 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법 - Google Patents

인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법에 관한 것으로서, 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, (1) 최고 회전수(최고 주파수)에서 개별 부스터 펌프의 실제 성능을 측정하고, 측정한 성능 데이터를 회귀분석함으로써, 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3 ; 최고 회전수에서의 양정-유량 곡선)을 구하는 단계(S110)와, (2) 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3)으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max, Q2max, Q3max)을 합한 시스템의 최대 유량(Qsys-max)과 설정양정(Hset)이 만나는 점을 사양점(M)으로 정의하고, 설정양정(Hset)에서 건물에 설계된 손실수두(HPL)를 뺀 값을 최저사용양정(H0)으로 정하고, 최저사용양정(H0)과 사양점(M)을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)으로 설정하는 단계(S120)와, (3) 현재의 측정 양정(Hb)이 입력되면, 현재 구동중인 부스터 펌프의 대수를 감안하여, 최고 회전수가 아닌 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 유량(Qb)을 연산하고, 최고 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max+Q2max)과 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 연산 유량(Qb)을 합하여 측정 양정(Hb)에 대응하는 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 구하는 단계(S130)와, (4) 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 가변기준선(Cu1)의 1차 방정식에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하고, 목표양정(Hu1)으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수(fu1)를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수(fu1)로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계(S140)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법{VARIABLE PRESSURE CONTROL METHOD OF INVERTER BOOSTER PUMP}
본 발명은 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선을 구하고, 성능 곡선으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량을 합한 시스템의 최대 유량과 설정양정이 만나는 점을 사양점으로 정의하고, 설정양정에서 건물에 설계된 손실수두를 뺀 값을 최저사용양정으로 정하고, 최저사용양정과 사양점을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선으로 설정하며, 현재의 측정 양정이 입력되면, 측정 양정에 대응하는 시스템의 유량을 구하고, 시스템의 유량을 가변기준선의 1차 방정식에 대입하여 목표양정을 구하고, 목표양정으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수로 구동되도록 가변압 제어를 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제10-1870564호(2018년 6월 18일, 등록)에 "배관손실을 감안한 급수펌프의 유량에 따른 가변 압력 회전수 제어 방법"이 소개되어 있다.
상기 배관손실을 감안한 급수펌프의 유량에 따른 가변 압력 회전수 제어 방법은 펌프의 유량에 대한 양정을 최대회전수에서 측정하는 단계(S1); 유량이 0에서의 최저사용양정과 정격사양점의 최대유량에서의 최고사용양정을 설정하는 단계(S2); 최저사용양정, 최대회전수 그리고 체절양정을 주파수-양정 상사법칙의 수학식에 대입하여, 최저사용양정을 제공하기 위한 펌프의 최소회전수를 계산하는 단계(S3); 최저사용양정, 최고사용양정 그리고 최대유량을 수학식에 대입하여 계수 a를 구하는 단계(S4); 최저사용양정, 계수 a를 수학식에 대입하여 유량이 0에서부터 최대유량까지 가변기준선의 유량 Q에 대한 양정 H 방정식을 구하는 단계(S5); 최소회전수, 최대회전수 및 최대유량을 수학식에 대입하여, 임의의 유량 Q에서 유량 영향 회전수 증가분 △fQ를 계산하는 단계(S6); 최소회전수, 최대회전수, 최저사용양정, 최고사용양정, 체절양정을 수학식에 대입하여, 가변기준선의 임의의 유량 Q에 대응되는 양정 H에서 양정 영향 회전수 증가분 △fH를 계산하는 단계(S7); 임의의 유량 Q에서의 회전수 증가량 △fQH를 수학식으로 계산하는 단계(S8); 최대유량에서의 회전수 증가량 △fQH, 최소회전수 및 최대회전수를 수학식에 대입하여 보정인자 C를 구하는 단계(S9); 보정인자 C, 최소회전수 및 회전수 증가량 △fQH를 수학식에 대입하여, 가변기준선 상의 임의의 유량 Q에 대한 회전수 f를 계산하는 단계(S10); 가변기준선 상의 임의의 유량 Q에서 양정 H에 대한 회전수 f를, 다음의 수학식으로 계산하는 단계(S11); 및 가변기준선을 따르는 양정 H를 기준으로 펌프의 회전수 f를 제어하는 단계(S12)로 구성된다.
