KR19990011588A

KR19990011588A - 초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR19990011588A
Application number: KR1019970034727A
Authority: KR
Inventors: 박정로
Original assignee: 박정로
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR100245587B1

Abstract

본 발명은 고층빌딩의 공조수(空調水) 제어방법 및 공조수 제어시스템에 관한 것으로, 다수의 열원기기와 순환펌프로 구성되고, 순환되는 유량을 공급하는 1차순환펌프계와 열원공급계의 유량을 받아 출력시키고, 다수계의 순환펌프와 펌프콘트롤밸브 및 그 순환펌프와 펌프콘트롤밸브에 병렬로 연결된 다수개의 압력도피 및 유지밸브로 구성된 2차 순환펌프계와 상기 2차순환펌프계의 출력측에 연결되어 각각 저,중,고층부계통으로 순환되는 순환라인과 상기 순환라인의유량을 감압후 일정한 압력으로 유지시켜 귀환시키는 감압 및 유지밸브로 이루어진 귀환 순환계로 구성되어 지역열원을 사용하지 않는 단위 건물이고층빌딩에 적합한 시스템일뿐만 아니라, 에너지절약효과 및 공간활용의 이점등이 있으며, 공조배관 수제어시스템의 내부압력을 일정하게 유지하여 안정되게 구동시킬 수가 있다,

Description

초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법 및 그 시스템

본 발명은 고층빌딩의 공조배관계 공조수(空調水)제어 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공조설비기기로는 냉동기, 냉각탑, 보일러, 공조기, 송풍기, 열교환기, 순환펌프 등을 들수 있는데 이들중 1차 열원기기(냉동기 및 보일러 등)는 대부분이 수(水)회로로 되어 있기 때문에 수압의 영향을 직접적으로 받는다.

수직적으로 높아진 초고층 건물의 설비시스템은 일반 건물에서 적용되는 시스템과는 다르게 초고층 건물의 특성에 맞는 시스템을 고려하여야만 된다, 초고층 빌딩에 있어서는 높이에 따라 압력이 증가하기 때문에 공조설비의 수배관계에 작용하는 높은 압력을 적정한 압력범위로 유지하는 것이 필요하다.

이러한 현상은 점차 빌딩들이 고층화가 되어 가는 추세에 있기 때문에 초고층 건물의 설계시에 환경 및 기능적인 측면에서 공조설비의 역활이 더욱 중요시되고 있다.

이와 같은 초고층빌딩 공조설비에서의 수배관계 압력제어시스템 장치를 구현화하기 위하여 선진외국의 기술이 도입되는 실정이나, 현실에 있어 우리나라의 주변사정과 맞지 않아 여러가지 곤란한 점이 발생되는 것이었다.

현재까지 가장 우수한 기술로 주목받고 있는 공조배관계 제어시스템은 도1과 같은 장치가 구현되고 있다.

즉, 각각 수개의 층으로 이루어진 저층부계통(100), 중층부계통(200), 고층부계통(300)은 그림과 같은 공조수 시스템으로 이루어지고 있다, 이 시스템의 원리는 다음과 같다.

이 순환시스템의 냉수 2차순환펌프계(2구역)의 순환펌프(P11,P12,P13)를 통하여 공급되는 열매는 각각의 저, 중, 고층부계통으로 순환되도록 되어 있다. 개폐(shut down)밸브 (SV1,SV2,SV3,SV4)을은 순환펌프(P11,P12,P13)들과 연동되게 구성되어 펌프정지시에 밸브의 압력누설을 방지하는 보조기능을 갖고 있다. 순환펌프(P11,P12,P13)와 병렬로 차압밸브 (DPV1,DPV2,DPV3)들을 설치하여 설정된 차압력보다 클때 높은쪽(토출측)의 압력을 바이패스시켜 줄 수 있도록 구성하여 출력측(p3)의 압력변화를 해소하고 있었다. 이와같이 공급측에서 공급된 냉수는 저층부계통(100), 중층부(200), 고층부계통(300)의 배관라인을 따라 순환되어 귀환하는 것으로 귀환측(p2)에서는 상승된 압력을 감압시켜 다시 공급측으로 보내고 있다.

이 경우를 살펴보면, 귀환측(p2) 에서 공급되는 냉수는 감압밸브들(PRV1,PRV2)에 의하여 감압시킨후 냉수 1차 순환펌프계(4구역)로 보내고 있다, 여기서 M1,M2,M3는 유량계이고, (5구역)은 서어지탱크 부분의 그림이다.

