KR20110032474A - Heating energy supplying method in district heating system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지역난방시스템으로부터 대규모 주택단지 또는 다세대 아파트 등에 열에너지를 효율적으로 공급할 수 있는 열에너지 공급 제어방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 열저항-열용량법을 이용하여 외기온도 변화에 따른 건물의 난방부하를 산출하고, 이 산출된 난방부하에 따라 지역난방시스템으로부터의 열에너지 공급량을 적절히 조절할 수 있도록 함으로써 에너지 이용을 합리화할 수 있는 지역난방시스템의 열에너지 공급 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat energy supply control method for efficiently supplying heat energy from a district heating system to a large-scale residential complex or multi-family apartment, and more particularly, heating a building according to a change in outside temperature by using a heat resistance-heat capacity method. The present invention relates to a method for controlling the heat energy supply of a district heating system that can rationalize energy use by calculating a load and appropriately adjusting the amount of heat energy supplied from the district heating system according to the calculated heating load.
종래 대규모 아파트 단지에서는 아파트 단지별로 중앙기계실을 마련하여 두고, 이 중앙기계실에 가스보일러 등을 설치하여 이로부터 온수를 각 가정에 공급하는 소위 중앙난방식이 채택되었으나, 이러한 중앙난방식은 저층이나 음지에 위치하는 세대의 목표 실내온도에 맞추어 열에너지를 공급하기 때문에 필요 이상의 열에너지를 공급하게 되는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 방지하고자 목표 실내온도를 낮추게 되면 겨울철에 저층 세대나 최외각 세대는 실내온도가 너무 낮게 되는 문제점이 있다.Conventionally, in the large-scale apartment complexes, a so-called central heating system has been adopted in which a central machine room is provided for each apartment complex, and a gas boiler is installed in the central machine room to supply hot water from each home. There is a problem of supplying more heat energy than necessary because it supplies heat energy in accordance with the target room temperature of the generation, and if the target room temperature is lowered to prevent this problem, the low-rise generation or the outermost generation in the winter is too low. There is a problem.
상기와 같은 중앙난방식의 문제점을 해결하기 위해 최근 가스보일러 등의 독립된 보일러를 각 세대별로 설치하여 각 세대별로 난방용 에너지의 공급량을 스스로 조절할 수 있도록 함으로써 중앙난방식 에너지 공급에 따른 과도한 에너지 소비의 문제점을 해결하고자 하고 있으나, 각 세대별로 보일러를 설치하여야 하므로 추가 비용이 들며, 또한 고가의 가스를 사용함에 따라 난방비가 많이 들며, 더욱이 기존의 중앙난방식에 의해 난방용 에너지를 공급하던 아파트 단지에서는 이와 같은 독립 난방방식으로 전환하는 경우 기설치된 열교환기 등의 장비와 배관 등을 전혀 이용할 수 없다는 문제점이 있다. In order to solve the problems of the central heating system, an independent boiler such as a gas boiler is recently installed for each household, so that the amount of heating energy can be controlled by each household, thereby causing excessive energy consumption according to the central heating system. However, since each boiler needs to be installed for each household, there is an additional cost, and also expensive heating costs due to the use of expensive gas, and moreover in an apartment complex that supplies energy for heating by the existing central heating method. When switching to the independent heating method there is a problem that you can not use the equipment and piping, such as heat exchangers already installed at all.
최근 에너지 이용을 합리화하기 위한 하나의 방안으로서 어느 지역 내 건물의 한 군데 또는 여러 군데의 열원장치(熱源裝置)에서 난방용의 열을 공급하는 방식인 지역난방 시스템이 도입되고 있으며, 그 중에서도 열병합 발전소에서 전기를 생산하고 남는 열에 의해 물을 고온으로 가열하여 이 고온으로 가열된 물을 인근의 아파트 단지의 기계실에 공급하고, 이 공급된 고온의 물에 의해 아파트 단지 내 기계실의 열교환기를 통해 다시 2차적으로 물을 가열하여 난방수로 각 세대에 공급하는 방식인 열병합 지역난방 시스템이 난방비가 저렴하고 에너지 이용의 합리성을 도모할 수 있다는 이점 때문에 각광을 받고 있는데, 이 방식은 기존의 중앙난방방식의 기계실에 설치된 열교환기나 배관을 그대로 이용할 수 있다는 또 다른 장점이 있다.Recently, as a way to rationalize the use of energy, a district heating system, which is a method of supplying heat for heating from one or several heat source devices in a building in a certain area, has been introduced. Electricity is generated and the water is heated to a high temperature by the remaining heat, so that the heated water is supplied to a machine room of a nearby apartment complex. The cogeneration district heating system, which is a method of heating water and supplying it to each household with heating water, is in the spotlight because of the low heating cost and the rational use of energy, which has been applied to the existing central heating machine room. Another advantage is that the installed heat exchanger or piping can be used as it is.
