KR20210088291A

KR20210088291A - 최적 유량을 갖는 온수 난방시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20210088291A
Application number: KR1020200001546A
Authority: KR
Inventors: 장용성; 이동환; 안재호; 이재민; 송진환; 김의종; 박승훈
Original assignee: 지에스건설 주식회사; 인하대학교 산학협력단; 주식회사 지스타허브
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-07-14
Also published as: KR102310634B1

Abstract

본 발명에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은, 난방 존에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 난방관에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 난방 존의 난방을 시작하는 단계와, 목표 실내온도(Tt)와 실측 실내온도(Tp)를 비교하는 단계와, 실측 실내온도(Tp)가 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 실측 실내온도(Tp)를 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하는 단계와, 실측 실내온도(Tp)가 유량 제어 시작온도(Tc) 이상이면, 급수 온도와 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단하는 단계와, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 이내이면 설정 유량 정상 상태로 판단하고, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 미만이면 유량 과다로 판단하며, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 초과이면 유량 부족으로 판단하는 단계를 포함한다.

Description

최적 유량을 갖는 온수 난방시스템 및 그 제어방법{HOT-WATER HEATING SYSTEM WITH　OPTIMUM　FLOW RATE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 온수 난방시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세대 내 각 난방 존의 난방 환경에 따라 각 난방 존에 공급되는 온수의 유량을 최적의 유량으로 재조정함으로써 각 난방 존을 효율적으로 난방할 수 있는 온수 난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

아파트와 같은 공동주택이나 빌딩에서 사용되는 난방시스템은 독립적으로 설치된 보일러에 의해 난방수를 가열한 후 이를 이용하여 난방을 실시하는 개별난방과, 외부에 별도로 설치된 열원에 의해 난방수를 가열한 후 이를 이용하여 난방을 실시하는 집단난방으로 구별될 수 있다. 또한, 집단난방은 다시 중앙보일러와 같은 열원을 사용하는 중앙난방과, 외부의 지역발전소와 같은 열원을 사용하는 지역난방으로 구별될 수 있다.

아파트 등의 공동주택 난방에 많이 적용되고 있는 지역난방 방식의 경우, 열생산 시설(1차측)에서 생산되는 열에너지를 열수송 시설을 통해 공급받아 열교환기를 통해 난방에 필요한 온수를 생산하며, 열교환기에서 생산된 온수를 펌프를 이용하여 공동주택의 각 세대별로 공급하게 된다. 그리고 각 세대로 공급되는 온수는 각 세대에 열에너지를 전달하고 냉각된 후 환수관을 통해 다시 열교환기로 환수되어 가열되는 과정을 반복하게 된다.

다양한 온수 난방방식에 있어서 각 세대별로는 난방 자동제어 시스템이 적용되는 것이 일반적이다. 난방 자동제어 시스템은 각 방마다 별도의 온도 조절기를 설치하여 각 방의 실내온도를 따로따로 조절할 수 있는 에너지 절약형 난방시스템이다. 난방 자동제어 시스템은 각 방마다 온수관이 매설되며 난방이 필요하지 않은 경우 해당 온수관의 밸브를 닫음으로써 불필요한 에너지의 낭비를 막고 연료비를 절감할 수 있다.

온수 난방방식에서 온수의 온도를 상승시키는데 한계가 있기 때문에, 설계 단계에서 세대 내 각 난방 존(방, 거실 등)에 적정한 유량의 온수가 공급되도록 결정된다. 그런데 세대가 노출되는 환경적 요인, 예를 들어, 건물의 방위, 세대의 층수 등에 따라 각 세대 내 난방 존의 난방 환경은 다를 수 밖에 없다. 따라서, 세대 내 각 난방 존의 난방에 필요한 방열량(부하)을 설계 단계에서 정확히 예측하여 최적의 난방 효율을 유지할 수 있는 유량을 결정하는 것은 매우 어려운 실정이다.

등록특허공보 제1099779호 (2011. 12. 28.)

