초록 ▼

건물 내에서의 쾌적한 생활공간을 유지하기 위친 필수적으로 필요한 냉난방 조건을 공급하기 위해서는 HVAC 시스템의 최적운전과 제어 및 고장진단에 대한 예측기술 등이 필수적으로 요구된다.
3차년도 연구에서는 지능형 건물을 위한 최적제어, 통합관리 및 고장진단기술 개발을 위하여 고장 진단 알고리즘 해석을 위한 VAV시스템 시뮬레이터(simulator)의 구축 및 이를 이용한 실험적 연구, 시스템의 최적제어를 위한 알고리즘 및 실험적 연구를 수행하였다.
고장검출 및 진단에 대한 실험적 연구에서는 규칙기반의 고장진단 알고리즘을

건물 내에서의 쾌적한 생활공간을 유지하기 위친 필수적으로 필요한 냉난방 조건을 공급하기 위해서는 HVAC 시스템의 최적운전과 제어 및 고장진단에 대한 예측기술 등이 필수적으로 요구된다.
3차년도 연구에서는 지능형 건물을 위한 최적제어, 통합관리 및 고장진단기술 개발을 위하여 고장 진단 알고리즘 해석을 위한 VAV시스템 시뮬레이터(simulator)의 구축 및 이를 이용한 실험적 연구, 시스템의 최적제어를 위한 알고리즘 및 실험적 연구를 수행하였다.
고장검출 및 진단에 대한 실험적 연구에서는 규칙기반의 고장진단 알고리즘을 증명하기 위한 실험적인 결과와 분석을 수행하였다. 이를 위하여 실제 건물에 설치된 공조시스템과 동등한 작동원리와 제어기능을 보유하지만 실험실 내에서 완벽하게 독립된 형태로 실험을 수행할 수 있는 VAV시스템 시뮬레이터를 제작하였다. 이를 이용하여 시스템 제어성능을 수행한 후 동계 모드, 중간기 모드, 하계 모드에 대하여 고장진단 분야의 실험과 분석을 수행하였다. 그리고 동계와 하계에 대하여 VAV 댐퍼 고장시의 현상을 파악하고, 사용하지 않는 공간에 대해 VAV 댐퍼를 닫아서 공조를 정지함으로써 발생되는 에너지 절약에 대해서 분석하였다.
시스템의 최적제어를 위한 연구에서는 열펌프를 이용한 건물용 공조시스템의 구성요소인 열펌프 및 환기시스템의 최적제어를 위한 설비의 자동제어 알고리즘, 상용제품의 제어로직 등을 분석하여 건물공조에 필요한 최적제어 알고리즘 구성방안을 연구하였다. 또한 실제 건물을 대신할 수 있는 가상의 실시간 시뮬레이터의 구성을 위한 동특성 모델링 방법 및 이를 구현할 실시간 환경의 프로그래밍 방법, 증발기를 대상으로 한 실시간 동특성 모델링, 프로그래밍 그리고 실시간 실행을 하면서 팽창밸브 제어가 미치는 영향의 시뮬레이션 결과를 제시하였다.

Abstract ▼

In the experiments and analysis of rule-based FDD using VAV system simulator, rule-based FDD algorithm which can isolate the real faulty component from the HVAC system was developed. To develop a rule-based FDD algorithm, original APAR(AHU Performance Assessment Rule) algorithm developed in National

