KR20130122195A - 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 건물의 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치 - Google Patents

난방용 온수 공급온도 제어를 통한 건물의 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 건물의 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치에 관한 것으로, 난방용 온수 공급온도 제어를 통해 온수 발생장치의 난방부하를 줄여 에너지 절감을 도모할 수 있다. 이를 통해, 난방용 온수 공급온도 제어하여 응축수 유량을 줄일 수 있어 온수 발생장치의 난방부하에 대한 에너지를 절감할 수 있으며, 건물의 열원기기를 체계적인 데이터에 근거하여 효율적으로 가동시켜 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 또한, 건물의 에너지 관리 시스템에서 계절별 혹은 사용현황을 주기적으로 모니터링하여 열원설비의 안전율과 실내 재실자의 쾌적성을 확보하는 조건을 만족하는 범위 내에서 온수 공급온도를 변경함으로써 에너지 절감 효과를 최적화할 수 있다.

Description

난방용 온수 공급온도 제어를 통한 건물의 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치{Method for managing building energy controlling outlet temperature of hot water and apparatus thereof}
본 발명은 건물의 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난방부하에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통해 방열 손실을 줄여 에너지 소비량을 절감할 수 있는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치에 관한 것이다.
에너지 자원 수급의 해외 의존도가 높은 우리나라는 배럴당 100달러를 넘는 초고유가 시기임에도 수입에너지의 소비는 감소되지 않고, 여전히 증가하고 있다. 이러한 실정을 감안해볼 때, 에너지 소비 분야 중 건물분야의 에너지 절약에 대한 기술개발과 적용은 매우 중요한 분야로 받아들여지고 있다. 즉, 산업이 발전함에 따라 건물의 수가 늘어나고 있으며, 각 건물은 냉난방 및 시설의 운영에 많은 에너지를 사용하고 있다. 건물에서 소비되는 에너지 사용량은 국내 전체 사용량 중 약 20%를 차지하고 있으며, 해마다 늘어나고 있는 추세이다.
특히, 건물에서의 효율적인 에너지 사용은 건물주의 경제적 측면과 국가 기간산업에도 직접적인 영향을 주는 중요한 요소로써, 이에 대한 기술개발 및 투자가 절실히 요구되고 있다.
또한, 합리적이지 못한 에너지 사용은 건물 내 설비들의 비효율적인 운전 및 관리에도 연관성이 있다.
이러한, 건물에서의 에너지 절약 방법으로는 건축 계획적 접근 방법과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전 효율을 향상시키는 설비적 접근방법이 있다. 설비분야적 접근 방법에서는 적절한 환경을 창조하는 것과 동시에 에너지 소비량이나 환경보전을 고려한 효율적인 설비 시스템의 운용이 요구되고 있다.
그리고, 건물 소유주 입장에서 건물의 에너지 소비량은 곧 금전적인 지출과 연계되므로 비효율적인 건물의 에너지 소비는 건물 소유주에게 상당한 금전적 부담을 준다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 건물에서 소비되는 에너지 사용을 효율적이고, 체계적으로 관리하기 위한 개선 방안이 요구된다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 난방용 온수 공급온도 제어를 통해 열교환기에서 환수되는 응축수 유량을 확인하여 난방부하에 대한 에너지 소비량을 절감함과 동시에 배관에서 발생하는 방열 손실을 줄일 수 있는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법 및 이를 위한 에너지관리장치를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치는 온열원설비를 제어하는 설비제어장치와 통신하여 운전정보 및 열교환기의 성능에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기반으로 온수 공급온도의 변경을 요청하는 신호를 전송하는 통신부 및 온열원설비의 운전 경향을 분석하여 난방용 온수 공급온도 제어의 적용기간을 설정하고, 통신부를 통해 수신되는 운전정보 및 열교환기의 성능을 비교하여 온열원설비의 온수 공급온도 제어에 대한 적용 여부를 판단하고, 온수 공급온도의 제어가 필요한 경우, 온열원설비의 온수 공급온도에 대한 제어값을 산정하고, 제어값으로 온열원설비가 제어되도록 요청하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치에 있어서, 제어부는 난방기간에 대한 온수 유량, 온수 공급온도 및 온수 환수온도를 확보하여 난방부하를 확인하고, 부하변동에 대한 경향을 월별 또는 일별로 그래프화하여 제시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치에 있어서, 제어부는 증기의 공기압력, 응축수의 온도, 응축수 유량을 분석하여 열교환기로 공급되는 열량을 확인하고, 온수 왕복온도차와 온수 유량을 분석하여 수열량을 확인하고, 확인된 결과를 통해 열교환기의 성능을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치에 있어서, 제어부는 이전 피크 시의 난방 데이터를 분석하여 열교환기를 통해 확보 가능한 온수의 왕복온도차를 확인하고, 확인된 왕복온도차를 기반으로 온수 공급온도에 대한 설정값을 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치에 있어서, 제어부는 온수 공급온도의 변경 후, 운전정보를 지속적으로 확인하여 에너지 열량에 대한 효율을 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치에 있어서, 제어부는 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측하고, 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정하고, 제2 제어값을 적용한 후 온열원설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하고, 최종 제어값으로 온열원설비의 난방용 온수 유량 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법은 에너지관리장치가 운전 경향을 분석하여 난방용 온수 공급온도 제어의 적용기간을 설정하는 단계와, 에너지관리장치가 수신되는 운전정보 및 열교환기의 성능을 비교하는 단계와, 에너지관리장치가 비교 결과에 따라 온열원설비의 온수 공급온도 제어에 대한 적용 여부를 판단하는 단계와, 온수 공급온도의 제어가 필요한 경우, 에너지관리장치가 온열원설비의 온수 공급온도에 대한 제어값을 산정하는 단계와, 에너지관리장치가 제어값으로 온열원설비가 제어되도록 요청하는 단계 및 에너지관리장치가 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 열량에 대한 효율을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법에 있어서, 운전정보는 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법에 있어서, 비교하는 단계는 에너지관리장치가 실시간으로 모니터링되는 운전정보를 이용하여 피크 시 온수헤더의 왕복온도차를 산출하는 단계와, 에너지관리장치가 피크 시 온수헤더의 왕복온도차와 경부하 시 온수헤더의 왕복온도차를 비교하는 단계 및 경부하 시 온수헤더의 왕복온도차가 피크 시 온수헤더의 왕복온도차 보다 낮은 경우, 에너지관리장치가 온수 공급온도 제어에 대한 적정성을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 온수 공급온도의 변경 후, 실내온도를 실시간으로 감시하는 단계와, 에너지관리장치가 실내온도의 이상 상황에 대한 알람 발생 여부를 판단하는 단계 및 알람이 발생하면, 에너지관리장치가 설비제어장치에 요청하여 온수 공급온도를 재 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 온수 공급온도의 변경 후, 온수 공급온도 변경에 따른 열교환기에서 환수되는 응축수 유량을 확인하여 난방부하에 대한 에너지 감소의 결과를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법에 있어서, 에너지관리장치가 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측하는 단계와, 에너지관리장치는 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정하는 단계와, 에너지관리장치는 제2 제어값을 적용한 후 온열원설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하는 단계 및 에너지관리장치는 최종 제어값으로 온열원설비의 난방용 온수 유량 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 네트워크 기반의 건물 에너지 관리 시스템을 구성함으로써, 에너지 관리를 위한 건물 별 구축 비용을 최소화하고, 기능별 세분화 및 모듈화를 통해 단계적 구축이 가능해 진다.
