KR20120073395A - 기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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KR20120073395A
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Abstract

본 발명은 외기 온도, 열원으로부터 난방 대상 건물간의 거리 및 난방 대상 건물간의 면적 등에 따른 열효율을 고려하여 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방 운전을 자동으로 제어하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 운전 제어방법에 관한 것으로, 상기 난방 운전 제어장치는 상기 난방 운전 제어모듈(10)과, 난방운전정보입력출력장치(20)와, 환수온도를 측정하는 환수온도측정센서(30)와, 외기 온도는 외기온도측정센서(40)를 포함하며, 상기의 구성을 통해 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 면적의 차이나 열원에서의 거리 차이에 따른 난방 불균일을 해소하고, 불필요한 운전을 제거하여 쾌적하고 균일한 난방상태를 유지하되 난방비를 최소화하고, 운전 중 기온이 변화더라도 균일한 난방상태를 유지하고, 변화하는 기온에 따라 난방수의 상승 필요 온도가 산출되어 실 시각으로 운전 계속 또는 종료 여부를 자동으로 결정될 수 있는 목적 및 효과가 있다.

Description

기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법{HEATING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방 운전 제어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 외기 온도, 열원으로부터 난방 대상 건물간의 거리 및 난방 면적에 따른 난방 온도와 난방 시간을 고려하여 난방 대상 건물 간 난방 불균일을 해소하고, 운전 중 기온이 변화더라도 균일한 난방상태를 유지하도록 난방 운전을 자동으로 제어하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방 운전 제어에 관한 것으로서, 기온보다는 입주민의 민원발생에 따라 난방 운전 온도를 올리는 등 난방의 효율을 고려하지 않고 임의의 기준에 의하거나, 난방 대상 건물 간 난방면적의 차이나 열원에서의 거리 차이에 따른 난방 불균일이 고려되지 않아 에너지 소비량에 비해 난방 효과가 떨어지면서도 난방비용이 증가하는 문제를 해결하기 위한 것이다.
난방은 에너지소비량이 많다고, 공급 온도가 높다고 난방이 잘 되는 것은 아니며, 오히려 난방 연료소비량이 많은 아파트에서 난방 불 균일은 더욱 심할 수 있다. 이러한 현상은 지역난방에서도 마찬가지로 “아파트 세대난방은 외기 온도 -12℃를 기준으로 공급 60℃, 회수 45℃로 설계됐으나 설계기준대로 난방공급을 할 경우 난방비 상승과 열손실 등이 발생됨으로 난방공급온도는 각 단지별로 여건에 맞게 외기 온도 변화에 따라 적정 온도로 공급해야 한다.”고 하고 있으며, 각 단지에서는 기온 구간별 난방공급온도와 일정 기온 이상 일 때 공급 중단 등에 대한 운영 규정을 제정하여 시행하고 있다. 그러나 난방공급온도가 실 시각 기온의 변화에 따라 자동으로 결정되는 것이 아니라 난방비 상승과 열손실 방지를 위해 외기 온도 변화에 따라 각 단지별로 적정 온도로 공급하도록 하는 인위적인 수준에 머무르고 있어 실제 난방 운전은 단지 마다 다르고, 운전자 마다 다를 수 있다는 데 문제점이 있다. 이러한 현상은 중앙난방에서 더욱 심하게 나타나며, 그 결과 실내 온도가 적절한 난방 온도에 채 오르기도 전에 난방 공급이 종료되어 발생하는 저 난방 또는 적절한 난방 온도를 넘어서는 과 난방 등 부적절한 난방운전에 의한 각 난방 대상 건물 간의 난방 효과의 차이와 이에 따른 난방 불만 및 난방비의 불균형은 합리적인 난방 운전 제어장치와 제어방법이 없다는 것을 반증하는 것이라 할 수 있을 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방 운전 제어에 있어서, 난방 대상 건물 간 난방 면적의 차이나 열원에서의 거리 차이에 따른 난방 불균일을 해소하고, 불필요한 운전을 제거하여 쾌적하고 균일한 난방상태를 유지하되 난방비를 최소화하고, 운전 중 기온이 변화더라도 균일한 난방상태를 유지하고, 변화하는 기온에 따라 난방 운전 온도가 산출되어 실 시각으로 운전 계속 또는 종료 여부를 자동으로 결정하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어 장치는 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방수가 환수되는 지점에 설치하여 난방 운전을 제어하기 위한 것으로, 그 기능과 구성은 난방 운전 제어 모듈(10)과; 실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 환수온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어 모듈(10)로 전달하는 환수온도측정센서(30)와; 실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 