KR20120110404A - 난방장치의 제어방법 - Google Patents

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KR20120110404A
KR20120110404A KR1020110028231A KR20110028231A KR20120110404A KR 20120110404 A KR20120110404 A KR 20120110404A KR 1020110028231 A KR1020110028231 A KR 1020110028231A KR 20110028231 A KR20110028231 A KR 20110028231A KR 20120110404 A KR20120110404 A KR 20120110404A
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Abstract

본 발명은 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에 난방이 중지된 경우 난방이 중지된 난방영역의 환수온도를 기초로 산정된 난방부하에 따른 각방밸브 개도량만큼 전체 공급 열량을 감소시킬 수 있는 난방장치의 제어방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 제어방법은, 난방수를 공급하는 공급관, 상기 공급관으로부터 분기되어 복수의 난방영역에 각각 연결되는 복수의 공급측 분기관, 상기 난방영역에서 열교환이 이루어진 후의 난방수가 통과하는 복수의 환수측 분기관, 상기 복수의 환수측 분기관이 합쳐진 환수관, 상기 복수의 환수측 분기관 상에 각각 설치되어 상기 난방영역에 공급되는 난방수의 유량을 조절하는 복수의 각방밸브 및 상기 각방밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하는 난방장치의 제어방법에 있어서, 상기 환수측 분기관에 설치된 환수온도센서에서 난방환수의 온도를 측정하고; 상기 공급관 또는 환수관 상에 설치된 열량조절밸브에서 전체 열량을 조절하고; 상기 제어부에서는 상기 측정된 환수온도정보로부터 각 난방영역에 비례적으로 열량을 공급하기 위해 상기 각방밸브마다의 개도량 비율을 연산하고, 상기 연산된 개도량 비율에 따라 상기 각방밸브의 개도를 조절하고; 상기 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에서 난방이 중지된 경우 그 난방이 중지된 난방영역의 각방밸브 개도량을 합산한 만큼 상기 열량조절밸브에서 난방수 열량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

난방장치의 제어방법{CONTROLL METHOD OF HEATING APPARATUS}
본 발명은 난방장치의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에 난방이 중지된 경우 그 난방이 중지된 난방영역에서 감소된 열량만큼 난방수 전체 공급 열량을 감소시켜 난방비를 절감함과 아울러 관 소음을 저감시킨 난방장치의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 난방장치는 열원으로부터 공급받은 난방수를 난방을 필요로 하는 복수의 난방영역에 분배하여 공급하고, 상기 복수의 난방영역에서 열교환이 이루어진 난방환수는 상기 열원으로 배출되어 재가열된 후 다시 난방영역으로 순환공급된다.
이러한 난방장치는 열원으로부터 난방수를 공급하는 공급관, 상기 공급관으로부터 분기되어 복수의 난방영역에 각각 연결되는 복수의 공급측 분기관, 상기 난방영역에서 열교환이 이루어진 후의 난방수가 통과하는 복수의 환수측 분기관, 상기 복수의 환수측 분기관이 합쳐진 환수관, 상기 복수의 환수측 분기관 상에 각각 설치되어 상기 난방영역에 공급되는 난방수의 열량을 조절하는 복수의 각방밸브 및 상기 각방밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 구비하고 있다.
각 난방영역은 사용자가 원하는 설정온도를 설정할 수 있도록 되어 있어 사용자가 설정한 온도에 따라 상기 각방밸브의 개도량을 조절하여 해당 난방영역의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 되어 있다.
이러한 난방장치에서 사용자는 난방비를 줄이기 위해 복수의 난방영역 중 일부 난방영역의 난방을 중지시키게 됨에 따라 난방을 중지시킨 난방영역의 각방밸브는 폐쇄된다.
이와 같이 일부 난방영역의 각방밸브가 폐쇄되면, 난방이 가동되고 있는 다른 난방영역에는 원래 설정된 양보다 많은 유량의 난방수가 더 빠른 유속으로 흐르게 되므로, 난방 중인 난방영역의 유량은 커졌지만 유속이 빨라서 난방영역과 난방수 간에 열교환이 충분히 일어나지 않아 전체 난방 면적이 줄었음에도 불구하고 오히려 난방비 절감이 되지 않고 난방효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 일부 난방영역이 난방 중지되면 난방 중인 난방영역에 연결된 환수측 분기관 및 환수관에서 유속이 빨라짐에 따라 캐비테이션(공동 현상)이 발생되어 난방수가 흐를 때 유체가 파이프 내부를 치는 수격현상을 초래하여 소음이 발생되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 대한민국 특허등록 제948844호가 제시되어 있다. 상기 특허등록 제948844호에는 최적난방에 필요한 요구열량을 산출하고 그 열량과 비례관계에 있는 최적 유량값을 찾아내 난방이 중지된 난방영역에 해당하는 최적 유량만큼 세대 전체 유량을 감소시키는 기술이 제안되어 있다.
