KR20090010888A

KR20090010888A - 공조 제어장치 및 공조 제어방법

Info

Publication number: KR20090010888A
Application number: KR1020080067376A
Authority: KR
Inventors: 마사시 타케사코; 준 미즈타카; 단 모리타; 케이타 사토우
Original assignee: 야마타케 코포레이션
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2009-01-30
Also published as: JP2009030820A; TWI407060B; TW200914777A; CN101354172B; CN101354172A

Abstract

열매의 온도차를 개선하고, 열원의 운전 효율을 향상시킨다. 공조기(5)에는, 열원기(1)로부터 밸브(8)를 통해 냉수나 온수 등의 열매가 공급된다. 공조 제어장치(15)는, 설정 온도와 급기 온도의 온도 편차에 의거하여 조작량을 산출하고, 밸브(8)의 개방 정도를 조절한다. 또한 공조 제어장치(15)는, 급기 풍량 또는 외기 엔탈피를 공조 부하의 값으로서 취득하고, 공조 부하에 따라, 조작량의 상한값 혹은 열매의 공급량의 상한값을 변경한다.

공조기, 열원기, 밸브, 공조 제어장치, 공조 부하

Description

공조 제어장치 및 공조 제어방법{AIR CONDITIONING CONTROL DEVICE AND AIR CONDITIONING CONTROL METHOD}

본 발명은, 공조기를 제어하는 공조 제어장치 및 공조 제어방법에 관한 것이다.

종래, 실내의 온도 제어 혹은 습도 제어를 행할 때는, 설정 온도와 실내 온도의 온도 편차 혹은 설정 습도와 실내 습도의 습도 편차에 근거하여 PID연산에 의해 조작량을 결정하고, 이 조작량에 의해 밸브의 개방 정도를 조절하는 피드백 제어를 행하고 있었다(예를 들면 특허문헌 1, 특허문헌 2참조).

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개평 8-115102호

[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개 2004-69134호

설정 온도나 설정 습도 등의 제어 목표값의 설정은 유저가 행하는 것이고, 실내 온도나 습도 등의 계측값은 센서가 계측하는 것으로, 일반적으로 공조 제어시스템은 이들의 제어 목표값이나 계측값의 타당성 판단을 행할 수는 없다. 이 때문에, 종래의 공조 제어시스템은, 설비 능력 설계값과 동떨어진 온도 설정이나 습도 설정으로 되어있을 경우 혹은 계측값이 설치 환경 등의 요인으로 정확한 온도, 습도를 계측할 수 없는 경우에도, 실내의 온도, 습도가 제어 목표값과 일치하도록 조작량을 계속해서 조절하고 있었다.

그러나, 이러한 제어 방법으로는, 예를 들면 22℃까지밖에 실내 온도를 내릴 수 없는 공조기에서 20℃와 같은 설정 온도를 설정하게 되었을 경우에, 능력부족인 상황임에도 불구하고 밸브의 조작량을 100％로 하게 되어, 열원기로부터 펌프를 사용하여 공조기에 공급되는 냉매가 설계 유량 이상이 되고, 공조기의 입구와 출구에 있어서의 냉매의 온도차가 설계값 이하가 되어, 반송 동력을 상당량 소비할 뿐만 아니라, 열원기의 운전 효율이 악화된다는 문제점이 있었다.

공조에 사용하는 열매(熱媒)의 온도차가 설계값 이하가 되는 문제는 건축설비업계에서는 이전부터 논의되어 왔지만, 효과적인 해결책이 나오지 않고 현재에 이르고 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 열매의 온도차를 개선하고, 열원의 운전 효율을 향상시킬 수 있는 공조 제어장치 및 공조 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 밸브의 개방 정도를 조정함으로써 공조기로의 열매의 공급량을 제어하는 공조 제어장치로서, 공조 부하의 값을 취득하는 공조 부하 취득 수단과, 상기 공조 부하에 따라, 상기 밸브에 주는 조작량의 상한값 혹은 상기 열매(熱媒)의 공급량의 상한값을 변경하는 상한값 변경 수단을 구비하는 것이다.

또한 본 발명의 공조 제어장치의 일 구성예에 있어서, 상기 공조 부하 취득 수단은, 상기 공조기가 변풍량 공조기인 경우에, 급기 풍량을 상기 공조 부하로 하는 것이다.

또한 본 발명의 공조 제어장치의 일 구성예에 있어서, 상기 공조 부하 취득 수단은, 상기 공조기가 정풍량 공조기인 경우에, 외기 엔탈피를 산출하고, 이 외기 엔탈피를 상기 공조 부하로 하는 것이다.

