KR20090025834A - 공기조화시스템의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명은 전열교환기의 환기운전을 위한 공기조화시스템의 제어방법에 있어서, 실외온도가 실내온도보다 낮다면, 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내인지 비교하고, 상기 비교결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내라면, 상기 전열교환기를 일반 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 없이 환기되도록 한다.

공기 조화기, 전열교환기, 환기

Description

공기조화시스템의 제어방법{The Control Method Of an Air Conditioning System}

본 발명은 공기조화 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 및 실외온도에 따라 공기조화기와 전열교환기를 연동 제어하는 공기조화 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 냉매가 순환되는 통상의 냉동사이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의해 열교환된 공기(냉기 또는 온기)를 토출하여 실내온도를 조절한다.

하지만, 최근에는 공기조화기가 설치되는 건물의 크기가 고층화되고, 건물내 실내 공기의 환기에 대한 필요성이 부각되면서 냉난방과 실내공기의 환기를 효율적으로 제어할 수 있는 공기조화기와 전열교환기를 연동하여 제어하는 공기조화 시스템의 급속한 연구 개발이 이루어지고 있다.

일반적으로 전열교환기는 건물 공기조화 시스템의 일부 구성요소로 사용되는 것으로, 건물을 환기하기 위해 실내공기는 실외로 배출하고 실외공기는 실내로 흡 입하며, 내부에 실내로 흡입되는 실외공기가 통과하는 유로와 실외로 토출되는 실내공기가 통과하는 유로가 서로 교대로 적층되어 실내외 공기가 서로 혼합되지 않고 교차하면서 전열 교환되도록 하는 열교환소자가 마련되어 전반적인 열손실을 저감할 수 있도록 되어 있다.

이러한 종래 공기조화 시스템에서 전열교환기는 실내 공기의 환기만을 담당하였고, 공기조화기는 실내 공기의 냉난방만을 담당하도록 설정되었다.

그러나, 이러한 종래 공기조화 시스템은 공기조화기가 냉방운전을 수행하고 실외온도가 실내온도보다 낮은 경우에도, 전열교환기는 단순히 실내 공기를 실외공기와 열교환 하여 환기를 함으로써, 공기조화기가 불필요하게 가동되어 공기조화시스템에서 전력이 효율적으로 소모되지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 실내 및 실외 온도를 이용하여 공기조화기 및 전열교환기를 제어하는 공기조화 시스템의 제어방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전열교환기의 환기운전을 위한 공기조화시스템의 제어방법에 있어서, 실외온도가 실내온도보다 낮다면, 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내인지 비교하고, 상기 비교결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내라면, 상기 전열교환기를 일반 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 없이 환기되도록 한다.

또한, 상기 실외온도가 실내온도보다 높다면, 상기 전열교환기를 열교환 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 하여 환기되도록 한다.

또한, 상기 비교 결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 밖이라면, 상기 전열교환기를 열교환 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 하여 환기되도록 한다.

또한, 상기 일반 환기운전은 실내 공기가 상기 전열교환기의 흡입유로와 배출유로 사이에 설치된 댐퍼를 통하여 실외로 배출되고, 실외 공기는 전열교환기의 열교환소자를 통하여 실내로 흡입되어 실내외 공기간의 열교환이 발생하지 않는 환기운전이며, 상기 열교환 환기운전은 실내공기와 실외공기가 열교환 소자를 통하여 열교환되는 환기운전이다.

또한, 실내를 냉난방하는 공기조화기를 더 포함하고, 상기 전열교환기의 일반 환기운전시 상기 공기조화기가 냉방운전을 수행중이라면, 상기 공기조화기의 냉방운전을 정지시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 실내 및 실외 온도를 사용하여 공기조화기 및 전열교환기를 제어하여 공기조화 시스템에서 소모되는 에너지를 감소시킨 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화 시스템은 건물의 환기를 관리하는 전열교환기(100), 건물 실내의 냉난방을 담당하는 공기조화기(200), 실내 온도센서(400)와 실외 온도센서(500) 그리고 이산화탄소 센서(600)에서 전송되는 데이터를 이용하여 공기조화기(200)와 전열교환기(100)를 제어하는 중앙제어기(300)로 구성된다.