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 설계 단계에서 세대 내 각 난방 존으로 공급되도록 설정된 온수 유량이 적합한지 평가하고, 각 난방 존의 난방 환경에 따라 최적의 난방이 이루어질 수 있도록 각 난방 존에 공급되는 온수의 유량을 재설정할 수 있는 온수 난방시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은, 온수의 공급을 위한 급수관과, 온수의 환수를 위한 환수관과, 상기 급수관 및 상기 환수관과 연결되어 세대의 난방 존에 배치되는 난방관과, 상기 급수관을 통과하는 온수의 급수 온도를 검출하는 급수 온도계와, 상기 환수관을 통과하는 통과하는 온수의 환수 온도를 검출하는 환수 온도계와, 상기 난방 존의 실내온도를 검출하는 실내 온도계와, 상기 급수 온도계와 상기 환수 온도계 및 상기 실내 온도계로부터 검출 신호를 수신하는 난방 제어부를 포함하는 온수 난방시스템의 제어방법에 있어서, (a) 상기 난방 존에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 상기 난방관에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 상기 난방 존의 난방을 시작하는 단계; (b) 상기 실내 온도계를 통해 상기 난방 존의 실측 실내온도(Tp)를 획득하고, 상기 목표 실내온도(Tt)와 상기 실측 실내온도(Tp)를 비교하는 단계; (c) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 상기 실측 실내온도(Tp)를 상기 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하는 단계; (d) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc) 이상이면, 상기 급수 온도계를 통해 획득되는 급수 온도와 상기 환수 온도계를 통해 획득되는 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단하는 단계; 및 (e) 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 이내이면 설정 유량 정상 상태로 판단하고, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만이면 유량 과다로 판단하며, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 초과이면 유량 부족으로 판단하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은, 상기 (e) 단계 이후, (f) 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만 또는 초과인 경우, 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하는 단계;를 포함하되, 상기 (f) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이후의 단계를 반복할 수 있다.

상기 (f) 단계에서 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정될 수 있다.

(Qr: 재설정 유량, Qp: 현재 유량, △Tr: 실측 온도차, △Ti: 사전 설정된 기준 온도차)

본 발명에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은, 상기 (c) 단계 이후, (g) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달하지 못한 경우, 상기 난방존의 난방이 시작된 이후의 난방운전 시간(Time_h)을 사전 설정된 기준 시간(Time_r)과 비교하는 단계; 및 (h) 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우, 유량 부족으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은, 상기 (h) 단계 이후, (i) 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우, 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하는 단계;를 포함하되, 상기 (i) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이후의 단계를 반복할 수 있다.

상기 유량 제어 시작온도(Tc)는 상기 목표 실내온도(Tt)보다 2 ~ 5도 낮게 설정될 수 있다.

상기 급수 온도계는 상기 급수관에 연결되어 상기 급수관을 통해 공급되는 온수의 열량을 산출하는 열량계일 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온수 난방시스템은, 온수의 공급을 위한 급수관; 온수의 환수를 위한 환수관; 상기 급수관 및 상기 환수관과 연결되어 세대의 난방 존에 배치되는 난방관; 상기 급수관을 통과하는 온수의 급수 온도를 검출하는 급수 온도계; 상기 환수관을 통과하는 통과하는 온수의 환수 온도를 검출하는 환수 온도계; 상기 난방 존의 실내온도를 검출하는 실내 온도계; 및 상기 급수 온도계와 상기 환수 온도계 및 상기 실내 온도계로부터 검출 신호를 수신하는 난방 제어부;를 포함하고, 상기 난방 제어부는, 상기 난방 존에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 상기 난방관에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 상기 난방 존의 난방을 시작하고, 상기 실내 온도계를 통해 상기 난방 존의 실측 실내온도(Tp)를 획득하고, 상기 목표 실내온도(Tt)와 상기 실측 실내온도(Tp)를 비교하며, 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 상기 실측 실내온도(Tp)를 상기 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하고, 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc) 이상이면, 상기 급수 온도계를 통해 획득되는 급수 온도와 상기 환수 온도계를 통해 획득되는 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단하며, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 이내이면 설정 유량 정상 상태로 판단하고, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만이면 유량 과다로 판단하며, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 초과이면 유량 부족으로 판단한다.

또한, 상기 난방 제어부는, 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달하지 못한 경우 상기 난방존의 난방이 시작된 이후의 난방운전 시간(Time_h)을 사전 설정된 기준 시간(Time_r)과 비교하여, 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우 유량 부족으로 판단할 수 있다.

상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과하여 유량 보족으로 판단되는 경우 상기 난방 제어부는 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하되, 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정될 수 있다.

또한, 상기 난방 제어부는, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만 또는 초과인 경우 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하되, 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의할 경우, 세대 내 각 난방 존으로 공급되도록 설정된 온수 유량이 적합한지 합리적으로 평가할 수 있다.

그리고 각 난방 존의 난방 환경에 따라 최적의 난방이 이루어질 수 있도록 각 난방 존에 필요한 최적의 온수 유량을 찾아내어 재설정할 수 있다.

