KR20160017767A - 공조구역 hvac 최적화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법은, 각 구역을 그루핑하는 단계; 상기 그루핑되는 구역으로 공기의 흐름을 형성하는 메인덕트를 설정하는 단계; 상기 메인덕트로부터 복수의 구역으로 분지되는 가지덕트를 설정하는 단계; 및 상기 구역의 부하를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법은, 동일 또는 유사한 공조량을 요구하는 공간을 구역으로 분류하여, 구역에 따른 메인덕트 및 가지덕트를 설정함으로써 최적화된 시스템으로 설계를 도출할 수 있어, 공조 시스템이 효율적으로 운용될 수 있다.

Description

공조구역 HVAC 최적화 방법{Optimization method for Heating Ventilation Air Conditioning}

본 발명은 공조구역 HVAC 최적화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물 등의 대형 구조물, 자동차와 같은 운반 수단, 또는 선박 등의 해양부유물 등에는, 필수적으로 냉난방용 또는 환기용 공조 시스템이 설치될 수 있다. 공조 시스템(HVAC: Heating Ventilation Air Conditioning)이란, 난방이나 냉방을 구현하거나 또는 공기를 환기시키는 시스템으로서, 사람이 거주 또는 체류하는 실내 환경을 안락하게 하기 위해 쓰이는 기술이다.

특히 이러한 공조 시스템은, 사람이 일정 시간 이상 체류하며 외부와 격리될 수 있는 모든 공간에는 설치가 의무적이라고 할 수 있다. 이는 외부와 격리된 공간에서 공기의 순환이 없을 경우 사람이 장시간 체류하였을 때 사람의 건강을 해칠 수 있기 때문이다.

이와 같은 공조 시스템은 기본적으로 외부 공기를 빨아들이는 팬(fan)과, 빨아들인 공기를 내부 공간의 각 구역으로 공급하는 덕트(duct)로 이루어지며, 덕트는 각 구역으로 공기를 전달하기 위해서 팬을 기준으로 가지처럼 뻗어나가도록 설계될 수 있다.

이때 덕트의 끝단에는 디퓨저(diffuser)를 구비해 공간 내에 공기가 원활하게 공급되도록 할 수 있으며, 덕트 내에는 덕트를 통해 공급되는 공기의 유량을 조절할 수 있는 댐퍼(damper)가 구비될 수 있다. 또한 공조 시스템이 기본적인 환기 외에도 냉난방을 구현할 경우에는, 각 구역으로 공급되는 공기의 온도를 변화시키는 열교환기가 추가로 구비될 수 있다.

이러한 공조 시스템은 각 구역에 공급되어야 하는 공기의 유량을 목표값으로 하여 설계될 수 있다. 종래의 공조 시스템의 설계 방법은, 각 구역에서의 필요유량을 확인하고, 팬을 기준으로 흡입되는 공기가 각 구역으로 전달되도록 하는 메인 덕트(main duct)의 레이아웃(layout)을 D&ID(Ducting and Instrumentation Diagram)로 기본 설계하며, 기본 설계가 완료된 레이아웃을 이용하여 공조 시스템이 배치되어야 하는 공간에서 다른 장비와의 간섭을 검토한 후 필요 시 재설계하며 세부적인 구역까지 공기가 공급되도록 레이아웃에 가지 덕트(branch duct)를 추가하여 상세 설계를 완료한다.

