KR20160150313A - 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열원으로 보내는 난방환수의 온도를 낮추어 에너지 손실을 최소화할 수 있는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치는, 열원(120,220)에서 공급된 난방수를 난방소요처(130,230)로 공급하기 위한 난방소요처 입구관(108,208); 상기 난방소요처(130,230)에서 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120,220)으로 보내기 위한 난방소요처 출구관(109,209); 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처 출구관(109,209) 사이를 연결하는 순환연결관(107,207); 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처(130,230)와 난방소요처 출구관(109,209) 및 순환연결관(107,207)을 연결하는 순환유로 상에 설치된 순환펌프(160,260); 난방 가동 중 상기 순환유로를 폐회로로 만든 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 제어부를 포함한다.

Description

지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법{Heating and hot water supply apparatus applying for regional or central heating and Control method thereof}
본 발명은 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방 환수의 온도를 낮은 온도로 일정하게 유지한 상태로 보낼 수 있는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근의 대단지 아파트나 중대규모 빌딩은 개별난방과 개별 급탕 공급 방식이 아닌 단지 전체를 위한 공동의 난방시설을 설치하여 공동의 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 난방온수를 공급하고 있으며, 급탕은 공급된 온수와 급수의 열교환을 통하여 급수를 필요로 하는 적절한 온도로 가열한 이후 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 공급하는 지역 및 중앙 난방식으로 시스템이 구축되고 있다.
기존의 지역 및 중앙 난방을 위해 각 개별세대에 연결되는 배관구조는, 난방수 공급관, 난방 환수관, 급탕용 난방수 공급관, 및 급탕용 난방 환수관이 구비된 4배관식으로 구성되어 있다. 그러나 이러한 4배관식은 난방과 온수의 동시 사용이 가능한 반면, 유지 보수 및 신규 설치 시 많은 비용이 발생하게 되어, 최근에는 열원으로부터 난방수의 공급 및 환수가 이루어지도록 하는 난방수 공급관과 난방 환수관의 2배관으로 이루어지는 2배관식 난방 온수 공급 장치를 사용하는 추세이다.
도 1은 종래의 2배관식 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 종래의 난방 온수 공급 장치는, 난방수를 공급하는 열원(12), 상기 열원(12)에서 공급된 난방수와 직수와의 열교환에 의해 온수를 제공하는 급탕열교환기(11), 상기 열원(12)에서 공급된 난방수를 이용하여 난방을 제공하는 난방소요처(13), 상기 열원(12)에서 공급된 난방수가 유동하는 난방수 공급관(1), 상기 난방수 공급관(1)에 연결되어 상기 난방수를 난방소요처(130)로 공급하기 위한 난방소요처 입구관(8), 상기 난방수 공급관(1)에 연결되어 상기 난방수를 상기 급탕열교환기(11)로 공급하기 위한 급탕열교환기 입구관(3), 상기 급탕열교환기(11)에서 직수와 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(12)으로 환수시키기 위한 급탕열교환기 출구관(4), 급탕열교환기(11)로 직수를 유입시키는 직수관(5), 급탕열교환기(11)에서 가열된 온수를 공급하기 위한 온수관(6), 상기 난방소요처 입구관(8) 상에 설치되어 난방시 난방수를 난방소요처(13)로 공급하기 위해 개방되는 난방측 개폐밸브(14), 상기 급탕열교환기 출구관(4) 상에 설치되어 온수 공급시 난방수가 급탕열교환기(11)로 공급되도록 하기 위해 개방되는 급탕측 개폐밸브(15)로 이루어진다.
상기 난방측 개폐밸브(14)와 급탕측 개폐밸브(15)는 각 세대에서 원하는 온도의 난방수 및 온수를 공급하기 위해 난방수의 공급을 조절하는 것으로서, 사용자의 난방 또는 온수 요청에 의해 단순히 개폐되는 방식의 밸브이다. 즉, 실내 온도가 실내 설정온도 이하일 경우 난방측 개폐밸브(14)를 최대로 열어주고, 실내 온도가 실내 설정온도 이상일 경우 난방측 개폐밸브(14)를 완전히 닫는 방식이다.
