KR20240093379A - 공기 흐름 제어 유닛, 건물의 환기 시스템을 위한 시스템 및 건물의 환기를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

공기 흐름 제어 유닛, 건물의 환기 시스템을 위한 시스템 및 건물의 환기를 제어하기 위한 방법 Download PDF

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빌리 코타니에미
페카 카네르바
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하리 퍼호
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Abstract

덕트 내의 공기 흐름을 제어하는 공기 흐름 제어 유닛으로서, 상기 덕트에 설치되도록 배열되는 댐퍼(10)를 포함하고, 상기 공기 흐름 유닛은 적어도 두 개의 측정 영역(20a, 20b, 20c, ...)을 포함하는 측정 유닛을 포함하여, 하나의 측정 영역은 다른 측정 영역과 공기 흐름 방향으로 댐퍼(10)의 다른 측면에 배열되고, 각각의 측정 영역은, 압력을 측정하는 측정점(22a, 22b, 22c, ...)을 갖는, 적어도 하나의 측정 프로브(21a, 21b, 21c, ...)를 포함하고, 제 1 측정 영역(20a)은 댐퍼(10)의 입구 측면에 배열되고, 제 1 측정 영역은 제 1 측정 지점(22a)을 갖는 제 1 측정 프로브(21a), 및 제 1 측정 영역(20a)에서 공기 흐름의 변화를 일으키는 공기 흐름 방향으로 제 1 측정 지점 후방에 있는 제 1 벽(23a)을 포함한다.

Description

공기 흐름 제어 유닛, 건물의 환기 시스템을 위한 시스템 및 건물의 환기를 제어하기 위한 방법{AIR FLOW CONTROL UNIT, SYSTEM FOR VENTILATION SYSTEM OF BUILDING AND METHOD FOR CONTROLLING VENTILATION OF BUILDING}
본 발명은 공기 흐름 제어 유닛(air flow control unit), 특히 가변 풍량(variable air volume; VAV) 시스템의 공기 흐름 제어 유닛에 관한 것이다.
환기 유닛에서는, 공급 공기가 건물의 방과 같은 공간으로 유입되고 배기 공기가 공간에서 제거된다. 필요한 공급 풍량과 용적은 공간의 조건, 예를 들어, 실내 인원수, 실내 온도 등에 따라 달라진다. 공급 풍량(supply air volume)을 제어하기 위해, 공기 덕트 내부에 댐퍼(damper)를 배열할 수 있다. 댐퍼는 예를 들어 덕트(duct)의 공기 흐름 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전 가능한 블레이드(blade) 또는 블레이드들을 포함할 수 있다. 댐퍼는 폐쇄 위치, 즉 댐퍼 블레이드가 공기 흐름 방향에 수직인 위치로 회전하는 위치(여기서 댐퍼가 덕트 내부의 공기 흐름을 차단함)와 완전 개방 위치(즉, 댐퍼 블레이드가 공기 흐름 방향에 평행하게 회전함) 사이에서 조정될 수 있다. 알려진 바와 같이, 댐퍼 블레이드의 위치는 공기 흐름의 속도에 영향을 미친다.
일반적으로 건물에는 실내로 공기를 공급하고 실내에서 공기를 배출하는 중앙 환기 시스템(ventilation system)이 있다. 각각의 객실은 적어도 하나의 공급 공기 입구와, 실내로 확산되는 공급 풍량을 제어하기 위한 댐퍼와 같은 조절 수단을 포함한다. 하나의 방으로의 공기 흐름 용적(air flow volume)을 줄이기 위해 하나의 댐퍼를 조정하면, 공기 덕트 내부의 압력이 증가하고 다른 방으로 흐르는 공기의 속도가 증가하여 다른 방의 온도가 떨어질 수 있다. 이러한 효과를 방지하기 위해, 환기 유닛은 덕트 내부의 공기 흐름 특성을 측정하기 위해 공기 덕트 내의 댐퍼 근처에 배열된 센서를 포함할 수 있다. 한 가지 해결책은 압력 센서를 사용하여 덕트 내부의 기압을 측정하는 것이다. 그러나, 기존 유닛은 측정 압력이 부족하여 낮은 공기 흐름 속도를 측정하고 제어하는 데 어려움이 있다. 또한, 공기 덕트에 있는 기존의 공기압 측정 유닛은 공기 흐름에 교란이 있을 때, 예를 들어, 덕트를 터닝(turn)한 후, 압력을 측정하는 데 어려움을 겪는다. 따라서, 알려진 센서는 흐름 교란(예: 터닝) 후에 약간의 안전 거리가 필요한데, 이는 알려진 시스템, 즉 공기압 센서가 있는 댐퍼가 많은 공간을 필요로 함을 의미한다.
이 디바이스의 목적은 위에서 언급한 단점을 완화하는 것이다.
특히, 본 디바이스의 목적은 다양한 환경에서 공기 댐퍼 부근에서 향상된 공기압 데이터를 제공할 수 있는 소형 공기 흐름 제어 유닛을 제공하는 것이다.
요약
제 1 측면에 따르면, 본 발명은 덕트 내의 공기 흐름을 제어하기 위한 공기 흐름 제어 유닛을 제공한다. 공기 흐름 제어 유닛은 덕트에 설치되도록 배열되는 댐퍼를 포함하고,
- 공기 흐름이 댐퍼로 들어가는 입구 측면(inlet side),
- 공기 흐름이 댐퍼를 빠져나가는 출구 측면(outlet side), 및
- 입구 측면과 출구 측면 사이에 배열되고, 공기 흐름 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전하도록 구성된 적어도 하나의 댐퍼 블레이드(11)를 포함한다. 공기 흐름 유닛은 하나의 측정 영역이 다른 측정 영역과 공기 흐름 방향으로 댐퍼의 상이한 측면에 배열되도록 적어도 두 개의 측정 영역을 포함하는 측정 유닛을 포함하고, 각각의 측정 영역은 압력 측정을 위한 측정 지점을 갖는 적어도 하나의 측정 프로브(measurement probe)를 포함한다. 제 1 측정 영역은 댐퍼의 입구 측면에 배열되고, 제 1 측정 영역은 제 1 측정 지점을 갖는 제 1 측정 프로브와, 제 1 측정 영역의 공기 흐름에서의 변화를 일으키는 공기 흐름 방향으로 제 1 측정 지점 후방의 제 1 벽을 포함한다.