공기조화기(200)는 고온의 냉매를 토출하는 압축기(240), 압축기(240)를 구동시키는 압축기 구동부(230), 실내열교환기(미도시)에서 열교환된 공기를 실내로 송풍하는 실내팬(260), 실내팬(260)을 구동시키는 실내팬 구동부(250), 중앙제어기(300)의 제어에 의하여 각 구동부들을 제어하여 건물 실내의 냉난방을 제어하는 냉난방 제어부(220)로 구성된다. 냉난방 제어부(220)는 중앙제어기(300)의 제어에 의하여 냉방운전 또는 난방운전을 수행하도록 설정된다.

전열교환기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10)를 구비하며, 내부에 실외공기를 실내로 안내하는 흡입유로(11)와 실내공기를 실외로 안내하는 배출유로(12)가 대각선으로 구획 마련된다.

본체(10) 일측에는 실내공기가 흡입되는 실내 흡기구(12a)와 실외공기가 실내로 배출되는 실내 배기구(11b)가 마련되고, 본체(10) 타측에는 실외 공기가 흡입되는 실외 흡기구(11a)와 실내 공기가 실외로 배출되는 실외 배기구(12b)가 각각 마련된다. 그래서, 실외 흡기구(11a)와 실내 배기구(11b)가 흡입유로(11)에 의해 연결되어 있으며, 실내 흡기구(12a)와 실외 배기구(12b)가 배출유로(12)에 의해 연결되어 있다.

또한, 흡입유로(11)와 배출유로(12)에는 공기가 유로를 따라 유동할 수 있도록 송풍력을 발생시키는 흡기팬(11c)과 배기팬(12c)이 각각 배치되어 있다. 그래서, 흡기팬(11c)과 배기팬(12c)의 동작에 따라 실외공기와 실내공기가 각각 흡입유로(11) 및 배출유로(12)를 따라 원활하게 유동함으로써, 실내의 환기가 신속하게 이루어질 수 있도록 되어 있다.

또한, 흡입유로(11)와 배출유로(12)는 실내로 흡입되는 실외공기와 실외로 배출되는 실내공기가 서로 열교환될 수 있도록 그 중도에서 서로 교차하도록 되어 있으며, 그 교차지점에는 흡입유로(11)를 통과하는 공기와 배출유로(12)를 통과하는 공기가 서로 혼합되지 않으면서도 서로 열교환 할 수 있게 하는 열교환소자(15)가 배치되어 있다.

열교환소자(15)는 일반적으로 온도차가 있는 실내 및 실외공기를 서로 다른 유로로 통하게 하되, 서로 다른 유로의 층을 형성하는 고효율의 열교환 막에 의하여 잠열을 교환하는 습기와 현열을 교환하는 열에 의해 전열 교환을 일으키도록 한다. 이러한 환기장치는 바람직하게는 다수의 골이 형성된 패널과 평판 형태의 패널이 반복적으로 적층된 형태로 이루어지며, 대략 사각기둥형태로 형성된다. 또한, 다수의 골이 형성된 패널은 골의 방향이 직각으로 교차하도록 적층되어 실내공기와 실외공기가 섞이지 않은 채 통과하면서 상호 전열 교환을 할 수 있도록 마련된다.

또한, 전열교환기 본체(10)의 실내 흡기구와 실외 배기구 사이에는 댐퍼(70)가 설치되며, 댐퍼(70)가 오픈되면 실내에서 흡입되는 실내공기는 열교환소자(15)를 통하지 않고 댐퍼를 통하여 실외 배기구로 배출된다. 실내공기가 열교환소자(15)를 통하지 않고 댐퍼(70)를 통하여 실외로 배출되면, 실외에서 흡입되어 실내로 흡입되는 흡입공기는 상기 배출되는 공기와 상호 전열 교환을 하지 않으므로, 실내로 흡입되는 실외공기는 실외에서의 온도 상태를 그대로 유지하며 실내로 흡입된다.

전열교환기(100)는 도 2 에 도시된 구성요소 외에 급기팬(11c) 및 배기 팬(12c)을 회전시키는 팬구동부(50), 댐퍼(70)의 오픈 및 클로우즈를 구동하는 댐퍼구동부(60), 중앙 제어기(300)의 제어에 의하여 팬구동부(50) 및 댐퍼구동부(60)를 구동하여 실내공기를 환기하는 환기제어부(40)를 포함하여 구성된다.