외기 온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어 모듈(10)로 전달하는 외기 온도 측정센서(40)를; 더 포함하되, 상기 난방 운전 제어 모듈(10)은, 난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 저장하여, 상기 외기온도측정센서(40)에서 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도산출부(16)와; 상기 환수온도측정센서(30)에서 환수온도를 입력받아 상기 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하는 난방 운전 제어부(14)와; 상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하는 난방종료환수온도함수산출부(18)를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어 장치에 있어서 운전 제어상의 특징은, 상기 난방종료환수온도함수 Tr(t) = Ti(t) + ΔT(t) = G3 × t + J3 이되, 상기 t는 외기 온도이며, 상기 Ti(t)는 난방 운전 개시 전의 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 환수 측 온도로 Ti(t) = G2 × t + J2이며, 상기 ΔT(t)는 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 상승 필요 온도로 ΔT(t) = G1 × t + J1이되,
G1 = [ΔT'(t1) - ΔT'(t2)]/[t1 - t2],
G2 = [Ti'(t1) - Ti'(t2)]/[t1 - t2],
G3 = G1 + G2 = [Tr'(t1) - Tr'(t2)]/[t1 - t2],
J1 = [ΔT'(t1)× t2 - ΔT'(t2)× t1]/[t2 - t1],
J2 = [Ti'(t1)× t2 - Ti'(t2)× t1]/[t2 - t1],
J3 = J1 + J2 = [Tr'(t1)× t2 - Tr'(t2)× t1]/[t2 - t1]이되,
t1, t2는 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 서로 다른 두 개의 외기 온도,
Ti'(t1), Ti'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방운전개시 직전의 난방수의 환수온도,
ΔT'(t1), ΔT'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방수의 상승 온도,
Tr'(t1), Tr'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방종료환수온도로서,
외기 온도(t)로부터 산출된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어 장치에 있어서 운전 개시와 종료상의 특징은, 사용자로부터 정보를 입력받을 난방운전정보입력출력장치(20)를 더 포함하며, 상기 난방 운전 제어 모듈(10)은, 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 예약 받는 것, 외기 온도(t)를 전달받을 시간간격을 예약 받는 것, 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 상기 환수온도측정센서(30) 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 상기 난방 운전 제어부(14)에 난방 운전 지시를 전달하는 운전 모드 설정부(12)를; 더 포함하며, 상기 운전 모드 설정부(12)의 상기 예약된 조건에 따라 지시를 받은 상기 난방 운전 제어부(14)는 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 개시 지시를 전달하여 난방 운전이 개시되고, 상기 난방종료환수온도산출부(16)는 상기 지정된 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고, 상기 난방 운전 제어부(14)는, 상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 난방수의 환수온도를 전달받아 상기 난방수의 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방 운전이 종료되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어방법에 있어서 절차상의 특징은 상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하는 난방종료환수온도함수산출단계(S20)와; 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 전달받아 저장하는 난방종료환수온도함수 저장단계(S30)와; 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 외기 온도 측정센서(40)에서 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도산출단계(S40)와; 상기 난방 운전 제어부(14)가 상기 환수온도 측정센서(30)에서 환수온도를 입력받아 상기 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하는 난방 운전 제어단계(S50)를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어 방법에 있어서 운전 제어상의 특징은, 상기 난방종료환수온도함수 Tr(t) = Ti(t) + ΔT(t) = G3 × t + J3 이되, 상기 t는 외기 온도이며, 상기 Ti(t)는 난방 운전 개시 전의 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 환수 측 온도로 Ti(t) = G2 × t + J2이며, 상기 ΔT(t)는 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 상승 필요 온도로 ΔT(t) = G1 × t + J1이되,