또한, 통합 플랫폼을 통한 실시간 또는 기간별 데이터 분석서비스를 제공하여 여러 건물에 대한 체계적 통합관리를 통해 에너지 절감효과를 극대화하고, 웹 기반의 실시간 또는 기간별 에너지 소비패턴을 분석함으로써, 지속적인 건물 에너지 관리 상태 점검 및 피드백을 통해 에너지 절감활동을 지원할 수 있다.
또한, 난방용 온수 공급온도를 제어하여 응축수 유량을 줄일 수 있어 온수 발생장치의 난방부하에 대한 에너지를 절감할 수 있으며, 건물의 열원기기를 체계적인 데이터에 근거하여 효율적으로 가동시켜 에너지 소비량을 줄일 수 있다.
또한, 건물의 에너지 관리 시스템에서 계절별 혹은 사용현황을 주기적으로 모니터링하여 열원설비의 안전율과 실내 재실자의 쾌적성을 확보하는 조건을 만족하는 범위 내에서 온수 공급온도를 변경함으로써 에너지 절감 효과를 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 온열원설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
설명에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 건물 에너지 관리 시스템은 건물 내 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높이기 위한 시스템으로서, 건물 내 설비 시스템의 가동 상태 감시와 자동 제어를 수행하며, 에너지 사용량 파악 및 시간대별 환경 변수를 종합분석하고, 이를 바탕으로 건물 에너지를 절감할 수 있도록 에너지 절감 서비스를 제공한다.
본 발명에 따른 보일러와 냉온수 발생장치는 냉온수 공급온도 제어를 위하여 부분 부하별 동작 특성에 따라 제공되는 냉온수 유량을 상이하게 한다. 즉, 보일러와 냉온수 발생장치는 보일러의 효율 및 냉온수 발생장치의 COP(Coefficient of performance) 등의 동작특성을 파악하고, 이에 맞는 운전 조건을 통해 냉온수 유량을 제어할 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 온열원설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 온열원설비(10)는 열교환기(11), 온도계(12a, 12b), 압력계(13a, 13b, 13c), 온수펌프(14), 응축수순환펌프(15), 스팀트랩(16), 감압밸브(17), 자동온도조절밸브(18) 및 팽창탱크(19)로 구성될 수 있으며, 건물 에너지 관리 시스템의 에너지 절감 방안에 따라 실내의 쾌적한 환경을 유지하기 위해 빌딩 관리자의 동작에 따라 온수 공급온도가 조절될 수 있다. 특히, 또한, 온열원설비(10)는 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등을 수시로 모니터링한다. 여기서, 온수 공급온도는 열교환기(11, heat exchanger)를 통해 가열된 후 공조기(부하)로 공급되는 온수의 온도이며, 온수 환수온도는 난방이 필요한 실내의 공기를 데우고 난 후에 열교환기(11)로 입수되는 온수의 온도이다. 예를 들어, 온수 공급온도는 50℃~80℃ 정도로 공급되고, 온수 환수온도는 45℃~70℃ 정도로 입수된다.
좀 더 자세하게 온열원설비(10)를 설명하면, 열교환기(11)는 고온액체 및 저온액체 즉, 2개의 유체 사이에서 열의 이동을 실시하는 장치이며, 화학공업이나 일반 빌딩의 난방, 급탕용 등 폭넓게 사용되고 있는 압력용기(헤더, header)이다. 2개의 칸막이로 된 용기 내에서 한쪽으로부터 150℃의 수증기를 보내고, 다른 쪽에서 20℃의 공기를 송입하면, 공기는 수증기로부터 열을 빼앗고, 20℃ 이상의 고온 공기압이 되어서 배출되고, 반대로 수증기는 원래의 수증기 보다 냉각되어 나온다. 이러한, 열교환기(11)는 사용 목적에 따라 폐열의 회수를 위한 열교환기, 고온측 유체의 냉각을 위한 냉각기, 저온측가열기, 응축기로 구분되고, 증기의 응축을 목적으로 하는 응축기, 저온측 유체의 증발을 목적으로 하는 증발기로 구분되고, 구조에 따라 다관식 열교환기, 이중관식 열교환기, 코일식 열교환기로 구분된다.
온도계(12a, 12b)는 열교환기(11)로부터 가열된 후 공조기(부하)로 공급되는 온수의 온도를 측정하거나, 난방이 필요한 실내의 공기를 데우고 난 후에 열교환기(11)로 입수되는 온수의 온도를 측정한다.
압력계(13a, 13b, 13c)는 온열원설비(10)를 통해 공급되거나 환수되는 증기의 압력을 측정한다. 여기서, 압력계(13a, 13b, 13c)는 외부로부터 유입되는 증기가 감압밸브(17)를 통해 적정 압력으로 감압된 후, 열교환기(11)로 입수되는 증기의 압력을 측정하고, 열교환기(11)로부터 배출되는 응축수(condensate)가 스팀트랩(16, steam trap)을 거쳐 응축수순환펌프(15)로 유입되는 응축수의 증기에 대한 압력을 측정한다. 여기서, 스팀트랩(16)은 증기배관 내에 생성하는 잦은 고장인 워터 해머(water hammer)의 원인되는 응축수를 필요에 따라 제거하기 위하여 증기가 배출되면, 열 효율이 나빠지기 때문에 되도록 증기를 사용하는 기계나 장치 내에서 증기가 응결되어 생긴 물인 드레인(drain)만을 자동적으로 배출하는 장치이다.