따라서, 효율적인 난방 운전이 가능하고, 에너지 낭비를 줄일 수 있으며, 난방비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온수 난방시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 온수 난방시스템의 일부분을 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 온수 난방시스템(100)은, 급수관(110)과, 급수관(110)과 연결되는 급수 헤더(120)와, 급수 헤더(120)에 연결되는 복수의 난방관(130)과, 복수의 난방관(130)과 연결되는 환수 헤더(140)와, 환수 헤더(140)에 연결되는 환수관(150)과, 난방관(130)으로 공급되는 온수를 조절하기 위한 급수조절밸브(155)와, 난방관(130)에서 환수되는 온수를 조절하기 위한 환수조절밸브(160)와, 환수관(150)을 통해 환수되는 온수의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브 조립체(200)와, 난방 제어부(300)를 포함한다. 급수관(110)과, 급수 헤더(120)와, 난방관(130)과, 환수 헤더(140)와, 환수관(150)과, 급수조절밸브(155)와, 환수조절밸브(160)와, 유량조절밸브 조립체(200)는 온수 공급부로부터 온수를 공급받아 세대(10)의 난방 존(20)을 난방하는 세대 난방 설비(105)를 구성한다. 이러한 온수 난방시스템(100)은 세대(10) 내 각 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량이 적합한지 평가하고, 각 난방 존(20)의 난방 환경에 따라 최적의 난방이 이루어질 수 있도록 각 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 재설정할 수 있다.

본 실시예에서는 세대(10)에 구비되는 난방 존(20)은 복수 개이고, 난방관(130)은 복수의 난방 존(20)에 대응하도록 복수 개 구비되어 급수 헤더(120) 및 환수 헤더(140)에 각각 연결되며, 급수조절밸브(155) 및 환수조절밸브(160)는 복수의 난방관(130)에 대응하도록 각각 복수 개씩 설치되는 것으로 예를 들어 설명한다.

급수 헤더(120)는 급수관(110)을 통해 공급되는 온수를 복수의 난방관(130)으로 분배하고, 환수 헤더(140)는 복수의 난방관(130)을 통과한 온수를 모아 환수관(150)으로 배출시킨다. 급수관(110)에는 세대(10) 내로 공급되는 온수의 열량 또는 온도를 측정하기 위한 열량계(170)와, 급수관(110)을 통해 공급되는 온수의 온도를 측정하는 급수 온도계(175)가 설치된다. 여기서 급수 온도계(175)는 별도 설치되지 않고 열량계(170) 내부의 온도센서로 대체될 수 있다. 급수관(110)을 통해 공급되는 온수의 온도는 열량계(170) 내부의 온도센서 또는 별도 설치된 급수 온도계(175)를 통해 측정되어 난방 제어부(300)에 제공될 수 있다(이하 본 명세서에서는 열량계의 온도센서 및 별도 설치된 급수 온도계를 통칭하여 '급수 온도계'라 칭한다).

급수관(110)에는 바이패스관(180)이 연결된다. 바이패스관(180)은 급수관(110)과 유량조절밸브 조립체(200)를 연결하여 급수관(110)의 온수를 유량조절밸브 조립체(200)로 바이패스시킬 수 있다.

복수의 난방관(130)은 각 세대(10)의 구비되는 복수의 난방 존(20)으로 온수를 공급할 수 있도록 각 난방 존(20)에 매설되며, 온수가 난방관(130)을 통해 유동함으로써 난방 존(20)에 대한 난방이 이루어진다. 여기에서, 난방 존(20)은 세대에 구비되는 방이나, 거실, 부엌 등이 될 수 있으며, 그 크기가 다를 수 있다. 그리고 난방 존(20)의 크기에 따라 각 난방 존(20)에 매설되는 난방관(130)의 길이 및 각 난방 존(20)으로 공급되는 온수의 유량도 다르게 설계될 수 있다. 난방 존(20)에는 난방 존(20)의 실내온도를 측정하기 위한 실내 온도계(185)가 설치된다.

급수 헤더(120)와 난방 존(20) 사이의 난방관(130) 중에는 급수조절밸브(155)가 연결된다. 사용자가 급수조절밸브(155)를 조작하여 난방관(130)을 통한 온수의 유동을 단속하거나, 난방관(130)으로 공급되는 온수의 유량을 수동으로 조절할 수 있다.

난방 존(20)과 환수 헤더(140) 사이의 난방관(130) 중에는 환수조절밸브(160)와 환수 온도계(190)가 설치된다. 환수조절밸브(160)는 난방관(130)을 통해 유동하는 온수의 유량을 자동으로 조절하는 역할을 한다. 환수조절밸브(160)는 난방 제어부(300)에 의해 제어되며, 환수조절밸브(160)에 의한 난방관(130) 유로의 개도량 조절을 통해 난방관(130)을 통해 각 난방 존(20)으로 공급되는 온수의 유량 조절이 가능하다. 환수 온도계(190)는 난방 존(20)을 통과하여 환수 헤더(140)로 환수되는 온수의 온도를 측정한다.

