KR20230059707A

KR20230059707A - 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑

Info

Publication number: KR20230059707A
Application number: KR1020220082657A
Authority: KR
Inventors: 송덕용
Original assignee: 주식회사 성지테크
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-05-03
Also published as: KR102534198B1

Abstract

본 발명은 부하측으로 냉방을 제공하는 냉동기와 냉각수 라인을 통해 열교환하는 냉각탑은 상기 냉각탑 출구의 냉각수 온도를 측정하여 가동 모드를 판단하는 제1가동모드 판단단계; 상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 상기 상한온도 초과이고, 미리 설정된 제1하한온도 이상인 경우, 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력과 상기 송풍기가 소비하는 제2소비동력의 합인 통합동력의 변화값에 따라 상기 송풍기의 속도를 제어하는 송풍기 가동단계; 및 상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 상기 제1하한온도 미만인 경우, 상기 송풍기를 중지시키는 송풍기 중지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하여, 통합동력에 대응하여 냉방 시스템을 제어하여 에너지 효율을 현저히 향상시키는 효과를 갖는다.

Description

냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑{Cooling tower with chiller and cooling tower operation cost reduction control}

본 발명은 냉각탑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉방에 소요되는 에너지를 절감 할 수 있는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑이다.

실내의 항온항습, 냉방을 위해서 냉방 시스템이 상용된다. 일반적인 냉방 시 스템의 구조가 도 1에 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 냉방 시스템은 실내의 온도 및 습도의 제어가 필요한 위치에 설치되며, 냉수와 실내의 공기의 열교환을 통해서 냉방을 하는 부하측(110)과 주로 실외에 설치되어 대기를 이용하여 냉각수와 열교환하는 냉각탑(130)과 냉각탑(130)과 부하측(110) 사이에 설치되어 냉각수와 냉수의 열교환을 통해서 뜨거워진 냉수를 냉각하여 부하측(110)에 전송하며, 뜨거워진 냉각수를 냉각탑(130)으로 송출하는 냉동기(120)를 포함한다.

여기서 냉각탑(130)에서 차가워진 냉각수는 냉각수공급라인(112)을 통해서 냉동기(120)에 공급되며, 냉동기(120)에서 냉수와 열교환을 통해서 따뜻해진 냉각수는 냉각수회수라인(111)을 통해서 냉각탑(130)으로 회수된다.

또한 부하측(110)에서 실내공기와 열교환을 통해 따뜻해진 냉수는 냉수회수라인(121)을 통해서 냉동기(120)로 회수되며, 냉동기(120)에서 냉각수와 열교환을 통해 차가워진 냉수는 냉수공급라인(122)을 통해서 부하측(110)으로 송출된다.

종래의 냉방 시스템 제어방법의 경우, 냉각수의 온도를 측정하여 원하는 냉각수 온도까지 송풍기를 온/오프하여 냉각수를 냉각시켰으나 이와 같은 방식으로는 냉방부하를 위해 많은 에너지가 소비되는 문제점이 있었다.

또한 냉동기의 소비동력이 냉각탑의 소비동력보다 매우 커서 냉동기로 공급되는 냉각수의 온도에 따라 소비동력이 감소하는 경향을 가지나, 냉동기의 부하율이 최소가되는 경우에는 냉각수의 온도가 낮아지는 경우에도 소비동력이 낮아지지 않아 효율이 저하되는 문제점 있었다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 통합동력에 따라 송풍기의 속도를 제어하여 효율을 증가시키는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 예의 부하측, 상기 부하측과 냉수라인을 통하여 열교환하는 냉동기, 상기 냉동기와 냉각수 라인을 통하여 열교환하는 냉각탑 및 상기 냉각탑에 설치되는 송풍기를 포함하고, 상기 냉동기는 냉각수가 순환되는 응축기와, 상기 부하측에서 열교환된 고온의 냉수를 냉각시키는 증발기를 포함하는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑은 상기 냉각탑 출구의 냉각수 온도를 측정하여 가동 여부를 판단하는 제1가동모드 판단단계; 상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 미리 설정된 제1하한온도 이상인 경우, 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력과 상기 송풍기가 소비하는 제2소비동력의 합인 통합동력의 변화값에 따라 상기 송풍기의 속도를 제어하는 송풍기 가동단계; 및 상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 상기 제1하한온도 미만인 경우, 상기 송풍기를 중지시키는 송풍기 중지단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송풍기 가동단계는 상기 송풍기 최초 가동 시, 미리 설정된 속도로 가동시키는 송풍기 최초 가동단계; 및 상기 최로 가동단계에서 미리 설정된 단위시간 경과 후, 상기 단위시간당 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력과, 상기 송풍기가 소비하는 제2소비동력의 합인 통합동력의 변화값을 측정하여 가동 모드를 재판단하는 제2가동모드 판단단계;를 포함할 수 있다.