환기제어부(40)는 중앙제어기(300)의 제어신호에 의하여 환기운전이 제어되며, 환기제어부(40)는 일반 환기운전 및 열교환 환기운전을 지원하도록 설정되어 있다. 일반 환기운전은 실내공기와 실외 공기가 열교환 없이 환기하는 운전으로, 환기제어부(40)는 댐퍼구동부(60)를 구동하여 댐퍼(70)를 오픈시켜 실내에서 흡입되는 공기가 열교환소자(15)를 통하지 않고 댐퍼(70)를 통하여 실외 배기구로 배출되도록 하며, 이때, 실외에서 흡입되는 공기는 열교환소자(15)를 통하여 실내로 배출되도록 하여, 실내공기와 실외공기 사이에 열교환이 일어나지 않도록 한다. 또한, 열교환 환기운전은 실내공기와 실외 공기가 열교환하여 환기운전하는 것으로, 환기제어부(40)는 댐퍼구동부(60)를 구동하여 댐퍼(70)를 클로우즈하여 실내에서 흡입되는 공기가 열교환소자(15)를 통하여 실외로 배출되도록 하고, 실외에서 흡입되는 공기 또한 열교환소자(15)를 통하여 실내로 배출되도록 하여, 실내공기와 실외공기가 열교환소자(15)에서 열교환이 일어나도록 한다.

중앙제어기(300)는 실내온도센서(400)에서 측정된 실내온도가 실내 냉방을 위하여 설정된 실내온도보다 높다면 공기조화기(200)의 냉난방제어부(220)에 냉방운전 신호를 보내, 냉난방제어부(220)가 냉방운전을 수행하도록 설정된다.

중앙제어기(300)는 이산화탄소센서(600)에서 측정된 이산화탄소 농도를 입력받아, 상기 입력된 이산화 탄소 농도가 기 설정되어 있는 실내 이산화탄소 농도 기 준치를 초과하면 전열교환기(100)를 제어하여 실내공기를 환기하도록 설정된다.

또한, 중앙제어기(300)는 공기조화 시스템에서 소모되는 전력을 감소시키기 위하여 공기조화기가 냉방운전을 수행 중에 전열교환기가 환기운전을 하게 되면, 실내온도센서(400) 및 실외온도센서(500)에서 측정된 온도를 비교하여 실외온도가 실내온도보다 낮으면 실외의 공기를 실내로 열교환 없이 흡입하여 실내를 냉방하도록 설정된다. 여기서, 본 발명의 일실시예에서는 중앙제어기(300)는 공기조화기(200)의 냉방운전을 정지시켜 소모되는 전력을 감소시키지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고 공기조화기(200)와 전열교환기(100)를 함께 구동시켜 실내의 냉방 시간을 단축하는 것도 포함한다.

한편, 실외온도가 너무 낮거나 높은 상태에서 단순히 실외온도가 실내온도보다 낮은 정보를 이용하여 전열교환기에 일반 환기운전을 수행시키면, 공기조화기(100)의 냉방운전이 방해를 받게 된다. 따라서, 중앙제어기(300)에는 전열교환기(100)의 일반 환기운전을 위한 일정 범위의 온도가 설정되며, 실외온도가 상기 일정범위의 온도에 해당할 때 중앙제어기(300)는 전열교환기(100)의 환기제어부(40)에 일반 환기운전을 수행하도록 신호를 보낸다.

예를 들어, 상기 실외온도가 공기조화기가 냉방운전을 하도록 설정된 실내설정온도보다 너무 낮으면, 이 실외공기가 실내로 들어오면 급격히 실내온도를 하강시켜 실내에 있는 사용자에게 불편함을 제공할 수 있다. 또한 실외 온도가 너무 낮으면 계절적으로 여름이 아닐 수도 있으므로, 적합한 공기조화 시스템이 구동되지 못한다.

그리고, 실외온도가 실내온도보다는 낮지만, 실외온도 및 실내온도 모두 높은 온도인 경우(예를들어, 여름철의 열대야 환경), 공기조화기의 냉방운전이 종료된 상태에서 실외의 높은 온도를 가지는 공기를 흡입하여 실내를 냉방시키는 효과는 미약하기 때문에 사용자에게 더위를 느끼게 하는 불편함을 제공한다.