이러한 구성에 의하면 난방수 유량을 세밀하게 조절할 수 없기 때문에 현재 필요한 정도의 난방수 공급이 불가능하여 난방수의 공급 과잉 또는 난방수의 공급 부족 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한 열원(12)에서 공급되는 난방수는 각 세대에서 필요로 하는 부하에 상관없이 항상 일정한 유량으로 공급되기 때문에, 실제 필요로 하는 열량 이상의 난방수가 공급될 수 있으므로, 열원(12)에서 난방수를 공급하기 위한 펌프의 전송 동력 손실이 발생할 수 있고, 각 세대에는 필요 이상의 난방수가 공급되어 바닥 온도의 오버슈팅(overshooting)으로 인해 쾌적한 난방이 불가능하며, 열원 사용에 대한 과금 방식이 일반유량계가 적용된 세대인 경우 난방 가동시간에 비해 사용료 과다청구가 발생하는 문제점이 있다. 또한 이와는 반대로 부족한 난방수가 공급될 경우 난방이 제대로 되지 않는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 난방 배관에 유량측정장치를 삽입하여 필요한 난방 부하 유량을 측정한 후 난방수 유량조절밸브의 개도를 조절하는 방법이 있으나, 일반적으로 난방수가 순환되는 배관 내부에는 부유물과 이물질이 다량 함유되어 있어 유량측정장치의 고장 또는 고착 가능성이 높아질 수 있고, 추가적인 부품 적용에 따른 비용 상승 등의 문제로 현실적으로 적용하는데 어려움이 있다.
상기한 종래기술의 하나로 대한민국 실용신안등록 제20-471736호의 난방 온수 공급 장치가 개시되어 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열원으로 보내는 난방환수의 온도를 낮추어 에너지 손실을 최소화할 수 있는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 별도의 유량측정장치 없이도 난방 부하를 간접적으로 측정하여 환경에 적합한 난방수의 공급이 가능하도록 하는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치는, 열원(120,220)에서 공급된 난방수를 난방소요처(130,230)로 공급하기 위한 난방소요처 입구관(108,208); 상기 난방소요처(130,230)에서 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120,220)으로 보내기 위한 난방소요처 출구관(109,209); 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처 출구관(109,209) 사이를 연결하는 순환연결관(107,207); 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처(130,230)와 난방소요처 출구관(109,209) 및 순환연결관(107,207)을 연결하는 순환유로 상에 설치된 순환펌프(160,260); 난방 가동 중 상기 순환유로를 폐회로로 만든 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 제어부를 포함한다.
상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 환수온도측정센서(190,290)가 구비되고, 상기 제어부는 상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 사용자가 설정한 난방환수설정온도까지 상승한 경우 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 것으로 이루어질 수 있다.
난방 가동시 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(140,240)가 구비되고; 난방 가동시 상기 제어부는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)를 개방하여 상기 난방소요처(130,230)에 난방수가 공급되도록 하되, 상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 상기 난방환수설정온도까지 상승한 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)를 차단한 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 순환연결관(107,207)에는 상기 순환펌프(160,260)에서 공급된 난방수가 상기 난방소요처 출구관(109,209)에서 순환연결관(107,207)을 거쳐 상기 난방소요처 입구관(108,208)으로 유동하는 것을 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(170,270)가 구비된 것일 수 있다.
상기 난방소요처 출구관(109,209)과 병렬로 연결되되, 상기 순환펌프(160,260)의 입구와 출구 측에 양단이 연결된 순환펌프 리턴관(109a,209a)이 구비되고; 상기 순환펌프 리턴관(109a,209a) 상에는 상기 순환펌프(160,260) 출구 측에서 공급된 난방수가 상기 순환펌프 리턴관(109a,209a)을 경유하여 상기 순환펌프(160,260) 입구 측으로의 유동은 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(180,280)가 구비된 것일 수 있다.