상기 제2가동모드 판단단계는 상기 통합동력의 변화값이 0 초과이거나, 상기 통합동력의 변화값이 0 이상인 동시에 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 이상인 경우, 상기 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제1값만큼 증가시켜 가동시키는 주파수 증가단계; 및 상기 통합동력의 변화값이 0 이상인 동시에 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 미만인 경우, 상기 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제2값만큼 감소시켜 가동시키는 주파수 감소단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 제1값 및 제2값은 상기 통합동력의 변화값의 절대값을 상기 통합동력으로 나눈 값과, 상기 송풍기의 최고 주파수에서 상기 송풍기의 최저 수파수를 뺀 값을 곱한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 송풍기 중지단계 및 상기 제2가동모드 판단단계는 미리 설정된 단위시간 경과 후, 다시 상기 제1가동모드 판단단계로 되돌가며, 상기 송풍기 가동단계는 상기 송풍기 중지단계 후 되돌아간 상기 제1가동모드 판단단계에서 상기 냉각탑 출구의 온도가 미리 설정된 제2하한온도 이상인 경우 최소 주파수로 가동시키는 재가동단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단위시간은 냉각수가 상기 냉동기와 상기 냉각탑을 1회 순환하는 냉각수 순환시간으로 형성되는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑은 냉각탑 출구의 냉각수 온도에 맞춰 송풍기의 회전수를 제어함으로써 최적의 환경에서 냉방 시스템을 가동하여 에너지 효율을 향상시키는 효과를 갖는다.

이때 송풍기의 회전수는 냉동기의 소비동력과 냉각탑의 소비동력의 합으로 정의되는 통합동력의 변화값의 따라 제어되어, 냉동기의 부하율이 최소가 되는 경우에도 소비되는 동력을 최소화하는 동시에 통합동력의 변화값에 따라 송풍기의 주파수를 강제로 증감시켜 에너지 효율 향상 효과를 증대시킨다.

또한 냉각수가 냉동기와 냉각탑을 1회 순환하는 냉각수 순환시간마다 냉각탑 출구의 냉각수 온도 및 통합동력을 측정하여 냉방 시스템의 상태를 실시간으로 반영하여 최적의 제어를 제공하여 에너지 효율 향상을 극대화한다.

도 1은 일반적인 냉방 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시 예의 냉각탑이 설치된 냉방 시스템의 개략도.
도 3은 도 2의 냉각탑의 제어의 순서도.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

또한 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대힌 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략하며, 제1소비동력은 냉동기에서 소비되는 동력으로 정의되고, 제2소비동력은 송풍기에서 소비되는 동력으로 정의되며, 통합동력은 제1,2소비동력의 합으로 냉방 시스템 전체에서 소비되는 동력으로 정의된다.

도 2는 본 발명의 일실시 예의 냉각탑이 설치된 냉방 시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 냉방 시스템은 부하측(10)과 상기 부하측(10)과 냉수라인(40)을 통해여 열교환하는 냉동기(20), 상기 냉동기(20)와 냉각수라인(50)을 통하여 열교환하는 냉각탑(30) 및 상기 냉각수라인(50)에 설치되는 냉각수 펌프(34)를 포함한다.