G1 = [ΔT'(t1) - ΔT'(t2)]/[t1 - t2],
G2 = [Ti'(t1) - Ti'(t2)]/[t1 - t2],
G3 = G1 + G2 = [Tr'(t1) - Tr'(t2)]/[t1 - t2],
J1 = [ΔT'(t1)× t2 - ΔT'(t2)× t1]/[t2 - t1],
J2 = [Ti'(t1)× t2 - Ti'(t2)× t1]/[t2 - t1],
J3 = J1 + J2 = [Tr'(t1)× t2 - Tr'(t2)× t1]/[t2 - t1]이되,
t1, t2는 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 서로 다른 두 개의 외기 온도,
Ti'(t1), Ti'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방운전개시 직전의 난방수의 환수온도,
ΔT'(t1), ΔT'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방수의 상승 온도,
Tr'(t1), Tr'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방종료환수온도로서,
외기 온도(t)로부터 산출된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어방법에 있어서 운전 개시와 종료상의 특징은, 상기 운전 모드 설정부(12)가 운전을 개시할 예약조건을 입력받기 위해서는, 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 예약 받는 것, 외기 온도(t)를 전달받을 시간간격을 예약 받는 것, 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 환수온도측정센서 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 상기 난방 운전 제어부(14)에 난방 운전 지시를 전달하기 위해 입력받는 운전 모드 설정 단계(S10)를; 더 포함하며, 상기 운전 모드 설정부(12)의 지시를 받은 상기 난방 운전 제어부(14)는 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 개시 지시를 전달하여 난방 운전이 개시되고, 상기 난방종료환수온도산출단계(S40)는, 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 상기 지정된 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고, 상기 난방 운전 제어단계(S50)는, 상기 난방 운전 제어부(14)가 상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 난방수의 환수온도를 전달받아 상기 난방수의 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방 운전이 종료되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어장치 및 제어방법은 우리의 주거 공간에 필요한 에너지를 얻고 있는 중앙난방이나 동별 난방용 보일러와 펌프뿐만 아니라 밸브 등 기온을 변수로 작동할 수 있는 다른 장치에도 적용되어 변화하는 기온에 따라 난방 운전을 제어할 수 있는 난방수의 환수 온도가 합리적으로 산출되어 실 시각으로 난방 운전의 계속 또는 종료 여부가 자동으로 결정되는 편리하고, 정확하며, 합리적인 난방 운전을 도모하며, 공동주택의 난방 건물 동 단위별로 설치하면 동간 난방면적 차이나 열원으로부터 거리 차이에 따른 난방 불균일이 해소될 뿐만 아니라 쾌적하고, 균일한 난방상태가 유지되고, 그 결과 불필요한 운전 제거로 에너지를 절감하는 부수적인 효과도 있을 것이며, 난방 운전 개시 시각 예약으로 자동으로 개시되고, 변화하는 기온에 맞추어 필요한 만큼 운전된 후 자동으로 종료되는 원격 난방 운전 제어 장치로서 인건비 절감에도 기여하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어장치 구성도.
도 2는 도 1의 난방 운전 제어장치를 이용한 난방 운전 제어방법.
도 3은 도 2의 방법에 적용하는 함수인 Tr(t), ΔT(t), Ti(t)의 산출과정을 외기 온도(t)에 대해 예시한 그래프.
도 4는 도 2의 방법에 적용하는 난방 운전 제어 온도 함수인 난방종료환수온도함수 Tr(t) 및 표준환수온도함수 Ts(t)을 외기 온도(t)에 대해 예시한 그래프.
도 5는 도 1의 난방 운전 제어모듈 및 난방 운전 제어장치를 중앙난방시스템에 적용한 실시 예를 나타낸 도면.