유량조절밸브 조립체(200)는 공급되는 온수의 압력, 난방 부하 등에 따라 환수관(150)을 통해 환수되는 온수의 환수 유량을 능동적으로 제어함으로써, 세대(10) 내 난방관(130)을 통과하는 온수의 유량을 조절할 수 있다.

난방 제어부(300)는 열량계(170)와, 급수 온도계(175)와, 실내 온도계(185)와, 환수 온도계(190) 등으로부터 검출 신호를 수신하고 유량조절밸브 조립체(200) 등을 작동시킴으로써 세대 난방 설비(105)의 난방 운전을 제어할 수 있다. 난방 제어부(300)는 각 난방 존(20)에 설치되는 온도 조절기(400)와, 메인 조절기(500)를 포함한다. 난방 제어부(300)는 세대의 난방 설정온도, 난방 존(20)의 온도, 급수 온도 및 환수 온도 등을 고려하여 해당 난방 존(20)을 효율적으로 난방하는데 필요한 최적 유량의 온수가 해당 난방 존(20)으로 공급될 수 있도록 유량조절밸브 조립체(200)를 실시간으로 제어할 수 있다. 온도 조절기(400)는 해당 난방 존(20)의 난방 운전을 제어하고, 메인 조절기(500)는 복수의 난방 존(20)의 난방 운전을 통합 제어할 수 있다.

또한, 난방 제어부(300)는 세대(10) 내 각 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량이 적합한지 평가하고, 각 난방 존(20)의 난방 환경에 따라 최적의 난방이 이루어질 수 있도록 각 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 재설정할 수 있다.

이하에서는, 각 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량이 적합한지 평가하고, 각 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 재설정하는 온수 난방시스템의 제어방법에 대하여 설명한다.

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 온수 난방시스템의 제어방법은 도 2에 나타낸 것과 같다.

먼저, 온수의 설정 유량을 평가하고 재설정하려는 대상 난방 존(20)에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 해당 난방 존(20)의 난방관(130)에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 난방 존(20)의 난방을 시작한다(S11).

본 실시예에서, 급수관(110)을 통해 공급되는 온수의 온도는 50도이고, 평가 대상 난방 존(20)의 현재 실내온도는 10도이고, 목표 실내온도(Tt)는 25도인 것으로 예를 들어 설명한다.

다음으로, 난방 제어부(300)가 실내 온도계(185)를 통해 해당 난방 존(20)의 실측 실내온도(Tp)를 획득하고, 목표 실내온도(Tt)와 실측 실내온도(Tp)를 비교한다(S12).

실측 실내온도(Tp)가 목표 실내온도(Tt) 이상인 경우에는 이미 충분한 난방이 이루어진 상태이므로 난방 제어부(300)는 유량조절밸브(200)를 닫아 난방을 중지한다(S13).

실측 실내온도(Tp)가 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 난방 제어부(300)는 실측 실내온도(Tp)를 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교한다(S14). 유량 제어 시작온도(Tc)는 실측 실내온도(Tp)를 목표 실내온도(Tt)에 맞추기 위해 난방 존(20)으로 공급되는 온수의 유량 제어를 시작하기 위한 온도이다.

통상적인 온수 난방에 있어서, 난방 존(20)으로 공급되는 온수는 난방 존(20)의 바닥 구조체를 가열하여 난방 존(20)이 실내 공기를 가열하게 된다. 즉, 난방 존(20)의 실내 공기는 온수에 의해 가열된 바닥 구조체의 열에 의해 가열되며, 온수 공급을 중단하더라도 바닥 구조체가 가지고 있는 열로 인해 난방 존(20)의 실내 온도가 상승하게 된다. 이와 같이 온수 난방의 특성 상, 현재의 실내온도가 목표로 하는 온도보다 다소 낮은 상태에서 온수 공급을 중단시키더라도 실내온도를 목표 온도까지 상승시킬 수 있다. 따라서, 실측 실내온도(Tp)가 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달할 때 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 조절해야 실측 실내온도(Tp)를 목표 실내온도(Tt)에 맞출 수 있다.