In the experiments and analysis of rule-based FDD using VAV system simulator, rule-based FDD algorithm which can isolate the real faulty component from the HVAC system was developed. To develop a rule-based FDD algorithm, original APAR(AHU Performance Assessment Rule) algorithm developed in National Institute of Science and Technology was analyzed and modified.
The developments of VAV system simulator for a rule-based FDD were carried out successfully. The VAV system simulator which can simulate the real HVAC conditions was fabricated and prepared to execute FDD experiments by adapting heating components, cooling components, fans, VAV dampers and controllers. The directional classified rule-based FDD algorithm which is used to this study detected a faulty component in the HVAC system. A MS-excel FDD program was manufactured and it carried out the detection of faulty component using directional classified rule-based FDD algorithm.
The optimal control study focuses on construction of optimal control algorithm that is necessary for building HVAC by analyzing control algorithm of heat pump and ventilation system which are main components of HVAC facilities, and control logics of commercial HVAC products. In addition, the concept of virtual real time simulator is studied so that a simulator replaces a real plant for purpose of prototyping a controller because any control test with a real plant requires a lot of cost and time, and it is also not easy to secure any meaningful control data. The study covers a method of modeling dynamics responses of a plant, a programing method to build a real time simulator, a dynamic model of an evaporator, the most important component of HVAC system and its simulation results that show the effect of expansion valve control logic.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...27
• 제 3 장 규칙기반방식 고장검출 및 진단...31
• 제 1 절 공조기 성능평가규칙(APAR) 고장검출 및 진단...31
• 1. 공조기 전문가 규칙...31
• 2. VAV시스템의 고장검출 기술...40
• 가. 관리도 이용 VAV시스템 고장검출 기술...42
• 나. 성능지수에 의한 VAV시스템 고장검출 기술...48
• 제 2 절 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 방식 고장검출 및 진단 알고리즘...51
• 1. 개요...51
• 2. 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘...51
• 가. 데이터 수집방법...52
• 나. 모드 선정방법...53
• 다. 모드 1의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...53
• 라. 모드 2의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...55
• 마. 모드 3의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...57
• 바. 모드 4의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...58
• 제 3 절 CAV시스템 시뮬레이터를 이용한 고장검출 및 진단 실험...66
• 1. CAV시스템 시뮬레이터의 실험방법...66
• 2. 실험 결과...67
• 가. 정상상태의 실험 결과...67
• 나. 외기온도센서 고장의 실험 결과...68
• 다. 혼합공기 온도센서 고장의 실험 결과...68
• 라. 환기온도센서 고장의 실험 결과...69
• 마. 급기온도센서 고장의 실험 결과...70
• 제 4 장 VAV시스템 시뮬레이터 제작 및 고장진단 실험...80
• 제 1 절 VAV시스템 시뮬레이터 제작...80
• 1. 시뮬레이터 본체...80
• 2. 공조시스템...83
• 가. 개요...83
• 나. 공조시스템 제작...84
• 3. 자동제어 시스템...93
• 가. 시스템의 운전조건 및 요구사항...93
• 나. 하드웨어 구성...93
• 다. 모니터링 시스템의 구성...94
• 4. VAV시스템...111
• 가. 개요...111
• 나. VAV시스템의 제어...112
• 다. VAV시스템 유닛의 구성 및 제어로직...113
• 제 2 절 시뮬레이터를 이용한 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단...115
• 1. 고장진단 시뮬레이터의 실험방법...115
• 2. 고장진단 시뮬레이터의 실험결과...116
• 가. 모드 1 조건의 고장진단 실험결과...116
• 나. 모드 2 조건의 고장진단 실험결과...130
• 다. 모드 4 조건의 고장진단 실험결과...136
• 3. 결과 고찰...148
• 제 3 절 시뮬레이터를 이용한 댐퍼고장 실험...149
• 1. 하계 댐퍼고장 실험...149
• 2. 동계 댐퍼 고장 실험...157
• 제 4 절 시뮬레이터를 이용한 실별 제어 실험...165
• 1. 하계 댐퍼제어 실험...165
• 2. 동계 댐퍼제어 실험...166
• 제 5 장 열펌프를 이용한 건물 공조시스템의 최적제어...176
• 제 1 절 개요...176
• 제 2 절 실내 환기시스템 최적제어...177
• 1. 개요...177
• 2. 일반 환기 시스템의 구성...178
• 3. 실내 급배기 동특성 모델링...179
• 4. 환기 시스템 제어 알고리즘...184
• 제 3 절 열펌프 시스템 최적제어...190
• 1. GHP 제어 알고리즘...190
• 가. 제어를 위한 블록 다이어그램...190
• 나. 실내기 제어 알고리즘...191
• 2. 실내기 제어를 위한 제어 알고리즘...193
• 제 4 절 VC++을 이용한 동특성 모델링 방법...198
• 1. 개요...198
• 2. VC++ 의 실시간 구현 방법...199
• 3. 물성치 계산 방법...199
• 제 5 절 증발기 동특성 모델링...201
• 1. 개요...201
• 2. 증발기 동특성 모델...202
• 가. 모델링 대상 및 해석 방법...202
• 나. 열전달 해석...203
• 다. 공기측 열 및 물질전달 관계식...206
• 라. 전자팽창밸브 개도제어 모사...208
• 3. 계산 수행 및 결과...208
• 제 6 절 시뮬레이터와 제어기의 실시간 통신...215
• 1. 개요...215
• 2. 실시간 통신 인터페이스의 구성...215
• 3. Modbus Protocol...217
• 4. MFC를 이용한 통신 모듈...221
• 제 6 장 결론...226
• 참고문헌...229