KR20120117355A - 변유량 난방제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

지역난방 공급시설이나 중앙보일러를 이용하여 개별 수요처에 난방열을 공급하는 중앙집중식 난방시설에서, 열교환기와 제어방법을 이용해 난방수요에 따라 열원측(1차측)으로부터 수요측(2차측)으로 전달되는 열공급량을 제어하는 장치와 방법

Description

변유량 난방제어장치 및 그 방법{Variable Flow Heating Control System and Heating Control Method using thereof}

지역난방 공급시설이나 중앙보일러를 이용하여 개별 수요처에 난방열을 공급하는 중앙집중식 난방시설에서, 열교환기와 제어방법을 이용해 난방수요에 따라 열원측(1차측)으로부터 수요측(2차측)으로 전달되는 열공급량을 제어하는 장치와 방법(<그림 1> 및 <그림 2> 참조)

난방수 공급온도 제어와 난방순환펌프 제어를 별도로 수행

(1) 난방수 공급온도 제어

수요측의 공급관에 설치되는 온도센서로부터 읽은 온도값(Ts)이 미리 설정된 공급온도 설정값(Ts,set)이 되도록 열원측에 설치되는 온도제어밸브(TCV)를 이용하여 열교환기를 통과하는 수요측 유량을 제어

이때 외기온도(To)에 따라 공급온도 설정값(Ts,set)을 변화시키는 외기온도 보상제어 수행

(2) 난방순환펌프 제어

수요측의 공급관과 환수관에 각각 설치되는 압력계로부터 읽은 압력값의 차이(차압)를 이용하여 인버터에 의해 수요측의 순환펌프 회전수를 제어하여 필요한 난방수량을 수요측에 공급하는 인버터 구동 변유량제어 수행

이때 유동저항이 가장 큰 지역에 대한 유량공급을 원활히 하기 위해 환수관에 설치되는 압력계 대신 공급관 중 유동저항이 가장 큰 지역의 말단에 압력계를 설치하기도 함

난방수 공급온도 제어와 난방순환펌프의 제어기능을 통합하여 하나의 제어장치 및 제어알고리즘으로 구성

단 개별 사용처(세대)에서 변유량 제어를 수행하는 경우와 변유량 제어를 수행하지 않는 경우로 구분 필요(변유량 제어를 수행하는 경우를 기본으로 하고, 이외의 경우에는 보완을 위한 장치 및 알고리즘 추가)

(1) 세대에서 변유량 제어를 수행하는 경우 (<그림 3> 참조)

수요측의 공급관에 설치되는 온도센서로부터 읽은 온도값(Ts)이 미리 설정된 공급온도 설정값(Ts,set)이 되도록 열원측에 설치되는 변유량 제어밸브를 이용하여 열교환기를 통과하는 수요측 유량을 제어

이때 외기온도(To)에 따라 공급온도 설정값(Ts,set)을 변화시키는 외기온도 보상제어 수행 가능(기존 기술과 동일)

수요측의 공급관에 설치되는 온도센서로부터 읽은 온도값(Ts)과 수요측의 환수관에 설치되는 온도센서로부터 읽은 온도값(Tr)의 차가 미리 설정된 난방수 공급 및 귀환 온도차의 설정값(△Tset)이 되도록 인버터를 이용하여 펌프의 회전속도를 제어함으로써 수요측으로 공급되는 난방수의 유량을 제어

즉 난방수 공급 및 귀환 온도차가 설정값(△Tset) 보다 커지면 인버터에 신호를 줘서(주파수 증가) 유량을 증가시키고, 난방수 공급 및 귀환 온도차가 설정값(△Tset) 보다 작아지면 인버터에 신호를 줘서(주파수 감소) 유량을 감소시켜 난방수요의 변화에 따라 난방수의 순환유량을 조절하여 난방부하에 필요한 만큼의 열량을 수요측에 공급

상기 난방수 공급 및 귀환 온도차의 설정값(△Tset)은 건물의 소재지나 제원 및 난방수 공급방법 또는 수요측의 요구조건 등 난방계통의 설계 및 운전조건에 따라 다르므로 경험에 따라 결정되어야 하며, 10℃ 내외가 권장됨