이때 감압된 열매(수)는 1차 순환펌프(P1,P2,P3,P4)와 열원기기(CH1,CH2,CH3,CH4)에서 냉각(또는 가열)된 열매(수)가 다시 2차 순환펌프(P11,P12,P13)를 통하여 2차 순환펌프계(2구역)로 유입되는 것으로 1차순환펌프계의 순환펌프(P1,P2,P3,P4)들과 냉수 2차 순환펌프계의 순환펌프(P11,P12,P13)들은 냉난방기의 사용에 따라 구동되는 도시되지 아니한 콘트롤 패널의 제어신호에 의하여 구동하게 된다

이와같은 공조수 시스템에서 냉수를 순환시 감압한후 재공급측에 보내고 있으나, 내부기기의 내부 공급측 (p1)이 향상 일정한 압력을 유지하여만 한다. 내부 공급측압력(p1)이 압력의 변동이 생기는 경우에는 시스템이정상적으로 구동하지 못하는 문제점이 생기는 것이었다. 이 시스템을 국내의 초고층건물에 적용한 사례가 있었으나 모두 실패했다.

그 원인은 공급측의 순환펌프(P11,P12,P13)들을 통하여 각각의 층에 냉수를 공급할때에 생기는 공급측(p3)의 압력변동을 차압밸브(DPV1,DPV2,DPV3)로서 차압만을 해소하고 있고, 환수측의 압력은 감압밸브로 1차측 만을 제어하고 있으므로 1차측의 압력변동에 생기게되면 따라서 2차측의 압력은 변동(상승)하게 된다. 또한 밸브의 난조형상(헌팅)및 잔류편차(오프셋)에 의한 압력의 변동이 생길 경우에 내부측으로 역류하여 증가되는 압력을 방지할 수 없기 때문에 재순환시마다 공급측(p1)의 내부압력이 점차로 상승하여 시스템이 구동할 수 없는 문제점이 이 시스템을 적용한 국내의 초고층건물들에서 발생하고 있었다.

그러나 선진외국의 경우에는 대개 지역열원의 공급방식을 사용하는 시스템으로서 도1에 도시된 라인 (LS,LR)에 외부의 지역열원 배관라인에 연결되는 방식을 사용하고 있기 때문에 내부 압력변화를 흡수할 수 있도록 되어 있는데 반하여 우리나라의 경우에는 지역열원의 사용이 일반적이지 않기 때문에 이 시스템을 적용하기가 곤란한 것이었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본발명의 목적은 지역열원을 사용하지 않는 단위 건물의 고층빌딩에 적합한 고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법 및 그시스템을 제공하고자 하는 것이다.

다른 목적은 공조수 제어시스템의 내부 압력을 일정하게 유지한채 안전되게 운전할 수 있는 고층빌딩의 공조수 제어방법 및 공조수 제어시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로서 초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법은 저층부계통, 중층부계통, 고층부계통이 배관망으로 구성된 고층빌딩에 있어서,

초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법은 저층부계통, 중층부계통, 고층부계통이 배관망으로 구성된 고층빌딩에 있어서, 냉난방 공급을 위한 공조계 배관계의 압력제어를 위하여 순환펌프계를 통하여 공급되는 유량을 부하(출력)에 따라 가변 비례되게 공급되게 함과 동시에 공조수제어부의 공급측 압력을 일정하게 유지하는 공급과정과, 상기 공급과정을 통하여 각각의 저,중,고층부계통을 순환하면서 냉난방을 공급하는데 시스템의 압력을 설비기기의 안전한 사용압력으로 유지하는 유지과정되, 상기의 유지과정을 통하여 순환되는 귀환측의 압력을 자체유압에 의하여 비례제어식으로 감압하고, 공조수제어부의 압력을 일정하게 유지시키는 감압과정과 상기 감압과정을 통하여 감압된 압력을 순화펌프쪽으로 보내는 귀환과정으로 이루어진다.

또한 본 발명의 초고층빌딩의 공조배관계 시스템은, 저,중,고층부계통으로 공조배관이 구성 및 설치되고, 공급순환펌프계 및 귀환순환계로 이루어진 고층빌딩에 있어서, 다수의 열원기기와 순환펌프로 구성되고, 순환되는 유량의 공급하는 1차 순환펌프계와; 열원공급계의 유량을 받아 출력시키고, 다수계의 순환펌프와 펌프콘트롤밸브 및 그 순환펌프와 펌프콘트롤밸브에 병렬로 연결된 다수개의 압력도피 및 유지밸브로 구성된 2차 순환펌프계와 상기 2차 순환펌프계의 출력측에 연결되어 각각 저,중,고층부계통으로 순환되는 순환라인과; 상기 순환라인의 유량을 감압후 일정한 압력으로 유지시켜 귀환시키는 감압 및 유지밸브로 이루어진 귀환순환계로 구성된다.