온수 공급시 급탕열교환기 출구관(104)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 온수측 유량조절밸브(150); 상기 열원(120)에서 가열된 난방수를 급탕열교환기(110)로 공급하기 위한 급탕열교환기 입구관(103); 상기 급탕열교환기(110)에서 직수와 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120)으로 보내기 위한 급탕열교환기 출구관(104)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법은, 제1항에 기재된 난방 및 온수 공급 장치의 제어방법으로서, a) 난방 요청에 의해 난방이 가동되는 단계; b) 난방 가동 중 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처(130,230)와 난방소요처 출구관(109,209) 및 순환연결관(107,207)을 연결하는 순환유로를 폐회로로 만든 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시켜 난방수를 순환시키는 단계; c) 상기 순환펌프(160,260)의 가동을 중단시키고, 상기 순환유로를 개회로로 만들어 상기 난방환수가 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 열원(120,220)으로 유동하는 단계로 이루어진다.
상기 a)단계는 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방환수의 온도를 환수온도측정센서(190,290)가 측정하는 단계를 포함하고; 상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도와 사용자가 설정한 난방환수설정온도를 비교하여 상기 난방환수측정온도가 난방환수설정온도까지 상승하면 상기 b)단계가 이루어질 수 있다.
상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 상기 난방환수설정온도 이하가 되면 상기 c)단계가 이루어지는 것일 수 있다.
난방 가동시 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통과하여 열원(120,220)을 향해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(140,240)가 구비되고; 상기 순환유로의 개폐는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개폐에 의해 이루어지는 것일 수 있다.
상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도의 상승량이 연산되고; 상기 c)단계에서 이루어지는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개방량은 상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도 상승량에 반비례하여 설정되는 것일 수 있다.
상기 제어부에는 미리 기준이 되는 기준 환수온도 상승량이 설정되어 있고, 상기 c)단계에서, a)단계에서 연산된 난방환수측정온도 상승량과 상기 기준 환수온도 상승량을 비교하여, 상기 a)단계의 난방환수측정온도 상승량이 상기 기준 환수온도 상승량보다 작은 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 상기 a)단계의 개도보다 증가시키고, 상기 a)단계의 상기 난방환수측정온도 상승량이 상기 기준 환수온도 상승량보다 큰 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140)의 개도를 상기 a)단계의 개도보다 감소시키며, 상기 a)단계의 상기 난방환수측정온도의 상승량과 상기 기준 환수온도 상승량이 동일한 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140)의 개도를 상기 a)단계의 개도와 동일하게 유지하는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 난방측 유량조절밸브의 개도 조절을 통해 난방수의 유량을 정밀하게 조절할 수 있어 다양한 부하에 대응하여 열에너지의 손실없이 난방수 공급이 가능하다.
또한 열원으로 보내는 난방환수의 온도를 낮추어 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
또한 별도의 유량측정장치 없이도 난방 부하를 간접적으로 측정하여 난방수의 과잉 공급을 방지하여 환경에 적합한 난방수의 공급이 가능하므로, 바닥온도 오버슈팅을 방지하여 쾌적한 난방을 제공할 수 있으며, 열원 사용 요금을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 2배관식 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 제1실시예 의한 2배관식 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면
도 4는 본 발명에 의한 난방 및 온수 공급 장치의 제어방법을 보여주는 흐름도
도 5는 난방 가동 시 제어 과정을 보여주는 타이밍 차트
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예 의한 2배관식 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면이다.
본 발명의 난방 및 온수 공급 장치(100)는 열원(120)에서 공급된 난방수를 난방 가동 시 난방소요처(130)로 공급하고, 온수 공급 시 급탕열교환기(110)로 공급한다.