온수펌프(14)는 공조기로 공급되는 온수의 유량을 제어하는 기능을 한다. 이러한, 온수펌프(14)는 설비제어장치의 제어에 따라 조절되며, 건물 에너지 관리 시스템 상에서 에너지 절감을 위한 하나의 항목이 될 수 있다.
팽창탱크(19, Expansion tank)는 보일러 등의 물과 같은 순환계에서는 액체 온도의 상하에 의해 전체의 체적이 팽창과 수축하면서 변화한다. 이러한 변화하는 양을 흡수하고 오버플로나 공기의 침입을 방지하기 위해 배관계 내에 설치된다. 즉, 팽창탱크(19)는 물의 가열과 냉각의 반복으로 인하여 체적의 변화가 일어나면, 냉각 시 체적의 감소에 따라 탱크에서 물을 공급하고, 가열 시 체적의 증가에 따라 탱크로 물이 나가도록 하여 배관의 파열을 방지한다.
한편, 온수 공급온도 제어에 앞서, 빌딩 관리자는 실내 환경 관리 데이터 즉, 실내 온도/습도 관리 지표를 검토하고, 관리하고 있는 실내 온도/습도 관리 표준문서를 검토해야 한다 즉, 빌딩 별 쾌적도 관리 지수를 검토해야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 관리 시스템(100)은 온열원설비(10), 에너지관리장치(20), 설비제어장치(30) 및 통신망(40)으로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(100)은 건물 내의 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높이기 위하여 도입되는 건물 관리 시스템이다. 이 시스템은 건물 내 설비 시스템의 가동 상태 감시와 자동제어를 수행하며, 에너지 사용량 파악 및 시간대별 환경변수 등을 종합분석하고, 이를 바탕으로 건물의 에너지 소비를 절감할 수 있는 시스템이다. 특히, 에너지 관리 시스템(100)은 실내 환경과 에너지 성능의 최적화를 도모하기 위한 건물 관리 시스템으로 장비 혹은 시스템의 가동상태 및 에너지 소비량을 수집하여 이에 대한 적절한 평가를 거쳐 최적의 자동제어 구축, 비효율적 운영 장비 파악, 에너지 소비분석을 실시하여 궁극적으로는 에너지 절감을 도모하는 시스템이다.
또한, 에너지 관리 시스템(100)의 주요 대상으로는 건물에 있어서의 열원설비, 공조설비, 위생설비, 환기설비, 전기설비, 조명설비, 방재설비, 보안설비 등 건축 설비들이며, 이러한 설비들을 각종 센서 및 계기에 의해 실내 환경이나 설비의 상황의 모니터링 및 운전관리, 자동제어를 수행하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템(100)의 통신망(40)은 에너지관리장치(20) 및 설비제어장치(30) 사이의 데이터 전송 및 정보 교환을 위한 일련의 데이터 송수신 동작을 수행한다. 이때, 설비제어장치(30)는 통신망(40)에 접속하여, 통신망(40)을 통해 에너지관리장치(20)에 접속할 수 있다. 또한, 설비제어장치(30)는 통신망(40)에 접속을 지원하는 프로토콜에 따라 다양한 방식으로 접속할 수 있다. 예컨대, 설비제어장치(30)는 DSL(Digital Subscriber Line), 케이블 모뎀(cable modem), 이더넷(Ethernet) 등의 고정 접속(Fixed Access) 방식, 이동 접속(Mobile Access) 또는 WLAN(Wireless Local Area Network), WiFi(Wireless Fidelity), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 등의 무선 접속(Wireless Access) 방식을 통해 통신망(40)에 접속할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 설비제어장치(30)는 건물의 열원설비 및 공조설비에 대한 전반적인 기능을 제어하는 것으로서, 에너지관리장치(20)로 난방용 온수 설정온도 및 열교환기(11)의 성능에 대한 정보를 제공한다. 이후, 설비제어장치(30)는 에너지 절감을 방안의 적용에 따라 에너지관리장치(20)로부터 온수 공급온도의 변경이 요청되면, 에너지관리장치(20)에서 설정값으로 온수공급 온도를 조정한다. 그리고, 설비제어장치(30)는 모니터링 항목을 모니터링하고, 모니터링된 결과를 에너지관리장치(20)로 전송한다. 더 구체적으로, 설비제어장치(30)는 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등에 대한 항목을 모니터링 한다.
에너지관리장치(20)는 다수의 건물에 대한 에너지 효율을 모니터링하고, 이를 토대로 해당 건물의 설비제어장치(30)로 각종 설비에 대한 제어값을 제공한다. 즉, 에너지관리장치(20)는 각 건물의 에너지 절감을 위해 요구되는 설비의 제어값을 설정하고, 이를 토대로 설비제어장치(30)가 각 설비를 제어하도록 한다. 이때, 에너지관리장치(20)는 각 건물의 내부에 위치하는 설비제어장치(30)와 통신망(40)을 통해 통신한다.
특히, 본 발명에 따른 에너지관리장치(20)는 난방용 온수 설정온도 및 열교환기의 성능에 대한 분석 결과를 기반으로 에너지 절감을 방안의 적용기간을 선정한다. 이때, 에너지관리장치(20)는 적용기간에 대한 운전방안을 도출하고, 적용기간 내 당일 난방부하 및 당일 시간대별 난방부하를 예측하여 설정값을 산정한다. 그리고, 에너지관리장치(20)는 모니터링 항목을 기반으로 온수헤더의 왕복온도차를 비교하고, 비교 결과와 설정값을 통해 최적의 온수 공급온도를 결정한다. 이후, 에너지관리장치(20)는 결정된 온수 공급온도로 변경을 요청한 후, 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 절감 효율을 확인한다. 여기서, 에너지관리장치(20)는 온수 공급온도의 변경 후, 온수 공급온도 변경에 따른 열교환기(11)에서 환수되는 응축수 유량을 확인하여 난방부하에 대한 에너지 감소의 결과를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 등으로 분류하여 저장한다.
온열원설비(10)는 에너지관리장치(20)로부터 관리되는 에너지 절감을 방안에 따라 설비제어장치(30)의 제어를 받아 온수 공급온도를 조절한다.