그리고 본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과정을 살펴보면, 초고층빌딩의 공조배관계 수제어시스템에서 공조수 제어부의 내부압력을 일정하게 유지하는 것은 매우 어려운 과제이다,

본 발명에서는 상술한 바와같이 시스템의 운전중에 발생되는 밸브의 난조현상(hunting) 및 잔류펀차(off-set)현상에 의한 압력변동(상승), 펌프의 기동·정지(on-off)시 마다에 발생되는 수격작용 및 냉수낙하에 의한 압력변동(상승)을 원활하게 제어하기 위하여는 우선적으로 시스템의 압력선도와 특성, 펌프의 조거등을 종합적으로 파악하여 시스템구성을 하고 적합한 압력콘트롤(control)밸브를 선정할 필요가 있으며, 다음과 같은 특성을 기술적으로 적용하여 해결하고 있다.

(1)수압의 문제(excessive pressure)

수배관 시스템에서 발생하는 여러가지 문제들의 중요한 원인중의 하나가 과도한 압력에 의한 경우가 많다, 수배관 시스템에서의 압력문제가 공조수 감압시스템의 압력문제에도 같이 적용된다고 생각할 수 있다, 과도한 압력은 설비의 작동에 어려움을 가져올 뿐 아니라 보수 및 관리의 여러가지 면에서 비용을 증가시킨다.

만일 어떤 장비나 시스템의 운전이 특별히 고압을 필요로 하지 않으면 토출구의 최대압력 (예: 12,5kg/cm²)을 초과하도록 구성하는 것은 불합리하며 가능하면 최대압력(예:10,5kg/cm²)을 제한하는 것이 바람직하다.

(2) 압력제어밸브(pressure reguating valve)의 선택

본 시스템에 사용되는 압력제어밸브는 다음과 같다.

1) 압력 감압 및 유지밸브 (pressure reducing pressure sustaining valve)

2) 압력 도피 및 유지밸브 (pressure relief pressure sustaining valve)

3) 펌프 콘트롤밸브 (booster pump control valve)가 있다.

위의 밸브들은 압력제어밸브들이며 일종의 감압밸브에 필요한 기능을 부가한 고급기능을 가진 밸브이다, 이것들의 기본적인 특성은 공통적으로 같이 적용될 수 있다.

감압밸브 (pressure regulating valve)는 사용압력을 설정된 최대압력 (예:12,5kg/cm²)이하로 줄이는데 적용할 수 있는 최적의 방법이다, 감압밸브 이외에도 압력을 줄일수 있는 방법은 여러가지가 있으나 이러한 방법중에는 요구수량이 변하거나 흡입측(inlet)압력이 변할때 일정한 범위안에서 압력을 유지할 수 없는 경우도 있다.

설치된 감압밸브가 미리 정해진 설계압력보다 훨씬 더 감압시켜서 문제가 생기는 경우가 있다, 이는 단순히 스프링교체나 조절로만 문제를 해결할 수가 없다.

이러한 대부분의 문제는 적절하지 못한 밸브의 사이즈와 부적절한 밸브의 선택에서 기인한 것으로 즉, 밸브의 용량이 부족하여 필요유량 활보를 위해 토출압력이 강하하여 생기는 문제이다, 그러므로 용량이 작은 밸브를 충분한 크기의 밸브로 교체하면 된다.

한편 너무 큰 밸브 역시 문제를 초래하며 또한 작은유량과 큰 유량 모두를 감당해야만 하는 유량변동폭이 크게 설계된(over sized)감압밸브는 운전시에 높은 소음을 내고, 최소유량이 흐를 경우에는 밸브시트(seat)가 아주 조금 열리므로 그로 인해 와이어드로잉(wire-drawing)과 시트(seat)의 침식(erosion)이 생길수 있다.

감압밸브의 크기와 선택은 매우 중요하며 밸브의 크기는 밸브가 설치된 배관의 크기에 정확하게 맞추기보다는 유속을 낮추어 안정된 압력으로 유량을 운반하도록 밸브가 설치될 배관보다 좀 작은 것이 좋다.

