KR20040088629A

KR20040088629A - 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형가변풍량 제어 시스템

Info

Publication number: KR20040088629A
Application number: KR1020030022567A
Authority: KR
Inventors: 백강철; 양인호
Original assignee: 바스코리아 주식회사
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR100508802B1

Abstract

본 발명에 따른 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량(VAV: Variable Air Volume) 제어 시스템은, 건물(20)안에 설치된 급기덕트(30)와 환기덕트(40),상기 급기덕트(30)의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치된 공기조화부(10), 상기 급기덕트(30)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼(510)를 구동하는 댐퍼 액츄에이터(530), 건물의 각 실내에 설치되어 상기 댐퍼액츄에이터(530)의 구동을 제어하는 변풍량조절기(500), 각 실내의 현재온도를 측정하여 상기 변풍량조절기(500)로 전송하는 실내온도감지기(520), 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)상에 설치된 온도감지기 및 압력감지기로부터 온도 및 압력 데이터를 전송받고 공기조화기(10)내의 풍속과 풍량을 인버터를 통하여 제어하는 직접 디지털 제어기(61), 및 통신라인에 의해 상기 직접 디지털 제어기(61) 및 상기 변풍량조절기(500)와 각각 접속되고 상기 직접 디지털 제어기(61)에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기(61)에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며 상기 변풍량조절기(500)의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙감시반(60)을 포함한다. 본 발명에 의하여 변풍량조절기(500)가 각 실의 내부에 별도로 설치되므로 변풍량조절기(500)의 고장이 발생한 경우 손쉽게 수리할 수 있으며, 가변풍량 제어를 위한 변풍량조절기(500), 댐퍼 액츄에이터(530) 및 풍량센서(540)가 각각 별개의 물품으로 제작되므로 어느 한 부분의 고장이 발생하였을 경우 그 부분만 교체할 수 있어 유지보수비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템{Variable Air Volume Control System Adapted for Korean Climate Offering Energy Saving and Easy Maintenance Optimum Control}

본 발명은 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 종래 건물의 각 실의 천장 위에 일체형으로 설치되었던 변풍량유닛(Variable Air Volume Unit)을 각각의 기능별로 분리시켜 변풍량조절기는 실내에 설치하고 풍량센서는 댐퍼 액츄에이터와 별도로 급기덕트내에 설치함으로써 재실자가 변풍량조절기를 조작하여 실내온도를 쾌적한 상태로 제어할 수 있고, 변풍량 설비의 고장이 발생한 경우 고장난 부분을 쉽게 찾아 그 부분만을 수리 또는 교체할 수 있도록 하여 유지보수 비용을 절감하도록 한 가변풍량 공기조화시스템에 관한 것이다.

공기조화(Air Conditioning)란 공기의 온도, 습도, 기류 및 청정(淸淨)등을 조절하여 실내의 사용목적에 적합한 상태로 유지시키는 것을 말한다. 현대사회에서는 도심지의 각종 업무용 빌딩, 공공기관의 건물 및 아파트, 콘도미니엄 같은 집합건물의 한정된 공간 안에 다중(多衆)이 밀집하여 생활하는 것이 일반화되어 있으며, 이들 장소에서의 재실자의 건강유지 및 업무효율 증진을 위하여는 실내공기의 온습도 및 청정을 항상 적절한 상태로 유지할 것이 요구된다.

건물의 공기조화 방식은 기계실내에 공조기를 설치하고 이 공조기에 의해 조화된 공기를 덕트(duct)를 통해 각 실로 공급하는 것을 기본으로 하는데, 공기의 분배방식을 기준으로 중앙방식과 개별방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 중앙방식은 중앙기계실에 설치된 열원설비(냉동기, 보일러 등)로부터 열매체(熱媒體; 냉·온수)를 생산하여 2차측에 설치한 공기조화기에 공급하고 이에 의해 조화된 공기를 각 실(室)이나 존(Zone)에 공급한다. 중앙 공조방식은 그 사용되는 열매체의 종류에 따라 전공기 방식(all air system), 수-공기 방식(air-water system) 및 전 수방식(all water system)으로 구분할 수 있다.

종래 사용된 건물의 중앙 공조방식은 각 실에 공급되는 공기의 온도 또는 풍량 중 어느 것을 변화시켜 실내의 부하변동에 맞출 것인가에 따라 정풍량 방식과 가변풍량 방식으로 나눌 수 있다. 이 중 정풍량 방식은 풍량을 일정하게 유지하면서 송풍온도를 변화시켜 실내의 부하변동에 대처하는 방식이며, 가변풍량 방식(VAV: Variable Air Volume System)은 송풍온도를 일정하게 유지하고 부하변동에 따라서 송풍량을 변화시킴으로써 실내온도를 제어하는 방식이다. 실내의 부하변동의 폭이 적은 곳에서는 급기온도를 일정하게 유지하는 가변풍량 방식이 주로 채용되며, 부하변동의 폭이 큰 곳에서는 급기온도를 가변하는 정풍량 방식이 주로 채용된다.

도1a 및 도1b를 참고하여 종래의 건물내에 설치된 가변풍량 공기조화 시스템을 설명한다. 도1a는 종래의 가변풍량 공기조화시스템의 개략적인 구성도이며, 도1b는 도1a의 변풍량유닛(50) 및 실내온도감지기(52)가 건물의 각 실의 천장 위와 실내에 각각 설치된 상태를 보인 사시도이다.