이후 상세 설계를 바탕으로 하여 공간에 실제로 공조 시스템을 설치하게 되는데, 이때 덕트에는 댐퍼가 각각 구비될 수 있다. 그런데 기본 설계 시에는 덕트 중에서 세부적인 가지 덕트는 고려되지 않고, 메인 덕트만 고려하여 설계가 이루어지기 때문에, 기본 설계를 통해 결정된 메인 덕트의 제원은, 실제로 각 공간에 필요한 만큼의 공기를 전달하여 주지 못하는 제원일 수 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 덕트에 설치되어 있는 댐퍼의 각도를 작업자가 일일이 수작업으로 조작해가면서, 각 구역에 필요한 만큼의 공기가 제대로 전달되는지를 테스트하는 방식을 이용하였다. 그러나 이러한 경우에는 작업자가 댐퍼를 조작하고 테스트하는 기간이 추가로 소요되기 때문에, 선박 등의 경우에는 제작을 완료하고도 인도하기까지의 기간(시운전 기간)이 장기화된다는 문제가 있다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 최적화된 공조시스템을 이룰 수 있도록 설계할 수 있는 공조구역 HVAC 최적화 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법은, 각 구역을 그루핑하는 단계; 상기 그루핑되는 구역으로 공기의 흐름을 형성하는 메인덕트를 설정하는 단계; 상기 메인덕트로부터 복수의 구역으로 분지되는 가지덕트를 설정하는 단계; 및 상기 구역의 부하를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 구역의 부하를 결정하는 단계이후, 상기 메인덕트와 상기 가지덕트의 설치제한값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 설치제한값을 설정하는 단계이후, 상기 메인덕트와 상기 가지덕트의 스펙을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법은, 동일 또는 유사한 공조량을 요구하는 공간을 구역으로 분류하여, 구역에 따른 메인덕트 및 가지덕트를 설정함으로써 최적화된 시스템으로 설계를 도출할 수 있어, 공조 시스템이 효율적으로 운용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공조구역 HVAC 최적화 방법은, 각 구역을 그루핑하는 단계(S110), 그루핑되는 구역으로 공기의 흐름을 형성하는 메인덕트를 설정하는 단계(S120), 메인덕트로부터 복수의 구역으로 분지되는 가지덕트를 설정하는 단계(S130), 구역의 부하를 결정하는 단계(S140), 메인덕트와 가지덕트의 설치제한값을 설정하는 단계(S150) 및 메인덕트와 가지덕트의 스펙을 설정하는 단계(S160)를 포함한다.

단계 S110에서는, 각 구역(10)을 그루핑한다.

선박은 대형의 구조물로서, 승무원의 생활 공간, 작업 공간 뿐만 아니라 선박 내부에 마련되는 장비가 마련되는 선체 내부 공간의 온도를 조절하거나 공기를 정화하여 쾌적한 환경을 제공할 필요가 있어, 공조 시스템(100)이 마련되는 것이며, 덕트가 설계되기 이전에 후술되는 본 실시예의 단계들이 이루어질 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이(공조시스템 개념도), 본 실시예는 공조 시스템(100)의 최적화된 설계를 위하여 먼저 선박의 각 구역(10)을 그루핑하는 것이며, 그루핑은 서로 동일하거나 유사한 환경조건을 요규하는 공간이 그룹으로 이루어지는 것이다.

선박의 각 구역(10)은 선실, 엔진룸 등을 포함할 수 있으며, 각 구역(10)에 포함되는 선실, 엔진룸 등은 거주하는 사람의 수, 장비가 요구하는 환경(예를 들어, 장비의 가열을 방지하기 위해 냉방을 요구), 외부 환경(태양열, 계절요인 등)의 영향 등에 따라 상태가 달라지거나 요구되는 환경조건이 달리 이루어질 수 있어, 동일 또는 유사한 환경을 요구하는 공간끼리 그루핑을 이루도록 할 수 있다.

이는, 도 3에 도시한 바와 같이(룸을 포함하는 구역 개념도), 동일 또는 유사한 환경 조건을 요구하는 공간들로 분류된 룸(11A,11B,11C)이 제1 구역(11)으로 그루핑되는 것과 같다. 예를 들어, 제1 구역(11)에 포함되는 룸(11A,11B,11C)은 승무원이 거주하는 생활공간으로서 복수의 선실로 이루어질 수 있다. 그리고, 제2,제3,제4,제5 구역(12,13,14,15)은 제1 구역(11)과 다른 환경조건을 요구하는 공간으로 이루어지고, 제2 내지 제5 구역(12,13,14,15)은 개별적으로 서로 다른 환경 조건을 요구할 수 있다.

단계 S120에서는, 그루핑되는 구역(10)으로 공기의 흐름을 형성하는 메인덕트(113)를 설정한다. 여기서, 메인덕트(113)는 그루핑된 구역으로 공기의 흐름을 형성하는 상위 라인을 의미할 수 있으며, 후술되는 가지덕트(1131)는 하위 라인으로 정의될 수 있고, 공기의 흐름은 메인덕트(113)에서 가지덕트(1131)로 이루어진다.