본 발명의 난방 운전 제어장치 및 제어방법은 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방에 적용하여 동간 난방 면적의 차이나 열원에서의 거리 차이에 따른 난방 불 균일을 해소하고, 불필요한 운전을 제거하여 쾌적하고 균일한 난방상태 유지와 합리적인 난방비를 도모하기 위한 것으로, 도 1은 본 발명의 난방 운전 제어장치 구성도이며, 도 2는 도 1의 난방 운전 제어장치를 이용한 난방 운전 제어방법이며, 도 3은 도 2의 방법에 적용하는 함수인 Tr(t), ΔT(t), Ti(t)의 산출과정을 외기 온도(t)에 대해 예시한 그래프이며, 도 4는 도 2의 방법에 적용하는 난방 운전 제어 온도 함수인 난방종료환수온도함수 Tr(t) 및 표준환수온도함수 Ts(t)을 외기 온도(t)에 대해 예시한 그래프이고, 도 5는 도 1의 난방 운전 제어모듈 및 난방 운전 제어장치를 중앙난방시스템에 적용한 실시 예를 나타낸 도면이다.
난방 운전 제어장치
본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어장치는 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방수가 환수되는 지점에 설치하여 난방 운전을 제어하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 외기 온도에 따라 난방 운전을 제어하는 난방 운전 제어모듈(10)를 포함하여 구성하되, 실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 환수온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어모듈(10)로 전달하는 환수온도측정센서(30)와 실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 외기 온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어모듈(10)로 전달하는 외기온도측정센서(40)와 사용자의 난방운전데이터를 난방 운전 제어모듈(10)입력할 난방운전정보입력출력장치(20)를 더 포함하고 있으며, 상기 난방운전정보입력출력장치(20)로부터 난방운전일시 정보를 입력받아 예약된 난방 운전 제어모듈(10)은 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방운전개시 지시를 전달하여 난방운전이 개시된다.
상기 난방 운전 제어모듈(10)은 난방종료환수온도산출부(16)와 난방 운전 제어부(14)를 포함하며, 상기 난방종료환수온도산출부(16)는 외기 온도(t)에 따른 난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 저장하며, 상기 외기온도측정센서(40)에서 실 시각으로 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하고, 상기 난방 운전 제어부(14)는 상기 환수온도측정센서(30)에서 실 시각으로 환수온도를 전달받아 상기 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방운전이 종료된다.
상기 난방종료환수온도함수 Tr(t)는
(수학식 1)
Tr(t) = ΔT(t) + Ti(t)
으로 도 3의 그래프의 예와 같이 ΔT(t) 와 Ti(t)를 더한 값이며, 여기서 상기 t는 외기 온도이며, 상기 Ti(t)는 난방 운전 개시 전의 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 환수 측 온도이고, 상기 ΔT(t)는 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 상승 필요 온도로 각각
(수학식 2)
Ti(t) = G2 × t + J2
(수학식 3)
ΔT(t) = G1 × t + J1
이며, 여기서 상기 G1, G2, J1, J2는 각각
(수학식 4)
G1 = [ΔT'(t1) - ΔT'(t2)]/[t1 - t2],
(수학식 5)
G2 = [Ti'(t1) - Ti'(t2)]/[t1 - t2],
(수학식 6)
J1 = [ΔT'(t1)× t2 - ΔT'(t2)× t1]/[t2 - t1]
(수학식 7)
J2 = [Ti'(t1)× t2 - Ti'(t2)× t1]/[t2 - t1]
이며, 여기서 t1 및 t2는 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 서로 다른 두 개의 외기 온도이고, Ti'(t1) 및 Ti'(t2)는 각각 상기 외기 온도 t1 및 t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방운전개시 직전의 난방수의 환수온도이며, ΔT'(t1) 및 ΔT'(t2)는 상기 외기 온도 t1 및 t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방수의 상승 온도이다.
상기 난방종료환수온도함수 Tr(t)는 수학식 1 내지 수학식 7에 의해 다음과 같이 정리할 수 있다.
