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문제 정의
- 실내기의 냉방부하를 만족시키기 위해 전자팽창밸브를 사용하여 각 실내기의 냉매를 분배하였으며 전자팽창밸브의 제어를 위해 각 실의 실내온도를 사용하였다. 그러나 기존의 연구에서 압축기와 전자팽창밸브의 제어를 위해 제한된 입력변수만을 사용함으로써 다양한 조건에서 운전되는 멀티형 공조시스템의 제어에 한계성이 노출되었으며, 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 멀티형 공조시스템의 운전에 영향을 미칠 수 있는 실외온도, 실내기 사용대수, 실내온도, 실내온도변화를 입력변수로 하여 압축기 주파수를 제어하는 압축기 제어 알고리즘과 실내온도, 실내온도변화를 입력변수로 하여 전자팽창밸브의 개도를 제어하는 전자팽창밸브 제어 알고리즘을 개발하여 실험을 통해 제어성능과 특성을 확인하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 실내온도 제어 알고리즘은 사용자에 의해 설정된 "를 추종하도록 전자팽창밸브를 제어하는 알고리즘으로써 Tml, 와 73와의 실내온도오차, 7%, 와 실내온도 오차변화량, ATm을 입력으로 하여 퍼지 알고리즘을 사용하여 출력인 전자 팽창밸브 스텝변화량, 4STeeV3을 계산한 후 전자 팽창밸브의 출력스텝, STeev.i을 설정하였다. Fig.
- (1) 실외온도와 실내기 운전대수를 입력으로 하고 시스템 저압측 설정압력을 출력으로 하는 압축기 압력 설정 알고리즘, 실내온도 평균 오차와 평균 오차변화량을 입력으로 하고 압력변화량을 출력으로 하는 압축기 압력 재설정 알고리즘, 그리고 재설정압력과 측정압력과의 오차와 실내온도 평균 오차를 입력으로 하고 압축기 주파수 변화량을 출력으로 하는 압축기 주파수 설정 알고리즘을 퍼지로직을 사용하여 개발하였다.
- (2) 전자팽창밸브 제어 알고리즘으로 실내 온도오차와 오차변화량을 입력으로 하고 전자 팽창밸브의 스텝변화량을 출력으로 하는 실내온도 제어알고리즘을 퍼지로직을 사용하여 개발하였고, 과열도 오차를 입력변수로 하고 전자팽창밸브의 스텝 변화량을 출력으로 하는 비례 제어 알고리즘을 개발하였다.
- 1과 같은 위치에 센서를 설치하였다. 그림에서 보듯이 전자팽창밸브를 제어하기 위한 과열도 측정을 위해 각 실내기 냉매측 출구에 온도센서와 압력 센서를 설치하였으며, 각 실내기의 공기온도를 측정하기 위하여 각 실내기의 공기 흡입측에 온도 센서를 설치하였다. 또한, 압축기를 제어하기 위하여 실외기 공기 흡입측에 온도센서를 설치하여 실외온도를 측정하였고 압축기 입구측에 압력 센서를 설치하여 시스템 저압측 압력을 측정하였다.
- 그림에서 보듯이 전자팽창밸브를 제어하기 위한 과열도 측정을 위해 각 실내기 냉매측 출구에 온도센서와 압력 센서를 설치하였으며, 각 실내기의 공기온도를 측정하기 위하여 각 실내기의 공기 흡입측에 온도 센서를 설치하였다. 또한, 압축기를 제어하기 위하여 실외기 공기 흡입측에 온도센서를 설치하여 실외온도를 측정하였고 압축기 입구측에 압력 센서를 설치하여 시스템 저압측 압력을 측정하였다.
- 멀티형 공조시스템을 사용하여 각 실내에서 요구되는 온도로 실내온도를 효과적으로 제어하기 위해서 압축기 제어 알고리즘과 전자팽창밸브 제어 알고리즘을 퍼지로직을 사용하여 개발하였다.
- 멀티형 공조시스템의 압축기 제어 알고리즘과 전자 팽창밸브 제어 알고리즘을 개발한 후 실험을 통하여 제어성능을 확인하였다.
- 멀티형 공조시스템의 용량가변을 위해 용량 가변압축기를 사용하거나 텐덤형 압축기 방식을 사용하였으며, 압축기 제어를 위해 시스템 저압 측 압력®을 사용하거나 압축기 입구 과열도⑸를사용하였다. 실내기의 냉방부하를 만족시키기 위해 전자팽창밸브를 사용하여 각 실내기의 냉매를 분배하였으며 전자팽창밸브의 제어를 위해 각 실의 실내온도를 사용하였다.