본 발명에 따른 에너지 관리 시스템(100)은 건물의 시공 직후에, 대상 건물의 난방 부하가 명확하지 않으며, 열원설비, 공조설비와, 난방 부하의 경향이나 부하율 등이 불분명하다. 따라서, 특별한 사정이 발생하지 않는 한, 1년 이상 가동한 시점에서 에너지 절감 방안의 적용 여부를 검토 및 실시하여야 한다. 또한, 평상시에는 운전정보에 대한 계측과 효과 확인만을 실시하며, 난방 운전 정지 시에 수량 변경을 실시한다. 즉, 현재 상태 파악과 효과 확인을 위한 계측 및 분석은 공조 부하 실태를 파악할 수 있도록 평상 시에 실시하는 것이 바람직하며, 유량 변경은 원칙적으로 난방 공급이 진행되는 시간대에 실시하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에 따른 온열원설비(10)에 설치되어 있는 계측기(온도계, 압력계 등)는 시간이 지남에 따라 측정 오차가 발생하므로, 정기적으로 교정을 실시하며, 자동제어로 획득된 계측 데이터도 주기적으로 교정해 주어야 한다.
이를 통해, 난방용 온수 공급온도를 제어하여 응축수 유량을 줄일 수 있어 온수 발생장치의 난방부하에 대한 에너지를 절감할 수 있으며, 건물의 열원기기를 체계적인 데이터에 근거하여 효율적으로 가동시켜 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 또한, 건물의 에너지 관리 시스템에서 계절별 혹은 사용현황을 주기적으로 모니터링하여 열원설비의 안전율과 실내 재실자의 쾌적성을 확보하는 조건을 만족하는 범위 내에서 온수 공급온도를 변경함으로써 에너지 절감 효과를 최적화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(20)는 제어부(21), 저장부(22) 및 통신부(23)로 구성된다.
통신부(23)는 설비제어장치(30)와 통신망(40)을 통해 데이터를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 여기서, 통신부(23)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신 수단과 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신 수단 등을 포함한다. 이러한 통신부(23)는 무선통신 모듈(미도시) 및 유선통신 모듈(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 무선통신 모듈은 무선 통신 방법에 따라 데이터를 송수신하기 위한 구성이며, 설비제어장치(30)가 무선 통신을 이용하는 경우, 무선망 통신 모듈, 무선랜 통신 모듈 및 무선팬 통신 모듈 중 어느 하나를 이용하여 데이터를 설비제어장치(30)로 전송하거나, 수신할 수 있다. 한편, 유선통신 모듈은 유선으로 데이터를 송수신하기 위한 것이다. 유선통신 모듈은 유선을 통해 통신망(40)에 접속하여, 설비제어장치(30)로 데이터를 전송하거나, 수신할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 통신부(23)는 설비제어장치(30)와 통신하여 난방용 온수 설정온도 및 열교환기(11)의 성능에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기반으로 온수 공급온도의 변경을 위한 제어 신호를 전송한다.
통신부(23)는 건물 에너지 관리를 위해 접속되는 사이트 기술 지원자 및 빌딩 관리자의 컴퓨터 장치 등과 접속하여 데이터를 송수신하기 위한 것으로서, 작업 지시서를 사이트 기술 지원자 및 빌딩 관리자의 컴퓨터 장치로 전송하고, 설비제어장치(30)와 원격으로 통신한다. 또한, 통신부(23)는 에너지 절감 방안의 적용 후, 사이트 기술 지원자의 컴퓨터 장치로부터 작성된 에너지 절감 결과 보고서(Report) 검토 또는 추가 작업 사항 지시에 대한 정보를 수신하여 에너지 절감 아이템의 예시로 등록하도록 제어부(21)로 전달한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 에너지관리장치(20)에 통신부(23)를 구비하여 빌딩 관리자 및 사이트 기술 지원자의 컴퓨터 장치를 통해 통신부(23)와 데이터를 송수신하는 것으로 설명하였으나, 통신부(23)를 통하지 않고 빌딩 관리자 및 사이트 기술 지원자가 직접 정보를 입력할 수도 있다.
저장부(22)는 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 에너지관리장치(20)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장부(22)는 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 에너지관리장치(20)는 사용자의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어부(21)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 영역은 난방용 온수 설정온도 및 열교환기(11)의 성능에 대한 정보를 분석하는 프로그램, 난방기간 내 온수헤더의 왕복온도차 및 난방 부하변동에 대한 경향을 분석하는 프로그램, 에너지 절감 방안의 적용기간 및 적용기간 내 운영방안을 도출하는 프로그램, 온수헤더의 왕복온도차를 비교하는 프로그램, 최적의 온수 공급온도를 결정하는 프로그램, 온수펌프(14)의 유량을 조절하는 프로그램 및 에너지 감소 효과를 분석하는 프로그램 등을 저장한다.
또한, 데이터 영역은 에너지관리장치(20)의 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역이다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 영역은 열교환기(11)의 성능에 대한 정보 및 모니터링 항목이 저장된다. 또한, 데이터 영역은 난방기간에 대한 온수 유량, 온수 공급온도 및 온수 환수온도를 확보하여 난방부하를 확인하고, 부하변동에 대한 경향을 나타내는 월별 또는 일별 그래프가 저장된다. 이때, 모니터링 항목은 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등이 포함된다.
제어부(21)는 운영 체제(OS, Operation System) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있다. 예컨대, 제어부(21)는 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)가 될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(21)는 난방용 온수 설정온도 및 사용처를 확인한다. 이때, 제어부(21)는 난방용 온수 공급온차 제어를 통한 에너지 절감 방안을 적용하기 위하여 현재 운영되고 있는 난방용 온수의 공급온도 및 난방용 온수용 열교환기(11)의 성능을 확인한다. 여기서, 제어부(21)는 빌딩 관리자를 통해 빌딩에서 사용하고 있는 난방용 열교환기(11)의 열교환 성능을 확인하고, 제품 사양서 또는 카탈로그(Catalogue) 등을 확보한다.