건물(20)내에는 복수개의 구분공간 또는 실(室)(21,22,23)이 존재하며 각 구분공간의 바닥 밑, 벽체 사이 또는 천장 위가 연통되어 형성된 통풍공간에는 급기덕트(30)와 환기덕트(40)가 설치된다. 상기 급기덕트(30)와 환기덕트(40)로부터 각각 분기된 급기안내덕트(35) 및 배기안내덕트(45)는 각 실(21,22,23)의 급기구(36) 및 환기구(46)와 연결되어 공조된 공기의 실내 배급 및 실내의 혼탁한 공기의 환기를 담당한다.

공기조화부(Air Handling Unit;10)는 냉수를 공급하는 냉동기(13), 온수를 공급하는 보일러(15), 외부에서 흡입된 공기와 귀환통로(47)를 통해 일부 귀환된 배출공기의 혼합기를 냉각코일(14), 가열코일(16) 및 가습기(17)에 의해 냉각감습 또는 가열가습하는 열교환기(11), 상기 열교환기에서 배출된 공기를 급기덕트(30)로 보내는 송풍기(18) 및 공기 중의 먼지 등을 거르기 위하여 열교환기(11)의 흡기부분에 설치된 에어필터(12)로 구성된다.

급기덕트(30)를 통해 공조된 공기가 각 실로 공급되는 한편, 실내의 혼탁한 공기는 환기구(46)를 통해 빨아들여진 다음 환기안내덕트(45)와 환기덕트(40)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 환기덕트(40)의 중간에 설치된 환풍기(42)는 실내측 환기덕트(40) 및 환기안내덕트(45)를 음압(陰壓)상태로 유지하여 실내의 공기가 환기덕트(40)를 통해 외부로 강제배출될 수 있도록 한다.

도1a에서 급기안내덕트(35)상에 설치된 변풍량(變風量)유닛(50)은 각 실로 공급되는 조화공기의 풍량을 가변하여 실내온도의 증감을 조절하는 역할을 담당한다. 상기 변풍량유닛(50)은 하나의 함체 안에 댐퍼 액츄에이터(Damper Actuator;53), 풍량센서(Flowmeter;미도시) 및 조절기(Controller; 미도시)가 일체형으로 제작되는데, 상기 조절기는 실내온도감지기(52) 및 풍량센서로부터 전송된 현재의 실내온도 및 풍량을 설정온도 및 설정풍량과 비교하여 댐퍼액츄에이터(53)에 제어신호를 출력하며, 이에 따라 댐퍼액츄에이터(53)는 댐퍼(51)의 개도(開度)를 조정한다. 이때, 상기 실내온도감지기(52)는 단순히 실내온도의 측정을 위한 기능만을 가지는 경우도 있고, 재실자가 희망하는 온도를 설정할 수 있도록 아날로그식 또는 디지털식으로 목표온도를 설정할수 있는 기능을 가지는 경우도 있다.

한편, 변풍량유닛(50)은 쌍방향 통신이 가능한 전송선로(70)(예를 들면, RS485 Bus Line)에 의하여 직접 디지털 제어기(DDC: Direct Digital Controller; 61)와 연결된다. 하나의 직접 디지털 제어기(61)에는 복수 개의 변풍량 유닛(50)이 접속되며, 급기덕트(30)및 환기덕트(40)안의 소정의 위치에 설치된 각종 센서들도 직접 디지털 제어기(61)와 접속된다. 또한, 건물내의 모든 직접 디지털 제어기(61)는 쌍방향 통신이 가능한 전송선로(70)에 의해 중앙감시반(CCMS: Central Controlling & Monitoring System; 60)과 연결된다.

이때, 전송선로(70)는 RS485 MS/TP(Multi Tasking/Token Passing), 백넷(BACnet), 론웍스(LonWorks) 등의 방법으로 구축할 수 있는데, 이중 특히 백넷은 서로 다른 회사의 빌딩자동화제품과의 자유로운 호환성을 제공하는 신종 개방 프로토콜로 중소형 사무빌딩의 통합제어에 적합하다고 알려져 있다.

중앙감시반(60)은 직접 디지털 제어기(61)를 통해 전달된 모든 변풍량유닛(50) 및 모든 센서의 정보를 중앙집중식으로 감시하고 제어할 수 있다. 예를 들어, 중앙감시반은 건물내의 각 실(21,22,23)에 대응되는 모든 변풍량유닛(50)의 설정온도 및 설정풍량, 댐퍼(51)의 개도(開度), 각 변풍량유닛의 고유번호(Address), 각 실의 현재의 실내온도 및 풍량을 감시하여 관리자가 볼 수있도록 모니터에 표시하며, 공조부하의 변동, 각 실의 변동상황(예를 들어 장기간 방을 비우는 경우) 및 재실자의 요구에 맞게 각각의 변풍량유닛(50)의 설정치(설정온도, 설정풍량, 댐퍼의 개도)를 변경하고, 댐퍼(51)를 임의로 개방하는 등의 조정을 할 수 있으며, TCP/IP, 이더넷(Ethernet)등의 통신 프로토콜을 통해 타 시스템에 정보를 공유시킬 수 있다.