열병합 발전소(지역난방 시스템)로부터 열에너지(온수)를 공급받아 아파트 단지 내의 각 세대별로 열에너지를 공급하는 방식에 대해 더 상세히 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 열병합 발전소에서 전기를 생산하고 난 후 배출되는 스팀은 발전소 내에 설치된 1차 열교환기에 의해 고온의 온수를 가열하고 난 다음 응축수가 되어 다시 보일러로 환수되고, 스팀과의 열교환에 의해 생산된 고온의 온수는 인근의 아파트 단지 기계실에 설치된 2차 열교환기로 보내어지며, 2차 열교환기에 인입된 온수는 다시 열교환을 통해 각 세대에 공급되는 물을 가열하여 온수로 만드는데 사용되고 난 다음 발전소로 환수되며, 2차 열교환에 의해 가열된 온수는 기계실에 설치된 펌프 등에 의해 각 세대로 보내져 난방용이나 급탕용으로 사용된다.When the heat energy (hot water) is supplied from the cogeneration plant (district heating system), the method of supplying the heat energy for each generation in the apartment complex is described in more detail. As shown in FIG. The steam is heated by a primary heat exchanger installed in the power plant, and then condensed water is returned to the boiler. The hot water produced by heat exchange with steam is a secondary heat exchanger installed in a machine room of an adjacent apartment complex. The hot water introduced into the secondary heat exchanger is used to heat the water supplied to each generation through heat exchange to make it hot water, and then it is returned to the power plant. The hot water heated by the secondary heat exchange is transferred to a pump installed in the machine room. It is sent to each household and used for heating or hot water supply.
이때 2차 열교환기의 전단에는 지역난방 시스템(발전소)으로부터 공급되는 온수 유량을 조절하기 위해 유량조절밸브와, 각 단지별로 공급된 열에너지의 총량을 측정하여 과금할 수 있도록 하는 열량계가 설치된다.At this time, in front of the secondary heat exchanger, a flow control valve and a calorimeter for measuring and charging the total amount of thermal energy supplied to each complex are installed in order to adjust the flow rate of the hot water supplied from the district heating system (power plant).
한편, 아파트 단지 내의 각 세대에는 각 세대에서 사용한 에너지에 따라 요금을 부과하기 위해 열량계가 부착되어 있으나, 이 열량계는 일반적으로 기계실이나 관리실에 설치된 중앙 제어반과 연결되어 있지 않아, 각 세대에서 사용한 열에너지의 양에 따라 요금을 부과하기 위해서는 각 세대별로 일일이 그 사용량을 확인하여야 하는 불편이 있으며, 이러한 불편을 해소하기 위해서는 각 세대에 설치된 열량계를 중앙 제어반과 연결하여야 하는데, 이를 위해서는 각 세대별로 설치된 열량계에 신호선을 다시 배선하여야 하므로 소요 비용이 막대하여 기존의 아파트 등에서는 종래와 같이 여전히 매달 각 세대별 사용량을 일일이 확인하여 부과하고 있 는 실정이다.On the other hand, each household in the apartment complex is equipped with a calorimeter to charge according to the energy used by each household, but this calorimeter is generally not connected to a central control panel installed in the machine room or management room. In order to charge according to the quantity, it is inconvenient to check the usage of each household one by one, and to solve this inconvenience, the calorimeter installed in each household must be connected to the central control panel. Since the wiring is required to rewire, the existing apartments still check the amount of usage for each household every month as in the prior art.