밸브의 유량은 흡입측(inlet)과 토츨측(outlet)의 압력차에 의해 조절된다. 압력차가 클수록 유량은 적아지는데 이때 압력차가 지나치게 크면 밸브가 공동현상(cavitation)을 일으켜 소음(noise)과 채털링(chattering:밸브디스크가 반복하여 밸브시트를 두드리는 불안정한 상태)이 생긴다.

그리고 과다한 감압은 공동현상(cavitation)을 발생시키므로 공동현상의 특성을 이용하여 밸브를 선정한다, 공동현상의 발생지역에서 계속 사용하면 밸브에 심각한 손상을 주므로 필히 공동현상의 발생지역 밖의 부분에서 선정해야 한다.

만약 압력강하가 공동현상의 발생지역에 있을 때에는 2단감압을 하여 사용한다, 1단감압의 경우 감압밸브는 고장시에 주밸브가 닫히는 구조가 되게하고, 2단감압의 경우 고압측 감압밸브는 고장시 개방하고, 저압측 감압밸브는 고장시 닫히는 구조가 되도록 한다.

(4) 병렬연결(paralled installaction)

큰 유량 변화의 폭이 요구될때, 1개의 밸브를 선정하면 이 밸브는 필요한 압력으로 감압하면서 작은 유량과 큰 유량의 양쪽을 모두 만족시켜야 한다. 아주 작은 유량이 필요할 때 밸브시트는 아주 조금만 열리고 또 즉시 닫혀야 한다. 이 과정이 반복되면 작동부의 과도한 마모와 아울러 채털링현상을 야기시킨다, 그리고 소음의 원이 되기도 한다.

구경이 크고 작은 2개의 밸브를 병렬로 설치하면 이런 문제를 해결할 수 있다.

요구 유량이 작을때는 소용량에 적합하도록 설계된 작은 구경의 밸브가 열리고, 이때 밸브 시이트는 최대로 열려서 부드럽고 조용한 자동운전이 되도록한다.

요구 유량이 작은 밸브의 용량이상으로 유량이 증가되면 대구경의 밸브가 큰 유량을 공급하기 위해 작동하게 된다, 통상 구경이 다른 2개의 밸브를 설치하는 경우 전체유량의 80% 대 20%의 배율로 하는 것이 좋다. 이때 대구경 밸브의 2차 압력을 시스템의 요구압력으로 설정하고 소구경 밸브의 2차압력은 이보다 약 0,5-1,0 bar정도 높게 설정하면 된다, 이렇게 하면 작은 밸브를 아주 작은 유량에서부터 밸브의 용량까지의 부하 범위에서 큰밸브가 잠겨 있는 동안에 작동하도록 할 수 있다.

도1은 지역열원에서 일반적으로 초고층빌딩에 널리 사용되고 있는 공조배관계 수감압시스템의 계통도,

도2는 본 발명의 실시예를 나타내고 있는 고층빌딩의 공조배관계 수감압시스템의 계통도

도3은 제 2도의 실시예에서 사용되고 있는 공조배관계 수감압시스템에 사용되는 감압 및 유지밸브의 블록다이어그램,

도4는 제 2 도의 실시예에서 사용되고 있는 공조배관계 수감압시스템에 사용되는 감압 및 유지밸브의 블록다이어그램

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 구역 : 공조수 제어부, 2 구역 : 2차 순환펌프계, 3구역 : 감압 및 유지밸브계, 4 구역 : 열원기기(냉동기 및 보일러)계, 5 구역 : 써어지 탱크 부분, P1,P2,P3,P4 : 1차 순환펌프, P11,P12,P13 : 2차 순환펌프, PCV1,PCV2,PCV3 : 펌프콘트롤 밸브, RSV1,RSV2,RSV3 : (pressure relilef sustaining valve ) 압력도피 및 유지밸브, RV1,RV2,RV3 : (relief valve) 압력도피밸브, CV1,CV2,CV3 : (check valve)역지밸브, PRSV1,PRSV2,PRSV3 : (pressure reducing sustaining vqlve) 감압 및 유지밸브, M1,M2,M3 : (meter) 유량계, p1 : 기준압력(기기안전을 감안한 설게압력), p2 : 환수압력(귀환측압력), p3 : 펌프토출압력, DPV1,DPV2,DPV3 : (differantial pressure valve) 차압밸브, PRV1,PRV2 : (pressure reducing valve) 감압밸브, SV1, SV2, SV3, SV4 : (butter fly valve) 개폐밸브로 사용, CH1, CH2, CH3, CH4 : 냉동기, 보일러, 냉온수기등의 열원기기, ET : (expantion tank) 팽창탱크, 100 : 저층부계통 냉난방부하, 200 : 중층부계통 냉난방부하, 300 : 고층부계통 냉난방부하

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예를 구체적으로 나타낸 고층빌딩의 공조배관계 수감압 시스템을 나타내고 있다.