여기에서, 유량 제어 시작온도(Tc)는 목표 실내온도(Tt)보다 일정 온도만큼 낮게, 예를 들어 2~5도 정도 낮게 설정될 수 있다. 만일 유량 제어 시작온도(Tc)가 목표 실내온도(Tt)인 25도와 같게 설정되거나, 유량 제어 시작온도(Tc)가 목표 실내온도(Tt)인 25도에 근접한 24도 정도로 설정되는 경우에 실측 실내온도(Tp)가 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달할 때 난방 존(20)에 대한 온수 공급을 중단하거나 감소시키면, 난방 존(20)의 실내 온도가 목표 실내온도(Tt)인 25도를 초과하여 가열될 수 있다.

한편, 유량 제어 시작온도(Tc)가 목표 실내온도(Tt)보다 과도하게 낮게(예를 들어 7도 낮은 18도) 설정되는 경우, 실측 실내온도(Tp)가 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달할 때 난방 존(20)에 대한 온수 공급을 중단하거나 감소시키면, 난방 존(20)의 실내 온도가 목표 실내온도(Tt)인 25도에 도달하지 못하게 되기 쉽다.

여기서 유량 제어 시작온도(Tc)는 난방 존의 크기, 주변환경, 목표 실내온도 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.

실측 실내온도(Tp)가 적절하게 설정된 유량 제어 시작온도(Tc) 이상인 경우, 난방 제어부(300)는 열량계(170) 또는 급수 온도계(175)를 통해 획득되는 급수 온도와 환수 온도계(190)를 통해 획득되는 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)를 산출하고, 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단한다(S15).

여기에서, 사전 설정된 온도차 기준범위는 이상적인 온도차를 기준으로 적절하게 설정될 수 있다. 통상적인 온수 난방 시스템에서 공급 온수의 온도가 50도이고, 환수 온수의 온도가 35도인 것이 이상적인 운전 조건이라고 알려져 있다. 따라서, 급수 온도와 환수 온도 간의 이상적인 온도차는 15도이며, 온도차 기준범위는 이상적인 온도차 15도를 기준으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 온도차 기준범위는 13도~17도, 또는 14도~16도 등 해당 세대(10)의 난방 환경 등에 따라 적절한 온도 범위로 결정될 수 있다.

실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 이내의 값인 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)으로 공급되는 온수의 설정 유량을 정상 상태로 판단할 수 있다(S16). 이러한 난방 제어부(300)의 판단 결과는, 메인 조절기(500)의 디스플레이 등을 통해 표시되거나, 관리자 단말 등에 제공될 수 있다.

한편, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위를 벗어난 값인 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 설정 유량을 비정상 상태로 판단할 수 있다. 이 경우, 난방 제어부(300)는 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 미만인지 초과인지 판단하고(S17), 그 판단 결과에 따라 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 재설정한다.

즉, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 미만인 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 과다한 것으로 판단하고 유량을 재설정한다(S18). 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 미만이라는 것은 환수 온도가 상대적으로 높다는 것이다. 환수 온도가 높다는 것은 난방 존(20)으로 공급되는 온수가 난방 존(20)에서 열을 충분히 방출하지 못하고 난방 존(20)에서 빠져 나왔다는 것이며, 이는 온수가 과다하게 공급되고 있음을 나타낸다. 따라서, 이 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 감소하도록 유량을 재설정한다.

반면, 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위 초과인 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 부족한 것으로 판단하고 유량을 재설정한다(S19). 실측 온도차(△Tr)가 온도차 기준범위를 초과하였다는 것은 환수 온도가 상대적으로 낮다는 것이다. 환수 온도가 낮다는 것은 난방 존(20)으로 공급되는 온수가 난방 존(20)에서 열을 상대적으로 많이 방출하면서 난방 존(20)을 통과하였다는 것이며, 이는 온수량이 부족하다는 것을 나타낸다. 따라서, 이 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 증가하도록 유량을 재설정한다.

이때, 난방 제어부(300)는 다음의 수식을 이용하여 온수의 재설정 유량은 결정할 수 있다.

여기에서, Qr은 재설정 유량, Qp는 현재 유량, △Tr은 실측 온도차, △Ti는 사전 설정된 기준 온도차이다. 여기에서, 기준 온도차(△Ti)는 세대(10)의 난방 환경 등에 따라 적절한 값으로 설정될 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 통상적인 온수 난방 시스템에서 급수 온도와 환수 온도 간의 이상적인 온도차는 15도로 알려져 있으므로, 기준 온도차(△Ti)는 15도, 또는 이보다 다소 높거나 낮은 온도로 설정될 수 있다.