이 때문에 지역난방시스템에 난방용 열에너지를 공급하는 열병합 발전소에서는 외기온도와 그간의 사용실적을 반영하여 필요한 열에너지의 양을 대충 어림짐작하여 공급하고 있는데, 이러한 이유로 에너지의 합리적 이용과 효율적인 이용이 저해되고 있고, 더구나 외기온도가 급격하게 변하는 경우에는 이를 반영하여 열에너지의 양을 조절하여 공급한다 하더라도 이 경우 역시 운전자의 경험이나 과거의 데이터에 의존하여 공급하여야 하므로 실제의 요구되는 에너지양과 공급되는 에너지양 사이에는 현저한 차이가 있을 수 있다.For this reason, cogeneration power plants that supply heat energy to district heating systems roughly estimate the required amount of heat energy in consideration of the outside temperature and the results of their use, and for this reason, rational use and efficient use of energy are hindered. If the outside temperature changes drastically, even if the amount of thermal energy is adjusted to reflect the change, it is also necessary to supply it depending on the driver's experience or historical data. Therefore, there is a significant difference between the actual amount of energy required and the amount of energy supplied. There can be.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 아파트 또는 대규모 주택단지 등에서 시행되고 있는 지역난방시스템에 있어서, 실제로 필요한 열에너지를 전산방식에 의해 산출하고, 이 산출된 열에너지의 양에 따라 지역난방시스템으로부터 공급되는 열에너지의 양을 실시간으로 조절할 수 있도록 함으로써 에너지 이용의 합리화를 도모할 수 있는 열에너지 공급방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the problems of the prior art as described above, the present invention in the district heating system implemented in apartments or large-scale residential complexes, etc., the heat energy actually required by a computer method to calculate the calculated The purpose of the present invention is to provide a heat energy supply method that can rationalize the use of energy by controlling the amount of heat energy supplied from the district heating system according to the amount of heat energy in real time.
또한 본 발명은 외기온도의 변화에 따라 공급되는 열에너지의 양을 실시간으로 보상하여 제어할 수 있도록 하고, 아울러 건물의 난방에 실제로 필요한 난방부하에 근접한 열에너지를 공급할 수 있는 열에너지 공급방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is to provide a heat energy supply method that can be controlled in real time to compensate for the amount of heat energy supplied in accordance with the change in the outside temperature, and can supply heat energy close to the heating load actually required for heating of the building. There is another purpose.
상기와 같은 본 발명의 목적은 외기온도에 따라 각 세대별로 필요한 열에너지를 열저항-열용량법에 의해 계산한 후 이를 합산하여 건물 전체의 열부하를 산출하고, 이 산출된 건물의 열부하에 따라 지역난방 시스템의 유량조절밸브의 개도를 실시간으로 조절하는 것에 의해 달성된다.The purpose of the present invention as described above is to calculate the heat load of the entire building by calculating the heat energy required for each generation according to the outside temperature by the heat resistance-heat capacity method, and then add it, and district heating system according to the calculated heat load of the building This is achieved by adjusting the opening degree of the flow regulating valve in real time.
본 발명의 또 다른 목적은 열저항-열용량에 적용된 세대별 실내목표온도를 수정하는 것에 의해 달성된다.Another object of the present invention is achieved by modifying the generational indoor target temperature applied to the heat resistance-heat capacity.
본 발명은 아파트 또는 대규모 주택단지 등에서 시행되고 있는 지역난방 시스템에 있어서, 열저항-열용량법을 이용하여 전산방식에 의해 외기온도 변화에 따른 난방부하를 산출하고 이에 의해 열에너지의 공급량을 실시간으로 제어하여 공급하므로 태양의 운행에 따른 태양열의 변화와 같은 환경변화를 반영할 수 있는 동시에 필요한 만큼의 열에너지를 적절히 공급할 수 있어 열에너지 이용의 합리화를 달성할 수 있다.The present invention in the district heating system implemented in apartments or large residential complexes, by using the heat resistance-heat capacity method to calculate the heating load according to the change in the outside temperature by a computer method, thereby controlling the amount of heat energy supplied in real time By supplying it, it is possible to reflect environmental changes such as changes in solar heat caused by the operation of the sun, and at the same time, it is possible to adequately supply as much thermal energy as necessary, thereby achieving rationalization of thermal energy use.
또한 본 발명은 열저항-열용량법에 의해 구해진 난방부하가 실제의 난방부하와 다를 경우 이를 쉽게 수정할 수 있도록 함으로써 실제에 가까운 열에너지의 공급을 달성할 수 있다.In addition, the present invention can achieve the supply of heat energy close to the actual by making it easy to modify the heating load obtained by the heat resistance-heat capacity method is different from the actual heating load.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing an embodiment of the present invention.
본 발명은 대규모 주택단지 또는 아파트 단지에서 필요로 하는 열에너지를 합리적이고 효율적으로 공급하기 위한 열에너지 공급방법에 관한 것으로, 본 발명은 도 1에서와 같이 크게 건물의 평균실내온도 산출단계(S100), 열부하량 산출단계(S200), 밸브조절단계(S300), 교정단계(S500), 고장진단 단계(S500) 등을 포함한 다.The present invention relates to a thermal energy supply method for supplying the thermal energy required in a large residential complex or apartment complex rationally and efficiently, the present invention is largely calculated as the average room temperature of the building step (S100), heat It includes a load calculation step (S200), valve adjustment step (S300), calibration step (S500), failure diagnosis step (S500) and the like.