도시된 저층부계통(100), 중층부계통(200), 고층부계통(300)는 도시하지 아니한 공조수 제어시스템용 배관이 각각 설치되어 있고, 각각의 저층부계통(100),중층부(200),고층부(300)은 배관망으로 구성되어 공조수 제어부(1구역)와 연결된다.

배관계통의 상부에 설치된 서어지탱크(5구역)에 연결되어 있는 RV1,RV2,RV3는 압력도피밸브이고, CV1,CV2,CV3는 역류방지용 밸브이다.

공조수 제어부 (1구역)는 내부에 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)와 그것과 연결된 유량계 (M1,M2,M3)와, 상기 유량계를 통하여 연결되는 열원기기 및 냉수 1차 순환펌프(P1,P2,P3)와, 상기 냉수 1차 순환펌프(P1,P2,P3)의 냉수를 공급받아 외부로 출력하는 냉수 2차 순환펌프계(2구역)로 구성되어 있다.

냉수 제1차 순환펌프계(4구역)는 다수개의 순환펌프(P1,P2,P3)와 열원기기 (CH1,CH2,CH3)로 구성되고, 냉수 2차 순환펌프계(2구역)는 다수계의 순환펌프(P11,P12,P13)와 펌프콘트롤밸브(PCV1,PCV2) 및 상기 순환펌프(P11,P12,P13)와 펌프콘트롤밸브(PCV1,PCV2)에 병렬로 연결된 다수개의 압력도피 및 유지밸브(RSV1,RSV2,RSV3)로 구성되어 있다.

여기서 ET는 냉수1차 순환펌프계에 연결된 팽창탱크이다.

그리고 열원기기(CH1,CH2,CH3,CH4)는 냉방시에는 냉동기, 난방시에는 보일러등을 나타낸다,

이와같이 이루어진 본 발명의 냉수감압시스템의 각 구성픔이 가지고 있는 기능들은 시스템을 구성하는데 매우 중요한 것으로 먼저 설명에 앞서 그 주요기능 및 특징등을 정리하면 다음과 같다.

① 감압 및 유지밸브 ( pressure reducing pressure sustaining valve)

압력 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)는 2가지의 독립된 기능을 자동으로 실행할 수 있다, 그것은 밸브 2차측의 압력을 일정하게 유지하는 기능과,1차측의 제약받지 않은 한정된 최소한의 압력을 유지하는 (sustaining)기능이 있다, 이 기능은 본 발명의 냉수감압시스템의 가장 중요한 기능이다.

감압기능은 2차측 압력이 미세하게 변동하여도 응답하므로 밸브의 2차측의 설정(요구)압력을 즉시 일정하게 유지 할 수 있게 해준다,

그 내부는 도3의 블록다이어그램과 같은 것으로 감압 및 유지밸브(PRSV)의 1차측과 2차측은 감압 및 유지밸브(PRSV)를 중심으로 각각 1차측 압력센서(SS1)와 2차측 압력센서 (SS2)및 써비스 밸브(GV1,GV2)로 구성되어 있다, ST는 여과기이다.

따라서 압력 감압 및 유지밸브(PRSV)는 기준압력이 되는 2차측을 항상 설정압력 상태를 유지하면서 동시에 1차측의 압력을 설정압으로 유지되게 하는 밸브이다. 1차측압력이 낮아지면 센서 (SS1)에서 압력이 감지되고 감압 및 유지밸브(PRSV)가 파이로트콘트롤에 의하여 자동으로 닫히게되고 압력이 상승되어 일정한 압력이 유지된다. 만약, 부가된 압력이나 귀환된 압력이 2차측 압력을 높게하면, 센서(SS2)에서 감지하여 감압 및 유지밸브(PRSV)가 닫히게 되어 역류현상을 예방한다.

특히, 압력유지의 기능은 수직높이가 서로 다른 배관에서 상부구역과 밸브의 헌팅현상(hunting)및 과부하가 일어나는 하부구역사이의 배관에 설치하여 상부구역의 압력부족 현상을 막을 수 있고, 높이가 큰 배관의 높은 압력이 낮은 배관으로 흐르는 현상을 막아주는 역할을 한다.