위와 같은 수식을 이용함으로써, 환수 온도가 상대적으로 낮게 나타나는 유량 과다인 경우에 유량이 감소하도록 유량을 재설정할 수 있다. 예를 들어, 기준 온도차(△Ti)가 15도이고, 현재 유량(Qp)이 10LPM이며, 실측 온도차가 12도인 경우, 위의 수식으로 계산되는 재설정 유량(Qr)은 8LPM으로 현재 유량(Qp)보다 감소된 값이 된다.

또한, 환수 온도가 상대적으로 높게 나타나는 유량 과다인 경우에 위의 수식을 이용함으로써 유량이 증가하도록 유량을 재설정할 수 있다. 예를 들어, 기준 온도차(△Ti)가 15도이고, 현재 유량(Qp)이 10LPM이며, 실측 온도차가 18도인 경우, 위의 수식으로 계산되는 재설정 유량(Qr)은 12LPM으로 현재 유량(Qp)보다 증가된 값이 된다.

이와 같이, 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 재설정된 후, 난방 제어부(300)는 앞서 설명한 단계를 다시 수행함으로써, 유량이 적절하게 재설정되었는지 확인하게 된다. 그리고 재설정 유량이 정상 상태로 판단되면 해당 난방 존(20)의 온수 유량을 재설정된 유량으로 세팅한다.

반면, 재설정 유량이 정상 상태가 아닌 경우, 위의 수식을 이용하여 온수 유량을 다시 설정한 후, 앞서 설명한 단계를 반복 수행함으로써 해당 난방 존(20)에 대한 최적의 온수 유량을 찾아낼 수 있다.

난방 제어부(300)는 난방 존(20)으로 공급되는 온수의 유량을 재설정해야 하는 경우, 유량조절밸브 조립체(200)를 제어함으로써 유량을 조정할 수 있다. 예를 들어, 온수 유량을 감소시켜야 하는 경우, 난방 제어부(300)는 유량조절밸브 조립체(200)의 개도량을 줄임으로써 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 감소시킬 수 있다. 그리고 온수 유량을 증가시켜야 하는 경우, 난방 제어부(300)는 유량조절밸브 조립체(200)의 개도량을 증대시킴으로써 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량을 증가시킬 수 있다.

한편, 실측 실내온도(Tp)를 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하는 단계(S14)에서, 실측 실내온도(Tp)가 유량 제어 시작온도(Tc)에 미치지 못한 경우, 난방 제어부(300)는 해당 난방 존(20)에 대한 난방이 시작된 이후의 난방운전 시간(Time_h)을 기준 시간(Time_r)과 비교한다(S20). 여기에서, 기준 시간(Time_r)은 정상적인 난방 운전 상태에서 난방 존(20)의 실내온도를 목표한 온도까지 상승시키는데 소요되는 평균적인 시간이 될 수 있다. 이러한 기준 시간(Time_r)은 외기 온도, 현재 실내온도, 목표 실내온도, 난방 존의 크기, 공급 온수 유량 등에 따라 적절하게 설정될 수 있다.

해당 난방 존(20)에 대한 난방이 시작된 후 기준 시간(Time_r)이 경과했음에도 실측 실내온도(Tp)가 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달하지 못하였다면, 현재 설정된 온수 유량으로 난방 존(20)을 난방하기에 역부족인 상태로 볼 수 있다. 이 경우, 난방 제어부(300)는 유량 부족으로 판단하고 해당 난방 존(20)에 공급되는 온수의 유량이 증가하도록 온수 유량을 재설정한다(S21). 이때, 재설정 유량은 앞서 설명한 수식을 통해 결정되거나, 또는 다양한 다른 방법으로 결정될 수 있다.

유량 재설정 후, 난방 제어부(300)는 앞서 설명한 단계를 반복함으로써 해당 난방 존(20)에 대한 최적의 난방이 이루어질 수 있는 최적의 온수 유량을 찾아낼 수 있다.

이와 같이, 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량을 평가하고, 온수의 유량을 재설정하는 과정은 세대(10) 내 각 난방 존(20)에 대해 개별적으로 수행되거나, 세대(10) 내 난방 존(20)에 대해 일괄적으로 수행될 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 3에 나타낸 온수 난방시스템(600)은 급수관(110)과, 급수 헤더(120)와, 복수의 난방관(130)과, 환수 헤더(140)와, 환수관(150)과, 급수조절밸브(155)와, 환수조절밸브(160)와, 유량제어밸브 조립체(610)와, 난방 제어부(300)를 포함한다. 이러한 온수 난방시스템(600)은 앞서 설명한 온수 난방시스템(100)과 비교하여 유량제어밸브 조립체(610)만 변경된 것이다. 앞서 설명한 온수 난방시스템(100)의 유량조절밸브 조립체(200)는 바이패스관(180)을 통해 급수관(110)의 온수가 유입될 수 있는 것인데 반해, 본 실시예의 유량제어밸브 조립체(610)는 그러한 기능이 생략된 것이다.