그러나, 상기 배관손실을 감안한 급수펌프의 유량에 따른 가변 압력 회전수 제어 방법은 배관마찰손실에 대한 가변기준선의 기울기를 단순화된 수학식을 사용하는 것으로 되어있으며, 건물에 설계된 배관의 종류와 사이즈 등을 고려하지 못한 것으로 2차 방정식의 기울기가 0 보다 큰 아래로 볼록한 형태로써 유량이 상대적으로 소폭 증감할 때의 가변기준선에 대한 압력이 실제 배관마찰손실수두를 고려한 시스템곡선보다 낮을 수 있으므로 제어함에 있어 정확한 가변압력에 대한 정보를 제공할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선을 구하고, 성능 곡선으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량을 합한 시스템의 최대 유량과 설정양정이 만나는 점을 사양점으로 정의하고, 설정양정에서 건물에 설계된 손실수두를 뺀 값을 최저사용양정으로 정하고, 최저사용양정과 사양점을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선으로 설정하며, 현재의 측정 양정이 입력되면, 측정 양정에 대응하는 시스템의 유량을 구하고, 시스템의 유량을 가변기준선의 1차 방정식에 대입하여 목표양정을 구하고, 목표양정으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수로 구동되도록 가변압 제어를 함으로써, 직선인 1차 방정식의 가변기준선이 아래로 볼록한 2차 곡선 형태의 이론 가변기준선 보다 항상 높게 설정되어, 사용처서 사용하는 유량이 변하여도 측정양정이 항상 이론 가변기준선 보다 높게 유지되어, 사용처로 공급되는 물의 공급이 중단되는 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 이론 가변기준선을 기준으로 목표양정을 설정하는 것보다 에너지 소비 효율면에서 나쁘지만, 설정양정선을 기준으로 하는 것보다 효율이 월등히 좋고, 물의 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어 안정적인 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법의 일례는,
인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
(1) 최고 회전수(최고 주파수)에서 개별 부스터 펌프의 실제 성능을 측정하고, 측정한 성능 데이터를 회귀분석함으로써, 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선을 구하는 단계와,
(2) 성능 곡선으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량을 합한 시스템의 최대 유량과 설정양정이 만나는 점을 사양점으로 정의하고, 설정양정에서 건물에 설계된 손실수두를 뺀 값을 최저사용양정으로 정하고, 최저사용양정과 사양점을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선으로 설정하는 단계와,
(3) 현재의 측정 양정이 입력되면, 현재 구동중인 부스터 펌프의 대수를 감안하여, 최고 회전수가 아닌 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 유량을 연산하고, 최고 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 최대 유량과 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 연산 유량을 합하여 측정 양정에 대응하는 시스템의 유량을 구하는 단계와,
(4) 시스템의 유량을 가변기준선의 1차 방정식에 대입하여 목표양정을 구하고, 목표양정으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
(1) 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선을 구하는 단계(S110)는 H-Q 곡선(양정-유량 곡선)에 대한 2차 함수식으로부터 Δt동안 입력된 데이터들로부터 각각의 계수들의 잔차의 제곱합을 수학식 1과 같이 계산하고, 미지의 계수값들의 잔차에 대한 최소값을 구하기 위하여 각 계수에 대한 미분을 행하여, 2차 함수식의 계수를 구함으로써, 최고 회전수에서의 성능 곡선을 연산하게 되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112021062339471-pat00001
여기서, Sr은 잔차의 제곱합, n은 Δt동안 입력된 데이터의 개수이고, A, B, C는 구해야할 계수임.
(3) 측정 양정에 대응하는 시스템의 유량을 구하는 단계(S130)는
① 최고 회전수에서의 성능 곡선을 기준으로 하여, 최고 주파수가 아닌 구동 주파수로 구동중인 어느 한 부스터 펌프의 구동 주파수와 양정이 입력되면, 수학식 2과 같은 양정과 구동 주파수에 대한 상사법칙을 통해 최고 주파수일 때의 양정을 연산하는 단계와,
[수학식 2]
Figure 112021062339471-pat00002
여기서, 구동 주파수(fb)와 양정(Hb)은 제어부로 입력되는 상수값이고, 최고 주파수는 60Hz로 정해져 있음.