이 디바이스의 장점은 압력차 측정이 향상되고 압력 측정이 흐름 방해로부터 더 잘 보호된다는 것이다.
상기 디바이스의 일 실시예에서, 제 2 측정 영역은 댐퍼의 출구 측면에 배열되고, 제 2 측정 영역은 제 2 측정 지점을 갖는 제 2 측정 프로브, 및 제 2 측정 영역에서의 공기 흐름의 변화를 일으키는 공기 흐름 방향으로 제 2 측정 지점 앞에 있는 제 2 벽을 포함한다.
디바이스의 일 실시예에서, 제 1 벽과 제 2 벽 중 적어도 하나는 공기 흐름 방향에 수직이다.
디바이스의 일 실시예에서, 제 1 벽과 제 2 벽 중 적어도 하나는 공기 흐름 방향으로 기울어져 있다.
디바이스의 일 실시예에서, 벽 중 적어도 하나는 상기 벽 옆의 측정 지점 주위에서 부분적으로 만곡(curving)된다.
디바이스의 일 실시예에서, 만곡된(curved) 벽은 측정 지점 주위로 45-270도를 둘러싼다.
디바이스의 일 실시예에서, 각각의 측정 영역의 벽은 상기 측정 영역 상의 측정 프로브의 일부로 통합된다.
디바이스의 일 실시예에서, 제 1 벽과 제 2 벽 중 적어도 하나는 댐퍼의 케이싱(casing)이 벽을 형성하도록 댐퍼의 일부로 통합된다.
디바이스의 일 실시예에서, 제 1 벽과 제 2 벽 중 적어도 하나는 덕트의 벽에 설치되도록 배열된다.
디바이스의 일 실시예에서, 벽의 높이는 3 내지 30mm이다.
디바이스의 일 실시예에서, 압력 측정 데이터를 수신하고 댐퍼의 입구 측면과 출구 측면 사이의 압력 차이를 계산하기 위해 측정 유닛에 연결된 제어기를 포함한다.
디바이스의 일 실시예에서, 제어기는 압력 차이를 기반으로 하여 댐퍼의 위치를 조정하기 위해 적어도 하나의 댐퍼 블레이드를 제어하는 모터에 연결된다.
디바이스의 일 실시예에서, 측정 유닛은 댐퍼의 각각의 측면에 2개 이상의 측정 영역을 포함한다.
디바이스의 일 실시예에서, 각각의 측면의 압력이 평균화된다.
디바이스의 일 실시예에서, 입구 측면의 측정 프로브와 출구 측면의 측정 프로브 사이의 최대 거리는 댐퍼 블레이드 길이의 2.5배이다.
본 발명의 다른 측면은 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 2개 이상의 공기 흐름 제어 유닛을 포함하는 건물의 환기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 실시예 중 어느 하나에 따른 공기 흐름 제어 유닛을 사용하여 환기를 조정하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
a. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 전방의 압력을 측정하는 단계,
b. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 후방의 압력을 측정하는 단계,
c. 압력차를 검출하는 단계,
d. 적어도 하나의 댐퍼 블레이드 위치에 대한 정보를 수신하는 단계,
e. 압력차와 댐퍼 위치를 기반으로 하여 댐퍼를 통과하는 공기 흐름량(air flow amount)을 계산하는 단계,
f. 계산된 공기 흐름량과 주어진 설정값을 기반으로 하여 환기를 조정하는 단계.
위에서 설명된 본 발명의 측면 및 구현예는 서로 임의의 조합으로 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 몇몇 측면과 실시예가 함께 결합되어 본 발명의 추가 실시예를 형성할 수 있다.
본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 데 도움을 준다. 도면에서:
도 1은 덕트 내의 공기 흐름을 제어하는 공기 제어 유닛을 도시하고,
도 2는 4개의 측정 영역이 제공되는 실시예를 도시하고,
도 3은 도 1과 유사한 구조를 보여 주지만 측정 영역의 벽은 측정 프로브와 별도의 부품이고,
도 4는 도 2와 같이 4개의 측정 영역이 제공되는 실시예를 도시하고,
도 5 및 도 6은 댐퍼가 덕트의 중심 축선을 향해 돌출부(도 5) 또는 돌출부들(도 6)을 포함하는 실시예를 도시하고,
도 7, 도 8 및 도 9는 댐퍼의 반경 방향 단면도를 도시하고,
도 10은 수직 방향으로 동일 평면 상에 배열된 2개의 댐퍼 블레이드를 갖는 댐퍼의 단면도를 도시하고,
도 11은 댐퍼(및 댐퍼가 조립되는 덕트)의 단면적이 원형인 댐퍼의 단면도를 도시하고,
도 12a 및 12b는 측정 지점이 있는 측정 프로브와 벽을 포함하는 측정 영역의 개략도를 보여주고,
도 13 및 도 14는 측정 프로브로부터 일정 거리에 위치한 측정 센서 또는 센서들을 포함하는 측정 유닛을 갖는 공기 흐름 제어 유닛을 도시하고,
도 15는 측정 유닛이 제어기에 연결된 공기 제어 유닛을 도시하고,
도 16a 및 도 16b는 2개의 댐퍼 블레이드를 갖는 댐퍼의 측단면도를 도시한다.