(수학식 8)
Tr(t) =G₃× t + J₃
(수학식 9)
G₃= G1 + G2
(수학식 10)
J₃= J1 + J2
(수학식 11)
G3 = [Tr'(t1) - Tr'(t2)]/[t1 - t2],
(수학식 12)
J3 = [Tr'(t1)× t2 - Tr'(t2)× t1]/[t2 - t1]이며,
여기서 Tr'(t1) 및 Tr'(t2)는 각각 상기 외기 온도 t1 및 t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방종료환수온도이다.
상기 난방 운전 제어모듈(10)은 상기 난방종료환수온도함수를 산출하는 난방종료환수온도함수산출부(18)를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 난방종료환수온도함수산출부(18)는 사용자의 난방운전데이터에서 상기 난방운전정보입력출력장치(20)로부터 입력받은 상기 외기 온도인 t1, t2와 이에 따른 각각의 Ti'(t1), Ti'(t2), 및 각각의 ΔT'(t1), ΔT'(t2)로써 수학식 2와 수학식 3에 따라 각각 산출한 함수(Ti(t))와 함수(ΔT(t))를 수학식 9와 수학식 10과 같이 통합하여 수학식 8과 같은 상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하거나 또는, 상기 외기 온도인 t1, t2와 이에 따른 각각의 Tr'(t1) 및 Tr'(t2)로써 수학식 11과 수학식 12와 같이 각각 G3와 J3를 직접 산출하여 수학식 8과 같은 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출할 수 있다.
또한 난방 운전 제어 모듈(10)에 상기 난방종료환수온도함수산출부(18)가 없는 경우에는 상기 난방종료환수온도산출부(16)에 저장된 표준환수온도함수를 선택하거나, 저장된 것이 없다면 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 입력받는다.
상기 난방 운전 제어 모듈(10)은, 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 입력받을 운전 모드 설정부(12)를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 난방종료환수온도산출부(16)는 상기 지정된 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고, 상기 난방 운전 제어부(14)는, 상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 환수온도를 전달받아 상기 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료지시를 전달하여 난방 운전을 종료한다.
또한 상기 운전 모드 설정부(12)는 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 외기 온도(t)를 전달받을 시간간격을 입력받고, 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 환수온도측정센서 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 상기 난방 운전 제어부(14)에 난방 운전 개시 지시를 전달하여 난방운전을 개시한다.
또한 상기 난방 운전 제어 모듈(10)은 난방운전정보입력출력장치(20)와 함께 보일러(200), 펌프(300), 환수온도측정센서(30), 외기온도측정센서(40) 등 기존의 시설에 부가하여 난방 운전을 제어할 수 있다.
난방 운전 제어방법
본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어방법은 상기 난방 운전 제어장치를 이용하여, 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방의 난방 운전을 제어하며, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 외기 온도(t)에 따른 난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 전달받아 저장하는 난방종료환수온도함수 저장단계(S30)와 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 외기온도측정센서(40)에서 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도산출단계(S40)와 상기 난방운전제어부(14)가 상기 환수온도측정센서(30)에서 환수온도를 입력받아 상기 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하는 난방 운전 제어 단계(S50)를 포함한다.
또한, 상기 난방 운전 제어방법은, 상기 난방종료환수온도함수 저장단계(S30) 전에 난방종료환수온도함수산출단계(S20)를 더 포함할 수 있으며, 상기 난방종료환수온도함수산출단계(S20)는 상기 난방종료환수온도함수산출부(18)가 사용자의 난방운전데이터에서 상기 난방운전정보입력출력장치(20)로부터 입력받은 상기 외기 온도인 t1, t2와 이에 따른 각각의 Ti'(t1), Ti'(t2), 및 각각의 ΔT'(t1), ΔT'(t2)로써 수학식 2와 수학식 3에 따라 각각 산출한 함수(Ti(t))와 함수(ΔT(t))를 수학식 9와 수학식 10과 같이 통합하여 수학식 8과 같은 상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하거나 또는, 상기 외기 온도인 t1, t2와 이에 따른 각각의 Tr'(t1) 및 Tr'(t2)로써 수학식 11과 수학식 12와 같이 각각 G3와 J3를 직접 산출하여 수학식 8과 같은 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출한다.