① 건물의 목표실내온도 산출단계(S100)① Calculating the target room temperature of the building (S100)
대상 건물(통상 아파트 단지 내에 설치된 기계실에서는 각 동(棟)별로 또는 2개의 동을 하나로 묶어 열에너지를 공급 관리하고 있는바, 이하에서는 설명의 편의를 위하 "건물"이라 한다.) 내에 위치하는 각 세대별로 희망하는 목표실내온도는 태양 복사열 등의 영향에 의해 월별, 평수별, 위치별, 설치방향별로 다를 수 있는데, 이러한 세대별 희망하는 목표실내온도는 실내 평수가 큰 경우 희망하는 실내온도가 실내 평수가 작은 경우보다 다소 높을 수 있으며, 또한 세대 설치위치나 방향이 북향인 경우 남향인 경우보다 다소 희망하는 실내온도가 높을 수 있다. 이에 따라 본 단계는 세대 평수, 세대의 위치 및 방향 등에 따라 세대별 목표실내온도를 결정하는 단계이다. Each household located in the target building (usually in the machine room installed in the apartment complex, each building or two buildings are bundled and managed to supply thermal energy, hereinafter referred to as "building" for convenience of explanation). The target room temperature may differ by month, area, location, and installation direction due to the effects of solar radiation.The desired room temperature by generation is the indoor room temperature when the indoor room temperature is large. May be somewhat higher than if small, and also if the installation location or direction of the north facing north may be somewhat higher than the desired room temperature. Accordingly, this step is a step of determining the target indoor temperature for each household according to the number of generations, the location and direction of the household.
이때 목표실내온도는 각 세대별로 지난 해에 사용한 에너지 사용량을 토대로 결정할 수도 있으나, 통상 아파트의 겨울철 실내온도는 21℃로서 이를 기준으로 하여 약간의 편차를 두고 임의의 값으로 결정할 수도 있을 것이다.At this time, the target room temperature may be determined based on the energy consumption used in each year by each household. However, in general, the indoor temperature of the apartment in winter is 21 ° C., which may be determined at an arbitrary value with a slight deviation.
상기와 같은 과정에 의해 각 세대별로 희망하는 목표실내온도가 결정되면, 이를 기초로 하여 아래의 수학식 1에 의해 건물의 목표실내온도를 구할 수 있다.When the desired target room temperature is determined for each generation by the above process, the target room temperature of the building can be obtained based on the following equation (1).
여기서, 는 건물의 목표실내온도, 은 건물 내의 세대수, 는 각 세대의 실내 평수, 는 각 세대의 목표실내온도이다.here, Is the target room temperature of the building, Is the number of households in the building, The indoor area of each household, Is the target room temperature for each household.
② 열부하량 산출단계(S200)② Heat load calculation step (S200)
이 단계는 상기의 건물 목표실내온도 산출단계(S100)에 의해 건물의 목표실내온도가 정해지게 되면 이러한 목표실내온도를 충족시키기 위해 각 건물에 공급하여야 하는 열부하를 산출하여야 하는데, 이러한 열부하는 외기온도 등에 따라 달라지게 될 뿐만 아니라 동의 구조 및 방향 등에 따라서도 열전달량, 복사열 등이 다르기 때문에 다르게 되고, 또한 각 세대에 열에너지가 공급되는 경우 처음에는 세대 실내 전체를 먼저 데워야 하므로 계속 난방이 이루어지고 있던 상태에 비해 더 많은 열량이 필요하다.This step is to calculate the heat load to be supplied to each building to meet the target indoor temperature when the target indoor temperature of the building is determined by the above-mentioned building target room temperature calculation step (S100). In addition, the heat transfer amount and radiant heat are different depending on the structure and direction of the copper. Also, when heat energy is supplied to each household, the entire interior of the household must first be heated first. More calories are needed for the state.
이러한 여러 가지 환경요소를 감안하여 각 건물에 필요한 열부하를 수작업으로 일일이 계산하여 산출해내기란 여간 어렵지 않다.Given these various environmental factors, it is not difficult to manually calculate and calculate the heat load required for each building.
이에 따라 도 2에서와 같이 최근 건물의 구조, 방향 및 위치 등에 따라 이를 전기회로 형태로 표현하여 건물에 필요한 에너지를 산출해내는 열저항-열용량법(Thermal Resistance-capacitance Method)이 개발된 바 있는데, 이 방법은 각 건물의 벽이나 바닥 등을 열저항체로 표현하는 동시에 열용량으로 표현하여 이에 의해 대상으로 하는 건물에 필요한 에너지, 즉 난방부하나 냉방부하를 계산해내는 방법으로서 그 동적 해석능력의 우수함으로 인해 건물의 열부하 산출방법으로서 최근 주목을 받고 있다.Accordingly, as shown in FIG. 2, a thermal resistance-capacitance method for calculating energy required for a building by expressing it in the form of an electric circuit according to the structure, direction, and location of a building has been developed. This method expresses the wall or floor of each building with a heat resistance and at the same time heat capacity, thereby calculating the energy required for the building, that is, heating load or cooling load. It has recently attracted attention as a method of calculating the heat load of a building.