도1a중 미설명부호 18a는 송풍기(18)안에 설치되어 급기덕트(30)로의 송풍량을 조절하는 송풍기조절변이며, 18b는 송풍기(18)안의 조화공기의 온도를 측정하는 온도감지기이고, 19는 급기덕트(30)안의 압력을 측정하는 정압센서이다. 그리고, 미설명부호 42a는 환풍덕트(40)의 개도를 조절하는 환풍기조절변이며, 42b는 환풍덕트(42)안의 온도를 측정하는 온도감지기이다. 상기 온도감지기(18b,42b) 및 정압센서(19)에서 측정된 온도와 풍량은 직접 디지털 제어기(61)를 거쳐 중앙감시반(60)으로 전달되며, 직접 디지털 제어기(61) 또는 중앙감시반(60)은 그 설치된 프로그램에 의하여 자동으로 또는 관리자의 조작에 의하여 수동으로 부하의 변동에 맞춰 송풍기조절변(18a) 및 환풍기 조절변(42a)의 개폐상태를 조정한다.

즉, 종래의 가변풍량 공기조화 시스템은 각 실의 천정 위에 설치된 변풍량유닛(50)이 현재의 실내온도 및 풍량을 설정온도 및 설정풍량과 비교하여 댐퍼(51)를 더 열거나 닫음으로써 각 실로의 급기풍량을 증감하고 이에 의해 점차적으로 각 실의 실내온도가 설정온도에 접근하도록 하는 비례제어방법을 채택하고 있었다.

한편, 미설명 부호 31a는 외부로부터 흡입되는 공기의 양을 조절하는 흡기조절변이며, 41a는 외부로 배출되는 공기의 양을 조절하는 배기조절변이고, 47a는 귀환통로(47)을 통해 급기덕트(30)로 되돌아가는 공기의 양을 조절하는 귀환조절변이다.

상기한 종래의 가변풍량 공기조화시스템은 다음과 같은 사용상 및 점검 보수상의 문제점이 있었다.

(1) 종래의 가변풍량 공기조화 시스템에서 각 실의 천장위에 설치되는 변풍량유닛(50)은 조절기(Controller), 풍량센서(Flowmeter) 및 댐퍼 액츄에이터(Damper Actuator)를 하나로 합체시킨 것이기 때문에 이들 구성부품 중 어느 하나라도 고장이 발생하면 해당 변풍량유닛이 설치된 구역의 천장을 뜯고 점검보수하여야만 하는 문제가 있었다. 또한, 변풍량유닛의 실제 설치위치가 건물의 공사도면과 정확하게 일치하지 않는 경우가 많기 때문에 점검할 변풍량유닛을 찾기 위해서 상당히 많은 천장판넬을 일일이 다 열어보아야 하는 불편이 있었다.

(2) 종래의 변풍량유닛(50)은 여러 개의 부품이 일체형으로 조립되어 있었고 수리용 교체부품도 제공되지 않았기 때문에 어느 하나의 부품이라도 고장이 발생하면 전체를 다 교체하여야 하는 문제점이 있었다. 특히, 급기덕트와 같이 먼지가 많은 곳에서는 조절기 및 풍량센서와 같은 전자부품의 고장이 자주 발생하는데, 어느 한 부분이 고장이 발생하면 다른 부분은 멀쩡한 데도 불구하고 매번 유닛 전체를 새로 교체하여야 하기 때문에 유지보수에 많은 비용이 소모되는 단점이 있었다.

(3) 종래의 가변풍량 공기조화시스템에서 실내벽체에 실내온도조절기(온도감지기능, 온도설정 기능 및 표시기능을 갖춘 것임;52)를 설치할 공간이 부족해 실내온도조절기(52)를 생략하고 부득이 천정안에다 온도감지기만을 설치할 경우에는 재실자가 실제로 체감하는 실내온도가 변풍량 유닛(50)에 정확히 반영되지 못할 뿐만 아니라 재실자가 설정온도를 변경할 수도 없으므로 쾌적한 냉난방을 구현하기 어려운 단점이 있었다.