공기 흐름 제어 유닛은 공기 또는 기타 유체가 흐르는 덕트에 설치되도록 배열된 장치이다. 공기 흐름 제어 유닛은 덕트 내의 공기 흐름을 제한할 수 있으며, 건물의 실내와 같은 공간으로의 공기 흐름을 제어하는데 사용된다. 덕트, 즉 덕트의 단면 형상은 원형, 직사각형 또는 기타 형상일 수 있다. 공기 흐름 제어 유닛은 공기 제어 유닛을 통과하는 공기 흐름을 제어하는 데 사용되는 댐퍼를 포함한다. 댐퍼는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 공기 흐름 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전할 수 있는 적어도 하나의 댐퍼 블레이드를 갖는다. 폐쇄 위치에서는, 댐퍼 블레이드가 덕트 내 공기 흐름을 차단하고, 개방 위치에서는, 댐퍼 블레이드가 공기 흐름을 최소한으로 제한하는 위치로 회전한다. 공기 흐름에는 덕트 내부에 난류나 기타 작은 편차가 있을 수 있지만, 전체적으로 공기 흐름은 한 지점에서 다른 지점으로 향하는 방향, 예를 들어 도면에서 왼쪽으로 오른쪽으로 향하는 방향을 갖는다는 점을 이해해야 한다.
도 1은 덕트(40)의 공기 흐름을 제어하기 위한 공기 제어 유닛을 도시한다. 공기 흐름 제어 유닛은 공기 흐름이 댐퍼로 들어가는 입구 측면과 공기 흐름이 덕트에서 나가는 출구 측면을 갖는 댐퍼(10)를 포함한다. 공기 흐름 방향은 중공형(hollow) 화살표로 표시된다. 댐퍼(10)는 입구 측면과 출구 측면 사이에 배열되는 적어도 하나의 댐퍼 블레이드(11)를 포함한다. 댐퍼 블레이드는 공기 흐름 방향에 수직인 축선(12)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 공기 흐름 제어 유닛은 덕트 내부의 공기 흐름 압력을 측정하는 수단을 포함하는 적어도 두 개의 측정 영역(20a, 20b, 20c, ...)을 포함한다. 적어도 하나의 측정 영역은 댐퍼의 입구 측면에 제공되고 적어도 하나의 측정 영역은 댐퍼의 출구 측면에 제공된다, 즉, 측정 영역은 공기 흐름 방향에서 댐퍼의 서로 다른 측면에 있다. 측정 영역은 댐퍼 주변 내부에 있을 수도 있고 댐퍼 주변 외부에 있을 수도 있음을 이해해야 한다. 입구 측면에 있다는 것은 공기 흐름 방향으로 댐퍼 블레이드 축선(12) 앞에 위치한다는 것을 의미하고, 출구 측면에 있다는 것은 공기 흐름 방향에서 댐퍼 블레이드 축선(12) 뒤에 위치한다는 것을 의미한다. 각각의 측정 영역은 압력을 측정하기 위한 측정 지점을 갖는 적어도 하나의 측정 프로브(21a, 21b, 21c, ...)를 포함한다. 측정 지점은 압력을 정의하는 데 사용되는 위치이다.
도 1에서는 댐퍼의 입구 측면에 제 1 측정 영역(20a)이 위치하고, 댐퍼의 출구 측면에 제 2 측정 영역(20b)이 위치하도록 2개의 측정 영역(점선원으로 표시)이 마련되어 있다. 제 1 측정 영역(20a)은 제 1 측정 지점(22a)을 갖는 제 1 측정 프로브(21a)와, 공기 흐름 방향으로 제 1 측정 지점(20a) 뒤, 즉 제 1 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이의 제 1 벽(23a)을 포함한다. 제 2 측정 영역(20b)은 제 2 측정 지점(22b)을 갖는 제 2 측정 프로브(21b)와, 공기 흐름 방향으로 제 2 측정 지점(20b) 앞, 즉 제 2 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이의 제 2 벽(23b)을 포함한다. 제 1 벽(23a)과 제 2 벽(23b)은 공기 흐름 방향에 수직이다.
도 2는 4개의 측정 영역(점선 원으로 표시)이 제공되는 실시예를 보여준다. 제 1 측정 영역(20a)과 제 2 측정 영역(20b)은 도 1과 같이 위치하며, 또한 제 3 측정 영역(20c)은 댐퍼의 입구 측면에 위치하고, 제 4 측정 영역(20d)은 댐퍼의 출구 측면에 위치한다. 제 3 측정 영역과 제 4 측정 영역은 제 1 측정 영역과 제 2 측정 영역의 반대면, 즉 상면 대(vs.) 하면에 위치한다. 제 3 측정 영역(20c)은 제 3 측정 지점을 갖는 제 3 측정 프로브(21c)와, 공기 흐름 방향으로 제 3 측정 지점 후방, 즉 제 3 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이의 제 3 벽(23c)을 포함한다. 제 4 측정 영역(20d)은 제 4 측정 지점을 갖는 제 4 측정 프로브(21d)와, 공기 흐름 방향으로 제 4 측정 지점 전방, 즉 제 4 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이에 있는 제 4 벽(23d)을 포함한다. 제 3 벽(23c) 및 제 4 벽(23d)은 제 1 벽 및 제 2 벽과 마찬가지로 공기 흐름 방향에 수직이다.
도 1과 도 2에서, 측정 영역의 벽은 측정 프로브의 일체형 부분(integral part)이지만 별도의 부분일 수도 있다.
도 3은 도 1과 유사한 구조를 도시하지만, 본 실시예에서는 측정 영역(20a, 20b)의 벽(23a, 23b)이 측정 프로브와 별개의 부품이다. 도 3에 표시된 실선 화살표는 측정 프로브의 선택적 위치를 보여준다. 예를 들어, 제 1 측정 영역의 제 1 측정 프로브는 댐퍼 표면 또는 벽에 체결될 수 있고, 제 1 벽은 제 1 측정 프로브로부터 일정 거리를 두고 떨어져 있을 수 있다. 선택적으로, 제 1 측정 프로브는 제 1 측정 지점이 공기 흐름 방향에 반대되는 벽의 표면에 있도록, 즉 제 1 벽이 제 1 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이에 있도록 제 1 벽에 체결될 수 있다.