이러한 열저항-열용량법을 더욱 상세히 설명하면, 하나의 벽은 열전달 매체일 뿐만 아니라 열저장매체이기도 하며, 또한 벽에 창문이 설치되어 있는 경우 창문을 통한 열전달율과 벽을 통한 열전달율이 다르게 되므로, 결국 하나의 벽은 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 열저항과 1개의 열용량이 병렬로 연결된 것으로 변환될 수 있다.In more detail, the heat resistance-heat capacity method is described, in which one wall is not only a heat transfer medium but also a heat storage medium, and when windows are installed on the wall, the heat transfer rate through the window and the heat transfer rate through the wall are different. One wall may be converted into two heat resistances and one heat capacity connected in parallel as shown in FIG. 3.
그리고 아파트와 같은 건물은 직육면체 형상일 수도 있으나, 다각 기둥 형상일 수도 있고, 또한 난방부하나 냉방부하에 가장 큰 영향을 끼지는 것은 태양열에 의한 복사열 등이고 이러한 복사열은 태양의 운행에 따라 달라지므로 이를 반영할 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 적용하고자 하는 대상 건물(동)을 동, 서, 남, 북, 북동, 남동, 북서, 북남의 8개 방향의 수직벽과 천장 및 바닥을 가지는 하나의 표준건물 모델로 변환시킨 다음, 이들 수직벽과 천장 및 바닥을 열저장체와 열용량으로 변환시켜 표현하고, 이들 열저항체와 열용량을 서로 연결한 다음, 벽체의 구조, 방향 및 위치 등에 따라 적절한 값을 부여하여 계산함으로써 건물이 필요로 하는 열부하량을 산출한다.In addition, a building such as an apartment may have a rectangular parallelepiped shape, but may have a polygonal column shape, and the most influential effect on the heating load or the cooling load is solar heat radiation, which is reflected by the operation of the sun. As shown in FIG. 3, the standard building (east) to be applied is one standard having vertical walls, ceilings, and floors in eight directions of east, west, south, north, northeast, southeast, northwest, and northwest. After converting into a building model, these vertical walls, ceilings, and floors are converted into heat storage and heat capacity, and these heat resistances and heat capacity are connected to each other, and given appropriate values according to the structure, direction, and position of the wall. Calculate the heat load required by the building.
한편 저항과 커패시턴스를 구비하는 전기회로는 다음의 수학식 2와 같은 방정식 즉, 단위시간당 커패시턴스에 충전되는 전하량은 전류의 차이와 동일한 것으로 표현된다.On the other hand, the electric circuit having a resistance and capacitance is expressed as the following equation (2), that is, the amount of charge charged in the capacitance per unit time is expressed as the difference of the current.
여기서, 는 커패시턴스, 는 전위차, 는 입력되는 전류, 은 출력되는 전류, 은 저항이다.here, Is the capacitance, Is the potential difference, Is the input current, Is the output current, Is resistance.
이와 마찬가지로 열시스템에 있어서는 단위 시간당 건물 내부에 축적되는 에너지는 입력되는 에너지-출력되는 에너지 또는 입력되는 열-출력되는 열과 같으며, 이를 수학적으로 표현하면 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Similarly, in a thermal system, energy accumulated in a building per unit time is the same as input energy-output energy or input heat-output heat, which can be expressed as Equation 3 below.
여기서, 은 건물의 전체 질량, 는 건물의 비열, 는 외기온도이 고, 는 건물의 내부온도이며, 는 건물 내부의 전등이나 태양열에 의해 획득된 열이고, 은 열저항이다.here, Is the total mass of the building, The specific heat of the building, Is the outside temperature, Is the internal temperature of the building, Is the heat obtained by the lights or solar heat inside the building, Is heat resistance.
상기 수학식 3으로부터 열시스템의 방정식과 전기회로방정식 사이에 유사성이 있음이 명백하다. 즉, 는 및 는 모두 시스템의 물리적 특성을 기술하기 때문에 와 동일하고, 온도 와 전위차 는 모두 위치에너지의 차이를 나타내기 때문에 유사하며, 또한 는 와 동일하므로 결국 양 시스템은 동일한 시스템이라 할 수 있다.It is clear from Equation 3 that there is a similarity between the equation of the thermal system and the equation of the electrical circuit. In other words, Is And Because both describe the physical characteristics of the system, Same as, temperature And potential difference Are similar because they all show differences in potential energy, Is In the end, both systems are the same system.