(4) 종래의 가변풍량 공기조화시스템에서는 변풍량유닛(50)이 직접 디지털 제어기(61)의 확장포인트를 이용하여 중앙감시반(60)과 연결되어 있었기 때문에 통신라인에 하자가 있거나 직접 디지털 제어기(61) 또는 중앙감시반(60)의 컴퓨터가 다운되어 통신이 끊어질 경우에는 전체 변풍량유닛(50)의 작동이 불가능하게 되고 재실자가 송풍량을 조절할 방법이 없게 되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기 첫 번째 문제점을 극복하기 위하여 종래 일체형으로 제작되던 변풍량유닛을 각각의 기능별로 분리시켜 변풍량 조절기(V-ZCU: Variable Air Volume을 위한 Zone Control Unit), 풍량센서 및 댐퍼 액츄에이터를 별개의 물품으로 제작하고, 이 중 변풍량조절기는 실내에, 풍량센서와 댐퍼 액츄에이터는 급기덕트내에 따로 설치함으로써, 변풍량 조절기에 고장이 발생하였을 경우에는 천장을 뜯고 보수할 필요 없이 실내에서 쉽게 보수할 수 있도록 한 한국형 가변풍량(VAV) 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 두 번째 문제점을 극복하기 위하여 변풍량 조절기, 풍량센서 및 댐퍼 액츄에이터를 별개의 물품으로 제작하여 결선함으로써 어느 한 부분에 고장이 발생하면 고장이 발생한 부분만을 교체하면 되도록 하여 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량(VAV) 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다음으로, 본 발명은 상기 세 번째 및 네 번째 문제점을 극복하기 위하여 변풍량조절기와 댐퍼 액츄에이터 간을 변풍량조절기와 중앙감시반과의 통신라인에 의해 영향받지 않는 별도의 독립적인 라인으로 구성하여, 중앙감시반과의 연결이 중단된 경우에도 변풍량조절기가 댐퍼 액츄에이터를 구동할 수 있으며, 변풍량조절기가 작동오류상태에 놓인 경우에도 변풍량조절기의 비상스위치를 조작하여 댐퍼의 개도를 수동으로 조정할 수 있도록 한 한국형 가변풍량(VAV) 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1a는 종래의 가변풍량 공기조화시스템의 개략적인 구성도이며, 도1b는 도1a의 변풍량유닛(50) 및 실내온도감지기(52)가 건물의 각 실의 천장 위 및 그 실내에 각각 설치된 상태를 보인 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.

도3은 도2의 개선된 가변풍량 제어 시스템 중 건물의 각 실내에 설치된 변풍량조절기(500)와 외부 장치들간의 연결상태도이다.

도4는 도2 및 도3에 도시된 변풍량조절기(500)의 내부구성 블록도이다.

도5는 본 발명에 따른 개선된 가변풍량 제어 시스템에 있어서 변풍량조절기(500)와 외부장치들간의 단자결선 상태도이다.

도6a는 도4의 변풍량조절기(500)내부의 전원부(501)의 회로도이다.

도6b는 도4의 변풍량조절기(500)내부의 중앙처리부(508)와 키입력부(502), 메모리(509), 표시부(505a,505b) 및 딥스위치부(507)간의 결선상태를 보인 회로도이다.

도6c는 도4의 변풍량조절기(500)내부의 온도 및 풍량입력부(504)와 제어신호출력부(508c)중 댐퍼액츄에이터의 구동에 관한 부분의 회로도이다.

도6e는 도4의 변풍량조절기(500)내부의 제어신호출력부(508c)중 팬코일유닛(Fan Coil Unit)의 구동에 관한 부분의 회로도이다.

도7a 및 도7b는 본 발명에 따른 개선된 가변풍량 제어 시스템에서 채용된 풍량센서(540)의 두 가지 실시예의 사시도이다.

*도면 중 주요부분에 관한 부호의 설명*

10: 공기조화부 11: 열교환기

12: 에어필터 13: 냉동기

14: 냉각코일 15: 보일러

16: 가열코일 18: 송풍기

30: 급기덕트 40: 환기덕트

46: 환기구 50: 변풍량 유닛

51: 댐퍼 52: 실내온도감지기

53: 댐퍼모터 60: 중앙감시반(CCMS)

61: 직접디지털 제어기 70, 700: 통신라인

500: 변풍량조절기 510: 댐퍼

520: 실내온도감지기 530: 댐퍼액츄에이터

540: 풍량센서

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량(VAV) 제어 시스템은, 건물(20)의 각 구분공간의 바닥 밑이나 벽체 사이 또는 천장 윗면의 연통된 통풍공간 안에 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내덕트들(35)을 가진 급기덕트(30); 상기 통풍공간 안에서 상기 급기덕트(30)와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들(45)을 가진 환기덕트(40); 상기 급기덕트(30)의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 및/또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기(11) 및 상기 열교환기(11)를 통과한 공기를 상기 급기덕트(30)의 실내측으로 보내는 송풍기(18)를 갖는 공기조화부(10); 상기 급기덕트(30)의 급기안내덕트(35)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼(510)를 구동하는 댐퍼액츄에이터(530), 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터(530)의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기(500)를 구비하는 구역별 변풍량제어부; 상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도를 측정하여 상기 변풍량조절기(500)로 전송하는 실내온도감지기(520); 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)상에 설치된 온도감지기 및 압력감지기로부터 온도 및 압력 데이터를 전송받고 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기(61); 및 쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기(61) 및 상기 변풍량조절기(500)와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기(61)에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기(61)에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기(500)의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙감시반(60);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 한국형 가변풍량(VAV) 제어 시스템을 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 의하여 개선된 가변풍량(VAV) 제어 시스템의 개략적 구성도이고, 도3은 도2의 개선된 가변풍량 제어 시스템 중 건물의 각 실내에 설치된 변풍량조절기(500)와 주변 외부장치들간의 연결상태도이고, 도4는 도2 및 도3에 도시된 변풍량조절기(500)의 내부구성 블록도이다.

본 발명에 의해 개선된 가변풍량 제어 시스템에서 건물의 각 실별 공급풍량을 조절하는 구역별 변풍량제어부는 급기덕트(30)의 급기안내덕트(35)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼를 구동하는 댐퍼 액츄에이터(530), 및 건물의 각 실안에 설치되고 상기 댐퍼 액츄에이터(530)의 구동을 제어함으로써 각 실로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기(V-ZCU: Variable Air Volume을 위한 Zone Control Unit; 500)로 구성되어 있다.