② 최고 회전수의 성능 곡선에서 양정에 대응하는 유량을 구하는 단계와,
③ 최고 회전수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량과 위에서 구한 구동 주파수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량을 합한 유량을 구하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
(4) 시스템의 유량을 가변기준선의 1차 방정식에 대입하여 목표양정을 구하고, 목표양정으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계는
① 상기 유량을 수학식 3과 같은 1차 방정식의 가변기준선에 대입하여 목표양정을 구하는 단계와,
[수학식 3]
Figure 112021062339471-pat00003
여기서, 기울기 a=배관손실(HPL1)/유량(Qa)이고, 배관손실(HP1L)은 설계값으로 상수로 주어지고, H0는 최저사용양정으로 급수높이(HH)+말단양정(HEP)임.
② 목표양정로부터 수학식 4와 같은 양정과 회전수의 상사법칙을 통해 목표 회전수를 연산하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법.
[수학식 4]
Figure 112021062339471-pat00004
여기서, 최고 주파수일 때의 양정(Hmax)과 목표양정(Hu1)이 상수로 주어짐.
이것에 의해, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법은 사용처서 사용하는 유량이 변하여도 측정양정이 항상 이론 가변기준선 보다 높게 유지되어, 사용처로 공급되는 물의 공급이 중단되는 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 이론 가변기준선을 기준으로 목표양정을 설정하는 것보다 에너지 소비 효율면에서 나쁘지만, 설정양정선을 기준으로 하는 것보다 효율이 월등히 좋고, 물의 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어 안정적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명을 설명하기 위해, 개별 부스터 펌프의 성능곡선을 도시한 것이다.
도 4는 개별 부스터 펌프의 최대 유량을 더하여, 시스템의 최대 유량을 구하고, 직선 형태인 1차 방정식의 가변기준선을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명을 설명하기 위해, 1차 방정식의 가변기준선을 기준으로 가변압 제어를 할 수 있도록, 목표양정과 목표양정에 대응하는 목표 회전수를 연산하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 2대의 부스터 펌프가 구동중에 1차 방정식의 가변기준선을 따라 가변압 제어하는 예와 측정양정이 1차 방정식의 가변기준선의 목표 양정보다 높았을 때 1차 방정식의 가변기준선을 따라 가변압 제어하는 예를 설명하기 위한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템은 유입 배관(L1)과 공급 배관(L2) 사이에 복수개의 부스터 펌프(21, 22, 23)가 병렬로 배열되고, 각각의 부스터 펌프(21, 22, 23)에 인버터(11, 12, 13)가 각각 1대1로 매칭되어, 각각의 부스터 펌프(21; 22; 23)가 자신의 인버터(11; 12; 13)에 의해 회전수가 제어되고, 공급배관(L2)에 압력센서(31)와 압력탱크(32)가 각각 장착되며, 압력센서(31)의 압력값이 제어부(15)로 제공되고, 압력센서(31)의 압력값을 바탕으로 제어부(15)가 각각의 인버터(11, 12, 13)를 통해 부스터 펌프(21, 22, 23)를 대수제어 또는 회전수 제어를 수행하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법을 설명할 때, 설명의 편의를 위해 부스터 펌프가 3대인 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 사용 유량 및 양정에 부스터 펌프의 대수를 달리할 수 있으며, 부스터 펌프의 대수를 달리하여도 본 발명의 청구범위에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법은 다음과 같다.
(1) 최고 회전수(최고 주파수)에서 개별 부스터 펌프의 실제 성능을 측정하고, 측정한 성능 데이터를 회귀분석함으로써, 도 3에 도시된 것처럼, 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수(최고 주파수)에서의 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3 ; 최고 회전수에서의 양정-유량 곡선)을 구한다(S110).
여기서, 설정양정(Hset)이 설정되면, 각각의 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3)에서 최대 유량(Q1max, Q2max, Q3max)이 결정된다.