상기 수학식 3은 열평형 방정식으로서 이 수학식을 각각의 건물벽이나 천장에 적용하게 되면 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.Equation 3 is a heat balance equation, and when the equation is applied to each building wall or ceiling, it can be expressed as Equation 4 below.
여기서, 은 건물 벽체, 천장 등의 비열, 은 시간 에서의 벽체 등의 온도, 은 시간 에서의 벽체 등의 온도, 는 시간간격, 는 시간 에서의 벽체 등의 위치 에서의 온도, 는 시간 에서의 벽체 등의 위치 에서의 온도, 은 벽체의 위치에서의 열저항, 는 건물 내부의 전등이나 태양열 등에 의해 획득된 열이다.here, Specific heat such as building walls, ceilings, Silver time Temperature of the wall, Silver time Temperature of the wall, Is the time interval, Time Location of wall in Temperature at, Time Location of wall in Temperature at, Silver wall Thermal resistance at position, Is the heat obtained by the light inside the building or solar heat.
겨울철에 건물 내에 열을 공급하지 않으면 실내온도가 점점 낮아지게 되므로 실내온도를 일정 온도 이상으로 유지시키기 위해서는 건물에 열에너지를 공급하여야 하며 이가 곧 열부하량이 되는데, 이때 아파트 단지 등과 같은 건물 내에는 통상 전기제품, 전등과 가스스토브 등의 다수의 발열체로부터 열이 발생되고 있고, 또한 태양열에 의한 열취득이 있으므로 실제로 공급하여야 하는 열부하량을 계산하기 위해서는 이들 실내의 발열체로부터 얻는 열량과 태양의 조사에 의해 얻은 열을 모두 고려하여 계산하여야 하는데, 실내의 발열체로부터의 취득되는 열은 태양의 조사에 의해 취득되는 열에 비해 극히 미약하므로 본 발명에서는 계산을 간략하게 하기 위해 태양의 조사에 의해 취득된 열만 고려한다.If you do not supply heat in the building during winter, the room temperature will gradually decrease. Therefore, in order to maintain the room temperature above a certain temperature, heat energy must be supplied to the building, which is a heat load. Since heat is generated from many heating elements such as products, lamps, and gas stoves, and heat is obtained by solar heat, the heat amount obtained from these heating elements and the solar irradiation are calculated to calculate the heat load actually supplied. The heat should be calculated in consideration of all the heat, but since the heat obtained from the heating element in the room is extremely weak compared to the heat obtained by the irradiation of the sun, the present invention considers only the heat acquired by the irradiation of the sun to simplify the calculation.
한편, 태양의 조사에 의해 각각의 벽체 등으로부터 취득되는 열의 양은 일별, 시간별, 방향별로 다른데 일반적으로 태양의 조사에 의해 획득되는 열량은 다 음의 수학식 5으로부터 구할 수 있다.On the other hand, the amount of heat obtained from each wall by the irradiation of the sun is different for each day, time, direction, but generally the amount of heat obtained by the irradiation of the sun can be obtained from the following equation (5).
여기서 는 벽체에 조사되는 전체 태양열, 은 태양으로부터의 직접 조사되는 태양열, 는 대기로부터 확산되는 태양열, 는 지면으로부터 벽체에 반사되는 태양열, 는 태양빛의 건물에 대한 입사각이다.here Full solar heat irradiated to the wall, Is the direct sunlight from the sun, Is solar heat that diffuses from the atmosphere, Is solar heat reflected from the ground to the wall, Is the angle of incidence of the building in sunlight.
태양의 벽면에 대한 직접 조사에 의한 태양열()을 계산하기 위한 태양열 모델은 여러 가지가 있으나, 통상적으로 사용되는 모델은 ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.)에서 제안하는 모델로서 이 모델에 따르면 태양으로부터 직접 조사되는 태양열 은 다음의 수학식 6과 같다.Solar heat by direct irradiation on the wall of the sun ( There are several solar models to calculate), but the commonly used model is a model proposed by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. (ASHRAE). Solar Is shown in Equation 6 below.
여기서, 은 태양으로부터 직접 조사되는 태양열, 는 겉보기 태양열, 는 대기 소멸계수(atmospheric extinction coefficient), 는 태양의 고도각(altitude angle)이다.here, Is the sun's direct radiation from the sun, Seemingly solar, Is the atmospheric extinction coefficient, Is the altitude angle of the sun.