상기 열원(120)은 난방 및 온수를 위한 난방수를 공급하는 지역 및 중앙 난방 시스템을 지칭한다.
상기 열원(120)에서 각 세대로 난방수를 공급하기 위해 난방수 공급관(101)이 구비되고, 각 세대에 열을 공급한 후 열원(120)으로 난방환수를 보내기 위한 난방 환수관(102)이 구비되어 있다.
상기 난방소요처(130)는 각 세대에서 난방을 필요로 하는 장소이고, 난방소요처(130)에 난방수를 분배하기 위한 난방수 공급측 분배기(131)와, 난방소요처(130)에서 열교환이 이루어진 난방환수를 열원(120)측으로 보내기 위한 환수측 분배기(132)가 구비되어 있다.
상기 난방수 공급측 분배기(131)와 난방수 공급관(101) 사이를 연결하여 난방수를 난방소요처(130)로 공급하기 위한 난방소요처 입구관(108), 상기 환수측 분배기(132)와 난방 환수관(102) 사이를 연결하여 난방환수를 열원(120)으로 보내기위한 난방소요처 출구관(109)이 구비되어 있다.
상기 급탕열교환기(110)는 열원(120)에서 공급된 난방수와 직수와의 열교환에 의해 세대의 사용자에게 온수를 공급하기 위한 것이다.
상기 급탕열교환기(110)에는, 직수가 유입되는 직수관(105), 상기 직수관(105)을 통해 유입된 직수가 가열되어 사용자에게 온수를 공급하기 위한 온수관(106), 상기 난방수 공급관(101)에 연결되어 열원(120)에서 가열된 난방수를 급탕열교환기(110)로 공급하기 위한 급탕열교환기 입구관(103), 상기 난방 환수관(102)에 연결되어 급탕열교환기(110)에서 직수와 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120)으로 보내기 위한 급탕열교환기 출구관(104)이 각각 연결되어 있다.
상기 난방소요처 입구관(108)과 난방소요처 출구관(109) 사이에는 후술하는 순환모드시 난방수가 유동하는 순환연결관(107)이 연결되어 있다.
상기 난방소요처 입구관(108)과 난방수 공급측 분배기(131)와 난방소요처(130)와 환수측 분배기(132)와 난방소요처 출구관(109) 및 순환연결관(107)은 순환유로를 구성한다. 상기 순환모드시 상기 순환유로를 난방수가 순환하면서 난방수의 열을 난방소요처(130)에서 흡수한다.
상기 난방소요처 출구관(109) 상에는 난방 가동시 상기 난방소요처 출구관(109)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(140)와, 상기 순환모드시 난방수가 상기 순환유로를 순환하도록 가동되는 순환펌프(160), 난방소요처 출구관(109)을 유동하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 환수온도측정센서(190)가 구비되어 있다.
상기 순환연결관(107) 상에는 상기 순환펌프(160)의 가동에 의해 유동하는 난방수가 상기 난방소요처 출구관(109)에서 순환연결관(107)을 거쳐 상기 난방소요처 입구관(108)으로 유동하는 것을 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(170)가 구비되어 있다.
상기 난방소요처 출구관(109)에는 순환펌프 리턴관(109a)이 병렬로 연결되어 있다. 상기 순환펌프 리턴관(109a)의 일단은 상기 순환펌프(160)의 입구 측(순환펌프(160)와 환수측 분배기(132) 사이)에 연결되고, 타단은 상기 순환펌프(160)의 출구 측(순환펌프(160)와 난방측 유량조절밸브(140) 사이)에 연결되어 있다.