제 2 측정 영역의 제 2 측정 프로브는 댐퍼 표면 또는 벽에 체결될 수 있으며, 제 2 벽은 제 2 측정 프로브로부터 일정 거리에 있다. 선택적으로, 제 2 측정 프로브는 제 2 벽이 제 2 측정 지점과 댐퍼 블레이드 축선 사이에 있도록 제 2 측정 지점이 벽의 표면에 있도록 제 2 벽에 체결될 수 있다.
도 4는 도 2에서와 같이 4개의 측정 영역이 제공되는 실시예를 도시한다. 각 측정 영역(20a, 20b, 20c, 20d)은 도 3에서와 같이 별도의 벽(23a, 23b, 23c, 23d)과 별도의 측정 프로브를 포함한다. 측정 프로브의 위치는 도 3과 같을 수 있다, 즉, 벽이 측정 프로브로부터 일정 거리를 유지하도록 댐퍼의 표면이나 벽에 체결되거나 측정 프로브가 벽에 체결될 수 있다.
도 5 및 도 6은 댐퍼가 덕트의 중심 축선을 향해 돌출부(2a, 도 5) 또는 돌출부들(2a, 2b(도 6))을 포함하는 실시예를 도시한다. 돌출부(2a, 2b)는 댐퍼의 일측면에서 중심을 향해 연장하는 직육면체 물체로 볼 수 있다. 돌출부 또는 돌출부들은 돌출부가 있는 위치에서의 반경 방향 단면적이 돌출부 외부의 단면적보다 작도록 제공된다. 덕트의 동일한 측면에 있는 측정 영역(점선 원)의 벽은 돌출부의 일부이며 제 1 벽의 에지(중심을 향한 에지)와 제 2 벽의 에지(중심을 향한 에지) 사이에 평면 표면이 제공된다. 돌출부는 댐퍼의 측면벽 사이로 연장된다. 돌출부는 댐퍼의 폭을 부분적으로 덮을 수 있고, 선택적으로 돌출부는 댐퍼의 일 측면벽으로부터 댐퍼의 제 2(반대) 측면벽까지 연장될 수 있다.
도 5는 덕트의 바닥 측면에 위치한 하나의 돌출부(2a)를 보여준다. 추가적으로, 도 6에서 볼 수 있듯이, 덕트의 반대 측면에 제 2 돌출부가 제공될 수 있다. 측정 프로브는 도 3의 실시예와 유사한 방식으로 체결될 수 있다.
도 6에서 추가 돌출부(2b)는 덕트의 위쪽, 즉 다른 돌출부의 반대 측면에 위치한다. 측정 프로브는 도 4의 실시예와 유사한 방식으로 체결될 수 있다.
돌출부 또는 돌출부들은 댐퍼의 케이싱의 일부일 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 9는 댐퍼의 반경 방향 단면도를 보여준다. 도 7은 댐퍼 하부에 하나의 측정 영역을 포함하는 실시예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 하나의 측정 영역은 폭 방향으로 여러 개의 측정 프로브를 포함할 수 있다. 도 8에서, 댐퍼의 바닥 영역은 서로 떨어져 있는 두 개의 측정 프로브(21a1, 21a2)를 갖는 측정 영역(20a)을 포함한다. 도 9에서, 상부 영역과 하부 영역은 각각 서로 떨어져 있는 두 개의 측정 프로브를 갖는 측정 영역(20a, 20b)을 포함할 수 있다. 선택적으로 각각의 측정 영역의 측정 프로브 수는 3개, 4개 또는 5개이다. 하나의 측정 영역에는 다른 측정 영역과 측정 프로브 수가 다를 수 있다. 각각의 측정 프로브는 압력을 정의하기 위해 배열되며, 이러한 측정된 압력을 기반으로 하여 각 측정 영역의 평균 압력을 계산할 수 있다. 도 7, 도 8 및 도 9에서, 각각의 측정 프로브(21a1, 21a2, 21b1, 21b2) 옆에는 벽(23a1, 23a2, 23b1, 23b2)이 있다. 그러나 하나의 벽이 있을 수 있으며 두 개 이상의 측정 프로브가 해당 벽 옆에 위치할 수 있다. 각각의 측정 영역(설명에 설명된 실시예에서)은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 하나 초과의 측정 프로브와 벽 또는 벽들을 가질 수 있다.
측면벽에 가장 가까운 측정 프로브는 댐퍼 또는 덕트의 가장 가까운 측면벽(측정 프로브가 설치된 위치에 따라 다름)으로부터 거리(X)(도 8에 표시되지만 모든 실시예에 적용됨)에 배열된다. 거리(X)는 고정될 수 있거나 댐퍼의 폭(W)(도 8에만 도시되지만 직사각형 댐퍼 또는 덕트의 모든 실시예에 적용됨)에 따라 달라질 수 있다. 선택적으로 거리(X)는 최소 30mm, 50mm, 100mm, 150mm 또는 350mm이다. 선택적으로 거리(X)는 50 내지 150mm이다. 선택적으로 거리(X)는 폭 W의 1/3 또는 그 미만이다. 예를 들어 폭(W)이 200mm인 경우, 거리(X)는 66mm이다. 당연히, 이러한 거리 옵션은 댐퍼 및/또는 측정 프로브가 고정되는 덕트는 직사각형 단면을 갖는 실시예에 적용된다. 선택적으로 각각의 측정 프로브는 각각의 수직 벽으로부터 적어도 거리(X)(위에 표시된 선택적 값)에 있다.