또한 본 발명의 공조 제어장치의 일 구성예에 있어서, 상기 상한값 변경 수단은, 상기 공조 부하에 비례하여 상기 조작량의 상한값 혹은 상기 열매의 공급량의 상한값을 변경하는 것이다.

또한 본 발명의 공조 제어방법은, 공조 부하의 값을 취득하는 공조 부하 취득 순서와, 상기 공조 부하에 따라, 상기 밸브에 주는 조작량의 상한값 혹은 상기 열매의 공급량의 상한값을 변경하는 상한값 변경 순서를 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 공조 부하에 따라 조작량의 상한값 혹은 공조기로의 열매 의 공급량의 상한값을 변경함으로써, 지나친 설정값으로 운용되고 있을 경우 등이라도, 밸브가 극단적으로 지나치게 열리지 않게 되고, 설계 유량 이상의 열매가 흐르지 않게 된다. 그 결과, 본 발명에서는, 공조기의 입구와 출구에 있어서의 열매의 온도차가 설계값 이상이 되도록 개선할 수 있음과 동시에, 열원기의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

[제1의 실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 공조 제어시스템의 구성을 나타내는 블럭도다.

도 1에 있어서, 1은 냉수나 온수 등의 열매를 생성하는 열원기, 2는 열원기(1)가 생성하는 열매를 반송하는 열매 펌프, 3은 복수의 열원기(1)로부터의 열매를 혼합하는 공급 헤더, 4는 공급수 관로, 5는 공급 헤더(3)로부터 공급수 관로(4)를 통해 보내져 오는 열매의 공급을 받는 공조기, 6은 환수 관로, 7은 공조기(5)에 있어서 열교환 되어 환수 관로(6)를 통해 보내져 오는 열매가 되돌아 오는 환수 헤더, 8은 공급 헤더(3)로부터 공조기(5)에 공급되는 열매의 유량을 제어하는 밸브, 9는 공급 헤더(3)로부터 공조기(5)에 공급되는 열매의 온도를 공급수 온도로서 계측하는 공급수 온도센서, 10은 공조기(5)로부터 환수 헤더(7)로 되돌아오는 열매의 온도를 환수 온도로서 계측하는 환수 온도센서, 11은 공조기(5)로부터 환수 헤더(7)로 되돌아오는 열매의 유량(공조기(5)에 공급되는 열매의 유량)을 부하 유량으로서 계측하는 유량계, 12는 공조기(5)로부터 보내진 급기의 온도를 계측하는 급 기 온도센서, 13은 외기온도센서, 14는 외기습도센서, 15는 공조 제어장치, 16은 송풍기, 17은 공조기(5)의 코일이다.

열매 펌프(2)에 의해 압송된 열매는, 열원기(1)에 의해 냉각 또는 가열되어, 공급 헤더(3)로 혼합되고, 공급수 관로(4)를 통해 공조기(5)에 공급된다. 그리고, 공조기(5)에 있어서 열교환 되어, 환수 관로(6)를 통해 환수 헤더(7)로 되돌아오고, 다시 열매 펌프(2)에 의해 압송되어, 이상의 경로를 순환한다. 예를 들면 열원기(1)를 냉동기로 했을 경우, 열매는 냉수이며, 열원기(1)를 가열기로 했을 경우, 열매는 온수이다.

공조기(5)는, 공조 제어 에어리어가 되는 실내로부터 공조 제어시스템으로 되돌아오는 공기(환기(還氣))와 외기의 혼합 공기를 냉각 또는 가열하고, 냉각 또는 가열한 급기를 송풍기(16)에 의해 공조 제어 에어리어가 되는 실내로 보낸다. 본 실시예에서는, 공조기(5)가 VAV(Variable Air Volume)방식의 공조기인 경우에 대하여 설명한다.

도 2는 공조 제어장치(15)의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 공조 제어장치(15)는, 연산부(150)와, 공조 부하 취득부(151)와, 조작량 상한값 변경부(152)를 갖는다.

도 3은 공조 제어장치(15)의 동작을 나타내는 플로챠트이다. 우선, 공조 제어장치(15)의 연산부(150)는, 급기 온도센서(12)에 의해 계측된 급기 온도를 나타내는 급기 온도신호를 수신한다(도 3 스텝S1).

공조 제어장치(15)의 공조 부하 취득부(151)는, 급기 풍량의 값을 공조 부하 로서 취득한다(스텝S2).