②압력 도피 및 유지밸브 (pressure relief and prssure sustaining valve)

압력 도피 및 유지밸브(RSV1,RSV2,RSV3)는 1차측 압력을 일정하게 유지시키는 밸브로서 파이로트 콘트롤에 의해 조정된다. 이 밸브의 압력 도피 및 유지기능은 일정한 압력만 공급되도록 바이패스(by-pass)시켜 부하를 덜어주는 기능을 갖고 있다.

따라서 기준압력점 (p1)의 압력을 일정하게 유지하는 배압제어(back pressure control)기능 및 상부압력인 1차측의 압력을 조정된 압력이 유지되도록 하는 역할을 한다.

③펌프 콘트롤 밸브(booster pump control valve)

펌프 콘트롤밸브(PCV1,PCV2,PCV3)는 펌프의 기동과 정지시에 발생하는 배관계의 서어지 (surge)를 해소기능 및 토출압력을 제어하기 위해 부스터펌프(냉수순환펌프)의 토출측 배관에 설치하는 밸브이다.

밸브가 닫혀 있는 상태에서 펌프가 돌아가기 시작하면 파이로트용 전자식 콘트롤 밸브에 전원이 공급되어 밸브는 서서히 열리기 시작하면서 차츰 배관내의 압력을 펌프의 양정까지 올라가게 한다.

펌프에 정지신호가 가해지면 파이로트용 전자식 콘트롤밸브로 공급되던 전원이 차단되어 밸브는 서서히 닫히고 유량을 감소시켜 간다, 이와같이 밸브가 닫혀지면 펌프와 밸브사이에 전기적으로 내부가 록(lock)이 되는 리미트 스위치(limit switch)를 동작시켜 펌프의 전원을 차단시키게 되고 따라서 펌프는 정지하게 된다.

만약에 전원이 갑자기 차단된 경우(정전의 경우)에는 내장된 체크밸브(check valve)가 닫혀지는 순간에 흐름이 정지되며, 솔레노이드(solnoid)나 다이아프램(diaphragm)의 위치에 상관없이 밸브를 닫아 역류를 방지한다.

④ 서어지 탱크 (surge tank)

공조배관계에서 서어지탱크(5구역)는 다음과 같은 기능을 갖고 있다.

압력제어밸브들이 서로 다른 개방시간이나, 폐쇄시에 생기는 압력변동 요인을 조절하는 기능을 한다. 콘트롤밸브가 급격하게 닫힐때에 서어지 작용을 방지하고 보급수 탱크기능 및 급격한 압력팽창이 될때에 릴리이프밸브가 열려서 압력을 도피시킨다.

⑤ 팽창탱크 (expansion tank)

공기가압식 밀폐탱크로서 가압탱크, 공기압축기(air compressor)공기 도피밸브, 물도피밸브, 긴급도피밸브, 보급수라인, 경보장치 등으로 되어있다.

감압시스템의 운전시 환수헤더(기준압력 설정점)의 압력변동을 흡수하고, 시스템의 정지시 온도상승에 의한 물의 팽창량을 흡수하여 항상 환수헤더내의 압력을 일정하게 유지되도록 하여 시스템의 운전이 정상적이 되도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명에서 물의 순환과정을 살펴보면, 먼저 본 발명에서는 기준이 되는 공조수제어부(1구역)의 내부압력을 항상 일정하게 유지하여야 한다.

이와같이 내부 압력이 일정하게 유지된 상태에서 저,중,고층부계통(100),(200),(300)에서 사용되는 열원의 제어에 따라 도시되지 아니한 콘트롤제어부가 작동하여 1차 순환펌프계(4구역) 및 2차순환펌프계(2구역)의 순환펌프를 구동시키게 된다. 먼저 1차순환펌프계(4구역)의 순환펌프(P1,P2,P3,P4)가 구동하여 열원기기(CH1,CH2,CH3,CH4)를 통하여 2차 순환펌프계(2구역), 보내진 냉수를 순환펌프(P11,P12,P13)가 작동하여 펌프콘트롤밸브(PCV1,PCV2,PCV3)를 통하여 출력하여 저,중,고층부계통 냉난방 부하기기로 순환하게 된다, 이때 펌프콘트롤밸브는 단속적인 온오프방식이 아니라 비례제어식으로 개폐되기 때문에 공급측 (p1)과 출력측(p3)의 압력을 비교하여 압력의 변동이 없도록 비례제어식 개방을 하여 냉수를 공급하게 된다.