도 10은 동일한 평면에 수직 방향으로 배열된 2개의 댐퍼 블레이드(11a, 11b)를 갖는 댐퍼(10)의 단면도를 도시한다. 이 도면의 댐퍼 블레이드는 부분적으로 개방되어 있다. 선택적으로, 댐퍼(10)는 3개 이상의 댐퍼 블레이드를 포함할 수 있다. 댐퍼 블레이드의 수에 관계없이, 측정 영역과 측정 프로브는 도 1 내지 도 9와 함께 설명된 대로 제공될 수 있다.
도 11은 댐퍼(및 댐퍼가 조립되는 덕트)의 단면적이 원형인 댐퍼(10)의 단면도를 도시한다. 덕트나 댐퍼의 형상에 관계없이, 측정 영역(20a, 20b, ...) 및 측정 프로브(21a1, 21a2, 21b1, 21b2, ...)는 도 1 내지 도 10과 함께 설명된 바와 같이 제공될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 원형 덕트 또는 댐퍼에는 별도의 표면이 없다. 따라서, 측정 영역이 댐퍼 블레이드 또는 블레이드들의 회전 축선(12) 아래 및/또는 위에 수직 방향으로 위치한다는 것이 이해되어야 한다. 측정 프로브(21a1, 21a2, 21b1, 21b2, ...)는 댐퍼 블레이드의 회전 축선(12)에 대해 각도(α)를 이루도록 위치될 수 있다. 도 11에서는 측정 프로브(21a1, 21a2)에 대해 각도(α)가 그려져 있지만, 이는 측정 프로브 각각 하나에 적용된다는 점을 이해해야 한다. 각각의 측정 프로브의 각도(α)는 동일할 수도 있고 측정 프로브에 따라 다를 수도 있다. 각도(α)는 예를 들어 0, 15, 30, 45, 60, 75 또는 90도일 수 있다. 선택적으로, 각도(α)는 언급된 각도 값의 범위, 예를 들어, 15도에서 75도, 15도에서 45도, 45도에서 90도 등에 있을 수 있다. 덕트의 축 방향에서, 측정 프로브의 서로 및/또는 블레이드(들)의 회전 축선(12)으로부터의 거리가 직사각형 덕트/댐퍼와 관련하여 설명된 대로일 수 있다. 댐퍼가 원형 형상을 갖고, 측정 프로브가 각도 0(회전 축선(12)과 동일한 평면)에 위치하는 실시예에서, 댐퍼 블레이드(11)의 회전 축선(12)은 측정 영역(20a, 20b) 등의 제 1 벽 및/또는 제 2 벽 등을 형성할 수 있다, 즉 측정 프로브 및 측정 지점 중 적어도 일부 또는 전부가 회전 축선 옆에 배열된다.
도 12a 및 도 12b는 측정 프로브와 벽으로 구성된 측정 영역을 보여준다. 도면의 참조번호는 제 1 측정 영역(20a)을 지칭하지만, 실시예는 본 명세서에 설명된 실시예 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 도 12a 및 도 12b는 측정 영역의 구성 요소가 서로 어떻게 관련될 수 있는지 보여준다. 도 12a에서, 측정 프로브(21a)는 압력을 측정하는 데 사용되는 측정 지점(22a)을 포함한다. 측정 지점은 공기 덕트 또는 채널에 연결될 수 있으며, 이는 압력을 측정하기 위한 센서에 추가로 연결된다. 측정 영역은 측정 프로브(21a)의 통합 부분인 벽(23a)을 포함한다. 도 12b에서, 측정 프로브(21a)는 압력을 측정하는 데 사용되는 측정 지점(22a)을 포함한다. 측정 지점은 공기 덕트 또는 채널에 연결될 수 있으며, 이는 압력을 측정하기 위한 센서에 추가로 연결된다. 측정 영역은 측정 프로브(21a)의 일부를 분리하는 벽(23a)을 포함한다.
도 13 및 도 14는 측정 프로브로부터 일정 거리에 위치한 측정 센서 또는 센서들(50a, 50b)을 포함하는 측정 유닛을 갖는 공기 흐름 제어 유닛을 도시한다. 각각의 측정 프로브는 하나의 측정 센서(도 14 참조)에 연결(점선)되거나 두 개 이상의 측정 프로브가 동일한 측정 센서(도 14 참조)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 댐퍼 입구 측면의 제 1 측정 영역에 있는 측정 프로브 또는 프로브들은 제 1 측정 센서에 연결될 수 있고, 댐퍼 출구 측면의 제 2 측정 영역에 있는 측정 프로브 또는 프로브들은 동일한 제 1 측정 센서에 연결될 수 있다. 측정 프로브는 공기 채널을 통해 측정 센서에 연결될 수 있다. 측정 센서 또는 센서들은 도 1 내지 도 11과 함께 설명된 실시예 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 센서는 예를 들어 압력 변환기일 수 있다.
도 15는 제어기(60)에 연결된 측정 유닛을 갖는 공기 제어 유닛을 도시한다. 제어기는 압력 측정 데이터, 예를 들어, 측정 유닛의 압력 데이터 또는 압력 차이를 수신하고, 선택적으로 댐퍼의 입구 측면과 출구 측면 사이의 압력 차이를 계산하도록 구성된다. 제어기는 댐퍼 블레이드 위치에 대한 위치 데이터를 수신할 수 있도록 댐퍼 블레이드와 연결될 수 있다. 제어기는 댐퍼 블레이드에 직접 연결되거나 댐퍼 블레이드를 제어하는 모터를 통해 연결될 수 있다. 제어기(60)는 압력차를 기반으로 하여 댐퍼의 위치를 조정하는 적어도 하나의 댐퍼 블레이드를 제어하는 모터와 연결될 수 있다. 제어기는 압력차와 댐퍼 위치를 기반으로 하여 댐퍼를 통과하는 공기 흐름량을 계산하고/하거나 계산된 공기 흐름량과 주어진 설정점을 기반으로 하여 환기를 조정하도록 구성될 수 있다. 주어진 설정점은 예를 들어 공간으로 확산하는 데 필요한 특정 양의 공기일 수 있다. 제어기는 압력 데이터, 즉 압력차를 수신하기 위해 측정 유닛의 센서 또는 센서들에 연결될 수 있다.