또한 상기 난방종료환수온도함수산출단계(S20)를 실시하지 않는 경우에는 상기 난방종료환수온도산출단계(S40)에서 상기 난방종료환수온도산출부(16)에 저장되어 있는 표준환수온도함수를 이용하거나, 저장된 것이 없다면 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 입력받는다.
상기 난방 운전 제어방법은, 상기 난방종료환수온도함수 저장단계(S30) 전에 상기 운전 모드 설정부(12)가 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 입력받을 운전 모드 설정 단계(S10)를 더 포함하며, 이때 상기 난방종료환수온도산출단계(S40)는, 상기 난방종료환수온도산출부(16)가 상기 지정된 일정 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고, 상기 난방 운전 제어단계(S50)는, 상기 난방 운전 제어부(14)가 상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 환수온도를 전달받아 상기 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방 운전을 종료한다.
또한 상기 운전 모드 설정단계(S10)는 운전 모드 설정부(12)가 상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 환수온도측정센서 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 예약조건으로 더 선택하여 입력받으며, 상기 난방 운전 제어단계(S50)는, 상기 난방 운전 제어부(14)가 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방운전개시 지시를 전달하여 난방운전이 개시된다.
표준환수온도함수
신설 건물의 난방이나 사용자의 난방운전데이터를 적용할 수 없을 경우에는 난방종료환수온도산출부(16)에 저장되어 있는 표준환수온도함수(Ts(t))를 선 적용하기 위해 선택할 수 있다. 이의 근거로는, 기온 18℃ 이하에서 난방을 하는 우리나라의 기후에서 난방 운전 개시 직전의 난방수의 환수 측 온도와 난방수의 환수 측 상승 온도는 정상적인 난방 운전 상태에서 일반적으로 각각 25?30℃와 25?5℃로서, 본 발명에서는 Ts(t)의 기울기(Gs)와 t가 0℃일 때의 Ts(t) 값인 Js을 각각 -0.20?-0.60와 40?50℃의 범위로 정하였으며, 이에 따른 표준환수온도함수 Ts(t)는 수학식 13과 같이 나타내었다.
(수학식 13)
Ts(t)= Gs × t + Js
도 4의 ②는 상기 Gs가 -0.40, Js가 42.5℃일 때의 표준환수온도함수에 의해 산출된 표준환수온도함수 Ts(t) = -0.40 × t + 42.5이며, 도 4의 ①은 한 사례의 난방종료환수온도함수 Tr(t) = -0.32 × t + 41.6이다. 그러나 상기 표준환수온도함수 Ts(t)는 실제 난방 운전 정보가 반영된 것이 아니어서 상기 도 4의 ①의 사례와는 다소의 편차를 나타낼 수 있으므로 선 적용하기 위해 선택한 경우에는 난방 시운전을 통해 실온 측정 등 최적의 난방상태에 이르도록 Gs와 Js를 교정한다.