상기 등록특허의 방법에 의하면 최적난방에 필요한 요구열량을 산출하기 위해 각 방별 난방부하를 일일이 계산해야 하는데, 이를 산출하기 위한 인자로는 방을 구성하고 있는 재료자체의 특성과 관련된 열관류율, 난방면적(방 바닥 면적, 벽과 천장의 면적), 방의 방위계수 등이 있고, 이러한 인자를 모두 고려하여 산출한 난방부하에 맞추어 필요요구열량을 구하게 된다. 그러나 이렇게 산출된 요구 열량을 유량으로만 공급함으로써 실제 필요요구열량에 밀접하게 관계되어 있는 공급-환수관의 온도차에 대한 부분이 배제되어 있다.
또한 이러한 방법은 난방장치를 설치할 때 미리 계산하여 그 계산된 값을 난방장치의 제어부에 미리 입력시켜야 하므로, 일단 난방시공이 완료된 이후에는 상기 제어부에 입력된 값은 쉽게 변경할 수 없다.
따라서 리모델링이나 베란다 확장 공사와 같이 난방배관의 길이가 변경된 경우에는 최적난방에 필요한 요구열량이 변경되어 상기 제어부에 입력된 값이 부적합하게 되므로, 난방이 중지된 난방영역에 해당하는 최적 유량만큼 세대 전체 유량을 감소시키더라도 그 감소된 유량이 변경된 난방부하를 반영하지 못하므로, 난방효율의 저하와 소음발생의 문제를 해결하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 환수온도를 기초로 각 난방영역의 각방밸브 개도량을 설정하고, 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에 난방이 중지된 경우, 난방이 중지된 난방영역의 각방밸브 개도량을 합산한 만큼 전체 공급 열량을 감소시킴으로써 난방부하가 변경된 경우에도 자동으로 그 변경된 난방부하를 반영하여 전체 공급 열량을 감소시킬 수 있어 난방효율의 저하를 방지하고 소음발생을 방지할 수 있는 최적화된 난방장치의 제어방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난방장치의 제어방법은, 난방수를 공급하는 공급관, 상기 공급관으로부터 분기되어 복수의 난방영역에 각각 연결되는 복수의 공급측 분기관, 상기 난방영역에서 열교환이 이루어진 후의 난방수가 통과하는 복수의 환수측 분기관, 상기 복수의 환수측 분기관이 합쳐진 환수관, 상기 복수의 환수측 분기관 상에 각각 설치되어 상기 난방영역에 공급되는 난방수의 유량을 조절하는 복수의 각방밸브 및 상기 각방밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하는 난방장치의 제어방법에 있어서, 상기 환수측 분기관에 설치된 환수온도센서에서 난방환수의 온도를 측정하고; 상기 공급관 또는 환수관 상에 설치된 열량조절밸브에서 전체 열량을 조절하고; 상기 제어부에서는 상기 측정된 환수온도정보로부터 각 방에 비례적으로 열량을 공급하기 위해 상기 각방밸브마다의 개도량 비율을 연산하고, 상기 연산된 개도량 비율에 따라 상기 각방밸브의 개도를 조절하고; 상기 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에서 난방이 중지된 경우 그 난방이 중지된 난방영역의 각방밸브 개도량을 합산한 만큼 상기 열량조절밸브에서 난방수 열량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 복수의 난방영역 중 일부 난방영역의 난방이 중지된 경우에도 난방이 중지된 난방영역의 감소된 난방부하만큼 전체 공급 열량을 감소시킴과 아울러 환수온도를 기준으로 상기 전체 공급 열량의 감소량을 결정함으로써 베란다 확장 공사 및 기타 다양한 설치조건변화나 환경변화로 인해 난방부하가 변경된 경우에도 이를 자동으로 반영함으로써 난방효율의 저하 및 소음발생의 문제를 방지할 수 있고 난방장치를 최적화된 상태로 가동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 난방장치를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제어방법이 적용될 난방장치의 구성을 보여주는 구성도,
도 3은 각 난방영역별 환수온도가 설정온도에 도달하는 시간을 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명의 제어방법을 보여주는 흐름도,
도 5는 본 발명의 열량조절밸브 개도량과 난방수 열량과의 관계를 보여주는 그래프.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 난방장치에 대해 설명한다.