(2) 이후, 도 4에 도시된 것처럼, 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3)으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max, Q2max, Q3max)을 합한 시스템의 최대 유량(Qsys-max)과 설정양정(Hset)이 만나는 점을 사양점(M)으로 정의하고, 설정양정(Hset)에서 건물에 설계된 손실수두(HPL)를 뺀 값을 최저사용양정(H0)으로 정하고, 최저사용양정(H0)과 사양점(M)을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)으로 설정한다(S120).
(3) 이후, 현재의 측정 양정(Hb)이 입력되면, 도 5에 도시된 것처럼, 현재 구동중인 부스터 펌프의 대수를 감안하여, 최고 회전수가 아닌 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 유량(Qb)을 연산하고, 최고 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max+Q2max)과 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 연산 유량(Qb)을 합하여 측정 양정(Hb)에 대응하는 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 구한다(S130).
(4) 이후, 도 5에 도시된 것처럼, 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 가변기준선(Cu1)의 1차 방정식에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하고, 목표양정(Hu1)으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수(fu1)를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수(fu1)로 구동되도록 가변압 제어를 한다(S140).
일반적으로, 도 4에서와 같이, 최저사용양정(H0)과 사양점(M)을 연결하는 이론 가변기준선(Cu2)은 급수높이(HH)+말단양정(HEP)+배관손실(HPL)이며, 급수높이(HH: Headheight)는 펌프로부터 아파트나 건물의 최상층까지의 높이를 의미하고, 말단양정(HEP: Headend Pressure)은 배관의 말단 부분에서 물이 유지하고 있어야 할 최소한의 양정(압력)을 의미하며, 배관손실(HPL: Headpipe Losses)은 주로 유체와 배관의 마찰에 의한 양정 손실값으로 유량의 제곱에 비례하여, 2차 방정식 곡선 형태를 갖는다. 따라서, 도 4에 도시된 것처럼, 이론 가변기준선(Cu2)은 아래로 볼록한 2차 곡선을 그리게 된다.
여기서, 이론 가변기준선(Cu2)를 기준으로 유량 및 양정을 제어할 경우, 사용처(세대)에서 사용하는 유량의 변화로 인하여 측정양정(Ha)이 이론 가변기준선(Cu2)에 도달하지 못하였을 경우가 발생하고, 이것에 의해 측정양정(Ha)이 이론 가변기준선(Cu2)의 목표양정(Hu2)에 도달할 때까지 물을 사용처로 공급하지 못하는 끊김 현상이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 물의 끊김 현상을 방지하기 위해, 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)을 기준으로 유량 및 양정을 제어하게 됨으로써(즉, 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)을 기준으로 목표양정을 설정하게 됨으로써), 직선인 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)이 아래로 볼록한 2차 곡선 형태의 이론 가변기준선(Cu2) 보다 항상 높게 설정됨으로써, 사용처(세대)에서 사용하는 유량이 변하여도 측정양정(Hb)이 항상 이론 가변기준선(Cu2) 보다 높게 유지되어, 세대(사용처)로 공급되는 물의 공급이 중단되는 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
즉, 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)을 기준으로 목표양정을 설정하는 것은 이론 가변기준선(Cu2)을 기준으로 목표양정을 설정하는 것보다 에너지 소비 효율면에서 나쁘지만, 설정양정선을 기준으로 하는 것보다 효율이 월등히 좋고, 물의 끊김 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어 안정적이다.
(1) 최고 회전수에서 개별 부스터 펌프의 성능곡선(Cp1, Cp2, Cp3)을 구하는 단계(S110)는 H-Q 곡선(양정-유량 곡선)에 대한 2차 함수식으로부터 Δt동안 입력된 데이터들로부터 각각의 계수들의 잔차의 제곱합(Sr)을 수학식 1과 같이 계산하고, 미지의 계수값들의 잔차에 대한 최소값을 구하기 위하여 각 계수에 대한 미분을 행하여, 2차 함수식의 계수를 구함으로써, 최고 회전수에서의 성능 곡선(Cp)을 연산하게 된다.
Figure 112021062339471-pat00005
여기서, Sr은 잔차의 제곱합, n은 Δt동안 입력된 데이터의 개수이고, A, B, C는 구해야할 계수임.