실시 예
본 발명의 기온에 의한 난방 운전 제어장치는 도 5의 실시 예와 같이 난방 대상 건물의 환수관에 펌프(300)와 결합 및/또는 보일러의 제어부에 설치할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 도시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 난방 운전 제어모듈 12 : 운전 모드 설정부
14 : 난방 운전 제어부 16 : 난방종료환수온도산출부
18 : 난방종료환수온도함수산출부 20 : 난방운전정보입력출력장치
30 : 환수온도 측정센서 40 : 외기 온도 측정센서
200 : 보일러 300 : 펌프
S10 : 운전모드 설정단계 S20 : 난방종료환수온도함수산출단계
S30 : 난방종료환수온도함수 저장단계 S40 : 난방종료환수온도산출단계
S50 : 난방 운전 제어단계

Claims (6)

  1. 난방 대상 건물의 난방수가 환수되는 지점에 설치되어 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방을 제어하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치에 있어서,
    난방 운전 제어모듈(10)과;
    실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 환수온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어모듈(10)로 전달하는 환수온도측정센서(30)와;
    실 시각으로 상기 난방 대상 건물의 외기 온도를 측정하여 상기 난방 운전 제어모듈(10)로 전달하는 외기온도측정센서(40)를; 더 포함하되,
    상기 난방 운전 제어모듈(10)은,
    난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 저장하여, 상기 외기온도측정센서(40)에서 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도산출부(16)와;
    상기 환수온도측정센서(30)에서 환수온도를 입력받아 상기 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하는 난방 운전 제어부(14)와;
    상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하는 난방종료환수온도함수산출부(18)를; 포함하는 것을 특징으로 하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 난방종료환수온도함수 Tr(t) = ΔT(t) + Ti(t) = G3 × t + J3 이되,
    상기 t는 외기 온도이며,
    상기 Ti(t)는 난방 운전 개시 전의 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 환수 측 온도로 Ti(t) = G2 × t + J2이며,
    상기 ΔT(t)는 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 상승 필요 온도로 ΔT(t) = G1 × t + J1이되,
    G1 = [ΔT'(t1) - ΔT'(t2)]/[t1 - t2],
    G2 = [Ti'(t1) - Ti'(t2)]/[t1 - t2],
    G3 = G1 + G2 = [Tr'(t1) - Tr'(t2)]/[t1 - t2],
    J1 = [ΔT'(t1)× t2 - ΔT'(t2)× t1]/[t2 - t1],
    J2 = [Ti'(t1)× t2 - Ti'(t2)× t1]/[t2 - t1],
    J3 = J1 + J2 = [Tr'(t1)× t2 - Tr'(t2)× t1]/[t2 - t1]이되,
    t1, t2는 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 서로 다른 두 개의 외기 온도,
    Ti'(t1), Ti'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방운전개시 직전의 난방수의 환수온도,
    ΔT'(t1), ΔT'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방수의 상승 온도,
    Tr'(t1), Tr'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방종료환수온도인 것을 특징으로 하는 난방 운전 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 난방 운전 제어장치는,
    사용자로부터 정보를 입력받는 난방운전정보입력출력장치(20)를 더 포함하며,
    상기 난방 운전 제어모듈(10)은,
    상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 입력 받는 것, 외기 온도(t)를 전달받을 시간간격을 입력 받는 것, 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 상기 환수온도측정센서(30) 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 상기 난방 운전 제어부(14)에 난방 운전 지시를 전달하는 운전 모드 설정부(12)를; 더 포함하며,
    상기 운전 모드 설정부(12)의 상기 예약된 조건에 따라 지시를 받은 상기 난방 운전 제어부(14)는 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 개시 지시를 전달하여 난방 운전이 개시되고,
    상기 난방종료환수온도산출부(16)는
    상기 지정된 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고,
    상기 난방 운전 제어부(14)는,