따라서, 중앙제어기(300)에는 상기 문제점을 해결하기 위하여 실외온도의 상한온도 및 하한온도가 설정되어 있어, 이 설정된 온도범위에 실외온도가 해당하는 경우 전열교환기(100)의 환기제어부(40)에 열교환 없는 일반 환기운전 수행신호를 보내도록 설정된다.

중앙제어기(300)에는 상기 실외온도가 실내온도보다 높은경우, 실외 온도가 설정된 온도범위에 해당하지 않는 경우, 그리고 공기조화기가 냉방운전이 아닌 경우에는 전열교환기(100)에 열교환 환기운전 수행신호를 보내도록 설정된다.

한편, 외부와 연통되는 상기 본체(10)에는 실외온도를 측정하기 위한 실외온도센서(500)가 설치된다. 그리고 실내온도 센서(400) 및 이산화탄소 센서(600)는 실내 천장 또는 공기조화기에 장착되어 실내온도 도는 이산화탄소 농도를 측정함이 바람직하다.

이하에서는 도 4 를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화 시스템의 냉방운전 제어방법을 설명한다.

공기조화 시스템이 가동되면, 중앙제어기(300)는 실내외 온도센서 및 이산화탄소 센서에서 측정된 실내외 온도 및 실내 이산화탄소 농도에 관한 데이터를 입력받는다(700).

700 단계에 의하여 중앙제어기(300)에 각 센서에서 측정된 데이터들이 입력되면, 중앙 제어기(300)는 공기조화기(200)의 냉방운전을 위하여 실내온도센서에서 측정된 온도가 공기조화기의 냉방운전을 위하여 설정된 온도보다 높은지 비교한다 (705).

705 단계의 비교결과 측정된 실내온도가 냉방운전을 위하여 설정된 실내온도보다 높다면 중앙제어기(300)는 공기조화기의 냉난방제어부(220)에 냉방운전신호를 전송하여 냉난방제어부(220)가 압축기 구동부(230) 및 실내팬 구동부(250)를 제어하여 공기조화기가 냉방운전을 수행하도록 한다(710).

710 단계에 의하여 공기조화기의 냉방운전이 수행되거나 705 단계에서 측정된 실내온도가 설정된 실내온도보다 낮아 공기조화기의 냉방운전이 수행되지 않는 공기조화기의 냉방 운전 여부가 결정되면, 중앙제어기(300)는 실내공기의 환기가 필요한지 판단하기 위하여 700단계에서 측정한 실내 이산화탄소 농도가 기 설정된 실내 이산화탄소 농도보다 높은지 비교하고, 만약 측정된 실내 이산화탄소 농도가 기 설정된 실내 이산화탄소 농도보다 낮다면 전열교환기를 가동하여 실내 공기를 환기할 필요가 없다고 판단하여 700단계로 돌아가 처음부터 공기조화 시스템의 제어를 다시 수행한다(715).

715 단계의 비교결과, 측정된 실내 이산화탄소의 농도가 기 설정된 실내 이산화탄소 농도보다 높다면 중앙제어기(300)는 전열교환기(100)를 일반 환기운전을 수행시킬지 아니면 열교환 환기운전을 수행시킬지 결정하기 위하여, 공기조화기(200)가 냉방운전 중인지 판단한다(720).

720 단계에서 공기조화기가 냉방운전을 수행중이라면, 중앙제어기(300)는 500단계에서 측정된 실외온도가 실내온도보다 낮은지 비교하여, 전열교환기(100)에서 실내공기를 실외공기와 열교환 없이 환기하여 실내온도보다 낮은 온도를 가지는 실외공기가 실내로 흡입되는 일반 환기운전이 가능한지 판단한다(725).

725 단계의 비교결과 실외온도가 실내온도보다 낮다면, 중앙제어기(300)는 전열교환기(100)의 일반 환기운전이 가능하다고 판단하고, 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위에 해당하여 공기조화기(200)의 냉방운전을 방해하지 않는지 판단한다(730).