도 4에 도시한 바와 같이(공조시스템 개념도), 공조 시스템(100)은 각 구역(10)으로 공기를 배출시키는데, 공조 시스템(100)은 공기조화기(110), 메인덕트(113), 가지덕트(1131)를 포함하여, 온도, 습도 등이 조절된 공기가 메인덕트(113)와 가지덕트(1131)를 통해 각 구역(10)으로 공급된다.

여기서, 공기조화기(110)는 난방장치(110A), 냉방장치(110B), 환기팬(110C)을 포함할 수 있으며, 난방장치(110A)는 공기를 가열하고, 냉방장치는 공기를 냉각시켜, 계절에 따라 공기의 난방장치(110A)와 냉방장치(110B)의 가동이 달리 이루어질 수 있다. 여기서, 환기팬(110C)은 난방장치(110A)나 냉방장치(110B)에 의해 온도가 조절된 공기를 강제적으로 송풍시켜 공기의 흐름을 발생시킨다.

공기조화기(110)로부터 배출되는 공기는 먼저 메인덕트(113)를 경유하여 각 구역(10)으로 공급되는데, 본 실시예의 단계 S120에서는 공기조화기(110)로부터 구루핑되는 각 구역(10)까지의 라인을 메인덕트(113)로 설정한다.

예를 들어, 그루핑되어 분류되는 각각의 구역(10)은 서로 상이한 환경조건을 요구할 수 있고, 동일한 구역(10) 내의 각 룸(11A,11B,11C)은 동일한 환경조건을 요구할 수 있다. 따라서, 그루핑으로 분류된 각 구역(10)으로 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있도록 각 구역(10)에 연결되는 개별의 메인덕트(113A,113B,113C,113D,113E)를 설정한다. 여기서, 공기조화기(110)로부터 연결되는 메인덕트(113)는 분지되어 각 구역(10)으로 연결될 수 있다.

여기서, 공기조화기(110)로부터 제1 내지 제5 구역(11,12,13,14,15)으로 공급되는 공기의 양은 달리 이루어지도록 설계될 수 있다. 이때, 분지되는 메인덕트(113) 상에는 개도를 조절하는 댐퍼(도시하지 않음)가 마련되어, 각 구역(10)으로 공급되는 공기의 양이 조절될 수 있다. 일례로, 공기조화기(110)에서 공급되는 공기의 양을 100으로 정의하고, 제1 내지 제5 구역(11,12,13,14,15)을 100을 5등분하여 20씩 공급하는 것이 아닌, 제1(11) 구역은 10의 공기의 양을 공급하고, 제5구역(15)은 50의 공기의 양을 공급하는 바와 같이 이루어질 수 있다.

단계 S130에서는, 메인덕트(113)로부터 복수의 구역(10)으로 분지되는 가지덕트(1131)를 설정한다.

도 5에 도시한 바와 같이(룸을 포함하는 구역 개념도), 공기조화기(110)로부터 공급되는 공기는 메인덕트(113) 및 가지덕트(1131)를 경유하여 복수의 구역에 마련되는 룸(11A,11B,11C)으로 공급된다. 이때, 메인덕트(113) 및 가지덕트(1131)는 트리구조를 이루어 공기조화기(110)로부터 연결되는 공기 배출라인을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 설명 및 이해의 편의를 위해 공기조화기(110)로부터 공기가 공급되는 것을 일례로 설명하나, 각 룸(11A,11B,11C)으로부터 공기조화기(110)까지 별도의 가지덕트 및 메인덕트가 연결되어 룸(11A,11B,11C)으로부터 공기조화기(110)로 공기가 되돌아가 공기조화기(110)와 룸(11A,11B,11C) 사이의 공기가 순환될 수 있다.

즉, 메인덕트(113)와 가지덕트(1131) 각각은 공기조화기(110)로부터 공기가 배출되는 배출라인을 이루는 것은 물론, 각 룸(11A,11B,11C)으로부터 공기조화기(110)로 공급되는 공급라인을 이룰 수 있다. 이때, 메인덕트(113) 및 가지덕트(1131)의 배출라인과 공급라인은 하나의 라인 상에 공간이 구획되어 마련될 수 있다. 바람직하게는, 온도 등이 조절된 공기가 공기조화기(110)로 되돌아오는 공기와 열교환이 이루어지는 것을 방지하도록 배출라인과 공급라인이 분리되어 이루어질 수 있다.