공기 흐름량을 계산하기 위해 다양한 K-인자가 제어기에 저장될 수 있다. 예를 들어, 각각의 댐퍼 블레이드 개방 각도에는 공기 흐름을 계산하기 위해 저장된 자체 K-인자가 있을 수 있다. 따라서, 공기 흐름 제어 유닛은 댐퍼 블레이드 개방 각도에 따라 가변적인 K-인자를 사용할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 각각 자신의 회전 축선을 갖고 각각의 댐퍼 블레이드가 하나의 회전 축선을 중심으로 회전하도록 배열된 2개의 댐퍼 블레이드(11)를 갖는 직사각형 댐퍼의 측단면도를 도시한다. 제 1 댐퍼 블레이드(11a)와 제 2 댐퍼 블레이드(11b)는 각각의 댐퍼 블레이드의 회전 축선이 서로 평행하고 공기 흐름 방향에 대해 동일 평면 상에 배열되도록 배열된다, 즉, 회전 축선은 공기 흐름 방향에 수직인 평면에 배열된다. 댐퍼 블레이드(11) 또는 그 축선은 측정 영역(20c, 20d) 등을 갖는 벽에 수직인 댐퍼의 측면벽에 체결될 수 있다. 두 개의 댐퍼 블레이드(11a, 11b)는 인접한 댐퍼 블레이드가 반대 방향으로 회전하여 개방되도록 배열된다. 도 16a에서, 두 개의 댐퍼 블레이드들 사이의 각도는 공기가 흐르는 방향을 향해 개방된다. 예를 들어, 도 16a에 표시된 것처럼, 공기 흐름 방향은 중공형 화살표로 표시되며 공기는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르고 댐퍼 블레이드는 공기 흐름에 대해 개방된다. 공기 흐름이 댐퍼 블레이드에 영향을 미칠 때, 댐퍼 블레이드는 공기 흐름의 적어도 일부를 댐퍼 블레이드 사이로 흐르게 한다. 또 다른 예에서, 도 16b에 표시된 것처럼, 공기 흐름 방향은 중공형 화살표로 표시되고 공기는 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르며 댐퍼 블레이드는 (공기 흐름 방향에 관련하여 ) 도 16a에서 보다 반대 방향으로 개방된다, 즉, 인접한 댐퍼 블레이드 사이의 각도는 공기가 흐르는 방향으로 개방된다. 공기 흐름이 댐퍼 블레이드에 영향을 미칠 때, 댐퍼 블레이드는 공기 흐름의 적어도 일부를 댐퍼 블레이드와 댐퍼 벽 사이로 흐르게 한다. 4개 이상의 댐퍼 블레이드가 짝수로 제공되는 실시예에서, 인접한 2개의 댐퍼 블레이드(하부벽 또는 상부벽에서 시작)는 전술한 바와 같이 개방되도록 배열될 수 있다. 도 16a 또는 도 16b와 관련하여 여기에 설명된, 댐퍼 블레이드는 본 개시 내용에 설명된 실시예 중 어느 하나, 특히 직사각형 댐퍼가 제공되는 실시예에 구현될 수 있다.
다음의 특징은 각각의 실시예와 함께 제시되지 않더라도 본 명세서에 설명된 임의의 실시예에 포함될 수 있다, 즉, 다음의 특징은 본 명세서에 설명된 모든 실시예에 대한 선택적인 특징이다.
측정 영역의 각각의 벽 또는 적어도 일부 벽은 수직이거나 공기 흐름 방향에 대해 기울어질 수 있다, 즉 각도를 형성할 수 있다. 벽은 상기 벽 옆에 있는 측정 프로브의 측정 지점 주위로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 만곡된 벽은 측정 지점을 중심으로 45~270도를 둘러쌀 수 있다. 선택적으로 만곡된 벽은 측정 지점을 중심으로 45~180도, 45~135도, 45~90도로 둘러쌀 수 있다. 선택적으로 범위의 최소값은 30도, 20도 또는 10도일 수 있다.
적어도 일부 또는 모든 벽은 댐퍼 케이싱의 일부일 수 있다. 선택적으로 벽은 댐퍼 또는 덕트에 체결된 별도의 구성 요소이다.
적어도 하나 또는 각각의 벽은 벽의 높이(들)가 3~30mm가 되도록 댐퍼 또는 덕트의 중심을 향해 연장될 수 있다. 선택적으로 높이는 3 내지 20mm, 3 내지 15mm, 3 내지 10mm, 또는 3 내지 5mm이다. 선택적으로, 범위의 하한은 1mm 또는 2mm일 수 있다. 선택적으로 벽의 높이는 10~15mm 또는 10~20mm이다.
측정 프로브는 세장형 몸체를 축 방향으로 관통하는 구멍을 포함하는 세장형 몸체를 갖는 유닛일 수 있다. 구멍은 측정 프로브를 압력 센서에 연결하기 위한 공기 채널에 연결될 수 있다. 공기 채널은 유연할 수도 있고 또는 견고한 채널, 튜브 또는 파이프일 수도 있다. 구멍은 측정 프로브의 측정 지점을 정의한다. 벽은 측정 프로브의 필수적인 부분이 될 수 있으므로 벽은 댐퍼의 중심을 향해 그리고 구멍과 평행한 방향으로 연장된다.