공조 제어장치(15)의 조작량 상한값 변경부(152)는, 공조 부하에 따라 조작량의 상한값 혹은 열매의 공조기 통과 유량의 상한값을 변경한다(스텝S3).

본 실시예에서는, 피크 부하시에는 급기 풍량 100％, 밸브 개방 정도 100％라고 상정한다. 공조기(5)에 공급되는 입구 공기(혼합 공기) 및 출구 공기의 조건이 동일하면, 급기 풍량 변화에 비례하여 냉열 소비량이 감소할 것이다. 하절기의 피크부하와 비교하여 중간 시기, 동절기는 입구 공기 부하는 확실하게 줄어든다. 즉, 급기 풍량에 비례한 부하를 상정하고 있으면, 공조 능력부족이 되는 경우는 없다고 생각할 수 있다. 거기에서, 조작량 상한값 변경부(152)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 공조 부하(급기 풍량)에 비례하여 조작량 상한값을 변경한다. 도 4의 예에서는, 공조 부하가 최대 부하 100％인 경우에는, 조작량 상한값을 최대값 100％로 하고, 공조 부하가 최대 부하시의 50％밖에 없을 경우에는, 조작량 상한값을 최대값의 50％정도로 한다. 도 4의 특성을 설정하는 데 있어서는, 제어의 안전성을 고려해도 된다.

공조 제어장치(15)의 연산부(150)는, 급기 온도센서(12)에 의해 계측된 급기 온도가 오퍼레이터 또는 실내의 거주자에 의해 설정된 설정 온도와 일치하도록 공조기(5)를 제어한다. 즉, 연산부(150)는, 설정 온도와 급기 온도의 편차에 의거하여 예를 들면 PID연산에 의해 조작량을 구하는 동시에 급기 풍량을 연산하고, 연산한 조작량을 공조기(5)의 밸브(8)에 출력하여, 밸브 개방 정도를 제어하고, 또 연산한 풍량의 급기가 공조기(5)로부터 내보내지도록, 송풍기(16)의 팬 회전수를 제 어한다(스텝S4). 이 때, 연산부(150)는, 조작량 상한값 변경부(152)에 의해 변경된 조작량 상한값 이하의 조작량을 밸브(8)에 출력한다. 즉, 연산부(150)는, 연산한 조작량이 조작량 상한값 이하인 경우에는, 연산한 조작량을 그대로 밸브(8)에 출력하고, 연산한 조작량이 조작량 상한값을 초과할 경우에는, 조작량 상한값을 밸브(8)에 출력한다.

이상과 같은 도 3에 나타내는 처리가, 시스템이 동작 정지할 때까지(도 3스텝 S5에 있어서 YES), 반복해서 행해진다.

또한, 습도센서에 의해 급기의 습도를 계측하고, 연산부(150)가 설정 습도와 현재의 급기 습도의 편차에 의거하여 조작량을 산출하도록 해도 된다.

이와 같이 하여, 본 실시예에서는, 공조 부하에 따라 조작량의 상한값을 변경함으로써, 피드백 제어에 의한 조작량으로 자동적으로 제한을 둘 수 있으며, 지나친 설정값으로 운용되고 있는 경우 등이라도, 밸브(8)가 극단적으로 지나치게 열리지 않게 되어, 설계 유량 이상의 열매가 흐르지 않게 된다. 그 결과, 공조기(5)의 입구와 출구에 있어서의 열매의 온도차가 설계값 이상이 되도록 개선할 수 있음과 동시에, 열원기(1)의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

[제2의 실시예]

다음에 본 발명의 제2의 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 공조 제어시스템의 구성은 제1의 실시예와 동일하므로, 도 1의 부호를 사용하여 설명한다. 본 실시예에서는, 공조기(5)가 정풍량 공조기인 경우에 대하여 설명한다.

도 5는 본 실시예의 공조 제어장치(15)의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 공 조 제어장치(15)는, 연산부(150)와, 공조 부하 취득부(151a)와, 조작량 상한값 변경부(152a)를 갖는다. 본 실시예에 있어서도 공조 제어장치(15)의 동작은 도 3과 동일하다.

제1의 실시예와 마찬가지로, 공조 제어장치(15)의 연산부(150)는, 급기 온도와 설정 온도가 일치하도록 조작량을 연산하지만, 급기 풍량에 대해서는 일정값으로 설정한다.

본 실시예에서는, 급기 풍량이 일정하므로, 외기 엔탈피를 공조 부하의 대체 정보로서 사용한다. 공조 부하 취득부(151a)는, 외기온도센서(13)에 의해 계측된 외기온도와 외기습도센서(14)에 의해 계측된 외기습도로부터, 외기의 보유 열량인 외기 엔탈피를 계산하고, 이 외기 엔탈피를 공조 부하의 추정값으로 한다.