난방장치는, 열원(100), 상기 열원(100)으로부터 난방영역(300)에 난방수를 공급하기 위한 공급부(200), 상기 난방영역(300)에서 열전달이 이루어진 후 환수되는 환수부(400)로 이루어진다.
상기 공급부(200)는, 열원(100)으로부터 난방수를 공급하는 공급관(210), 상기 공급관(210)에 연결되는 공급측 분배기(220), 상기 분배기(220)와 난방영역(300) 사이를 연결하는 복수의 공급측 분기관(230)으로 이루어져 있고, 상기 공급관(210) 상에는 공급되는 전체 난방수 열량을 조절하기 위한 열량조절밸브(240)가 설치되어 있다.
상기 환수부(400)는, 상기 난방영역(300)과 연결되어 열교환이 이루어진 난방환수가 통과하는 복수의 환수측 분기관(430), 상기 복수의 환수측 분기관(430)과 연결되어 난방환수가 하나의 유로로 통합되는 환수측 분배기(420), 상기 환수측 분배기(420)에 연결되어 열원(100) 측으로 난방환수를 보내는 환수관(410)으로 이루어져 있다.
상기 환수측 분기관(430)에는 각 난방영역(300)마다 설정된 온도에 따라 쾌적한 실내 환경이 되도록 난방수의 열량을 조절하기 위한 각방밸브(440)와 상기 환수측 분기관(430) 내부를 흐르는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 환수온도센서(450)가 설치되어 있다.
제어부(500)는 환수온도센서(450)에서 측정된 환수온도정보로부터 각 난방영역(300)의 난방부하를 연산한 후 그 연산된 난방부하에 따라 상기 각방밸브(440)의 개도량을 조절하게 된다.
이렇게 각방밸브(440)의 개도량이 조절된 상태에서 복수의 난방영역(300) 중 일부 난방영역(300)에서 난방이 중지된 경우 상기 제어부(500)는 난방이 중지된 난방영역(300)의 각방밸브(440) 개도량을 합산하고, 그 합산한 만큼 전체 난방수 열량을 감소시키도록 열량조절밸브(240)의 개도를 조절하게 된다.
상기 열량조절밸브(240)는 공급관(210) 또는 환수관(410) 상에 설치될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제어방법에 대해 설명한다.
난방이 개시되면, 환수온도센서(450)에서 환수온도가 측정된다(S610).
각각의 난방영역(300)은 햇빛이 잘 드는 곳인지 여부, 단열이 잘 되어 있는지 여부, 단열재의 종류 등에 따라 난방을 위해 필요로 하는 열량이 상이하게 된다. 또한 환수온도는 난방수가 각각의 난방영역(300)을 거치면서 열을 빼앗긴 후에 측정된 온도이다. 따라서 상기 환수온도는 각 난방영역(300)에서 요구하는 열량이 어느 정도인지를 판단할 수 있는 중요한 기준이 된다.
환수온도가 측정되면 측정된 환수온도가 기 설정된 설정온도(Tset)에 도달하였는지 여부를 판단한다(S620). 여기서 설정온도(Tset)는 임의로 정해지는 값으로 공급수온도(Tsup) 이하의 범위에서 적절한 온도를 설정할 수 있다.
환수온도가 설정온도(Tset)에 도달하였다고 판단되면, 환수온도의 설정온도(Tset) 도달시간을 연산하게 된다(S630).
도 3에 나타난 설정온도 도달시간을 예를 들면, 방 3의 경우 환수온도가 설정온도(Tset)에 도달하는 시간이 가장 빨라 t1이고, 방 1의 경우 설정온도(Tset)에 도달하는 시간이 t2이고, 방 2의 경우 설정온도(Tset)에 도달하는 시간이 t3이며, 방 4의 경우 설정온도(Tset)에 도달하는 시간이 t4가 되어 가장 늦게 도달한다.
상기와 같이 환수온도의 설정온도 도달시간이 연산되면, 각방밸브(300)의 개도비율이 연산된다(S640).
이와 같은 과정을 아래 표에 나타난 바와 같은 예를 들어 설명한다.
구분 방 1 방 2 방 3 방 4
설정온도 도달시간 8분 10분 6분 24분
비율 33% 42% 25% 100%
즉, 측정된 환수온도 중 가장 늦게 설정온도(Tset)에 도달한 방 4의 도달시간 24분을 기준(100%)으로 하여 각 방의 도달시간을 비율로 계산하면 위 표와 같은 비율이 계산된다.