또한 확산 태양열 역시 ASHRAE 모델에 따라 다음의 수학식 7에 의해 구한다.Also diffuse solar heat Again according to the ASHRAE model is obtained by the following equation (7).
여기서, C는 상수로서 한 여름에는 0.135, 겨울에는 0.058이며 날짜에 따라 보간법에 의해 구하고, 은 태양으로부터 직접 조사되는 태양열, 는 벽체의 형상인자로서 벽체의 표면에 입사되는 확산 태양열 부분과 같다.Where C is a constant, 0.135 in summer and 0.058 in winter, obtained by interpolation according to date, Is the sun's direct radiation from the sun, Is the shape factor of the wall and is equal to the part of the diffuse solar heat incident on the surface of the wall.
또한 지면으로부터 벽체에 반사되는 태양열 은 다음의 수학식 8에 의해 계산된다.Also, solar heat reflected from the ground to the wall Is calculated by the following equation (8).
여기서, 은 지면으로부터 벽체에 반사되는 태양열, 은 태양으로부터 직접 조사되는 태양열, 는 공중으로부터 확산되는 태양열, 는 지면의 반사율, 는 지면의 형상인자이다.here, Is solar heat reflected from the ground to the wall, Is the sun's direct radiation from the sun, Is the heat of the sun, Is the reflectivity of the ground, Is the shape factor of the ground.
상기와 같은 과정에 의해 각각의 벽면으로부터 획득된 태양열이 구해지면 이를 모두 합산하여 전체 건물에 대해 획득된 태양열을 구한 다음, 상기 수학식 4에 대입하게 되면 그 시간에 있어서의 한 동의 건물에 공급하여야 하는 열부하량이 계산되는데 이때 목표실내온도와 실외온도 및 태양열을 변화시켜가면서 그때마다 필요한 열부하량을 구하게 되면 도 4에 도시된 바와 같은 열부하 곡선이 구해진다.When the solar heat obtained from each wall is obtained by the above process, all of them are summed to obtain the solar heat obtained for the entire building, and then supplied to Equation 4 when supplied to Equation (4). The heat load is calculated. At this time, if the required heat load is obtained at each time while changing the target indoor temperature, outdoor temperature and solar heat, a heat load curve as shown in FIG. 4 is obtained.
③ 밸브조절단계(S300)③ Valve control step (S300)
상기 열부하 계산단계(S200)에서 열부하량이 구해지면 이 열부하를 기계실에 위치되어 당해 건물에 온수를 공급하는 지역난방 공급밸브의 개도를 제어하는 제어기에 입력시키면, 밸브제어기는 이 입력된 난방부하를 기준으로 필요한 밸브 개도를 연산하여 밸브의 개도를 조절함으로써 건물에 공급되는 온수의 유량을 조절하며 이에 의해 건물에 공급되는 온수의 양이 과부족 없이 적절히 조절 공급된다.When the heat load is calculated in the heat load calculation step (S200), when the heat load is input to a controller that controls the opening degree of the district heating supply valve which is located in the machine room and supplies hot water to the building, the valve controller sends the input heating load. By calculating the required valve opening degree as a reference, the opening degree of the valve is adjusted to regulate the flow rate of the hot water supplied to the building, whereby the amount of hot water supplied to the building is appropriately supplied without being oversized.
이때 외기온도의 변화를 계속적으로 모니터하면서, 이 외기온도 변화에 따라 필요한 열부하를 재계산하여 밸브의 개도를 조절하게 되면 열부하에 따라 실시간으로 난방용 온수공급량을 제어할 수 있으며, 이에 의해 결과적으로 지역난방시스템에서 공급되는 에너지의 양을 실시간으로 적절히 조절함으로써 에너지 절약을 달성하는 동시에 건물 내 거주자가 안락한 실내생활을 영위할 수 있게 된다. At this time, while continuously monitoring the change in the outside temperature, recalculating the necessary heat load according to the change of the outside temperature to adjust the opening degree of the valve, it is possible to control the amount of hot water for heating in real time according to the heat load, thereby resulting in district heating By properly controlling the amount of energy supplied by the system in real time, energy savings can be achieved while at the same time enabling the occupants in the building to live comfortably.