본 실시예에서는, 하절기의 피크 시의 공조 부하의 내역을, 외기의 영향분(외기부하, 구체(軀體)부하)이 40％, 실내 발열의 영향분이 60％로 상정하고, 외기 엔탈피의 감소에 비례하여 외기의 영향분이 비례적으로 하강한다고 가정하여 조작량 상한값을 변경한다. 실내부하 변동은 보충이 곤란하기 때문에, 공조 부하의 변동 요인을 외기 영향분 만으로 한다. 거기에서, 본 실시예의 조작량 상한값 변경부(152a)는, 도 6에 나타내는 바와 같이 공조 부하(외기 엔탈피)에 비례하여 조작량 상한값을 변경한다.

이렇게 하여, 본 실시예에 있어서도, 제1의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1, 제2의 실시예에서는, 공조 부하에 따라 조작량의 상한값을 변경 하고 있지만, 공조 부하에 따라 공조기(5)로의 열매의 공급량의 상한값을 변경하도록 해도 된다. 이 경우에는, 밸브(8)에 유량계측기능을 갖게 하고, 상한값 변경부(152, 152a)로부터 밸브(8)에 대하여 유량의 상한값을 설정하여, 밸브(8)가 설정된 상한값 이하의 유량범위에서 열매를 흐르도록 하면 된다.

또한 제1, 제2의 실시예에서 설명한 공조 제어장치는, 연산장치, 기억장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와 이것들의 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다.

또한 제1, 제2의 실시예에서는, 공조 부하의 예로서 급기 풍량과 외기 엔탈피를 예로 들어서 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 외기 온도, 실내의 콘센트 전력, 조명도 포함한 실내의 소비 전력, 실내에 있는 사람 수, CO₂농도, 냉수부하 열량 등을 공조 부하로 해도 된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 공조 제어에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 따른 공조 제어시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2는 도 1의 공조 제어시스템의 공조 제어장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.

도 3은 도 2의 공조 제어장치의 동작을 나타내는 플로챠트이다.

도 4는 본 발명의 제1의 실시예에 있어서 급기 풍량과 조작량 상한값의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2의 실시예에 따른 공조 제어장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.

도 6은 본 발명의 제2의 실시예에 있어서 외기 엔탈피와 조작량 상한값의 관계를 나타내는 도면이다.

[부호의 설명]

1 : 열원기 2 : 열매 펌프

3 : 공급 헤더 4 : 공급수 관로

5 : 공조기 6 : 환수 관로

7 : 환수 헤더 8 : 밸브

9 : 공급수 온도 센서 10 : 환수 온도 센서

11 : 유량계 12 : 급기 온도 센서

13 : 외기 온도 센서 14 : 외기 습도 센서

15 : 공조 제어장치 16 : 송풍기

17 : 코일 150 : 연산부

151, 151a : 공조부하 취득부 152, 152a : 조쟉량 상한값 변경부

Claims

밸브의 개방 정도를 조정함으로써 공조기로의 열매의 공급량을 제어하는 공조 제어장치로서,

공조 부하의 값을 취득하는 공조 부하 취득 수단과,

상기 공조 부하에 따라, 상기 밸브에 주는 조작량의 상한값 혹은 상기 열매의 공급량의 상한값을 변경하는 상한값 변경 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공조 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 공조 부하 취득 수단은, 상기 공조기가 변풍량 공조기인 경우에, 급기 풍량을 상기 공조 부하로 하는 것을 특징으로 하는 공조 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 공조 부하 취득 수단은, 상기 공조기가 정풍량 공조기인 경우에, 외기 엔탈피를 산출하고, 이 외기 엔탈피를 상기 공조 부하로 하는 것을 특징으로 하는 공조 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 상한값 변경 수단은, 상기 공조 부하에 비례하여 상기 조작량의 상한값 혹은 상기 열매의 공급량의 상한값을 변경하는 것을 특징으로 하는 공조 제어장치.
밸브의 개방 정도를 조정함으로써 공조기로의 열매의 공급량을 제어하는 공조 제어방법으로서,

공조 부하의 값을 취득하는 공조 부하 취득 순서와,

상기 공조 부하에 따라, 상기 밸브에 주는 조작량의 상한값 혹은 상기 열매의 공급량의 상한값을 변경하는 상한값 변경 순서를 구비하는 것을 특징으로 하는 공조 제어방법.