상기 순환펌프 리턴관(109a) 상에는 상기 순환펌프(160) 출구 측에서 토출된 난방수가 상기 순환펌프 리턴관(109a)을 경유하여 상기 순환펌프(160) 입구 측으로 유동하는 것을 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(180)가 구비된다. 순환모드시 난방수 공급측 분배기(131) 또는 환수측 분배기(132) 상에 구비된 밸브(미도시)를 사용자가 잠궈놓은 경우 순환펌프(160)를 가동시키면 순환펌프(160)에 부하가 걸려 내구성이 떨어질 수 있다. 이 경우 순환펌프(160)에서 토출된 난방수는 상기 순환펌프 리턴관(109a)과 체크밸브(180)를 통해 순환펌프(160) 입구 측으로 보냄으로써 순환펌프(160)에 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
상기 급탕열교환기 출구관(104)에는 온수 공급시 급탕열교환기 출구관(104)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 온수측 유량조절밸브(150)가 구비되어 있다.
제어부는 난방 가동 시 온수측 유량조절밸브(150)를 닫고 난방측 유량조절밸브(140)를 열어 난방을 수행한다. 또한 난방 가동 중 난방측 유량조절밸브(140)를 닫고 순환펌프(160)를 가동시켜 난방수를 순환유로를 통해 순환시키는 제어를 수행한다. 한편 온수 공급 시에는 온수측 유량조절밸브(150)를 열고 난방측 유량조절밸브(140)를 닫아 사용자에게 온수를 공급한다.
<제2실시예>
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 난방 및 온수 공급 장치를 보여주는 도면이다.
제1실시예는 개별세대에 적용된 난방 및 온수 공급 장치에 대한 것인데 반해, 제2실시예는 아파트와 같은 건물의 기계실에 적용된 난방 및 온수 공급 장치에 대한 것이다.
제2실시예의 난방 및 온수 공급 장치(200)는, 열원(220)에서 공급된 난방수를 난방소요처(130)로 공급하기 위한 난방수 공급관(201)과 난방소요처 입구관(208), 난방소요처(230)에 열을 공급한 후 열원(220)으로 난방환수를 보내기 위한 난방소요처 출구관(209)과 난방 환수관(202), 난방소요처 입구관(208)과 난방소요처 출구관(209) 사이를 연결하는 순환연결관(207), 상기 난방소요처 출구관(209) 상에 구비되어 난방환수의 온도를 측정하기 위한 환수온도측정센서(290), 상기 난방소요처 출구관(209) 상에 구비되어 순환모드시 가동되는 순환펌프(260), 난방시 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(240), 상기 난방소요처 출구관(209)과 병렬로 연결되되 상기 순환펌프(260)의 입구와 출구 측에 양단이 연결된 순환펌프 리턴관(209a), 상기 순환펌프 리턴관(209a) 상에 구비되어 상기 순환펌프(260) 출구 측에서 공급된 난방수가 상기 순환펌프 리턴관(209a)을 경유하여 상기 순환펌프(260) 입구 측으로의 유동은 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(280), 상기 순환연결관(207)에 구비되어 상기 순환펌프(260)에서 공급된 난방수가 상기 난방소요처 출구관(209)에서 순환연결관(207)을 거쳐 상기 난방소요처 입구관(208)으로 유동하는 것을 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(270)가 구비되어 있다는 점에서 제1실시예와 동일하다.
여기서 순환유로는, 난방소요처 입구관(208)과 난방소요처(230)와 난방소요처 출구관(209) 및 순환연결관(207)으로 이루어진다.
제2실시예의 난방소요처(230)는 난방 열교환기로 구성된다. 상기 난방 열교환기(230)의 1차측에는 1차측 난방수가 유동하는 난방소요처 입구관(208)과 난방소요처 출구관(209)이 연결되어 있고, 2차측에는 각 세대로 열을 공급하기 위한 2차측 난방수가 유동하는 2차측 난방수 공급관(203)과 2차측 난방 환수관(204)이 연결되어 있다. 따라서 난방소요처(230) 내에서 1차측 난방수와 2차측 난방수와의 사이에 열교환이 이루어진다.