댐퍼/덕트의 동일한 벽에 있는 측정 영역은 댐퍼 반대 측면의 측정 영역 사이의 최대 거리가 댐퍼 블레이드 또는 블레이드들의 길이의 2.5 배가 되도록 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 댐퍼의 반대 측면에 있는 측정 영역들 사이의 최대 거리는 댐퍼 블레이드 또는 블레이드들의 길이(댐퍼 블레이드의 팁((tip)들 사이의 거리)의 2배이다. 댐퍼의 반대 측면에서 측정 영역 사이의 최소 거리는 0 mm, 댐퍼 블레이드 길이의 0.5 배 또는 댐퍼 블레이드 길이의 0.8 배일 수 있다. 최대 및 최소 거리는 공기 흐름 방향에서 동일한 선상에 있는 두 측정 영역들 사이의 거리이다.
댐퍼/덕트의 동일한 벽에 있는 측정 프로브는 입구 측면에서의 측정 프로브와 출구 측면에서의 측정 프로브 사이의 최대 거리가 댐퍼 블레이드 또는 블레이드들의 길이의 2.5배가 되도록 위치될 수 있다(댐퍼 블레이드 팁들 사이의 거리). 일 실시예에서, 댐퍼의 반대 측면에 있는 측정 프로브들 사이의 최대 거리는 댐퍼 블레이드 또는 블레이드들의 길이의 2배이다. 댐퍼 반대 측면에 있는 측정 프로브들 사이의 최소 거리는 0 mm, 댐퍼 블레이드 길이의 0.5 배 또는 댐퍼 블레이드 길이의 0.8 배일 수 있다. 최대 및 최소 거리는 공기 흐름 방향에서 동일한 라인에 있는 두 측정 프로브들 사이의 거리이다.
측정 프로브와 측정 영역의 벽은 체결되거나 댐퍼 구조의 일부이거나 덕트 벽에 체결될 수 있다.
덕트는 원형 또는 직사각형일 수 있으며, 덕트에 설치된 댐퍼도 유사한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 원형 덕트에 원형 댐퍼를 설치할 수 있다.
댐퍼의 입구 측면 및/또는 출구 측면은 압력을 측정하기 위한 측정 프로브와 벽을 각각 포함하는 하나 초과의 측정 영역을 포함할 수 있다. 선택적으로, 하나의 측정 영역은 하나 초과의 측정 프로브와 하나 초과의 벽으로 구성된다. 선택적으로, 하나의 측정 영역은 하나 초과의 측정 프로브와 이러한 측정 프로브 옆에 있는 하나의 더 넓은 벽(예: 앞에서 설명한 돌출부)을 포함한다.
측정 영역은 덕트나 댐퍼의 서로 다른 벽에 위치할 수 있다. 예를 들어, 측정 영역은 댐퍼 또는 덕트의 하부 벽에 위치할 수 있고/있거나 측정 영역은 댐퍼 또는 덕트의 상부 벽에 위치할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로 댐퍼 또는 덕트의 측면벽 또는 측면벽들에는 측정 영역이 있을 수 있다.
댐퍼는 하나 이상의 댐퍼 블레이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 댐퍼는 4개의 댐퍼 블레이드 중 2개, 3개를 포함할 수 있다. 선택적으로, 댐퍼 블레이드의 개수는 짝수, 즉 2, 4, 6 등이다.
공기 흐름 제어 유닛은 건물의 환기 시스템의 일부일 수 있으며, 이 시스템은 본 명세서에 설명된 임의의 실시예에 따른 여러 개의 공기 흐름 제어 유닛을 포함한다. 각각의 공기 흐름 제어 유닛은 단일 공간의 환기를 제어하도록 구성될 수도 있고, 하나의 공기 흐름 제어 유닛이 여러 공간의 환기를 제어하도록 구성될 수도 있다. 본 개시에 따른 공기 흐름 제어 유닛을 사용하면, 공기 흐름에 난기류 또는 다른 일탈 또는 교란을 야기하는 물체에 더 가깝게 댐퍼를 설치하는 것이 가능하다. 예를 들어 턴(turn), 엘보우(elbow), 또는 T-조인트(T-joint)는 흐름 방해를 일으키며 기존 디바이스 및 시스템은 압력을 측정하기 위해 이러한 물체로부터 먼 거리를 필요로 하였다. 측정 영역에 벽 구조를 사용하면 이러한 요구 사항이 제거되고 공기 흐름 제어 유닛을 물체에 훨씬 더 가깝게 설치하여 공기 흐름을 방해할 수 있다. 따라서, 현재 시스템과 유닛은 기존 시스템보다 적은 공간을 필요로 한다.
공기 흐름은 본 명세서에 설명된 실시예 중 어느 하나에 따른 공기 흐름 제어 유닛을 사용하여 조정된다. 이 방법은 다음 단계로 구성된다:
g. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 전방의 압력을 측정하는 단계,
h. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 후방의 압력을 측정하는 단계,
i. 압력차를 검출하는 단계,
j. 적어도 하나의 댐퍼 블레이드 위치에 대한 정보를 수신하는 단계,
k. 압력차와 댐퍼 위치를 기반으로 하여 댐퍼를 통과하는 공기 흐름량을 계산하는 단계,
l. 계산된 공기 흐름량과 주어진 설정값을 기반으로 하여 환기를 조정하는 단계.
압력은 댐퍼의 각각의 측면에 있는 하나의 측정 프로브를 사용하여 측정할 수 있거나 댐퍼 블레이드의 각각의 측면에 여러 개의 측정 프로브를 배열할 수 있다. 댐퍼의 같은 측면이나 다른 측면에 있는 서로 다른 측정 프로브의 측정 데이터를 평균화할 수 있다.
댐퍼를 통한 공기 흐름량 또는 용적을 계산하기 위해 공기 흐름 제어 유닛은 댐퍼 블레이드 개방 각도에 따라 달라지는 가변 K-인자를 사용할 수 있다.
주어진 설정점은 댐퍼를 통해 흐르거나 실내 또는 공간으로 유입되어야 하는 원하는 공기의 양이다.