2개의 서로 다른 제어장치(열원측 또는 1차측과 수요측 또는 2차측)의 통합에 따른 구성요소의 단순화(비용 절감, 내구성 향상) 및 상호 유기적인 연계운전을 통한 운전효율 향상

기존의 수요측 공급관과 환수관 사이의 차압에 의해 인버터를 이용하는 난방순환펌프의 제어방법은 필요로 하는 유량 이외의 유량을 바이패스시켜 주는 차압밸브의 기능을 대체하여 불필요한 동력손실과 그에 따른 에너지의 손실을 줄여주는데 반해,

공급관과 환수관 사이의 온도차에 의한 제어(공급수의 온도가 일정한 경우 환수온도에 의한 제어)를 수행하는 경우에는 수요측에서 난방수행에 필요로 하는 만큼의 열량만을 공급함으로써 중앙기계실로부터 말단 세대까지 불필요한 난방수를 공급할 필요가 없어 난방을 위한 반송에너지의 획기적인 절감 가능(약 40% 이상)

<그림 1> 기계식 장치에 의한 단순제어장치 구성
<그림 2> 인버터를 이용한 전자제어장치 구성
<그림 3> 세대별 변유량 제어를 수행하는 경우의 제어장치 구성
<그림 4> 세대별 변유량 제어를 수행하지 않는 경우의 제어장치 구성

(2) 세대에서 변유량 제어를 수행하지 않는 경우 (<그림 4> 참조)

수요처(세대)에서 변유량 제어를 수행하지 않는 경우에는 상기 난방수 공급 및 귀환 온도차에 의한 변유량 제어를 수행하는 경우에 대한 제어방법에 수요측의 공급관과 환수관에 각각 설치되는 압력계의 압력값의 차이(차압)를 이용하는 제어방법을 추가 적용

즉 개별 세대에서 변유량 제어를 수행하지 않는 경우에는 각 세대에서 난방에 이용되고 귀환되는 물의 온도가 서로 다른 것이 일반적(난방수행기간 동안 세대 통과유량이 일정)이므로 펌프의 회전속도가 낮을 경우 적은 차압에 따라 난방능력이 떨어지는 단점을 보완

이를 위해 수요측의 공급관과 환수관에 각각 설치되는 압력계로부터 읽은 압력값의 차이(차압)가 최소 압력차 설정값(△Ps,min) 보다 큰 값을 유지하고 있는지를 먼저 확인하여, 이 조건이 만족되면 상기 난방수 공급 및 귀환 온도차에 의한 변유량 제어를 수행

△P ＞ △Ps,min : 온도차에 의한 인버터 펌프 변유량 제어 수행

수요측의 공급관과 환수관에 각각 설치되는 압력계로부터 읽은 압력값의 차이(차압)가 최소 압력차 설정값(△Ps,min)을 만족하지 못하는 경우(압력값의 차이(차압)가 최소 압력차 설정값(△Ps,min)과 같거나 작은 경우)에는 측정된 차압이 최소 압력차 설정값(△Ps,min)보다 커지도록 인버터에 신호를 줘서 수요측 순환펌프 회전수를 증가시킴으로써 난방수 유량을 증가시키는 제어를 수행

△P ≤ △Ps,min : 압력차에 의한 인버터 펌프 변유량 제어 수행

상기 수요측의 공급관과 환수관 사이의 최소 압력차 설정값(△Ps,min)은 건물의 제원이나 난방수 공급방법 및 수요측의 요구조건 등 난방계통의 설계 및 운전조건에 따라 다르므로 경험에 따라 결정되어야 함.

이때 유동저항이 가장 큰 지역에 대한 유량공급을 원활히 하기 위해 환수관에 설치되는 압력계 대신 공급관 중 유동저항이 가장 큰 지역의 말단에 압력계를 설치하기도 함(기존 기술과 동일)

공급관
환수관
입버터
압력계

Claims (2)

1. 변유량 난방제어장치.
2. 변유량 난방제어방법.
   

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