냉수라인(40)은 냉동기(20)에서 부하측(10)으로 냉수를 공급하는 냉수 공급라인(42)과 부하측(10)에서 다시 냉동기(20)로 냉수를 송출하는 냉수 회수라인(41)을 포함한다. 따라서 냉수라인(40)은 냉동기(20)와 부하측(10)을 순환하며, 부하측(10)의 공기를 냉각하는 냉수가 이동하는 경로가 된다. 이때 냉수는 냉동기(20)와 부하측(10) 사이에서 순환하는 냉매를 의미한다.

냉각수라인(50)은 냉각탑(30)에서 냉동기(20)로 냉각된 냉각수를 공급하는 냉각수 공급라인(52)과 냉동기(20)에서 다시 냉각탑(30)으로 냉각수를 송출하는 냉각수 회수라인(51)을 포함한다. 따라서 냉각수라인(50)은 냉각탑(30)과 냉동기(20)를 순환하며, 부하측(10)에서 열을 전달받은 냉수를 냉각하는 냉각수가 이동하는 경로가 된다. 이때 냉각수는 냉각탑(30)과 냉동기(20) 사이에서 순환하는 냉매를 의미한다.

부하측(10)은 일반적으로 냉방이 필요로하거나, 항온항습 제어가 필요한 실내로서, 전산실, 사무실 등 다양한 공간이 될 수 있다. 부하측(10)에 설치되는 부하측 기기로는 팬코일 유닛 등의 공조기기가 이에 해당될 수 있다. 부하측 기기는 냉수라인(40)을 통하여 공급된 냉수와 부하측(10) 공기를 열교환하도록 하여 부하측(10) 공기를 냉각하는 역할을 한다.

냉동기(20)는 냉각수 공급라인(52)을 통하여 공급된 냉각수와 냉수 회수라인(51)을 통해 회수된 냉수를 열교환하여 냉수를 냉각시키고, 냉각수 회수라인(51)을 통해 냉각수를 냉각탑(30)으로 송출하며, 냉수 공급라인(52)을 통해 부하측으로 냉수를 공급한다.

냉각탑(30)은 냉동기(20)에서 열교환되어 고온의 냉각수를 냉각시키는 열교환부(31) 및 열교환부(31)에 바람을 공급하는 송풍기(32)을 포함한다. 냉각탑(30)은 일반적으로 외부에 설치되므로, 송풍기(32)은 외기를 순환시켜 열교환부(31)를 흐르는 냉각수를 냉각시킨다.

또한 냉각 시스템은 열교환부(31) 출구의 냉각수 온도를 측정하는 냉각수 온도 측정센서(33)와 냉각수 공급라인(52)에 설치되는 냉각수 펌프(34)와 냉동기(20)에서 송출되는 냉수의 온도를 측정하는 냉수 온도 측정센서(21) 및 냉각수 온도 측정센서(33)와 냉수 온도 측정센서(21)로부터 신호를 전달받아 송풍기(32), 냉각수펌프(34) 및 냉동기(20) 등을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.

제어부(60)는 냉각수 펌프(34) 및 송풍기(32)의 모터의 동작을 제어할 뿐만 아니라, 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도에 따라 송풍기(32)의 가동모드를 판단하는 동시에 냉동기(20)의 소비동력과 냉각탑(30)의 소비동력의 합으로 정의되는 통합동력의 변화값을 연산하여 송풍기(32)의 가동속도를 제어한다.

이때 냉동기(20)와 냉각탑(30)에는 별도의 계측기를 설치하고, 제어부는 각 계측기에서 소요되는 동력을 전달받아 송풍기(32)을 제어함으로써 운전 조건 등에 따라 달라지는 최적의 제어 방법을 제시한다.

이하 상기 제어부(60)에 의해 구현되는 냉방 시스템 제어방법에 대해 기술하도록 한다. 냉방 시스템 제어방법은 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도를 측정하고, 그에 따라 송풍기(32)의 회전 속도를 제어하여 에너지 효율이 최적이 되도록 하는 제어방법이다.