<본 발명의 제어방법>
도 4는 본 발명에 의한 난방 및 온수 공급 장치의 제어방법을 보여주는 흐름도, 도 5는 난방 가동 시 제어 과정을 보여주는 타이밍 차트이다.
도 5에서 가장 상부의 첫 번째 차트는 난방 요청이 있는 경우에는 ON, 난방 요청이 없는 경우에는 OFF로 표시된 것을 나타내고, 두 번째는 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수의 온도가 난방환수설정온도와 비교하여 높은 경우와 낮은 경우를 비교한 것이고, 세 번째는 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개방량을 백분율로 표시한 것이고, 네 번째는 순환펌프(160,260)의 가동 여부를 나타낸 것이며, 다섯 번째는 순환펌프(160,260)가 가동되지 않는 구간에서 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수의 온도 상승량을 계산한 구간을 나타낸다.
먼저, 사용자의 난방 요청이 있으면 제어부는 난방 가동을 시작한다(S10). 난방 가동에 의해 제어부는 난방측 유량조절밸브(140,240)를 100% 개방시킨다(S11). 또한 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수의 온도는 제어부에 수신되고, 순환펌프(160,260)는 정지된 상태이다.
상기 제어부에는 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도와 사용자가 설정한 난방환수설정온도를 비교한다(S12).
S12단계에서의 비교 결과, 난방환수측정온도가 난방환수설정온도보다 낮으면 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개방된 상태를 그대로 유지하고, 난방환수측정온도가 난방환수설정온도까지 상승하면(또는 난방환수측정온도가 난방환수설정온도를 초과하게 되면) 순환모드가 시작되어 난방측 유량조절밸브(140,240)를 닫아 순환유로를 폐회로(閉回路)로 만들고, 순환펌프(160,260)를 가동시킨다(S13).
상기 순환펌프(160,260)의 가동에 의해 난방수는 난방소요처 출구관(109,209), 순환연결관(107,207), 체크밸브(170,270), 난방소요처 입구관(108,208), 난방소요처(130,230)로 이루어지는 순환유로를 순환하게 되고, 이렇게 난방수가 순환유로를 순환하면서 난방소요처(130,230)에 열을 공급하게 된다.
이와 같은 순환모드시에는 열원(120,220)으로부터는 난방수의 공급이 차단되고, 순환유로 내부에 있는 난방수만으로 난방소요처(130,230)에 열을 공급하게 되므로, 난방수의 열에너지를 최대한 효과적으로 이용할 수 있어 불필요한 열에너지의 손실을 방지할 수 있다.
상기 S13단계의 진행 중 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도와 상기 난방환수설정온도를 비교하여(S14), 난방환수측정온도가 난방환수설정온도보다 낮으면 순환펌프(160,260)의 가동을 정지하고, 난방측 유량조절밸브(140,240)를 개방하여 순환유로를 개회로(開回路)로 만들어 난방환수를 열원(120,220)으로 유동시키며, 그렇지 않으면 난방측 유량조절밸브(140,240)의 닫은 상태와 순환펌프(160,260)의 가동을 유지한다(S15).
S15단계에서 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개방량은 난방소요처(130,230)의 부하를 고려하여 결정하는데, 본 발명에서는 이전 난방 가동시의 환수온도 상승량에 반비례한 값으로 개도를 설정한다.
즉, S10,S11단계에서는 난방환수측정온도를 지속적으로 측정하고, 난방환수측정온도의 상승량을 계산한다. 또한 제어부는 미리 설정된 기준 환수온도 상승량이 설정되어 있는데, 상기 기준 환수온도 상승량은 하나의 절대값으로 설정될 수 있다.