제어부(21)는 에너지 소비를 줄이기 위한 기간을 선정한다. 이때, 제어부(21)는 현재 빌딩의 난방용 온수에 대한 운영상태와, 설비의 카탈로그를 통해 에너지 소비를 줄이기 위한 적용기간을 선정한다. 즉, 제어부(21)는 난방기간 내에 온수 유량 및 온수 공급온도, 온수 환수온도에 대한 데이터를 확보하고, 확보된 데이터를 통해 난방부하를 확인하여 부하변동에 대한 경향을 월별 또는 일별로 그래프화하여 제시한다. 이후, 제어부(21)는 설정한 그래프를 이용하여 에너지 소비량을 줄이기 위한 적절한 시기를 선정한다. 여기서, 제어부(21)는 당일 온수 사용량 예측하고, 원단위 분석하고, 실시간 온수 사용량을 확인하고, 전년도 동일, 동월, 동요일에 대한 온수 사용량의 비교 데이터를 확인하고, 실내 재실율을 고려하여 에너지 소비량을 줄이기 위한 적용기간 내에 최적의 운영을 위한 운전방안 및 온수 공급온도의 설정값을 산정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 빌딩의 에너지 소비량을 줄이기 위한 운전 경향을 분석하는 항목을 <표 1>에 나타낸다.
NO 항목 데이터
간격
X - axis Y - axis Y´- axis 비고
Name Unit Name Unit Name Unit
1 시간(일/월) VS 난방부하 VS 왕복온도차 시간
(월/일)
day 난방
부하
Kcal/h 왕복
온도차
-
2 난방부하 VS 외기온도 VS 실내온도 VS 재실율 월/
요일/
난방
부하
Kcal/h 외기
온도
실내
온도
-
여기서, 제어부(21)는 월 또는 일에 대한 시간, 난방부하 및 왕복온도차를 비교하여 열교환기(11)의 운전 경향을 분석하거나, 난방부하, 외기온도, 실내온도 및 실내 재실율을 비교하여 열교환기(11)의 운전 경향을 분석할 수 있다.
제어부(21)는 주요 항목에 대한 모니터링을 실시한다. 예를 들어, 실시간으로 모니터링되는 항목은 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등이 포함된다.
본 발명의 실시 예에 따른 빌딩의 에너지 절감을 위한 에너지 절감 방안을 적용하기 위해 모니터링되는 항목을 <표 2>에 나타낸다.
No 항목 측정값(Unit) 필수
1 온수 공급온도(헤더) O
2 온수 환수온도(헤더) O
3 온수 공급온도(코일) O
4 온수 환수온도(코일) O
5 난방용 온수 유량 LPM O
6 응축수 유량 LPM
7 스팀공급압력 Kg/c㎡
8 응축수 온도
9 실내온도/외기온도
10 재실율 %
여기서, 온수헤더의 온수 공급온도 및 온수 환수온도와, 온수코일의 온수공급온도 및 온수 환수온도는 온수 왕복온도차 확인을 통한 에너지 소비량을 줄익 위한 적용 가능성 및 에너지 절감 효과를 분석하기 위한 항목이고, 난방용 온수 유량은 난방용 온수의 유량 확인을 위한 항목이고, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도는 공급되고 있는 열량 및 열교환기(11)의 효율을 확인하기 위한 항목이고, 실내온도, 외기온도, 재실율은 실내 쾌적성에 미치는 영향을 확인하기 위한 항목이다.
제어부(21)는 모니터링 항목을 기반으로 온수헤더의 왕복온도차를 비교한다. 이때, 제어부(21)는 실시간으로 모니터링된 항목을 통해 피크 시 온수 왕복온도차와 적용기간에 대한 온수 왕복온도차를 비교한다. 비교 결과, 적용기간에 대한 온수 왕복온도차가 피크 시 온수 왕복온도차 보다 낮은 경우, 제어부(21)는 에너지 절감 방안에 대한 적정성을 확인한다.
제어부(21)는 에너지 절감 방안의 적용기간 내 당일 난방 부하 및 당일 시간대별 난방부하를 예측하여 산정된 설정값과 온수헤더의 왕복온도차 비교를 통해 최적의 공급온도를 결정한다. 이때, 제어부(21)는 증기의 공기압력, 응축수의 온도, 응축수 유량을 분석하여 열교환기(11)로 공급되는 열량을 확인하고, 온수 왕복온도차와 온수 유량을 분석하여 수열량을 확인하고, 확인된 결과를 통해 열교환기(11)의 효율을 산출한다. 여기서, 수열량[Kcal/h]는 공급열량[Kcal/h]과 효율[%]의 곱으로 정의될 수 있다.
제어부(21)는 온수 공급온도 제어를 통해 응축수 유량을 줄여 에너지 절감을 도모하기 위하여 작업 요청서를 작성하여 사이트 기술자 및 빌딩 관리자에게 전달하고, 온수 공급온도의 변경을 지시한다. 이에 따라 빌딩 관리자는 작업 지시서에 따라 온열원설비(10)로 에너지 소비량을 줄이기 위한 서비스를 적용하여 온수 공급온도를 변경하고, 온수 공급온도의 변경을 설비제어장치(30)로 통보한다. 한편, 제어부(21)는 작업 지시서를 빌딩 관리자에게 전송하지 않고, 원격에서 온열원설비(10)를 직접 제어할 수 있으므로 직접 온수 공급온도의 변경을 실행할 수도 있다.
제어부(21)는 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 열량에 대한 효율을 확인한다. 즉, 제어부(21)는 온수 공급온도가 변경된 후, 에너지 소비량을 줄이기 위한 서비스의 실시 전후의 응축수 유량 감소에 따른 스팀 사용량을 확인하여 에너지 절감 효과를 확인한다.
제어부(21)는 작성된 작업 지시서에 따른 에너지 절감 방안을 적용한 즉, 변경된 온수 공급온도의 변경에 따라 운전되는 온열원설비(10)의 모니터링 항목을 지속적으로 분석한다. 그리고, 제어부(21)는 온수 공급온도의 변경 후, 실내온도를 실시간으로 확인하고, 실내온도의 이상 상황에 대한 알람 발생 여부를 판단한다. 알람이 발생하면, 제어부(21)는 기술 지원자 또는 빌딩 관리자에게 온수 공급온도를 재 조정하도록 지시한다. 여기서, 제어부(21)는 변경된 작업 지시서를 작성하고, 변경된 작업 지시서를 사이트 기술 지원자 및 빌딩 관리자에게 전달한다.
제어부(21)는 알람이 발생하지 않은 경우, 온수 공급온도의 변경 후에 대한 에너지 절감 결과 보고서를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별로 작성하여 관리한다.