도 3은 도 2의 냉각탑의 제어의 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예의 제어 시스템은 상기 냉각탑(130) 출구의 냉각수 온도를 측정하여 가동 모드를 판단하는 제1가동모드 판단단계(S10), 상기 제1가동모드 판단단계(S10)에서, 상기 냉각탑(130) 출구의 냉각수의 온도가 미리 설정된 제1하한온도(TL1) 이상인 경우, 상기 냉동기(20)가 소비하는 제1소비동력(P1)과 상기 송풍기(32)가 소비하는 제2소비동력(P2)의 합인 통합동력(P)의 변화값에 따라 상기 송풍기(32)의 속도를 제어하는 송풍기 가동단계(S20) 및 상기 제1가동모드 판단단계(S10)에서, 상기 냉각탑(130) 출구의 냉각수의 온도가 상기 제1하한온도(TL1) 미만인 경우, 상기 송풍기(32)를 중지시키는 송풍기 중지단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 송풍기 중지단계(S30)는 상기 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 상기 제1하한온도(TL1) 이상인 경우에도 미리 설정된 제2하한온도(TL2) 이하인 경우 상기 송풍기(32)는 중지된 상태를 유지한다.

제1 가동모드 판단단계(S10)는 냉각탑(130) 출구의 냉각수 온도를 측정하여 송풍기(32)의 가동여부를 판단하는 단계이다. 이때 냉각수 온도는 냉각수 공급라인(52)에 설치된 냉각수 온도 측정센서(33)에 의해 측정된다.

냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도는 미리 설정된 단위시간마다 측정되어 부하측의 상태를 실시간으로 반영하여 최적화된 냉방으로 제공하며, 이때 단위시간은 냉각수가 냉동기(20)와 냉각탑(30)을 1회 순환하는 냉각수 순환시간(t)인 것이 바람직하다. 다시 말해 가동 여부 판단단계(S10)는 부하측의 온도가 반영되어 가변하는 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도를 기준으로 송풍기(32)의 가동 여부를 판단하여 불필요한 송풍기(32)의 가동을 방지하여 에너지 효율을 향상시키고, 부하측(10)의 상태를 고려한 최적화된 냉방을 제공한다.

여기서 냉각수 순환시간(t)은 아래의 [수학식 1]으로 계산되며, 여기서 여유란 냉각수가 이동하면서 밴딩된 부분 등 설계된 유속을 가지지 못하고 속도가 증감하는 구간에 대한 보정 값이다.

t: 냉각수 순환시간 a : 냉각수 회수라인과 냉각수 공급라인의 길이

b : 냉수회로라인과 냉수공급라인의 길이 c : 냉각탑에서 냉각수의 이동거리

V : 냉각수의 유속 α: 여유

송풍기 가동단계(S20)는 제1가동모드 판단단계(S10)에서 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 미리 설정된 제1하한온도(TL1)의 이상인 경우 송풍팬(32)을 가동시키는 단계로 송풍기(32) 최초 가동 시, 미리 설정된 속도로 송풍기(32)를 가동시키는 최초 가동단계(S21) 및 최초 가동단계(S21)에서 미리 설정된 단위시간 경과 후 단위시간당 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력(P1)과, 송풍기(32)가 소비하는 제2소비동력(P2)의 합인 통합동력(P)의 변화값을 측정하여 가동 모드를 재판단하는 제2가동모드 판단단계(S22)를 포함한다.

여기서 송풍기(32)를 최초로 가동시키는 최초 가동단계(S21)는 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 미리 설정된 제1하한온도(TL1)의 이상인 경우에는 온도와 상관없이 일정한 속도로 송풍기(32)를 가동시키며, 이는 최초로 측정되는 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도는 부하측(10) 상태를 반영하지 못함을 고려함과 동시에 냉각수 순환주기 오측정에 따라 냉각수의 온도가 이상적으로 증가하거나 압축기에 과전류가 발생되는 것을 방지하기 위함이다.

제2가동모드 판단단계(S22)는 통합동력의 변화값이 0 초과이거나, 상기 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 이상인 경우 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제1값만큼 증가시켜 가동시키는 주파수 증가단계(S221)와, 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 미만인 경우 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제2값만큼 감소시켜 가동시키는 주파수 감소단계(S222)로 형성되어 냉방 시스템을 에너지 효율을 보다 향상시킨다.