종래 기술과 비교할 때 본 발명은 종래의 가변풍량 공기조화시스템의 변풍량유닛(도1a의 도면부호 50 참조)의 각 구성부분을 독립화시켜 변풍량조절기(500), 댐퍼 액츄에이터(530) 및 풍량센서(540)를 별개의 독립적인 물품으로 제작하고 설치하였다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

우선, 변풍량조절기(500)는 건물(20)의 각 실(21,22,23)의 벽에 재실자가 접근하여 조작하기 쉬운 높이(대략 지상으로부터 1m 20cm 정도)로 설치되며, 댐퍼액츄에이터(530)는 댐퍼(510)와 인접하여 설치되고, 풍량센서(540)는 상기 댐퍼(51)의 직전에 따로 설치된다.

도2 및 도4를 참조하면, 변풍량조절기(500)는 키입력부(502)를 통해 설정온도 및 설정풍량을 입력시킬 수 있으며, 이렇게 입력된 설정온도와 설정풍량은 메모리(509)에 저장된다. 변풍량조절기(500)는 각 실의 적당한 위치에 설치된 외장형 실내온도감지기(520) 및 상기 풍량센서(540)와 연결되어, 그들로부터 전송된 현재의 실내온도 및 풍량을 메모리(509)에 저장된 설정온도 및 설정풍량과 비교하고 필요한 연산과정을 수행함으로써 댐퍼 액츄에이터(530)에 제어신호를 출력한다.

본 발명에서는 종래 하나의 함체 내에 일체형으로 제작되었던 변풍량조절기(500), 댐퍼 액츄에이터(530) 및 풍량센서(540)를 이와 같이 각각 분리형으로 설치하고, 특히 변풍량 조절기(500)를 실내에 따로 설치함으로써, 만약 변풍량조절기(500)에 고장의 원인이 있는 경우에는 굳이 천장을 뜯을 필요없이 손쉽게 수리할 수 있다. 또한, 고장의 원인이 있는 부품만을 교체할 수 있으므로 유지 보수의 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

도2의 개선된 한국형 가변풍량 제어 시스템에서는 변풍량조절기(500)가 직접 디지털 제어기(61)와 연결되는 것이 아니라 별도의 통신라인(700)에 의해 중앙감시반(CCMS: Central Controlling & Monitoring System; 60)과 직접적으로 연결된다. 본 발명의 변풍량조절기(500)는 종래의 변풍량유닛 안에 내장되어 있던 제어부(Contorller)의 기능을 포함하면서 거기에다 추가적으로 직접 디지털 제어기(61)와 같은 정도의 연산기능과 통신기능을 더 갖춘 것으로서 직접 디지털 제어기(61)의 간여없이 직접적으로 중앙감시반(60)과 통신하면서 설정온도, 설정풍량, 현재 온도, 현재 풍량, 댐퍼의 개도(開度)등과 같은 모든 정보를 공유한다.

종래의 공기조화시스템에서는 중앙감시반(60)이 변풍량유닛(도1a의 도면부호 50)의 모든 정보를 감시할 수는 있었지만 재실자가 실내온도조절기(도1a 및 도1b의 도면부호 52)로써 설정해 놓은 설정온도값을 변경시킬 수는 없었는데(아날로그 타입의 실내온도조절기는 다이얼의 위치를 변경시키기 위한 별도의 기계적 구성을 갖지 않으므로 중앙감시반에서 실내온도조절기의 설정온도를 변경할 수 있는 수단이 없었으며, 디지털 타입의 실내온도조절기도 중앙감시반에 의해 설정온도 및 설정풍량을 변경할 수 있는 구성은 제공되지 않았음), 본 발명에 의한 개선된 한국형 가변풍량 제어 시스템은 변풍량조절기(500)와 중앙감시반(60)이 당해 구역(zone)에대한 모든 정보를 공유할 뿐만 아니라 중앙감시반(60)이 변풍량조절기(500)의 설정값을 원격으로 변경시킬 수 있으며 변풍량조절기(500)의 설정값도 동시에 바뀌는 점에서 차이가 있다.

이러한 구성에 의해서 예를 들어 재실자가 방의 설정온도를 높여 놓고 외출한 경우에도 중앙감시반에서 그 방의 이상 온도를 감지하고 원래의 정상값으로 복귀시키는 것이 가능하며, 그 밖에 건물내의 각 방의 상황에 따라 방마다 서로 다른 설정온도 및 설정풍량을 부여하는 것도 가능하다. 즉, 관리원이 일일이 각 방마다 방문하여 설정온도 및 설정풍량을 변경시키지 않더라도 중앙감시반에서 각 방의 정보를 모니터링하면서 각 방의 사용여부, 배치상태(건물의 내부에 위치하였는가 또는 외주부에 위치하였는가), 계절적 요인 등에 따라 서로 다른 설정온도 및 설정풍량을 부여할 수 있는 것이다.