제어부(21)는 작성된 에너지 절감 결과 보고서를 사이트 기술 지원자에게 전달한다. 이에 따라 사이트 기술 지원자가 에너지 절감 결과 보고서를 검토 또는 추가 작업 사항을 지시하면, 제어부(21)는 검토 결과 또는 추가 작업 사항에 대한 정보를 에너지 절감 아이템의 예시로 등록한다.
제어부(21)는 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측한다. 그리고, 제어부(21)는 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정한다. 이후, 제어부(21)는 제2 제어값을 적용한 후 온열원설비(10)의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하고, 설정된 최종 제어값으로 온열원설비(10)의 난방용 온수 유량 제어를 수행한다.
또한, 제어부(21)는 설정된 제어값으로 변경 후, 온열원설비(10)에 대한 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등의 운전정보 변화를 모니터링 한다. 그리고, 에너지관리장치(20)는 온수 유량 제어 후, 온열원설비(10)의 전체적인 에너지 소비량에 대한 변경 전후의 에너지 효율을 분석한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(20)는 건물의 에너지 관리를 위한 데이터 입력 기능과 출력 기능을 수행한다. 이때, 에너지관리장치(20)는 입력부(미도시)와 출력부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 입력부는 숫자 및 문자 정보 등의 다양한 정보를 입력 받고, 각종 기능을 설정 및 에너지관리장치(20)의 기능 제어와 관련하여 입력되는 신호를 제어부(21)로 전달한다. 또한, 입력부는 사용자의 터치 또는 조작에 따른 입력 신호를 발생하는 키패드와 터치패드 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 입력부는 출력부와 함께 하나의 터치패널(또는 터치스크린)의 형태로 구성되어 입력과 표시 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 입력부는 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱 등과 같은 입력 장치 외에도 향후 개발될 수 있는 모든 형태의 입력 수단이 사용될 수 있다. 또한, 출력부는 에너지관리장치(20)의 기능 수행 중에 발생하는 일련의 동작상태 및 동작결과 등에 대한 정보를 표시한다. 또한, 출력부는 에너지관리장치(20)의 메뉴 및 사용자가 입력한 사용자 데이터 등을 표시할 수 있다. 여기서, 출력부는 LCD(Liquid Crystal Display), TFT-LCD(Thin Film Transistor LCD), OLED(Organic Light Emitting Diodes), 발광다이오드(LED), AMOLED(Active Matrix Organic LED), 플렉시블 디스플레이(Flexible display) 및 3차원 디스플레이(3 Dimension) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 출력부는 마이크 또는 스피커를 통한 오디오 기능을 포함한다.
또한, 상술한 바와 같이 구성되는 에너지관리장치(20)는 서버 기반 컴퓨팅 기반 방식 또는 클라우드 방식으로 동작하는 하나 이상의 서버로 구현될 수 있다. 특히, 클라우드 컴퓨팅 장치를 이용하여 건물 에너지 관리에 이용되는 데이터는 인터넷 상의 클라우드 컴퓨팅 장치에 영구적으로 저장될 수 있는 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing) 기능을 통해 제공될 수 있다. 여기서, 클라우드 컴퓨팅은 데스크톱, 태블릿 컴퓨터, 노트북, 넷북 및 스마트폰 등의 디지털 단말기에 인터넷 기술을 활용하여 가상화된 IT(Information Technology) 자원, 예를 들어, 하드웨어(서버, 스토리지, 네트워크 등), 소프트웨어(데이터베이스, 보안, 웹 서버 등), 서비스, 데이터 등을 온 디맨드(On demand) 방식으로 서비스하는 기술을 의미한다.
도 4는 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(30)는 제어모듈(31), 저장모듈(32) 및 통신모듈(33)로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(30)는 통신망(40)에 연결되어 에너지관리장치(20)와 건물의 에너지 관리를 위한 데이터를 송수신하는 장치가 된다.
통신모듈(33)은 에너지관리장치(20)와 통신망(40)을 통해 데이터를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 여기서, 통신모듈(33)은 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신 수단과 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신 수단 등을 포함한다. 이러한 통신모듈(33)은 무선통신 모듈(미도시) 및 유선통신 모듈(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 무선통신 모듈은 무선 통신 방법에 따라 데이터를 송수신하기 위한 구성이며, 에너지관리장치(20)가 무선 통신을 이용하는 경우, 무선망 통신 모듈, 무선랜 통신 모듈 및 무선팬 통신 모듈 중 어느 하나를 이용하여 에너지관리장치(20)와 데이터를 송수신할 수 있다. 한편, 유선통신 모듈은 유선으로 데이터를 송수신하기 위한 것으로서, 유선을 통해 통신망(40)에 접속하여, 에너지관리장치(20)와 데이터를 송수신할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈(33)은 에너지관리장치(20)의 요청에 따라 온열원설비(10)의 모니터링 항목에 대한 정보, 열교환기(11)의 성능에 대한 정보 및 온수 공급온도의 변경에 대한 에너지 절감 효율에 대한 데이터를 전송한다.
저장모듈(32)은 데이터를 저장하기 위한 장치로, 주 기억 장치 및 보조 기억 장치를 포함하고, 에너지관리장치(20)의 기능 동작에 필요한 응용 프로그램을 저장한다. 이러한 저장모듈(32)은 크게 프로그램 영역과 데이터 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 에너지관리장치(20)는 사용자의 요청에 상응하여 각 기능을 활성화하는 경우, 제어모듈(31)의 제어 하에 해당 응용 프로그램들을 실행하여 각 기능을 제공하게 된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 영역은 온열원설비(10)를 모니터링하는 프로그램, 열교환기(11)의 성능을 분석하는 프로그램 및 온수 공급온도를 변경하는 프로그램 등을 저장한다. 또한, 데이터 영역은 에너지관리장치(20)의 사용에 따라 발생하는 데이터가 저장되는 영역이다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 영역은 열교환기(11)의 성능에 대한 정보, 온수 공급온도 변경에 따른 에너지 절감 효과를 기록한 보고서 등을 저장한다.
제어모듈(31)은 운영 체제(OS) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있다. 예컨대, 제어모듈(31)은 중앙처리장치(CPU)가 될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 제어모듈(31)은 에너지관리장치(20)의 요청에 따라 온열원설비(10)에 대한 운전정보의 모니터링을 실시한다. 그리고, 제어모듈(31)은 모니터링 항목에 대한 운전정보를 에너지관리장치(20)로 제공한다. 이와 함께, 제어모듈(31)은 열교환기(11)에 대한 성능을 확인할 수 있는 데이터를 에너지관리장치(20)로 전송한다.