이는 방 4가 난방을 위해 필요로 하는 열량이 가장 많은 장소가 되는 것으로, 설정온도에 도달하는 시간이 빠를수록 필요로 하는 열량이 적고, 설정온도에 도달하는 시간이 늦을수록 필요로 하는 열량이 많음을 의미한다.
따라서 측정된 환수온도로부터 설정온도 도달시간의 비율을 연산하고, 이렇게 연산된 설정온도 도달시간의 비율은 각 방마다 필요로 하는 열량의 비율을 의미하는 것이므로, 이 비율을 그대로 각방밸브(300)마다의 개도량 비율로 정의할 수 있다.
결국 위 표에서는 방 4의 난방 배관에 설치된 각방밸브(300)는 완전개방(100%)되도록 하고, 방 1은 33%, 방 2는 42%, 방 3은 25%의 비율로 개방시키도록 각방밸브(440)의 개도를 조절하게 된다(S650).
상기와 같은 과정을 통해 각방밸브(440)는 각 난방영역(300)마다의 배관길이뿐만 아니라 각 난방영역의 온도조건에 영향을 미치는 외부조건(햇빛량, 단열정도, 외기온도 등)을 모두 고려하여 각 난방영역(300)의 난방이 균일하게 이루어지도록 각방밸브(440)의 개도를 설정할 수 있게 된다.
상기와 같이 각방밸브(440)의 개도가 설정된 상태에서 각 난방영역(300)마다 사용자가 룸콘트롤러를 통해 설정한 온도에 따라 난방이 이루어진다. 즉 사용자가 설정한 온도를 넘게 되면 각방밸브(440)를 닫아 난방이 중지되고, 다시 온도가 하강하여 사용자가 설정한 온도 이하로 떨어지면 각방밸브(440)를 상기에서 설정된 비율만큼의 개도로 열어 난방이 가동되는 과정을 반복하게 된다.
이때 사용자가 설정한 온도를 넘게 되어 난방이 중지되는 난방영역(300)이 생긴 경우(S660), 해당 난방영역(300)의 각방밸브(440)에서 밸브가 닫힌 만큼 난방이 가동되고 있는 다른 난방영역에는 원래 설정된 양보다 많은 열량의 난방수가 더 빠른 유속으로 흐르게 되므로 이를 방지하기 위해 열량조절밸브(240)의 개도를 조절하여 공급부(200)로 공급되는 전체 난방수 열량을 감소시키는 것이 필요하다.
이 경우 상기 열량조절밸브(240)에서 조절되는 개도량은 난방이 중지된 방의 환수온도정보를 기초로 연산된 각방밸브(440)의 개도량을 합산한 값을 전체 난방부하량에 대한 비율로 설정할 수 있다(S670).
이를 상기 표에서 방 1과 방 2에서 사용자가 설정한 설정온도에 도달하여 난방이 중지된 경우를 예를 들어 설명한다.
전체 난방부하량은 방 1 내지 방 4의 개도량을 합한 값, 즉 200(33% + 42% + 100% + 25%)이 되고, 이 전체 난방부하량에 대하여 난방이 중지된 방 1과 방 2에서 줄어든 난방부하량은 상기 환수온도에 기초하여 설정된 개도량을 합산한 값으로 볼 수 있다.
따라서 방 1과 방 2에서 난방이 중지되어 감소된 난방부하량은, 방 1과 방 2의 각방밸브(440)에 설정된 개도량 비율을 합산한 33% + 42% = 75가 되므로, 상기 열량조절밸브(240)에서 감소시켜야 할 열량은 상기 전체 난방부하량에 대하여 상기 감소된 난방부하량의 비율로 정의할 수 있다.
결국 상기 열량조절밸브(240)에서 열량을 감소시키는 비율은 75/200*100 = 37.5%가 되므로, 상기 열량조절밸브(240)에서는 최대 난방부하시 공급되는 열량에 비하여 37.5%만큼 감소되도록 밸브 개도량을 조절하게 된다(S680).
이 경우 상기 열량조절밸브(240)를 통해 공급되는 난방수 열량은 설정된 난방수 공급압력하에서 밸브의 개도량에 선형적으로 비례하지 않으므로, 제어부(500)에 미리 대응하는 값을 입력하는 것이 바람직하다.