도4를 참고하면, 본 발명의 변풍량조절기(500)는 교류 또는 직류전원을 입력받아 소정의 직류전원으로 변환하는 전원부(501), 온도설정 및 표시상태 변경 등의 명령을 입력할 수 있는 키입력부(502), 실내의 현재온도를 측정하여 전기신호로 출력하는 내장형 실내온도 감지부(504a), 상기 내장형 실내온도감지부(504a) 및 외장형 실내온도감지부(520)가 병렬적으로 연결되고 이중 하나의 신호만을 선택적으로 입력받으며 상기 풍량센서(540)로부터 현재의 풍량값을 입력받는 온도 및 풍량 입력부(504), 상기 키입력부(502)로부터 전달받은 설정온도값과 상기 온도 및 풍량입력부(504)로부터 전달받은 현재의 실내온도 및 풍량을 비교연산하여 상기 댐퍼액츄에이터(530)에 댐퍼구동신호를 출력하는 중앙처리부(508), 상기 중앙처리부(508)에서 참조하는 설정온도값, 설정풍량값 및 기타 필요한 정보를 저장하는 메모리(509), 현재온도, 설정온도 및 작동상태를 표시하는 표시부(505), 휴대용 작업 터미널 및 랩탑 컴퓨터 등의 휴대용 외부 입력장치(Portable Operation Terminal; 506)와 접속되어 입출력을 처리할 수 있는 외부터미널 신호 입력부(506), 및 상기 변풍량조절기(500)의 고유번호 또는 주소(Address)를 설정하는 딥스위치(Dip Switch) 입력부(507)로 구성되어 있다. 이때, 상기 표시부(505)는 FND표시부(505a)와 LED표시부(505b)로 구성되는데, FND표시부(505a)는 온도, 풍량 등의 숫자와 간단한 메시지를 표시하며, LED표시부(505b)는 파워 온/오프, 이상경보 등을 표시한다.

한편, 상기 온도 및 풍량 입력부(504)에 병렬적으로 연결된 두 개의 실내온도 감지부 중 내장형 실내온도 감지부(504a)는 더미스터(Thermistor; 도6c의 도면부호 504a 참조)로 구성되어 변풍량조절기(500)내에 설치되며, 외장형 실내온도감지부(520)는 백금 측온 저항제(PT1000)를 이용하여 구성되고 실내 벽체의 적정한 위치에 설치된다. 상기 온도 및 풍량 입력부(504)는 외장형 실내온도감지부(520)에서 보내온 온도 데이터를 우선적으로 입력받도록 기본설정되며, 만약 외장형 실내온도감지부(520)를 설치할 곳이 마땅히 않아 생략한 경우에는 내장된 실내온도 감지부(504a)로부터 온도 데이터를 받아 비례제어과정을 수행한다.

그리고, 변풍량조절기(500)중의 중앙처리부(508)는, 키입력부(502) 및 온도 및 풍량 입력부(504)로부터 입력데이터를 수신하고 표시부(505)에 표시제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부(508a), 상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달받은 키입력이 설정온도값인 경우 상기 메모리(509)에 저장하고, 이를 상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달받은 현재 온도 및 현재 풍량과 비교 연산하여 비례제어신호를 출력하는 연산제어부(508b), 및 상기 연산제어부(508b)로부터 전달받은 제어신호를 댐퍼 액츄에이터 구동을 위한 제어신호로 변환하여 출력하는 제어신호출력부(508c)로 구성되어 있다.

본 발명에 의한 개선된 한국형 가변풍량 제어시스템은 실내온도의 조절을 위하여 댐퍼(510)의 개도를 조정하는 것을 주목적으로 하지만, 이와 아울러 실내(21,22,23)에 팬코일유닛(FCU: Fan Coil Unit; 550)이 설치된 경우에는 제어신호출력부(508c)에서 팬코일유닛의 구동을 위한 제어신호를 추가적으로 발생하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 개선된 한국형 가변풍량 제어 시스템의 변풍량조절기(500)는 토글스위치, 슬라이드 스위치와 같은 비상스위치(미도시)를 구비하여, 변풍량조절기(500)가 작동오류상태에 놓인 경우에도 재실자가 상기 비상스위치를 조작함으로써 임시적으로 댐퍼(510)의 개도를 수동 조정할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어 슬라이드 스위치를 온(ON)으로 했을 때의 출력이 10V이고 오프(OFF)로 하였을 때의 출력이 0V라면, 10V출력일 때 댐퍼가 전부 개방되도록 하고, 0 V 출력일 때 댐퍼가 전부 닫히도록 하며, 출력이 0-10V 사이에 놓인 경우에는 그에 비례하여 댐퍼를 개방하도록 할 수 있는 것이다.

도5는 본 발명에 따른 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템에 있어서 변풍량조절기(500)와 외부장치들과의 단자결선상태도이고, 도6a는 도4에 도시된 변풍량조절기(500) 내부의 전원부(501)의 회로도이며, 도6b는 중앙처리부(508)와 키입력부(502), 메모리(509), 표시부(505a,505b) 및 딥스위치부(507)간의 결선상태를 보인 회로도이고, 도6c는 온도 및 풍량입력부(504)와 제어신호출력부(508c)의 회로도이며, 도6e는 제어신호출력부(508c)중 팬코일유닛(550)의 구동에 관한 부분의 회로도이다.