- 실내기의 냉방부하를 만족시키기 위해 전자팽창밸브를 사용하여 각 실내기의 냉매를 분배하였으며 전자팽창밸브의 제어를 위해 각 실의 실내온도를 사용하였다. 그러나 기존의 연구에서 압축기와 전자팽창밸브의 제어를 위해 제한된 입력변수만을 사용함으로써 다양한 조건에서 운전되는 멀티형 공조시스템의 제어에 한계성이 노출되었으며, 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 멀티형 공조시스템의 운전에 영향을 미칠 수 있는 실외온도, 실내기 사용대수, 실내온도, 실내온도변화를 입력변수로 하여 압축기 주파수를 제어하는 압축기 제어 알고리즘과 실내온도, 실내온도변화를 입력변수로 하여 전자팽창밸브의 개도를 제어하는 전자팽창밸브 제어 알고리즘을 개발하여 실험을 통해 제어성능과 특성을 확인하는 것을 목적으로 한다.
- 13과 같이 실내온도 제어 알고리즘 과열도 제어 알고리즘으로 구성되어 있다. 실내온도 제어 알고리즘과 과열도 제어 알고리즘의 제어주기는 각각 20초와 5초로 선정하였다.
- 3과 같이 압축기 압력 설정 알고리즘, 압축기 압력 재설정 알고리즘, 압축기 주파수 설정 알고리즘으로 구성되어있다. 압축기 압력 설정 알고리즘과 압축기 압력 재설정 알고리즘의 제어주기는 480초로 선정되었고, 압축기 주파수 설정 알고리즘의 제어주기는 100초로 선택하였다. 압축기 압력 설정 알고리즘, 압축기 압력 재설정 알고리즘, 압축기 주파수 설정 알고리즘으로 퍼지로직을 사용하였고, 추론 방법으로 최소최대법, 비퍼지화 방법으로 무게 중심법을 사용하였다.
- 압축기 제어 알고리즘과 전자팽창밸브 제어 알고리즘의 제어성능을 확인하기 위하여 멀티형 시스템의 실외기 환경을 표준조건인 건구온도 35 ±0.3℃, 습구온도 24±0.21로 유지시키고, 실내기가 위치한 각 실에 전기히터를 사용하여 열부하를 공급하면서 초기 기동시험과 외란시험을 수행하였다.
- 압축기 주파수 설정 알고리즘은 시스템 저압 측 압력 제어 결과와 각 실내온도 제어 결과에 따라압축기 주파수,#를 설정하는 알고리즘으로써 압축기 압력 재설정 알고리즘에 의해 재설정된 과 측정압력, 와의 오차, #와 T 을 입력으로 하여 압축기 주파수변화량 45 을 계산한 후 Frcome 설정하였다. Fig.
이론/모형
- 압축기 압력 설정 알고리즘과 압축기 압력 재설정 알고리즘의 제어주기는 480초로 선정되었고, 압축기 주파수 설정 알고리즘의 제어주기는 100초로 선택하였다. 압축기 압력 설정 알고리즘, 압축기 압력 재설정 알고리즘, 압축기 주파수 설정 알고리즘으로 퍼지로직을 사용하였고, 추론 방법으로 최소최대법, 비퍼지화 방법으로 무게 중심법을 사용하였다.
- 압축기 압력 설정 알고리즘과 압축기 압력 재설정 알고리즘의 제어주기는 480초로 선정되었고, 압축기 주파수 설정 알고리즘의 제어주기는 100초로 선택하였다. 압축기 압력 설정 알고리즘, 압축기 압력 재설정 알고리즘, 압축기 주파수 설정 알고리즘으로 퍼지로직을 사용하였고, 추론 방법으로 최소최대법, 비퍼지화 방법으로 무게 중심법을 사용하였다.
성능/효과
- (3) 개발된 압축기 제어 알고리즘과 전자 팽창밸브 제어 알고리즘을 사용하여 멀티형 공조시스템의 초기기동시험과 외란시험을 수행한 결과 과도 상 태와 정상상태에서 압축기와 전자 팽창 밸브가 안정되게 제어되었고 정상상태에서 실내온도가 설정 온도의 ±1.0℃ 이내로 안정되게 제어되었다.