도면은 축척으로 그려진 것이 아니며 단지 설명의 목적으로만 사용된다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 측정 영역의 벽과 측정 프로브 크기는 해당 위치와 세부 사항을 보다 명확하게 표시하기 위해 과장되었다.
본 발명이 특정 유형의 디바이스와 결합하여 설명되었지만, 본 발명이 임의의 특정 유형의 디바이스에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명이 다수의 예시적인 실시예 및 구현과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 오히려 다음의 청구범위의 범위 내에 속하는 다양한 수정 및 등가 배열을 포괄한다.

Claims (18)

  1. 덕트(duct) 내의 공기 흐름(air flow)을 제어하고 상기 덕트에 설치되는 댐퍼(damper; 10)를 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛(air flow control unit)으로서,
    - 상기 공기 흐름이 상기 댐퍼로 들어가는 입구 측면(inlet side),
    - 상기 공기 흐름이 상기 댐퍼를 빠져나가는 출구 측면(outlet side), 및
    - 상기 입구 측면과 상기 출구 측면 사이에 배열되고, 상기 공기 흐름 방향에 수직인 축(12)을 중심으로 회전하도록 구성된, 적어도 하나의 댐퍼 블레이드(damper blade; 11)를 포함하고,
    상기 공기 흐름 유닛은 적어도 2개의 측정 영역(20a, 20b, 20c, ...)을 포함하는 측정 유닛을 포함하여 하나의 측정 영역이 다른 측정 영역과 공기 흐름 방향으로 상기 댐퍼(10)의 반대측에 배열되고, 각각의 측정 영역은 압력을 측정하기 위한 측정 지점(22a, 22b, 22c, ...)을 갖는 적어도 하나의 측정 프로브(measurement probe; 21a, 21b, 21c, ...)를 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛에 있어서,
    상기 제 1 측정 영역(20a)은 상기 댐퍼(10)의 입구 측면에 배열되고, 상기 제 1 측정 영역은 제 1 측정 지점(22a)을 갖는 제 1 측정 프로브(21a), 및 공기 흐름 방향의 제 1 측정 지점 후방에 위치하여 상기 제 1 측정 영역(20a)에서 공기 흐름의 변화를 유발하는 제 1 벽(23a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐퍼(10)의 출구 측면에는 제 2 측정 영역(20b)이 배열되고, 상기 제 2 측정 영역은 제 2 측정 지점(22b)을 갖는 제 2 측정 프로브(21b) 및 상기 제 2 측정 지점(22b) 전방에 공기 흐름 방향으로 제 2 측정 영역의 공기 흐름을 변화시키는 제 2 벽(23b)을 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(23a)과 상기 제 2 벽(23b) 중 적어도 하나는 공기 흐름 방향에 수직인, 공기 흐름 제어 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(23a)과 제 2 벽(23b) 중 적어도 하나는 상기 공기 흐름 방향과 각도를 이루는, 공기 흐름 제어 유닛.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽(23a, 23b, 23c, ...) 중 적어도 하나는 상기 벽 옆의 측정 지점 주위로 부분적으로 만곡(curving)되는, 공기 흐름 제어 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 만곡된(curved) 벽은 상기 측정점을 중심으로 45 내지 270도로 둘러싸는, 공기 흐름 제어 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 측정 영역의 벽(23a, 23b, 23c, ...)은 상기 측정 영역(20a, 20b, 20c, ...)에 있는 측정 프로브(21a, 21b, 21c, ...)의 일체형 부분(integrated part)인, 공기 흐름 제어 유닛.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(23a)과 상기 제 2 벽(23b) 중 적어도 하나는 상기 댐퍼(10)의 일체형 부분이어서 상기 댐퍼(10)의 케이싱(casing)이 벽을 형성하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 벽(23a)과 상기 제 2 벽(23b) 중 적어도 하나는 상기 덕트의 벽에 설치되도록 배열되는, 공기 흐름 제어 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벽(23a, 23b, 23c, ...)의 높이는 3 내지 30mm인, 공기 흐름 제어 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 측정 데이터를 수신하고 상기 댐퍼의 입구 측면과 출구 측면 사이의 압력차를 계산하기 위해 상기 측정 유닛에 연결되는 제어기(30)를 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기(60)는 압력차를 기반으로 하여 상기 댐퍼의 위치를 조정하기 위해 적어도 하나의 댐퍼 블레이드(11)를 제어하는 모터와 연결되는, 공기 흐름 제어 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은 상기 댐퍼(10)의 각각의 측면에 2개 이상의 측정 영역(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 댐퍼의 각각의 측면은 공기 흐름 방향으로 4개의 측정 프로브를 포함하는, 공기 흐름 제어 유닛.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 댐퍼의 각각의 측면의 압력은 평균화되는, 공기 흐름 제어 유닛.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 측면의 측정 프로브와 상기 출구 측면의 측정 프로브 사이의 최대 거리는 상기 댐퍼 블레이드(11)의 길이의 2.5배인, 공기 흐름 제어 유닛.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 2개 이상의 공기 흐름 제어 유닛을 포함하는, 건물의 환기 시스템(ventilation system).
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 공기 흐름 제어 유닛을 이용하여 환기를 조정하기 위한 방법으로서,
    m. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 전방의 압력을 측정하는 단계,
    n. 공기 흐름 방향으로 댐퍼 후방의 압력을 측정하는 단계,
    o. 압력차를 검출하는 단계,
    p. 적어도 하나의 댐퍼 블레이드(11) 위치에 대한 정보를 수신하는 단계,
    q. 압력차와 댐퍼 위치를 기반으로 하여 상기 댐퍼를 통과하는 공기 흐름량(air flow amount)을 계산하는 단계,
    r. 계산된 공기 흐름량과 주어진 설정값을 기반으로 하여 환기를 조정하는 단계를포함하는, 환기를 조정하기 위한 방법.
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