이러한 온수 난방시스템(600) 역시 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량을 평가하고, 온수의 유량을 재설정하는 방법은 앞서 설명한 것과 동일한 방법이 이용될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온수 난방시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 온수 난방시스템의 일부분을 나타낸 것이다.

도 4 및 도 5에 나타낸 온수 난방시스템(700)은 다층 공동주택에 적용된 것으로, 공동주택을 구성하는 복수의 세대(10)에 각각 설치되는 복수의 세대 난방 설비(105)와, 각 세대 난방 설비(105)에 온수를 공급하는 온수 공급부(740)와, 통합 제어부(720)를 포함한다. 여기에서, 세대 난방 설비(105)는 도 1에 나타낸 것과 같다. 통합 제어부(720)는 각 세대 난방 설비(105)의 온도 조절기(400) 및 메인 조절기(500)와 함께 각 세대 난방 설비(105)의 난방 운전을 제어하고, 각 세대(10)의 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량 평가하며, 온수의 유량을 재설정하는 난방 제어부(710)를 구성할 수 있다.

통합 제어부(720)는 관리자가 관리할 수 있도록 기계실(730)에 설치될 수 있다. 기계실(730)에는 통합 제어부(720) 이외에, 온수 공급을 위한 온수 공급부(740)와, 각종 정보를 표시할 수 있는 디스플레이(750)와, 온수 공급부(740)에서 가열된 온수를 각 세대(120)로 압송시키기 위한 펌프(760)가 설치될 수 있다.

이러한 온수 난방시스템(700)은 통합 제어부(720)가 복수의 세대(10) 각각에 대한 식별번호를 입력받고, 각 세대(10)의 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량을 평가하고, 온수의 유량을 재설정할 수 있다. 즉, 통합 제어부(720)는 각 세대(10)의 메인 조절기(500)와 통신하여 각 세대 난방 설비(105)의 유량조절밸브 조립체(200)를 제어하고, 각 세대 난방 설비(105)로부터 필요 정보를 수신하여 앞서 설명한 것과 같은 방법으로 각 세대(10)의 난방 존(20)으로 공급되도록 설정된 온수 유량을 평가하고, 온수의 유량을 재설정할 수 있다.

이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 난방 존(20)에 공급되는 온수 유량이 정상 상태가 아닌 경우, 해당 난방 존(20)에 대한 재설정 유량을 결정하는 방법으로 앞서 설명한 수식을 이용하는 방법 이외에, 다양한 다른 유량 재조정 방법이 이용될 수 있다.

또한, 난방 존(20)에 대한 유량을 재조정하는 방법은 환수관(150)에 설치되는 유량조절밸브 조립체를 이용하는 방법 이외의 다양한 다른 방법이 이용될 수 있다.

지금까지, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

100, 600, 700 : 온수 난방시스템 105 : 세대 난방 설비
110 : 급수관 120 : 급수 헤더
130 : 난방관 140 : 환수 헤더
150 : 환수관 155 : 급수조절밸브
160 : 환수조절밸브 170 : 열량계
175 : 급수 온도계 180 : 바이패스관
185 : 실내 온도계 190 : 환수 온도계
200, 610 : 유량조절밸브 조립체 300, 710 : 난방 제어부
400 : 온도 조절기 500 : 메인 조절기
720 : 통합 제어부 730 : 기계실
740 : 온수 공급부 750 : 디스플레이
760 : 펌프

Claims

온수의 공급을 위한 급수관과, 온수의 환수를 위한 환수관과, 상기 급수관 및 상기 환수관과 연결되어 세대의 난방 존에 배치되는 난방관과, 상기 급수관을 통과하는 온수의 급수 온도를 검출하는 급수 온도계와, 상기 환수관을 통과하는 통과하는 온수의 환수 온도를 검출하는 환수 온도계와, 상기 난방 존의 실내온도를 검출하는 실내 온도계와, 상기 급수 온도계와 상기 환수 온도계 및 상기 실내 온도계로부터 검출 신호를 수신하는 난방 제어부를 포함하는 온수 난방시스템의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 난방 존에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 상기 난방관에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 상기 난방 존의 난방을 시작하는 단계;
(b) 상기 실내 온도계를 통해 상기 난방 존의 실측 실내온도(Tp)를 획득하고, 상기 목표 실내온도(Tt)와 상기 실측 실내온도(Tp)를 비교하는 단계;
(c) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 상기 실측 실내온도(Tp)를 상기 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하는 단계;
(d) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc) 이상이면, 상기 급수 온도계를 통해 획득되는 급수 온도와 상기 환수 온도계를 통해 획득되는 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단하는 단계; 및
(e) 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 이내이면 설정 유량 정상 상태로 판단하고, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만이면 유량 과다로 판단하며, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 초과이면 유량 부족으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후,
(f) 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만 또는 초과인 경우, 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 (f) 단계에서 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.