또한 병렬로 연결된 압력도피 및 유지밸브(RSV1,RSV2,RSV3)는 비례제어식으로 공급측(p3)의 압력이 높을때에는 초과압력을 바이패스시켜서 압력을 유지되게 하면서 공조수제어부(1구역)의 압력(p1)은 어떠한 경우에라도 항상 일정한 압력을 유지할 수가 있게 된다.

이때 써지탱크는 초과압력의 도피 및 보급수탱크의 기능으로서 물을 저장할 수 있게 하고 있다. 귀한되는 열매(수)는 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)를 통하여 유량계(M1,M2,M3)을 거쳐 1차 순환펌프계(4구역)로 귀환한다.

감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)는 도 3 에 나타낸 기능을 갖고 있는 것으로 귀환측(p2)과 내부측(p1)의 압력을 내부센서로 비교하여 일정한 압력으로 공급할 수 있도록 밸브를 비례제어식으로 개방하면서 귀환하게 되므로 공조수 제어부(1구역)의 내부의 압력이 일정하게 유지되면서 순환하게 된다. 이 순환된 냉수는 상술한 바와같이 1차 순환펌프계(4구역)의 순환펌프(P1,P2,P3,P4)를 통하여 상기와 같이 정상적인 순환과정을 반복하게 된다, 이때 팽창탱크(ET)는 기준압력(p1)의 압력이 팽창될때 팽장압력을 흡수 조절할 수 있는 역할을 하는 정상적인 구동을 하게된다.

이하 본 발명에서 비상 조치시의 구동은 다음과 같이 동작하고 있다, ( 단 여기에 표시된 압력숫자는 설계에 따라 다를수 있음)

정압점(기중압력점)은 저층부 배관 정수두압과 같게 6,0kg/cm²로 하고 있다.

밸브의 오프셋트(off-set)및 헌팅(hunting)에 의하여 (저압점)압력이 상승될때에는 팽창탱크가 팽창된 압력(물)을 흡수한다, 팽창탱크내의 물이 공기실의 압력을 상승시키게 되고 공기압력이 셋팅압력(6,2kg/cm²)이상이 되면 배기밸브가 열려서 공기를 방출한다.

그후에도 계속 물의 압력이 상승하여 설정된 압력(6,4kg/cm²)이 되면, 물도피밸브가 열려서 물을 도피시킨다.

그래도 계속 물의 압력이 상승하면, 경보장치가 작동하여 경보를 발하면서 긴급도피밸브가 열려서 물을 도피시킨다.

환수헤더(기준압력점)의 압력이 하강하여 5,8kg/cm²가 되면, 공기압축기가 작동하여 탱크내의 압력 (6,0kg/cm²)으로 상승시킨다.

그후에도 계속 압력이 하강하면 보급수밸브가 열려 물을 보충하게되고, 그래도 계속 압력이 하강하면, 5,3kg/cm²에서 저압경보가 울리면서 시스템을 정지시키는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은, 수감압시스템의 콘트롤 밸브들은 기계적으로는 통상의 콘트롤밸브와 동일하지만 기능은 필요에 따라 다양하게 선택하여 설계·적용할수 있다.

압력유지밸브는 밸브 1차측의 압력을 일정하게 제어한다, 즉, 감압시스템에 적요된 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)는 밸브의 1차측은 정수두압력을 유지(sustaining)하면서, 2차측은 기준정압점으로 압력을 일정하게 유지시킨다.

시스템의 운전시 압력의 변화에 대하여는 공조수제어부(1구역)의 기준점의 압력 즉 공급측(p1)이 정상상태에서, 순환펌프가 가동하면, 공급측(p1)의 유량은 감소하게 되고 압력은 하강하게 된다. 이때 순환펌프 토출측의 압력은 상승한다, 순환펌프 토출측 압력이 증가하여 상승하면 펌프콘트롤밸브(PCV1,PCV2,PCV3)가 서서히 열리게 되어 토출측 압력이 서서히 상승하게 된다. 부하기기(공조기 등)를 거쳐서 귀환된 유량은 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)로 흐르게 된다. 이때에 감압 및 유지밸브의 1차측인 귀환측(p2)의 압력이 상승하게 되고 상승된 압력은 감압 및 유지밸브(PRSV1,PRSV2,PRSV3)를 열리게 한다, 이와같이 되어 시스템은 정상적인 유량의 순환이 형성되게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 운전시 공조수제어부(1구역)의 압력을 항상 일정한 상태로 유지하면서 유량을 공급하고, 순환시 귀환되는 압력에 따라 공조수제어부(1구역)의 입력이 변화되지 않도록 한것으로 다음과 같이 시스템의 안정성, 및 경제성에서 크게 기여할 수가 있다.