제어모듈(31)는 에너지관리장치(20)로부터 온수 공급온도 조절을 위해 설정값이 수신되면, 수신된 설정값에 따라 온수 공급온도를 조정한다. 그리고, 제어모듈(31)은 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 절감 효과를 에너지관리장치(20)로 통보한다.
제어모듈(31)은 운전정보에 대한 지속적인 모니터링을 실시하고, 알람 상황이 발생하게 되면, 해당되는 정보를 에너지관리장치(20)로 실시간 전송한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 설비제어장치(30)는 건물의 에너지 관리를 위한 데이터 입력 기능과 표시 기능을 수행한다. 이때, 설비제어장치(30)는 입력모듈(미도시)과 표시모듈(미도시)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 입력모듈은 숫자 및 문자 정보 등의 다양한 정보를 입력 받고, 각종 기능을 설정 및 설비제어장치(30)의 기능 제어와 관련하여 입력되는 신호를 제어모듈(31)로 전달한다. 또한, 입력모듈은 사용자의 터치 또는 조작에 따른 입력 신호를 발생하는 키패드와 터치패드 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 입력모듈은 표시모듈과 함께 하나의 터치패널(또는 터치스크린)의 형태로 구성되어 입력과 표시 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 입력모듈은 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱 등과 같은 입력 장치 외에도 향후 개발될 수 있는 모든 형태의 입력 수단이 사용될 수 있다. 또한, 표시모듈은 설비제어장치(30)의 기능 수행 중에 발생하는 일련의 동작상태 및 동작결과 등에 대한 정보를 표시한다. 또한, 표시모듈은 설비제어장치(30)의 메뉴 및 사용자가 입력한 사용자 데이터 등을 표시할 수 있다. 여기서, 표시모듈은 LCD, TFT-LCD, OLED, LED, AMOLED, Flexible display 및 3 Dimension 등으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 건물 에너지관리장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지관리장치(20)는 S11 단계에서 난방용 온수 설정온도 및 열교환기(11)의 성능을 확인한다. 이때, 에너지관리장치(20)는 난방기간에 대한 온수 유량, 온수 공급온도 및 온수 환수온도를 확보하여 난방부하를 확인하고, 부하변동에 대한 경향을 월별 또는 일별로 그래프화하여 제시한다. 또한, 에너지관리장치(20)는 증기의 공기압력, 응축수의 온도, 응축수 유량을 분석하여 열교환기(11)로 공급되는 열량을 확인하고, 온수 왕복온도차와 온수 유량을 분석하여 수열량을 확인하고, 확인된 결과를 통해 열교환기(11)의 효율을 산출한다.
에너지관리장치(20)는 S13 단계에서 에너지 소비량을 줄이기 위한 서비스의 적용기간을 선정한다. 즉, 에너지관리장치(20)는 난방기간의 계절 및 외기환경 변수(외기온도, 습도, 일사량, 풍량, CO2농도 등) 또는 빌딩의 이용상황에 따라 변동하는 데이터를 기초로 에너지 소비량을 줄이기 위한 서비스의 적용기간을 설정하고, 당일 온수 사용량을 예측하고, 원단위 분석을 시행하고, 실시간 온수 사용량을 확인하고, 전년도 동일, 동월, 동요일에 대한 온수 사용량의 비교 데이터를 확인하고, 실내 재실율을 고려하여 온수 공급온도의 변경이 실행되는 적용기간 내 난방부하를 예측한다. 예를 들어, 에너지관리장치(20)는 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측한다.
에너지관리장치(20)는 S15 단계에서 적용기간 내 온수 공급온도 변경을 위해 설정값을 산정한다. 여기서, 에너지관리장치(20)는 이전 피크 시의 난방 데이터를 분석하여 열교환기(11)를 통해 확보 가능한 온수의 왕복온도차를 확인하고, 확인된 왕복온도차를 기반으로 설정값을 산정한다. 즉, 에너지관리장치(20)는 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정한다.
에너지관리장치(20)는 S17 단계에서 적용기간에 근접하면, 피크 시 온수헤더의 온수 왕복온도차와 경부하 시 온수헤더의 온수 왕복온도차를 비교한다. 비교 결과, 경부하 시 온수헤더의 온수 왕복온도차가 피크 시 온수 왕복온도차 보다 낮은 경우, 에너지관리장치(20)는 에너지 절감 방안의 적용이 가능한 것으로 판단한다. 에너지관리장치(20)는 S19 단계에서 설정값과 실시간으로 모니터링되는 운전정보로부터 획득되는 온수 왕복온도차의 분석을 통해 최적의 온수 공급온도를 결정한다. 즉, 에너지관리장치(20)는 제2제어값을 적용한 후, 온열원설비(10)의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하고, 설정된 최종 제어값으로 온열원설비(10)의 난방용 온수 유량 제어를 수행한다.
에너지관리장치(20)는 S21 단계에서 온수 공급온도의 변경에 대한 작업지시서를 작성하여 설비제어장치(30)로 제공한다. 그리고, 에너지관리장치(20)는 S23 단계에서 온수 공급온도의 유량 변경에 따른 에너지 절감 효율을 확인한다. 즉, 에너지관리장치(20)는 당일 난방부하 및 시간대별 난방부하를 예측하고, 시간대별 난방부하에 따라 온수 공급온도의 조절을 제어한다.
한, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지관리장치(20)는 온수 공급온도 변경 후, 실내 온도를 실시간으로 감시하여 실내온도의 이상 상황에 대한 알람 발생 여부를 판단한다. 알람이 발생하면, 에너지관리장치(30)는 기술 지원자 또는 빌딩 관리자에게 온수펌프의 유량을 재 조정하도록 지시한다. 그리고 나서, 에너지관리장치(30)는 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 절감에 대한 보고서를 작성하고, 작성된 보고서를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장한다.