(3) 측정 양정(Ha)이 입력되면, 현재 구동중인 부스터 펌프의 대수를 감안하여, 최고 회전수가 아닌 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 유량을 각각 연산하고, 최고 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 최대 유량과 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 연산 유량을 합하여 측정 양정(Hb)에 대응하는 시스템의 유량(Qa)을 구하는 단계(S130)를 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
① 먼저, 도 5에 도시된 것처럼, 최고 회전수(60Hz)에서의 성능 곡선(Cp)을 기준으로 하여, 최고 주파수가 아닌 구동 주파수로 구동중인 어느 한 부스터 펌프의 구동 주파수(fb)와 양정(Hb)이 입력되면, 수학식 2과 같은 양정과 구동 주파수에 대한 상사법칙을 통해 최고 주파수일 때의 양정(Hmax)을 연산한다.
Figure 112021062339471-pat00006
여기서, 구동 주파수(fb)와 양정(Hb)은 제어부로 입력되는 상수값이고, 최고 주파수는 60Hz로 정해져 있어, 최고 주파수일 때의 양정(Hb-max)을 쉽게 구할 수 있다.
② 최고 회전수의 성능 곡선(Cp3)에서 양정(Hb-max)에 대응하는 유량(Qb)을 구한다.
③ 최고 회전수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량(Q1max+Q2max)과 위에서 구한 구동 주파수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량(Qb)을 합한 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 구한다.
(4) 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 가변기준선(Cu1)의 1차 방정식에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하고, 목표양정(Hu1)으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수(fu1)를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수(fu1)로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계(S140)는 다음과 같이 구현된다.
① 상기 유량(Q1max+Q2max+Qb = Qa)을 수학식 3과 같은 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구한다.
Figure 112021062339471-pat00007
여기서, 기울기 a=배관손실(HPL1)/유량(Qa)이고, 배관손실(HP1L)은 설계값으로 상수로 주어진다. 그리고, H0는 최저사용양정으로 급수높이(HH)+말단양정(HEP)이다.
② 이후, 목표양정(Hu1)로부터 수학식 4와 같은 양정과 회전수의 상사법칙을 통해 목표 회전수(fu1)를 연산한다.
Figure 112021062339471-pat00008
여기서, 최고 주파수일 때의 양정(Hmax)과 목표양정(Hu1)이 상수로 주어져, 목표 회전수(fu1)를 쉽게 구할 수 있다.
도 4 및 도 5는 측정양정(Hb)이 목표양정(Hu1)보다 낮아, 측정양정(Hb)이 목표양정(Hu1)으로 높여, 목표양정(Hu1)에 대응하는 목표 회전수(fu1)로 가변압 제어를 하는 것이 설명되어 있으나, 도 6에 도시된 것처럼, 측정양정(Hc)이 목표양정(Hu2)보다 높은 경우, 측정양정(Hc)이 목표양정(Hu2)으로 낮춰, 목표양정(Hu2)에 대응하는 목표 회전수(fu2)로 가변압 제어를 할 수 있으며, 이외에도, 측정양정(Hd)이 입력되었을 때 구동중인 부스터 펌프가 1개인 경우, 또는 측정양정(He)이 입력되었을 때 구동중인 부스터 펌프의 2개인 위에서 설명한 것과 같은 방식으로, 목표양정을 구하고, 목표양정에 대응하는 목표 회전수로 가변압 제어를 할 수 있다.