    상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 난방수의 환수온도를 전달받아 상기 난방수의 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방 운전이 종료되는 것을 특징으로 하는 기온에 의한 난방 운전 제어장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 난방 운전 제어장치를 이용한 공동주택의 중앙난방 또는 동별 난방을 제어하는 난방 운전 제어방법에 있어서,
    상기 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 산출하는 난방종료환수온도함수산출단계(S20)와;
    상기 난방종료환수온도산출부(16)가 난방 운전 제어 온도인 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도함수(Tr(t))를 전달받아 저장하는 난방종료환수온도함수 저장단계(S30)와;
    상기 난방종료환수온도산출부(16)가 외기온도측정센서(40)에서 외기 온도(t)를 전달받아 상기 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 난방종료환수온도를 산출하는 난방종료환수온도산출단계(S40)와;
    상기 난방 운전 제어부(14)가 상기 환수온도측정센서(30)에서 환수온도를 입력받아 상기 환수온도가 난방종료환수온도에 도달하면 난방수를 가열하는 보일러(200)와 난방수를 순환시키는 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하는 난방 운전 제어단계(S50)를; 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 운전 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 난방종료환수온도함수 Tr(t) = ΔT(t) + Ti(t) = G3 × t + J3 이되,
    상기 t는 외기 온도이며,
    상기 Ti(t)는 난방 운전 개시 전의 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 환수 측 온도로 Ti(t) = G2 × t + J2이며,
    상기 ΔT(t)는 상기 외기 온도 t에 따른 난방수의 상승 필요 온도로 ΔT(t) = G1 × t + J1이되,
    G1 = [ΔT'(t1) - ΔT'(t2)]/[t1 - t2],
    G2 = [Ti'(t1) - Ti'(t2)]/[t1 - t2],
    G3 = G1 + G2 = [Tr'(t1) - Tr'(t2)]/[t1 - t2],
    J1 = [ΔT'(t1)× t2 - ΔT'(t2)× t1]/[t2 - t1],
    J2 = [Ti'(t1)× t2 - Ti'(t2)× t1]/[t2 - t1],
    J3 = J1 + J2 = [Tr'(t1)× t2 - Tr'(t2)× t1]/[t2 - t1]이되,
    t1, t2는 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 서로 다른 두 개의 외기 온도,
    Ti'(t1), Ti'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방운전개시 직전의 난방수의 환수온도,
    ΔT'(t1), ΔT'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방수의 상승 온도,
    Tr'(t1), Tr'(t2) : 상기 외기 온도 t1, t2에 따라 사용자의 난방운전데이터에서 입력한 난방종료환수온도인 것을 특징으로 하는 기온에 의한 난방 운전 제어방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 난방 운전 제어방법은,
    상기 운전모드 설정부(12)가 운전을 개시할 조건을 입력받는데 있어서,
    상기 난방운전정보입력출력장치(20) 또는 연결된 단말장치로부터 환수온도측정센서(30)에서 전달받을 환수온도를 산출할 시간간격을 입력 받는 것, 외기 온도(t)를 전달받을 시간간격을 입력 받는 것, 운전을 개시할 날짜 및 시각을 예약 받는 것, 난방 종료 후 난방수의 환수 온도가 일정온도 이하로 떨어질 경우 재개시할 온도간격 또는 시간간격 중 하나를 예약 받는 것, 난방수의 순환에 따른 환수온도측정센서 설치 위치별 온도 차이를 보정하기 위한 난방종료환수온도 보정을 예약조건으로 선택하되, 예약을 위해 입력하는 수치는 오류를 방지하기 위해 상한과 하한치를 두어 상기 선택한 예약조건이 충족되는 경우, 상기 난방 운전 제어부(14)에 난방 운전 지시를 전달하기 위해 입력받는 운전 모드 설정 단계(S10)를; 더 포함하며,
    상기 운전 모드 설정부(12)의 지시를 받은 상기 난방 운전 제어부(14)는 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 개시 지시를 전달하여 난방 운전이 개시되고,
    상기 난방종료환수온도산출단계(S40)는,
    상기 난방종료환수온도산출부(16)가 상기 지정된 시간간격마다 실 시각으로 상기 외기 온도(t)를 전달받아 저장된 난방종료환수온도함수(Tr(t))에 입력하여 상기 난방종료환수온도를 산출하고,
    상기 난방 운전 제어단계(S50)는, 상기 난방 운전 제어부(14)가 상기 난방종료환수온도가 산출될 때마다 실 시각으로 상기 난방수의 환수온도를 전달받아 상기 난방수의 환수온도가 상기 난방종료환수온도에 도달하면 상기 보일러(200)와 상기 펌프(300)에 난방 운전 종료 지시를 전달하여 난방 운전이 종료되는 것을 특징으로 하는 난방 운전 제어방법.
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KR101682008B1 (ko) 2016-02-04 2016-12-05 이에스콘트롤스(주) 일조량에 의한 체감온도 변화에 따른 열원설비 제어장치 및 방법
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CN106765435A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 天津市三木森电炉股份有限公司 一种智能电加热水暖炉
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