제2가동모드 판단단계(S22)는 미리 설정된 단위시간당 통합동력의 변화값을 측정하여 현재 냉방 시스템의 가동모드가 효율적으로 가동되고 있는지 판단하여, 송풍기(32)의 주파수를 증가 또는 감소시킨다. 이때 단위시간은 상기한 냉각수 순환시간(t)으로 정하는 것이 바람직하다.

이에 따라 본 발명의 냉방 시스템은 냉각수의 순환마다 온도 측정 및 통합동력(P)을 측정하여 통합동력(P)의 변화에 따라 가동모드를 기밀하게 제어하여 사용자에게 최적의 냉방을 제공하는 동시에 에너지 절감 효과를 극대화한다.

주파수 증가단계(S221)와 주파수 감소단계(S222)는 통합동력(P) 및 냉각탑 출구(30)의 냉각수 온도 변화를 고려하여 송풍기의 속도를 제어하는 단계로, 냉방 시스템의 통합동력(P)이 불필요하게 증가하는 것을 방지하는 동시에 가동모드를 부하측 상태에 맞춰 최적화한다.

구체적으로 주파수 증가단계(S221)는 통합동력의 변화값이 0 초과이거나 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 냉각탑 출구의 냉각수의 온도 변화값이 0 이상인 경우, 미리 설정된 제1값만큼 강제로 송풍기의 주파수를 증가시켜 냉방부하를 증가시키며, 주파수 감소단계(S222)는 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화값이 0 미만인 경우, 미리 설정된 제2값만큼 강제로 송풍기의 주파수를 감소시켜 냉방부하를 감소시켜 최적화된 냉방을 제공한다.

이때 제1값과 제2값은 미리 설정된 하기의 [수학식 2]에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 발명의 냉방 시스템은 현재 상태에서의 통합동력의 변화값에 따라 송풍기(32)의 주파수 변화값을 선정함으로써 보다 최적화된 냉방을 제공할 수 있다.

△N : 제1값, 제2값 △P : 통합동력의 변화값 P : 통합동력값

N_max: 송풍기의 최고 주파수 값 N_min: 송풍기의 최저 주파수 값

따라서 본 발명의 냉방 시스템은 냉방이 제공됨에 따라 부하측(10)에 발생하는 변화를 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도 및 통합동력(P)으로 보다 쉽고 정확하게 판단하여 냉각수 순환마다 가동모드의 최적여부를 판단할 수 있도록 하여 보다 최적화된 냉방을 제공가능하도록 하며, 통합동력의 변화값을 변수를 하는 [수학식 2]을 통해 송풍기(32)의 주파수를 제어함으로써 보다 향상된 에너지 효율을 제공한다.

또한 통합동력(P)의 변화값을 측정하는 단위시간은 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 순환시간(t)에 맞춰 측정되는 것이 바람직하나, 반드시 냉각수 순환온도에 맞춰 측정할 필요는 없으며, 냉방 시스템의 잦은 제어가 되지 않는 별도의 단위시간으로 설정될 수 있다.

다만, 냉각수 순환시간(t)마다 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도를 측정하는 것은 현재 최적화된 단계로 냉방 시스템이 가동되는지 판단하는 동시에 냉각수 온도의 변화량과 통합동력(P)의 변화값을 지속적으로 측정 및 저장하여 일정 기간 후 냉방 시스템의 성능 검증에 지표로 사용하기 위함이다.

이때 통합동력(P)는 냉각탑(30) 및 냉동기(20) 각각에 설치된 계측기로부터 전달받아 연산하여 냉각수의 온도나 냉수의 온도도 연산을 통해 측정하는 것보다 실제로 소비되는 제1,2소비동력(P1,P2)을 통해 냉방 시스템을 제어할 수 있어 다수의 변수에 따라 변화되는 부하측(10)의 환경 상태를 고려할 수 있도록 한다.

또한 통합동력(P)을 연산하는 경우에는 일반적으로 평균값을 사용하기 때문에 냉방 시스템을 보자 정밀하고 정확하게 제어하기 어려우며, 냉동기(20) 및 냉각탑(30)의 타입별, 용량별 특성을 반영할 수 없어 본 발명의 냉방 시스템의 제어 방법과 같이 효율적인 에너지 절감 효과를 가질 수 없다.