(1) 시스템의 안정성

본 발명의 시스템에 적용된 자력식 밸브들은 배관에의 압력변화를 더이아프램에서 파이로트배관을 통하여 감지하고 유체자체의 압력으로 작동되므로 시스템을 안정되게 유지할 수가 있다.

(2)시스템의 경제성

초고층 건물에서 공조배관계의 수압력제어에 가장 일반적으로 채택되는 열교환방식과 비교할때 본 발명의 감압시스템이 월등하게 에너지 절약효과 및 경제성이 있는 것으로 판단되었다.

Claims

초고층빌딩의 공조배관계 공조수 제어방법은 저층부계통, 중층부계통,고층부계통이 배관망으로 구성된 고층빌딩에 있어서,

냉난방 공급을 위한 공조계 배관계의 압력제어를 위하여 순환펌프계를 통하여 공급되는 유량을 부하(출력)에 따라 가변 비례되게 공급되게 함과 동시에 공조수제어부의 공급측 압력을 일정하게 유지하는 공급과정과,

상기 공급과정을 통하여 각각의 저,중,고층부계층을 순환하면서 냉난방을 공급하는데 시스템의 압력을 실비기기의 안전한 사용압력으로 유지하는 유지과정과,

상기의 유지과정을 통하여 순환되는 귀환측의 압력을 자체유압에 의하여 비례제어식으로 감압하고, 공조수제어부의 압력을 일정하게 유지시키는 감압과정과, 상기 감압과정을 통하여 감압된 압력을 순환펌프쪽으로 보내는 귀환과정으로 이루어진 초고층빌딩의 공조수 제어방법.
저,중,고층부계통으로 공조배관이 구성 및 설치되고, 공급순화펌프계 및 귀환순환계로 이루어진 고층빌딩에 있어서,

다수의 열원기기와 순환펌프로 구성되고, 순환되는 유량을 공급하는 1차순환 펌프계와; 열원공급계의 유량을 받아 출력시키고, 다수계의 순환펌프와 펌프콘트롤밸브 및 그 순환펌프와 펌프콘트롤밸브에 병렬로 연결된 다수개의 압력도피 및 유지밸브로 구성된 2차 순환펌프계와; 상기 2차 순환펌프계의 출력측에 연결되어 각각 저,중,고층부계통으로 순환되는 순환라인과; 상기 순환라인의 유량을 감압후 일정한 압력으로 유지시켜 귀환시키는 감압 및 유지밸브로 이루어진 귀환순환계로 구성된 고층빌딩의 공조수 제어시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 1차순환펌프계의 순환펌프와 2차 순환펌프계의 순환펌프는 각 부하기기의 사용량을 감지하는 콘트롤제어부의 신호에 따라 구동되는 것을 특징으로 하는 초고층빌딩의 공조수 제어시스템.
제 2 항에 있어서, 순환라인에 설치된 서어지탱크에는 압력도피밸브와 역지밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초고층빌딩의 공조수 제어시스템.
제 2 항에 있어서, 1차 순환펌프계에는 팽창압력을 흡수·도피·조절할 수 있는 팽창탱크를 설치한 것을 특징으로 하는 초고층 빌딩의 공조수 제어 시스템.
제 2 항에 있어서, 귀환순환펌프계의 감압 및 유지 밸브는 입력측과 출력측에 설치된 감지센서와, 써비스밸브로 구성시켜 2차측의 압력을 일정하게 유지하고, 1차측의 압력을 유지할 수 있게 비례제어식으로 제어되도록 구성한 초고층빌딩의 공조수 제어시스템.
제 2 항 또는 제 6 항에 있어서, 귀환순환계에 설치되는 압력 감압 및 유지밸브는 고층의 압력을 감압시에는 공동현상방지를 위해 2단으로 연결되게 설치한 것을 특징으로 하는 초고층빌딩의 공조수 제어시스템.
제 2 항 또는 제 6 항에 있어서, 순환 펌프계에 설치되는 순환펌프는 고층으로 2차 가압이 되도록 2단으로 연결되게 설치한 것을 특징으로 하는 초고층빌딩의 공조수 제어시스템.