④ 교정단계(S400)④ Calibration step (S400)
위에서 설명한 열부하량 산출단계(S200)에서 구해진 열부하는 비록 실제 건물의 설치 방향과 구조 및 재질 등에 대한 사항이 입력요소로서 작용하므로 환경적 요인이 적절히 반영되어 있기는 하지만, 위에서 구한 열부하는 궁극적으로는 이론적으로 구한 것이므로 건물의 난방에 실제로 필요한 열부하와 다를 수 있는데, 이에 따라 본 발명에서는 이러한 차이점을 수정하여 실제와 가깝게 할 수 있도록 하는 교정단계를 포함한다.Although the heat load obtained in the above-described heat load calculation step (S200), the environmental factors are properly reflected because the matters related to the installation direction, structure, and material of the actual building act as input elements, the heat load obtained above is ultimately ultimately Since theoretically obtained, it may be different from the heat load actually required for heating of the building. Accordingly, the present invention includes a calibration step to correct these differences so as to be closer to the actual.
이를 위해 건물 내 각 세대별로 설치되어 있는 열량계로부터 각 세대에서 하루 동안 사용한 열량을 조사하여 이들로부터 실제의 각 세대별 목표실내온도를 역산해 내고, 이 구해진 목표실내온도를 열저항-열용량법에 적용된 각 세대별 목표실 내온도와 치환하여 수정하게 되면 실제와 가깝도록 할 수 있으며, 이러한 과정을 반복하게 되면 더욱 실제와 가깝도록 할 수 있다.For this purpose, the calorimeter installed for each generation in the building is investigated, and the actual target room temperature for each household is inverted from them, and the obtained target room temperature is applied to the heat resistance-heat capacity method. If you change the target room temperature for each generation and modify it, you can get closer to the real one. If you repeat this process, you can get closer to the real one.
또 다른 하나의 교정방법으로서 각 세대에서 사용한 난방요금을 부과할 때는 세대별로 1개월간 사용한 열량에 따라 부과하게 되는데, 이에 따라 각 세대별로 사용된 열량과 세대 면적을 참고하여 역산하면 1달간의 세대별 목표실내온도를 알 수 있고, 또한 기상청으로부터 그 지역의 지난 1개월간의 일별, 시간별 외기온도를 알 수 있으므로 다음 해의 같은 시점에 이들 시간별 외기온도와 세대별 평균실내온도를 다시 기준 입력데이터로 하여 난방부하를 계산하게 되면 실제에 가까운 열부하가 산출될 수 있고, 이에 의해 밸브 개도를 조절하게 되면 더욱 정교하고 정확한 양의 에너지를 공급할 수 있으므로 공급에너지를 절약할 수 있으며, 이러한 과정을 반복하게 되면 점점 실제에 가까운 제어가 가능하게 되어 상당한 정도의 에너지 절약을 달성할 수 있게 된다. As another calibration method, the heating fee used by each household is charged according to the amount of heat used for each month for each household. Since the target room temperature can be known and the weather agency can know the daily and hourly outside temperature of the region for the last month, the hourly outside temperature and the average indoor temperature by generation are used as reference input data at the same time of next year. By calculating the load, the actual heat load can be calculated. By adjusting the valve opening, more precise and accurate amount of energy can be supplied, thus saving the supply energy. Close control allows for significant energy savings Will be.
⑤ 시스템 이상 진단단계(S500)⑤ System fault diagnosis step (S500)
한편, 기계실에 설치된 지역난방열량계로부터 하루 동안 공급된 열량그래프를 출력하여, 이 열량 그래프를 전날의 외기온도에 맞추어 수정한 다음, 전날 하루 동안 공급된 열량그래프와 비교하게 되면 정상인 경우에는 양 그래프가 일정 범위 이내에서 동일한 경향을 보일 것이고, 이에 따라 본 발명에서는 비교 결과 그 차이가 일정 폭 이상인 경우에는 시스템에 이상이 있음을 나타내는 것으로 판단하여 전체 시스템을 다시 점검할 수 있도록 할 수 있다. On the other hand, if the calorie graph supplied for the day from the district heating calorimeter installed in the machine room is corrected according to the outside temperature of the previous day, and compared with the calorie graph supplied for the day before, both graphs are normal. The same tendency will be shown within a certain range, and accordingly, in the present invention, if the difference is more than a predetermined width, it may be determined that there is an abnormality in the system, and thus the entire system may be checked again.
도 1은 본 발명에 따른 지역난방의 실시간 제어방법의 예를 보인 순서도,1 is a flow chart showing an example of a real-time control method of district heating according to the present invention,
도 2는 벽체의 등가 열저항-열용량 모형을 보인 회로도,2 is a circuit diagram showing an equivalent heat resistance-heat capacity model of a wall;
도 3은 1실 등가 모델을 도시한 사시도,3 is a perspective view showing one room equivalent model,
도 4는 본 발명에 따른 열부하 곡선의 예를 보인 그래프이다.4 is a graph showing an example of a heat load curve according to the present invention.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
10: 벽체 11: 창문10: wall 11: window
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