(Qr: 재설정 유량, Qp: 현재 유량, △Tr: 실측 온도차, △Ti: 사전 설정된 기준 온도차)
제3항에 있어서,
상기 (f) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이후의 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후,
(g) 상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달하지 못한 경우, 상기 난방존의 난방이 시작된 이후의 난방운전 시간(Time_h)을 사전 설정된 기준 시간(Time_r)과 비교하는 단계; 및
(h) 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우, 유량 부족으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제5항에 있어서,
상기 (h) 단계 이후,
(i) 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우, 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제6항에 있어서,
상기 (i) 단계에서 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.

(Qr: 재설정 유량, Qp: 현재 유량, △Tr: 실측 온도차, △Ti: 사전 설정된 기준 온도차)
제7항에 있어서,
상기 (i) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이후의 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 유량 제어 시작온도(Tc)는 상기 목표 실내온도(Tt)보다 2~5도 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 급수 온도계는 상기 급수관에 연결되어 상기 급수관을 통해 공급되는 온수의 열량을 산출하는 열량계인 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템의 제어방법.
온수의 공급을 위한 급수관;
온수의 환수를 위한 환수관;
상기 급수관 및 상기 환수관과 연결되어 세대의 난방 존에 배치되는 난방관;
상기 급수관을 통과하는 온수의 급수 온도를 검출하는 급수 온도계;
상기 환수관을 통과하는 통과하는 온수의 환수 온도를 검출하는 환수 온도계;
상기 난방 존의 실내온도를 검출하는 실내 온도계; 및
상기 급수 온도계와 상기 환수 온도계 및 상기 실내 온도계로부터 검출 신호를 수신하는 난방 제어부;를 포함하고,
상기 난방 제어부는,
상기 난방 존에 대한 목표 실내온도(Tt)를 설정하고, 상기 난방관에 사전 설정된 설정 유량으로 온수를 공급하여 상기 난방 존의 난방을 시작하고,
상기 실내 온도계를 통해 상기 난방 존의 실측 실내온도(Tp)를 획득하고, 상기 목표 실내온도(Tt)와 상기 실측 실내온도(Tp)를 비교하며,
상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 목표 실내온도(Tt)에 도달하지 못한 경우, 상기 실측 실내온도(Tp)를 상기 목표 실내온도(Tt)보다 낮게 사전 설정된 유량 제어 시작온도(Tc)와 비교하고,
상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc) 이상이면, 상기 급수 온도계를 통해 획득되는 급수 온도와 상기 환수 온도계를 통해 획득되는 환수 온도 간의 실측 온도차(△Tr)가 사전 설정된 온도차 기준범위 이내인지 판단하며,
상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 이내이면 설정 유량 정상 상태로 판단하고, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만이면 유량 과다로 판단하며, 상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 초과이면 유량 부족으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템.
제11항에 있어서,
상기 난방 제어부는,
상기 실측 실내온도(Tp)가 상기 유량 제어 시작온도(Tc)에 도달하지 못한 경우 상기 난방존의 난방이 시작된 이후의 난방운전 시간(Time_h)을 사전 설정된 기준 시간(Time_r)과 비교하여, 상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과한 경우 유량 부족으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템.
제12항에 있어서,
상기 난방 제어부는,
상기 난방운전 시간(Time_h)이 상기 기준 시간(Time_r)을 초과하여 유량 보족으로 판단되는 경우 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하되, 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템.

(Qr: 재설정 유량, Qp: 현재 유량, △Tr: 실측 온도차, △Ti: 사전 설정된 기준 온도차)
제11항에 있어서,
상기 난방 제어부는,
상기 실측 온도차(△Tr)가 상기 온도차 기준범위 미만 또는 초과인 경우 상기 난방관에 공급되는 온수의 유량을 재설정하되, 온수의 재설정 유량은 다음의 수식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 온수 난방시스템.

(Qr: 재설정 유량, Qp: 현재 유량, △Tr: 실측 온도차, △Ti: 사전 설정된 기준 온도차)