따라서 이전 난방 가동시의 환수온도 상승량인 S10, S11단계에서 측정된 난방환수측정온도의 상승량과 기준 환수온도 상승량을 비교하여, 난방환수측정온도의 상승량이 기준 환수온도 상승량보다 작은 경우에는 난방소요처(130,230)의 부하가 크므로 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 증가시키고, 난방환수측정온도의 상승량이 기준 환수온도 상승량보다 큰 경우에는 난방소요처(130,230)의 부하가 작으므로 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 감소시키며, 난방환수측정온도의 상승량과 기준 환수온도 상승량이 동일한 경우에는 이전 난방 가동시에 설정되었던 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 그대로 유지한다.
도 5의 경우를 예로 들면, S10,S11단계에서의 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도는 100%이고, S15단계에서의 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도는 60%이다. 즉, 초기 난방시에는 난방측 유량조절밸브(140,240)를 100% 모두 개방하고, 난방환수측정온도의 상승량을 계산한 결과 난방소요처(130,230)의 부하가 작아서 난방환수측정온도의 상승량이 기준 환수온도 상승량보다 크게 되었다. 따라서 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 이전 난방 가동시인 S10,S11단계에서의 난방환수측정온도의 상승량에 반비례하여 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 60%로 줄이게 된다.
이와 같이 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 줄이면 난방환수의 온도가 하락하게 되어 에너지 손실을 줄일 수 있다.
또한 별도의 유량측정장치 없이도 난방 부하를 간접적으로 측정하여 환경에 적합한 난방수의 공급이 가능하고, 불필요한 난방수의 공급을 줄임으로써 에너지 손실을 방지할 수 있다.
이와 같은 일련의 제어 과정은 실내 온도가 실내 설정온도에 도달하거나 난방 요청이 없어질때까지 반복된다.
101,201 : 난방수 공급관 102,202 : 난방 환수관
103 : 급탕열교환기 입구관 104 : 급탕열교환기 출구관
105 : 직수관 106 : 온수관
110 : 급탕열교환기 120,220 : 열원
130,230 : 난방소요처 140,240 : 난방측 유량조절밸브
150 : 온수측 유량조절밸브 100 : 난방 및 온수 공급 장치
107,207 : 순환연결관 108,208 : 난방소요처 입구관
109,209 : 난방소요처 출구관 109a,209a : 순환펌프 리턴관
160,260 : 순환펌프 170,180,270,280 : 체크밸브
190,290 : 환수온도측정센서 203 : 2차측 공급관
204 : 2차측 환수관 208 : 1차측 공급관
209 : 1차측 환수관

Claims (12)

  1. 열원(120,220)에서 공급된 난방수를 난방소요처(130,230)로 공급하기 위한 난방소요처 입구관(108,208);
    상기 난방소요처(130,230)에서 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120,220)으로 보내기 위한 난방소요처 출구관(109,209);
    상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처 출구관(109,209) 사이를 연결하는 순환연결관(107,207);
    상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처(130,230)와 난방소요처 출구관(109,209) 및 순환연결관(107,207)을 연결하는 순환유로 상에 설치된 순환펌프(160,260);
    난방 가동 중 상기 순환유로를 폐회로로 만든 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 제어부;
    를 포함하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 환수온도측정센서(190,290)가 구비되고, 상기 제어부는 상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 사용자가 설정한 난방환수설정온도까지 상승한 경우 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  3. 제2항에 있어서,
    난방 가동시 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(140,240)가 구비되고;
    난방 가동시 상기 제어부는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)를 개방하여 상기 난방소요처(130,230)에 난방수가 공급되도록 하되, 상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 상기 난방환수설정온도까지 상승한 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)를 차단한 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  4. 제3항에 있어서,