725 단계의 판단결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위에 해당한다면, 중앙제어기(300)는 전열교환기(100)의 환기제어부(40)에 실외 공기와 실내공기가 열교환하지 않는 일반 환기운전을 수행하도록 하는 제어신호를 전송하고, 환기제어부(40)는 댐퍼구동부(60)를 구동하여 댐퍼(70)를 오픈시켜 실내에서 흡입되는 공기가 댐퍼(70)를 통하여 실외로 배출되도록 하여 실내공기와 실외공기 사이에 열교환이 일어나지 않는 일반 환기운전을 수행한다(735).

그리고, 중앙제어기(300)는 공기조화기(200)의 냉난방제어부(220)를 제어하여 공기조화기의 냉방운전을 정지시켜, 735 단계에서 수행되는 전열교환기의 일반 환기운전만을 사용하여 실내공기의 냉방을 수행함으로써, 상기 공기조화기(200)의 냉방운전 가동에 의하여 소모되는 전력 소모를 줄일 수 있다(740).

한편, 720 단계에서 공기조화기(200)가 냉방운전을 수행중이지 않거나, 725단계에서 실외온도가 실내 온도보다 높아 전열교환기의 일반환기운전이 필요 없는 경우, 그리고 730 단계에서 실외 온도가 기 설정된 온도범위에 해당하지 않아 공기조화기의 냉방운전을 방해하는 경우 중앙제어기(300)는 전열교환기(100)의 환기제어부(40)에 실외 공기와 실내공기가 열교환소자를 통하여 열교환되는 열교환 환기운전을 수행하도록 제어신호를 전송한다. 환기제어부(40)는 열교환 환기운전을 수행하기 위하여 댐퍼구동부(60)를 구동하여 댐퍼(70)가 클로우즈되도록 하여 실내에서 흡입되는 공기가 댐퍼를 통하지 않고 열교환소자로 흐르도록 하여, 실외공기와 실내공기가 열교환을 하는 열교환 환기운전을 수행한다(745).

740 단계 또는 745 단계가 수행되면 중앙제어기(300)는 시스템 관리자에 의하여 공기조화 시스템의 정지명령이 입력되었는지 확인하고, 정지명령이 없다면 700 단계로 돌아가 공기조화 시스템의 제어를 다시 수행한다. 만약, 시스템의 정지명령이 입력되면 중앙제어기(300)는 공기조화시스템의 제어를 종료한다(750).

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화 시스템의 제어 블록도이다.

도 2 는 도 1 에 도시된 전열교환기의 내부 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 전열교환기본체 15: 열교환소자

40: 환기제어부 50: 팬 구동부

60: 댐퍼 구동부 70: 댐퍼

100; 전열교환기 200: 공기조화기

220: 냉난방제어부 230: 압축기 구동부

240: 압축기 250; 실내팬 구동부

260: 실내팬 300: 중앙제어기

400: 실내 온도센서 500: 실외온도센서

600: 이산화탄소 센서

Claims (5)

1. 전열교환기의 환기운전을 위한 공기조화시스템의 제어방법에 있어서,

   실외온도가 실내온도보다 낮다면,

   상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내인지 비교하고,

   상기 비교결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 이내라면,

   상기 전열교환기를 일반 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 없이 환기되도록 하는 공기조화시스템의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실외온도가 실내온도보다 높다면,

   상기 전열교환기를 열교환 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 하여 환기되도록 하는 공기조화시스템의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 비교 결과 상기 실외온도가 기 설정된 온도범위 밖이라면,

   상기 전열교환기를 열교환 환기운전하여 실내 공기가 실외 공기와 열교환 하여 환기되도록 하는 공기조화시스템의 제어방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 일반 환기운전은 실내 공기가 상기 전열교환기의 흡입유로와 배출유로 사이에 설치된 댐퍼를 통하여 실외로 배출되고, 실외 공기는 전열교환기의 열교환소자를 통하여 실내로 흡입되어 실내외 공기간의 열교환이 발생하지 않는 환기운전이며,

   상기 열교환 환기운전은 실내공기와 실외공기가 열교환 소자를 통하여 열교환되는 환기운전인 공기조화 시스템의 제어방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   실내를 냉난방하는 공기조화기를 더 포함하고,

   상기 전열교환기의 일반 환기운전시 상기 공기조화기가 냉방운전을 수행중이라면, 상기 공기조화기의 냉방운전을 정지시키는 공기조화 시스템의 제어방법.

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