즉, 도 5에 나타난 바와 같이 열량조절밸브(240)의 개도가 일정한 값만큼 변하더라도 공급되는 난방수 열량은 포물선 곡선을 따라 변하게 되는데, 밸브 개도량 2mm 정도까지는 공급되는 난방수 열량이 적게 변화하지만, 밸브 개도량 2 ~ 4mm범위에서는 급격하게 변화한다. 여기서 ①번 그래프는 밸브개도량이 증가하는 상태를 보여주는 그래프이고, ②번 그래프는 밸브개도량이 감소하는 상태를 보여주는 그래프이다.
따라서 제어부(500)에는 설정된 난방수 공급압력 하에서 열량조절밸브(240) 개도량에 대응하는 난방수 열량값을 미리 입력하고, 일부 난방영역의 난방이 중지된 경우 감소시키고자 하는 열량만큼 열량조절밸브(240)의 개도를 줄임으로써, 변경된 난방부하량에 부합하도록 전체 난방수 열량을 조절할 수 있다.
상기 제어부(500)에 입력된 난방수 열량값은 열량조절밸브(240)를 통과하는 유량값이 될 수 있지만, 상기 유량값은 측정된 환수온도로부터 각 난방영역에서 필요로 열량이 모두 반영된 것이므로 난방에 필요한 열량값으로 볼 수 있다.
이와 같은 방법으로 난방이 중지된 난방영역(300)의 난방부하감소량을 환수온도정보를 기초로 연산하게 되면 리모델링이나 베란다 확장 공사에 따라 배관길이가 달라져 난방부하가 변경된 경우에도 그 변경된 난방부하량은 상기 환수온도정보에 자동으로 반영되므로 제어부(500)에 난방부하의 계산에 의한 값이나 변동량을 별도로 설정할 필요가 없다.
또한 난방수를 유량에 기초하여 공급하는 것이 아니라 환수온도에 의해 반영된 열량에 기초하여 열량조절밸브(240)의 개도를 조절함으로써 각 난방영역(300)에서 필요로 하는 열량을 정확하게 반영하여 난방을 수행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 열원 200 : 공급부
210 : 공급관 220 : 공급측 분배기
230 : 공급측 분기관 240 : 열량조절밸브
300 : 난방영역 400 : 환수부
410 : 환수관 420 : 환수측 분배기
430 : 환수측 분기관 440 : 각방밸브
450 : 환수온도센서 500 : 제어부

Claims (4)

  1. 난방수를 공급하는 공급관, 상기 공급관으로부터 분기되어 복수의 난방영역에 각각 연결되는 복수의 공급측 분기관, 상기 난방영역에서 열교환이 이루어진 후의 난방수가 통과하는 복수의 환수측 분기관, 상기 복수의 환수측 분기관이 합쳐진 환수관, 상기 복수의 환수측 분기관 상에 각각 설치되어 상기 난방영역에 공급되는 난방수의 유량을 조절하는 복수의 각방밸브 및 상기 각방밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하는 난방장치의 제어방법에 있어서,
    상기 환수측 분기관에 설치된 환수온도센서에서 난방환수의 온도를 측정하고;
    상기 공급관 또는 환수관 상에 설치된 열량조절밸브에서 전체 열량을 조절하고;
    상기 제어부에서는 상기 측정된 환수온도정보로부터 각 난방영역에 비례적으로 열량을 공급하기 위해 상기 각방밸브마다의 개도량 비율을 연산하고, 상기 연산된 개도량 비율에 따라 상기 각방밸브의 개도를 조절하고;
    상기 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에서 난방이 중지된 경우 그 난방이 중지된 난방영역의 각방밸브 개도량을 합산한 비율 만큼 상기 열량조절밸브에서 난방수 열량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 난방장치의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환수온도정보는 환수온도가 기 설정된 설정온도에 도달하는데 소요되는 도달시간이고, 상기 각방밸브의 개도량 비율은 상기 도달시간의 비율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 난방장치의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각방밸브의 개도량 비율은, 상기 도달시간이 가장 긴 각방밸브의 개도를 최대개도로 설정하고, 나머지 각방밸브의 개도는 상기 도달시간이 짧을수록 작아지도록 상기 최대개도에 대하여 비례적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 난방장치의 제어방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어부에는 설정된 난방수 공급 압력에서 상기 열량조절밸브의 개도량에 대응하는 난방수 열량값이 미리 입력되어 있고, 상기 복수의 난방영역 중 일부 난방영역에서 난방이 중지된 경우 상기 난방수 열량의 감소량에 대응하는 만큼 열량조절밸브의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 하는 난방장치의 제어방법.
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