- 5℃ 범위 내에서 안정되게 제어되는 것을 알 수 있었다. Fig. 18에서 보듯이 압축기는 압축기 제어 알고리즘에 의해 초기 3분간 50Hz로 운전되다가 35z 정도에서 안정되게 제어되었으며, 전자팽창밸브는 Fig. 19에서 보듯이 전자 팽창밸브 제어 알고리즘에 의해 초기 150스텝으로 운전되다가 각 실의 요구조건에 따라 적절히 안정되게 제어되었으며, 특히 과도상태가 지난 16분 후부터 실내온도가 설정온도의 ±0.5℃ 이내로 유지되면 전자팽창밸브의 개도량을 2 스텝씩 증가시키는 전자팽창밸브 효율화 알고리즘에 의해 A실, C실, D실의 개도량이 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있었다. Fig.
- 5℃ 이내로 유지되면 전자팽창밸브의 개도량을 2 스텝씩 증가시키는 전자팽창밸브 효율화 알고리즘에 의해 A실, C실, D실의 개도량이 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있었다. Fig. 20에서 보듯이 실내기 출구의 냉매과열도는 초기 18℃까지 상승되었으나 5℃ 부근에서 안정적으로 제어되었으며, Fig. 21에서 보듯이 멀티형 공조시스템의 EERe 초기에 2.12까지 저하되었으나 시스템이 정상 상태에 도달한 후 3.17로 향상되었음을 알 수 있었다.
- 1 kW로 급격히 증가시 키면서 실시한 외란시험 결과를 보여준다. Fig. 22 에서 보듯이 시험시작 2분 후부터 실내 열부하가 급격히 감소했음에도 불구하고 멀티형 공조시스템의 제어를 통해 실내온도가 설정온도 27℃ 부근에서 잘 유지되었고 15분 후부터 실내 열부하가 급격히 증가하였지만, 34분까지의 과도상태를 거친 후 정상상태에서 A실, B실, C실, D실의 평균 온도가 실내설정온도 27r 부근에서 잘 제어되 었음을 알 수 있었다. Fig.
- 22 에서 보듯이 시험시작 2분 후부터 실내 열부하가 급격히 감소했음에도 불구하고 멀티형 공조시스템의 제어를 통해 실내온도가 설정온도 27℃ 부근에서 잘 유지되었고 15분 후부터 실내 열부하가 급격히 증가하였지만, 34분까지의 과도상태를 거친 후 정상상태에서 A실, B실, C실, D실의 평균 온도가 실내설정온도 27r 부근에서 잘 제어되 었음을 알 수 있었다. Fig. 23에서 보듯이 시험 시작 초기 압축기 주파수는 35Hz이었으나 실내 열부하의 급격한 감소로 인해 5분에 압축기가 정지되었고, 재기동과 정지를 반복하다가 16분부터 압축기가 연속 운전되면서 안정적으로 제어되고 있음을 알 수 있었다. Fig.
- 23에서 보듯이 시험 시작 초기 압축기 주파수는 35Hz이었으나 실내 열부하의 급격한 감소로 인해 5분에 압축기가 정지되었고, 재기동과 정지를 반복하다가 16분부터 압축기가 연속 운전되면서 안정적으로 제어되고 있음을 알 수 있었다. Fig. 24에서 보듯이 전자 팽창밸브의 개도량은 실내 열부하의 감소로 인해 감소하다가 시스템 정지로 인해 5분에 130 스텝으로 초기화되었고 16분부터 과도상태를 거친 후 34분부터 안정적으로 제어되었으며, 전자팽창밸브 효율화 알고리즘에 의해 A, C실의 개도량이 꾸준히 증가하는 것을 알 수 있었다. Fig.
- 24에서 보듯이 전자 팽창밸브의 개도량은 실내 열부하의 감소로 인해 감소하다가 시스템 정지로 인해 5분에 130 스텝으로 초기화되었고 16분부터 과도상태를 거친 후 34분부터 안정적으로 제어되었으며, 전자팽창밸브 효율화 알고리즘에 의해 A, C실의 개도량이 꾸준히 증가하는 것을 알 수 있었다. Fig. 25에서 보듯이 증발기 과열도는 시험시작시 안정되게 유지되었으나, 5분부터 압축기가 정지 및 재기동을 반복하면서 압력이 급격하게 변하여 증발기 출구 압력과 출구온도에 의한 과열도 측정방법에 의한 오차가 발생하여 과도기를 거쳤으나 압축기가 연속운전을 하면서 과열도가 3℃에서 8℃ 사이로 안정되게 제어되었음을 알 수 있었다. Fig.
- 따라서, 본 연구에서 개발된 멀티형 공조시스템의 압축기와 전자팽창밸브의 제어 알고리즘은 멀티 존의 안정적인 실내온도 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.
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