도7a 및 도7b는 본 발명에 따른 개선된 한국형 가변풍량 제어 시스템에서 채용된 열선식 풍량센서(540)의 두 가지 형태를 보인 것으로서, 급기안내턱트(35)의 벽체에 고정되는 고정브라켓(543), 풍량을 감지하는 센서부(541), 및 상기 센서부(541)에서 측정한 물리량을 전기신호로 변환하여 출력하는 변환부(542)로 구성되어 있다. 열선식 풍량센서(540)는 센서부(541)의 열선(541a)이 가열된 상태에서 기체의 흐름에 노출되면, 기체에 의한 열선(541a)의 냉각도 혹은 기체의 열 흡수량에 의하여 풍량을 측정하는 방식이다.

종래의 가변풍량 공기조화시스템에서 사용된 풍량센서는 변풍량유닛(50)안에 튜브가 연결되어 설치된 차압센서였는데, 먼지에 약하여 쉽게 고장나고 풍량센서가 고장났을 시에는 변풍량유닛 전체를 교체하여야 하는 단점이 있었다.

그러나, 본 발명에서 채용한 열선식 풍량센서(540)는 온도 및 압력변화의 영향을 적게 받으며 상대적으로 먼지에 강하고, 혹시라도 먼지에 오염되었을 경우에는 급기안내덕트(35)로부터 분리하여 에어제트(Air Jet) 등으로 먼지를 털어내고 다시 사용할 수 있으며, 더 이상 사용이 곤란할 정도로 오염된 경우에는 풍량센서(540)만을 새 것으로 교체하면 된다.

또한, 도7b와 같이 변환부(543)가 구현된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)이 고정브라켓(543)을 겸하는 경우에는 막대형의 센서부(541)를 고정브라켓(543)으로부터 탈착가능하게 구성하여 센서부(541)가 오염되었을 때 센서부(541)만을 교체할 수 있다.

본 발명에서는 열선식 풍량센서를 예로 들어 설명하였지만, 압전식(壓電式) 풍량센서의 경우에도 동일한 방식으로 각 부분이 탈착가능하게 구성할 수 있다.

이와 같이 하면 풍량센서가 고장났을 때에 풍량센서의 청소 후 재사용이 가능하며 설사 재사용이 불가능한 최악의 경우라도 풍량센서만을 새 것으로 교체하면 되므로, 일체형 변풍량유닛을 사용한 종래 기술의 경우와 비교하여 유지보수에 드는 비용을 현저하게 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템은 종래 기술에 비하여 다음과 같은 여러 장점을 제공한다.

첫째, 본 발명에 따른 한국형 가변풍량 제어 시스템에서는 댐퍼 액츄에이터(530)를 제어하는 변풍량조절기(500)가 실내에 설치되므로 변풍량조절기가 고장났을 경우 천장을 뜯음이 없이 간단히 수리할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명에 따른 한국형 가변풍량 제어 시스템에서는 변풍량 조절기, 풍량센서 및 댐퍼 액츄에이터를 별개의 물품으로 제작하여 결선함으로써 어느 한 부분에 고장이 발생하면 고장이 발생한 부분만을 교체하면 되도록 하여 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 본 발명에 따른 한국형 가변풍량 제어 시스템에서는 각 실의 변풍량조절기(500)와 중앙감시반(60)이 통신라인에 의해 직접 연결됨으로써, 당해 구역의 현재 실내온도, 풍량, 설정온도, 설정풍량 및 댐퍼의 개도(開度)와 같은 모든 정보를 로컬측(변풍량조절기(500))과 중앙측(중앙감시반(60))에서 공유할 수 있고, 더 나아가 중앙측에서 각 실의 상태의 모니터링에 기초하여 변풍량조절기(500)에 설정온도 및 설정풍량을 새로 부여함으로써 건물 전체를 각 실의 상황에 맞추어 효율적 및 중앙집중적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.

마지막으로, 본 발명에서는 변풍량조절기와 댐퍼 액츄에이터 간을 변풍량조절기와 중앙감시반과의 통신라인에 의해 영향받지 않는 별도의 독립적인 라인으로 구성하여, 중앙감시반과의 연결이 중단된 경우에도 변풍량조절기가 댐퍼 액츄에이터를 구동할 수 있으며, 변풍량조절기가 작동오류상태에 놓인 경우에도 변풍량조절기의 비상스위치를 조작하여 댐퍼의 개도를 수동으로 조정할 수 있도록 함으로써 비상시에도 공기조화가 차질없이 이루어질 수 있도록 한다는 장점이 있다.

Claims

건물(20)의 각 구분공간의 바닥 밑이나 벽체 사이 또는 천장 윗면의 연통된 통풍공간 안에 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 급기안내덕트들(35)을 가진 급기덕트(30);

상기 통풍공간 안에서 상기 급기덕트(30)와는 별도로 설치되고, 상기 각 구분공간의 내부로 분기된 복수의 환기안내덕트들(45)을 가진 환기덕트(40);

상기 급기덕트(30)의 외부공기유입측 및 실내측 사이에 설치되며, 외부로부터 유입된 흡입공기를 열매체 및/또는 냉매체와 접촉시켜 열교환하는 열교환기(11) 및 상기 열교환기(11)를 통과한 공기를 상기 급기덕트(30)의 실내측으로 보내는 송풍기(18)를 갖는 공기조화부(10);