따라서 제2가동모드 판단단계(S22)는 종래 온도에 따라 송풍기(32)을 온/오프하는 제어 방식 또는 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도만을 고려하는 것이 아닌, 냉방 시스템 전체에서 소비되는 동력 중 대부분의 비중을 차지하는 통합동력(P)을 고려하여 에너지 효율 향상에 보다 탁월한 효과를 가진다.

송풍기 중지단계(S30)는 냉각탑(30) 출구의 온도가 제1하한온도(TL1) 미만인 경우 송풍기(32)의 가동을 중지시켜 통합동력(P)을 최소화하는 단계이며, 부하측(110) 상태 변화에 맞춰 최적화된 냉방을 제공하기 위하여 송풍기(32)가 중지된 상태에서도 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도는 지속적으로 측정된다.

구체적으로 송풍기(32)가 가동되지 않고 있었던 경우에는 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 제2하한온도(TL2)보다 낮은 경우에는 송풍기(32)가 가동되지 않도록 하여 송풍기(32)가 반복하여 온오프되는 것을 방지한다.

따라서 본 발명의 운전비절감을 위한 냉방시스템 제어방법은 냉방이 제공되는 동안 변화하는 부하측(10)의 상태를 즉각적으로 반영할 수 있도록 단위시간마다 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도 및 통합동력(P) 값을 측정하고, 송풍기 중지단계(S30) 및 제2가동모드 판단단계(S22)에서 단위시간 경과 후 다시 제1가동모드 판단단계(S10)로 되돌아간다

다시 말해 본 발명의 냉방 시스템은 초기 운전 가동 시 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 제1하한온도(TL1) 미만인 경우 송풍기(32)를 가동하지 않으며, 가동 후에는 미리 설정된 단위시간마다 냉각탑(30) 출구의 온도를 측정하며 송풍팬(32)의 가동 여부를 판단한다.

이때 송풍기 가동단계(S20)은 송풍기 중지단계(S30) 후 되돌아간 제1가동모드 판단단계(S10)에서 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도가 미리 설정된 제2하한온도(TL2) 이상인 경우 최소 주파수로 송풍기(32)를 가동시키는 재가동단계(S23)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

송풍기 재가동단계(S23)는 송풍기 중지단계(S30) 후 냉각수의 온도가 증가되어 송풍기(32)를 다시 가동될 때 적용되는 단계로, 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도가 제2하한온도(TL2) 이상인 경우 송풍기(32)를 가동시키는 단계이다.

구체적으로 제2하한온도(TL2)는 제1하한온도(TL1)보다 높은 온도로 설정되며, 이에 따라 송풍기(32) 재가동단계는 냉각탑(30) 출구의 냉각수의 온도가 제1하한온도(TL1) 이상인 경우에도 제2하한온도(TL2) 미만인 경우 송풍기(32)를 가동시키지 않는다.

이에 따라 냉각탑(130) 출구의 냉각수의 온도가 제1하한온도(TL1)를 기준으로 소정온도 변화량을 가지며 변경되는 경우 송풍기(32)가 온/오프되는 것을 방지하여 보다 안정적인 제어를 제공하는 동시에 제2소비동력(P2)이 증가되는 것을 방지하여 에너지 효율 향상 효과를 극대화한다.

다만, 여기서 제2하한온도(TL2)를 설정하는 것은 단위시간이 짧은 경우 송풍기(32)의 잦은 제어를 방지하기 위한 것으로, 단위시간이 충분히 확보되는 경우에는 재가동단계(S23)에서 송충기(32)를 재가동시키는 제2하한온도(TL2)는 제1하한온도(TL1)과 동일하게 설정될 수 있다.

다시 말해 본 발명의 운전비 절감을 위한 냉방 시스템 제어 방법은 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도에 따라 가동 모드를 판단하고, 냉각탑(30) 및 냉동기(20) 소비동력인 통합동력(P)의 변화값에 따라 냉방 시스템을 제어하여 부하측(10)의 다양한 변화(현재 상태)를 제어에 반영할 수 있어 보다 최적화된 냉방을 제공한다.