또한, 에너지관리장치(20)는 설정된 제어값으로 변경 후, 온열원설비(10)에 대한 온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 등의 운전정보 변화를 모니터링 한다. 그리고, 에너지관리장치(20)는 온수 유량 제어 후, 온열원설비(10)의 전체적인 에너지 소비량에 대한 변경 전후의 에너지 효율을 분석한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 난방용 온수 공급온도를 제어하여 응축수 유량을 줄일 수 있어 온수 발생장치의 난방부하에 대한 에너지를 절감할 수 있으며, 건물의 열원기기를 체계적인 데이터에 근거하여 효율적으로 가동시켜 에너지 소비량을 줄일 수 있고, 계절별 혹은 사용현황을 주기적으로 모니터링하여 열원설비의 안전율과 실내 재실자의 쾌적성을 확보하는 조건을 만족하는 범위 내에서 온수 공급온도를 변경함으로써 에너지 절감 효과를 최적화할 수 있다. 이는 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
10: 온열원설비 20: 에너지관리장치 30: 설비제어장치
11: 열교환기 12a, 12b; 온도계 13a, 13b, 13c: 압력계
14: 온수펌프 15: 응축수 순환펌프 16: 스팀트랩
17: 감압밸브 18: 자동온도조절밸브 19: 팽창펌프
21: 제어부 22: 저장부 23: 통신부
31: 제어모듈 32: 저장모듈 33: 통신모듈
40: 통신망 100: 에너지 관리 시스템

Claims (12)

  1. 온열원설비를 제어하는 설비제어장치와 통신하여 운전정보 및 열교환기의 성능에 대한 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 기반으로 온수 공급온도의 변경을 요청하는 신호를 전송하는 통신부; 및
    상기 온열원설비의 운전 경향을 분석하여 난방용 온수 공급온도 제어의 적용기간을 설정하고, 상기 통신부를 통해 수신되는 운전정보 및 열교환기의 성능을 비교하여 상기 온열원설비의 온수 공급온도 제어에 대한 적용 여부를 판단하고, 상기 온수 공급온도의 제어가 필요한 경우, 상기 온열원설비의 온수 공급온도에 대한 제어값을 산정하고, 상기 제어값으로 상기 온열원설비가 제어되도록 요청하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    난방기간에 대한 온수 유량, 온수 공급온도 및 온수 환수온도를 확보하여 난방부하를 확인하고, 부하변동에 대한 경향을 월별 또는 일별로 그래프화하여 제시하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    증기의 공기압력, 응축수의 온도, 응축수 유량을 분석하여 열교환기로 공급되는 열량을 확인하고, 온수 왕복온도차와 온수 유량을 분석하여 수열량을 확인하고, 확인된 결과를 통해 열교환기의 성능을 산출하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    이전 피크 시의 난방 데이터를 분석하여 열교환기를 통해 확보 가능한 온수의 왕복온도차를 확인하고, 상기 확인된 왕복온도차를 기반으로 온수 공급온도에 대한 설정값을 산정하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지관리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 온수 공급온도의 변경 후, 상기 운전정보를 지속적으로 확인하여 에너지 열량에 대한 효율을 확인하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측하고, 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 상기 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정하고, 상기 제2 제어값을 적용한 후 상기 온열원설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 상기 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하고, 상기 최종 제어값으로 상기 온열원설비의 난방용 온수 유량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지관리장치.
  7. 에너지관리장치가 운전 경향을 분석하여 난방용 온수 공급온도 제어의 적용기간을 설정하는 단계;
    상기 에너지관리장치가 수신되는 운전정보 및 열교환기의 성능을 비교하는 단계;
    상기 에너지관리장치가 상기 비교 결과에 따라 상기 온열원설비의 온수 공급온도 제어에 대한 적용 여부를 판단하는 단계;
    상기 온수 공급온도의 제어가 필요한 경우, 상기 에너지관리장치가 상기 온열원설비의 온수 공급온도에 대한 제어값을 산정하는 단계;
    상기 에너지관리장치가 상기 제어값으로 상기 온열원설비가 제어되도록 요청하는 단계; 및
    상기 에너지관리장치가 상기 온수 공급온도의 변경에 따른 에너지 열량에 대한 효율을 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 운전정보는
    온수헤더의 온수 공급온도, 온수헤더의 온수 환수온도, 온수코일의 온수 공급온도, 온수코일의 온수 환수온도, 온수 유량, 응축수 유량, 스팀공급압력, 응축수 온도, 실내온도, 외기온도, 실내 재실율 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 비교하는 단계는
    상기 에너지관리장치가 실시간으로 모니터링되는 운전정보를 이용하여 피크 시 온수헤더의 왕복온도차를 산출하는 단계;
    상기 에너지관리장치가 상기 피크 시 온수헤더의 왕복온도차와 경부하 시 온수헤더의 왕복온도차를 비교하는 단계; 및
    상기 경부하 시 온수헤더의 왕복온도차가 피크 시 온수헤더의 왕복온도차 보다 낮은 경우, 상기 에너지관리장치가 상기 온수 공급온도 제어에 대한 적정성을 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 에너지관리장치가 상기 온수 공급온도의 변경 후, 실내온도를 실시간으로 감시하는 단계;
    상기 에너지관리장치가 상기 실내온도의 이상 상황에 대한 알람 발생 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 알람이 발생하면, 상기 에너지관리장치가 설비제어장치에 요청하여 상기 온수 공급온도를 재 조정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 에너지관리장치가 상기 온수 공급온도의 변경 후, 상기 온수 공급온도 변경에 따른 열교환기에서 환수되는 응축수 유량을 확인하여 난방부하에 대한 에너지 감소의 결과를 연도별, 분기별, 월별, 주별, 일별, 요일별 중 적어도 하나로 분류하여 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수 공급온도 제어를 통한 에너지 관리 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 산정하는 단계는
    상기 에너지관리장치는 상기 난방용 온수의 공급온도 제어를 위한 수학적 모델링에 기반한 시뮬레이션을 통해 제1 제어값을 예측하는 단계;
    상기 에너지관리장치는 축적되는 과거의 관리데이터를 통해 난방용 온수 유량에 대한 상기 제1 제어값을 보정하여 제2 제어값을 설정하는 단계;
    상기 에너지관리장치는 상기 제2 제어값을 적용한 후 상기 온열원설비의 실시간 모니터링을 통해 얻은 운전정보에 따라 상기 제2 제어값으로부터 난방용 온수 유량에 대한 최종 제어값을 설정하는 단계; 및
    상기 에너지관리장치는 상기 최종 제어값으로 상기 온열원설비의 난방용 온수 유량 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방용 온수의 왕복온도차 제어를 통한 에너지 관리 방법.
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