상기 급기덕트(30)의 급기안내덕트(35)상에 설치되어 덕트의 개도(開度)를 조절하는 댐퍼(510), 상기 댐퍼(510)를 구동하는 댐퍼액츄에이터(530), 및 상기 각 구분공간 안에 설치되고 상기 댐퍼액츄에이터(530)의 구동을 제어함으로써 상기 각 구분공간 내로 유입되는 풍량을 조절하는 변풍량조절기(500)를 구비하는 구역별 변풍량제어부;

상기 각 구분공간 내에 설치되고 실내의 현재온도를 측정하여 상기 변풍량조절기(500)로 전송하는 실내온도감지기(520);

상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)상에 설치된 온도감지기 및 압력감지기로부터 온도 및 압력 데이터를 전송받고 상기 급기덕트(30) 및 환기덕트(40)의 풍속과 풍량을 제어하는 직접 디지털 제어기(61); 및

쌍방향 통신이 가능한 선로에 의해 상기 직접 디지털 제어기(61) 및 상기 변풍량조절기(500)와 각각 접속되고, 상기 직접 디지털 제어기(61)에 의하여 수집된 정보를 전송받아 총괄하고 상기 직접 디지털 제어기(61)에 제어명령을 하달함으로써 그에 종속된 제어대상을 제어하며, 상기 변풍량조절기(500)의 처리상태를 모니터링하고 설정값을 변경할 수 있는 중앙감시반(60);을 포함한 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 급기안내덕트(35)안에 설치되고 상기 각 구분공간내로 유입되는 풍량을 측정하여 상기 변풍량조절기(500)로 전송하는 풍량센서(540)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 풍량센서(540)는 상기 급기안내덕트(35)에의 설치를 위한 고정브라켓(543), 상기 급기안내덕트(35) 안에서 공기의 흐름방향을 가로질러 설치되는 센서부(541), 상기 센서부(541)에서 인식한 물리량을 전기신호로 변환하여 출력하는 변환부(542)를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제1항에 있어서, 변풍량조절기(500)는,

교류 또는 직류전원을 입력받아 소정의 직류전원으로 변환하는 전원부(501);

온도설정 및 표시상태 변경 등의 명령을 입력할 수 있는 키입력부(502);

실내의 현재온도를 측정하여 전기신호로 출력하는 내장형 실내온도 감지부(504a);

상기 내장형 실내온도감지부(504a) 및 상기 실내온도감지부(520)가 병렬적으로 연결되어 이중 하나의 신호만을 선택적으로 입력받도록 하고 상기 풍량센서(540)로부터 현재의 풍량값을 입력받는 온도 및 풍량 입력부(504);

상기 키입력부(502)로부터 전달받은 설정온도값과 상기 온도 및 풍량입력부(504)로부터 전달받은 현재의 실내온도 및 풍량값을 비교연산하여 상기 댐퍼액츄에이터(530)에 댐퍼구동신호를 출력하는 중앙처리부(508);

상기 중앙처리부(508)에서 참조하는 설정온도값, 설정풍량값 및 기타 필요한 정보를 저장하는 메모리(509); 및

현재온도, 설정온도 및 상기 변풍량조절기(500)의 작동상태를 표시하는 표시부(505);를 구비하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 변풍량조절기(500)는,

휴대용 작업 터미널 및 랩탑 컴퓨터 등의 외부입력장치(560)와 접속되어 입출력을 처리할 수 있는 외부터미널 신호 입력부(506); 및

상기 변풍량조절기(500)의 고유번호를 설정하는 딥스위치 입력부(507);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 중앙처리부(508)는,

상기 키입력부(502) 및 상기 온도 및 풍량 입력부(504)로부터 입력데이터를 수신하고 상기 표시부(505)에 표시제어신호를 출력하는 입출력 인터페이스부(508a);

상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달받은 키입력이 설정온도값인 경우 상기 메모리(509)에 저장하고, 이를 상기 입출력 인터페이스부(508a)로부터 전달된 현재 온도 및 현재 풍량과 비교 연산하여 제어신호를 출력하는 연산제어부(508b); 및

상기 연산제어부(508b)로부터 전달받은 제어신호를 댐퍼 액츄에이터 구동을 위한 제어신호로 변환하여 출력하는 제어신호출력부(508c);를 구비하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 각 구분공간내에 설치되고, 상기 중앙처리부(508)의 제어신호출력에 의하여 구동되는 팬코일유닛(550)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중앙감시반(60)과 상기 변풍량조절기(500)는 상기 변풍량조절기(500)가 보유하고 있는 모든 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 변풍량조절기(500)와 상기 댐퍼액츄에이터(530)간의 연결은 상기 변풍량조절기(500)와 상기 중앙감시반(60)사이의 통신라인(700)에 의해 영향받지 않도록 구성되어, 상기 중앙감시반(60)과의 연결이 중단된 경우에도 상기 변풍량조절기(500)는 상기 댐퍼액츄에이터(530)를 구동할 수 있는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 변풍량조절기(500)는 토글 스위치, 슬라이드 스위치 중의 어느 하나를 구비하여 상기 변풍량조절기(500)가 작동오류상태에 놓인 경우에도 스위치에서 발생하는 전기신호에 의해 상기 댐퍼액츄에이터(530)가 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 최적제어에 의한 에너지절약 및 유지관리가 용이한 한국형 가변풍량 제어 시스템.