Cp1, Cp2, Cp3 : 성능 곡선 Hset : 설정양정
Qmax : 최대유량 HPL : 손실수두
H0: 최저사용양정 Cu1 : 1차 방정식의 가변기준선
Hu1 : 목표양정 fu1 : 목표 회전수

Claims (4)

  1. 인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서,
    (1) 최고 회전수(최고 주파수)에서 개별 부스터 펌프의 실제 성능을 측정하고, 측정한 성능 데이터를 회귀분석함으로써, 개별 부스터 펌프에 대한 최고 회전수에서의 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3 ; 최고 회전수에서의 양정-유량 곡선)을 구하는 단계(S110)와,
    (2) 성능 곡선(Cp1, Cp2, Cp3)으로 얻은 개별 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max, Q2max, Q3max)을 합한 시스템의 최대 유량(Qsys-max)과 설정양정(Hset)이 만나는 점을 사양점(M)으로 정의하고, 설정양정(Hset)에서 건물에 설계된 손실수두(HPL)를 뺀 값을 최저사용양정(H0)으로 정하고, 최저사용양정(H0)과 사양점(M)을 연결하는 직선을 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)으로 설정하는 단계(S120)와,
    (3) 현재의 측정 양정(Hb)이 입력되면, 현재 구동중인 부스터 펌프의 대수를 감안하여, 최고 회전수가 아닌 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 유량(Qb)을 연산하고, 최고 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 최대 유량(Q1max+Q2max)과 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 연산 유량(Qb)을 합하여 측정 양정(Hb)에 대응하는 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 구하는 단계(S130)와,
    (4) 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 가변기준선(Cu1)의 1차 방정식에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하고, 목표양정(Hu1)으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수(fu1)를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수(fu1)로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계(S140)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (1) 최고 회전수에서 개별 부스터 펌프의 성능곡선(Cp1, Cp2, Cp3)을 구하는 단계(S110)는 H-Q 곡선(양정-유량 곡선)에 대한 2차 함수식으로부터 Δt동안 입력된 데이터들로부터 각각의 계수들의 잔차의 제곱합(Sr)을 수학식 1과 같이 계산하고, 미지의 계수값들의 잔차에 대한 최소값을 구하기 위하여 각 계수에 대한 미분을 행하여, 2차 함수식의 계수를 구함으로써, 최고 회전수에서의 성능 곡선(Cp)을 연산하게 되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021062339471-pat00009

    여기서, Sr은 잔차의 제곱합, n은 Δt동안 입력된 데이터의 개수이고, A, B, C는 구해야할 계수임.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (3) 측정 양정(Hb)에 대응하는 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb = Qa)을 구하는 단계(S130)는
    ① 최고 회전수(60Hz)에서의 성능 곡선(Cp)을 기준으로 하여, 최고 주파수가 아닌 구동 주파수로 구동중인 어느 한 부스터 펌프의 구동 주파수(fb)와 양정(Hb)이 입력되면, 수학식 2과 같은 양정과 구동 주파수에 대한 상사법칙을 통해 최고 주파수일 때의 양정(Hmax)을 연산하는 단계와,
    [수학식 2]
    Figure 112021062339471-pat00010

    여기서, 구동 주파수(fb)와 양정(Hb)은 제어부로 입력되는 상수값이고, 최고 주파수는 60Hz로 정해져 있음.
    ② 최고 회전수의 성능 곡선(Cp3)에서 양정(Hb-max)에 대응하는 유량(Qb)을 구하는 단계와,
    ③ 최고 회전수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량(Q1max+Q2max)과 위에서 구한 구동 주파수로 구동되고 있는 부스터 펌프의 유량(Qb)을 합한 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 구하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (4) 시스템의 유량(Q1max+Q2max+Qb)을 가변기준선(Cu1)의 1차 방정식에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하고, 목표양정(Hu1)으로부터 구동 회전수로 구동중인 부스터 펌프의 목표 회전수(fu1)를 연산하여, 구동 주파수로 구동중인 부스터 펌프가 목표 회전수(fu1)로 구동되도록 가변압 제어를 하는 단계(S140)는
    ① 상기 유량(Q1max+Q2max+Qb = Qa)을 수학식 3과 같은 1차 방정식의 가변기준선(Cu1)에 대입하여 목표양정(Hu1)을 구하는 단계와,
    [수학식 3]
    Figure 112021062339471-pat00011

    여기서, 기울기 a=배관손실(HPL1)/유량(Qa)이고, 배관손실(HP1L)은 설계값으로 상수로 주어지고, H0는 최저사용양정으로 급수높이(HH)+말단양정(HEP)임.
    ② 목표양정(Hu1)로부터 수학식 4와 같은 양정과 회전수의 상사법칙을 통해 목표 회전수(fu1)를 연산하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터 부스터 펌프 시스템의 가변압 제어방법.
    [수학식 4]
    Figure 112021062339471-pat00012

    여기서, 최고 주파수일 때의 양정(Hmax)과 목표양정(Hu1)이 상수로 주어짐
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