    상기 순환연결관(107,207)에는 상기 순환펌프(160,260)에서 공급된 난방수가 상기 난방소요처 출구관(109,209)에서 순환연결관(107,207)을 거쳐 상기 난방소요처 입구관(108,208)으로 유동하는 것을 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(170,270)가 구비된 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  5. 제3항에 있어서,
    상기 난방소요처 출구관(109,209)과 병렬로 연결되되, 상기 순환펌프(160,260)의 입구와 출구 측에 양단이 연결된 순환펌프 리턴관(109a,209a)이 구비되고;
    상기 순환펌프 리턴관(109a,209a) 상에는 상기 순환펌프(160,260) 출구 측에서 공급된 난방수가 상기 순환펌프 리턴관(109a,209a)을 경유하여 상기 순환펌프(160,260) 입구 측으로의 유동은 허용하되 그 역방향의 유동을 차단하는 체크밸브(180,280)가 구비된 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  6. 제3항에 있어서,
    온수 공급시 급탕열교환기 출구관(104)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 온수측 유량조절밸브(150);
    상기 열원(120)에서 가열된 난방수를 급탕열교환기(110)로 공급하기 위한 급탕열교환기 입구관(103);
    상기 급탕열교환기(110)에서 직수와 열교환이 이루어진 난방수를 상기 열원(120)으로 보내기 위한 급탕열교환기 출구관(104);
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치
  7. 제1항에 기재된 난방 및 온수 공급 장치의 제어방법으로서,
    a) 난방 요청에 의해 난방이 가동되는 단계;
    b) 난방 가동 중 상기 난방소요처 입구관(108,208)과 난방소요처(130,230)와 난방소요처 출구관(109,209) 및 순환연결관(107,207)을 연결하는 순환유로를 폐회로로 만든 다음 상기 순환펌프(160,260)를 가동시켜 난방수를 순환시키는 단계;
    c) 상기 순환펌프(160,260)의 가동을 중단시키고, 상기 순환유로를 개회로로 만들어 상기 난방환수가 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 열원(120,220)으로 유동하는 단계;
    로 이루어진 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 a)단계는 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통해 유동하는 난방환수의 온도를 환수온도측정센서(190,290)가 측정하는 단계를 포함하고;
    상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도와 사용자가 설정한 난방환수설정온도를 비교하여 상기 난방환수측정온도가 난방환수설정온도까지 상승하면 상기 b)단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
  9. 제8항에 있어서,
    상기 환수온도측정센서(190,290)에서 측정된 난방환수측정온도가 상기 난방환수설정온도 이하가 되면 상기 c)단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
  10. 제9항에 있어서,
    난방 가동시 상기 난방소요처 출구관(109,209)을 통과하여 열원(120,220)을 향해 유동하는 난방수의 유량을 조절하기 위한 난방측 유량조절밸브(140,240)가 구비되고;
    상기 순환유로의 개폐는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개폐에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
  11. 제10항에 있어서,
    상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도의 상승량이 연산되고;
    상기 c)단계에서 이루어지는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개방량은 상기 a)단계에서 측정된 난방환수측정온도 상승량에 반비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부에는 미리 기준이 되는 기준 환수온도 상승량이 설정되어 있고, 상기 c)단계에서, a)단계에서 연산된 난방환수측정온도 상승량과 상기 기준 환수온도 상승량을 비교하여,
    상기 a)단계의 난방환수측정온도 상승량이 상기 기준 환수온도 상승량보다 작은 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140,240)의 개도를 상기 a)단계의 개도보다 증가시키고,
    상기 a)단계의 상기 난방환수측정온도 상승량이 상기 기준 환수온도 상승량보다 큰 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140)의 개도를 상기 a)단계의 개도보다 감소시키며,
    상기 a)단계의 상기 난방환수측정온도의 상승량과 상기 기준 환수온도 상승량이 동일한 경우에는 상기 난방측 유량조절밸브(140)의 개도를 상기 a)단계의 개도와 동일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치의 제어 방법
KR1020150088096A 2015-06-22 2015-06-22 지역 및 중앙 난방에 적용되는 난방 및 온수 공급 장치 및 그 제어 방법 KR101706146B1 (ko)

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