게다가, 공기조화기(110)는 공기를 정화시키는 정화장치(도시하지 않음)를 더 포함하여, 각 룸(11A,11B,11C)으로 공급되는 공기를 정화시키거나, 각 룸(11A,11B,11C)으로부터 공기조화기(110)로 되돌아가는 공기를 정화시킬 수 있다. 이와 달리, 각 룸(11A,11B,11C) 또는 어느 하나의 룸에는 외부로 연통되는 라인이 마련되어 공기가 외부로 배출되어 정화가 이루어질 수도 있다.

단계 S140에서는, 구역(10)의 부하를 결정한다. 여기서, 복수의 구역(10)은 앞서 기술한 바와 같이, 각각이 요구하는 환경조건이 달리 이루어지므로, 환경 조건에 따라 부하가 달리 이루어질 수 있다.

구역(10)마다 달리 이루어지는 부하는 구역(10)마다 공조구역의 면적과 부피, 발열량, 머무는 승무원의 수, 장비 등에 따라 설정될 수 있으며, 각 구역(10)으로 공급되는 공기의 비율, 절대값 등이 수치로 저장되어 이루어질 수 있다.

단계 S150에서는, 메인덕트(113)와 가지덕트(1131)의 설치제한값을 설정한다.

예를 들어, 구역(10)에 따라 공간의 간섭을 감소시키도록 천장으로부터의 이격거리에 제한이 이루어지거나, 위험구역(연료 누출, 전선 등의 케이블 배치)이 발생하여 이를 회피하는 등 구조적한계에 제한되어 설치된다.

이에 따라, 메인덕트(113)와 가지덕트(1131)는 설치 경로의 주변 환경 및 공기가 공급되는 공간에 따라 각 구역(10)별로 필요한 설치제한값이 설정될 수 있다. 설치제한값은 메인덕트(113)와 가지덕트(1131)의 설치시 설계의 허용범위가 제한되는 값으로서, 일례로, 공간의 간섭이 허용되는 최대의 위치, 설치되는 공간 또는 장비로부터의 이격거리 등(일례로, 천정으로부터의 제약높이, 공기조화기의 시작점으로부터 경로되는 길이의 범위 제한)을 포함할 수 있다.

단계 S160에서는, 메인덕트(113)와 가지덕트(1131)의 스펙을 설정한다.

메인덕트(113)와 가지덕트(1131) 각각은 분지되어 각각의 구역(10)이나 룸(11A,11B,11C)으로 연결되며, 각각의 구역(10)과 룸(11A,11B,11C)은 요구조건 또는 주변환경에 의해 공급되는 공기의 양이 달리 이루어짐은 앞서 기술한 바와 같다.

이에 따라, 각 구역이나 룸(11A,11B,11C)으로 공급되는 공기의 양이 달리 이루어지도록 스펙을 설정하는 것이며, 스펙은 배관의 직경, 두께, 단열재 구비여부, 댐퍼의 각도(배관의 노출직경에 따라 설정이 달리 이루어짐) 등이 포함될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 동일 또는 유사한 공조량을 요구하는 공간을 구역(10)으로 분류하여, 구역(10)에 따른 메인덕트(113) 및 가지덕트(1131)를 설정함으로써 공조 시스템(100)의 최적화된 설계를 도출할 수 있어, 공조 시스템(100)이 효율적으로 운용될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 구역 11A,11B,11C: 룸
11: 제1 구역 12: 제2 구역
13: 제3 구역 14: 제4 구역
15: 제5 구역 100: 공조 시스템
110: 공기조화기 110A: 난방장치
110B: 냉방장치 110C: 환기팬
113: 메인덕트 1131: 가지덕트

Claims (3)

1. 각 구역을 그루핑하는 단계;
   상기 그루핑되는 구역으로 공기의 흐름을 형성하는 메인덕트를 설정하는 단계;
   상기 메인덕트로부터 복수의 구역으로 분지되는 가지덕트를 설정하는 단계; 및
   상기 구역의 부하를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조구역 HVAC 최적화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구역의 부하를 결정하는 단계이후,
   상기 메인덕트와 상기 가지덕트의 설치제한값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조구역 HVAC 최적화 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 설치제한값을 설정하는 단계이후,
   상기 메인덕트와 상기 가지덕트의 스펙을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조구역 HVAC 최적화 방법.

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