이때 통합동력(P)의 변화값은 냉각탑(30) 및 냉동기(20) 각각에 설치된 별도의 계측기에서 전달받아 온도에 따른 연산식을 사용하지 않아 냉방 시스템의 다양한 변수를 고려할 수 있어 부하측(10)의 상태를 보다 정확하게 반영할 수 있도록 한다.

또한 냉각탑(30) 출구의 냉각수 온도, 제1,2소비동력(P1,P2) 및 통합동력(P)의 변화값을 지속적으로 측정 및 저장하여 일정 기간 후 이를 냉방 시스템의 성능 검증에 사용할 수 있어 냉방 시스템의 신뢰성을 확보하는 동시에 냉방 시스템의 유지 보수를 용이하게 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10 부하측 20 냉동기
21 냉수 온도 측정센서
30 냉각탑
31 열교환부 32 송풍기
33 냉각수 온도 측정센서 34 냉각수 펌프
40 냉수라인
41 냉수 회수라인 42 냉수 공급라인
50 냉각수 라인 51 냉각수 회수라인
52 냉각수 공급라인 60 제어부
P 통합동력 P1 제1소비동력 P2 제2소비동력
TH 상한온도 TL1 제1하한온도 TL2 제2하한온도

Claims

부하측으로 냉방을 제공하는 냉동기와 냉각수 라인을 통해 열교환하는 냉각탑에 있어서,
상기 냉각탑 출구의 냉각수 온도를 측정하여 가동 여부를 판단하는 제1가동모드 판단단계;
상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 미리 설정된 제1하한온도 이상인 경우, 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력과 송풍기가 소비하는 제2소비동력의 합인 통합동력의 변화값에 따라 상기 송풍기의 속도를 제어하는 송풍기 가동단계; 및
상기 제1가동모드 판단단계에서, 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도가 상기 제1하한온도 미만인 경우, 상기 송풍기를 중지시키는 송풍기 중지단계;를 포함하고,
상기 송풍기 가동단계는
상기 송풍기 최초 가동 시, 미리 설정된 속도로 가동시키는 송풍기 최초 가동단계; 및
상기 최초 가동단계에서 미리 설정된 단위시간 경과 후, 상기 단위시간당 상기 냉동기가 소비하는 제1소비동력과, 상기 송풍기가 소비하는 제2소비동력의 합인 통합동력의 변화값을 측정하여 가동 모드를 재판단하는 제2가동모드 판단단계;를 포함하며,
상기 제2가동모드 판단단계는
상기 통합동력의 변화값이 0 초과이거나, 상기 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 이상인 경우, 상기 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제1값만큼 증가시켜 가동시키는 주파수 증가단계; 및
상기 통합동력의 변화값이 0 이하인 동시에 상기 냉각탑 출구의 냉각수의 온도의 변화량이 0 미만인 경우, 상기 송풍기의 주파수를 미리 설정된 제2값만큼 감소시켜 가동시키는 주파수 감소단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑.
제1항에 있어서,
상기 제1값 및 제2값은
상기 통합동력의 변화값의 절대값을 상기 통합동력으로 나눈 값과, 상기 송풍기의 최고 주파수에서 상기 송풍기의 최저 수파수를 뺀 값을 곱한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑.
제1항에 있어서,
상기 송풍기 중지단계 및 상기 제2가동모드 판단단계는
미리 설정된 단위시간 경과 후, 다시 상기 제1가동모드 판단단계로 되돌가고,
상기 송풍기 가동단계는
상기 송풍기 중지단계 후 되돌아간 상기 제1가동모드 판단단계에서 상기 냉각탑 출구의 냉각수 온도가 미리 설정된 제2하한온도 이상인 경우 최소 주파수로 가동시키는 재가동단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑.
제3항에 있어서,
상기 단위시간은
냉각수가 상기 냉동기와 상기 냉각탑을 1회 순환하는 냉각수 순환시간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동기와 냉각탑 운전비 절감제어를 갖는 냉각탑.