초록 ▼

1. 최종목표
- 각 실에 필요한 만큼의 온수유량을 공급하여 쾌적감 향상 및 에너지 절감을 유도하는 것이 본 기술의 목표임
- 현재 난방시스템의 가장 큰 하자 요인 중의 하나인, 부분부하시 유량 집중으로 인한 소음을 방지하고 보일러의 short cycle을 저감하는 기술 구현
- 각 실의 난방부하, 각 실의 난방 배관 구성, 각 실의 난방여부, 각 실의 설정온도 변화에 따라 필요한 유량을 자동적으로 밸런싱하여 분배하는 기능 구현
- 이러한 기능을 통해 실별 온도 불균형을 해소하고 쾌적 난방을 가능하게 하는 제어

1. 최종목표
- 각 실에 필요한 만큼의 온수유량을 공급하여 쾌적감 향상 및 에너지 절감을 유도하는 것이 본 기술의 목표임
- 현재 난방시스템의 가장 큰 하자 요인 중의 하나인, 부분부하시 유량 집중으로 인한 소음을 방지하고 보일러의 short cycle을 저감하는 기술 구현
- 각 실의 난방부하, 각 실의 난방 배관 구성, 각 실의 난방여부, 각 실의 설정온도 변화에 따라 필요한 유량을 자동적으로 밸런싱하여 분배하는 기능 구현
- 이러한 기능을 통해 실별 온도 불균형을 해소하고 쾌적 난방을 가능하게 하는 제어 성능 확보
- 상기의 기술목표를 총괄하여 다이내믹 밸런싱이라 정의하고, 이를 구현하기 위한 밸브 및 제어기 시작품 및 알고리즘을 도출하는 것이 본 연구의 최종목표임
2. 개발내용 및 결과
(1) self-regulating 기능: 각 실에 부하 및 난방 배관 조건에 근거하여, 필요한 유량을 자동적으로 밸런싱하여 각 실에 공급해 주기 위한 기능
→ 결과: 설정실온과 실온의 차이에 근거하여 밸브의 개도를 자동적으로 조절하는 알고리즘으로 구현
(2) 부분부하시 대응 기능: 한 두 개의 실만 난방되는 경우, 난방되는 실에 집중되는 유량으로 인해 발생할 수 있는 캐비테이션, 소음 등을 방지하기 위한 안전 기능
→ 결과: 밸브제어기에서 on되어 있는 밸브의 수량을 파악하여, 사용자가 설정한 수치 이하로 떨어질 경우 해당 밸브의 개도를 full open 시키는 알고리즘 적용.
(3) re-balancing 기능: 설정온도 변경시, 각 실의 부하조건 변동시 실별 필요유량이 변화하므로 이에 대응하여 밸런싱 설정치를 자동으로 변경하는 기능
→ 결과: (1) 의 연장선상에 있는 기능으로서, 설정실온과 실온의 차이에 근거하여 밸브의 개도를 자동적으로 조절하는 알고리즘으로 구현하였음
(4) 오버슈팅 방지 기능: 온돌난방에서 필연적인 오버슈팅을 방지하기 위해 실온과 설정실온의 차이에 근거하여 밸브 개도를 조절하는 기능
→ 결과: (1)의 연장선상에 있는 기능으로서, 실온이 설정실온에 근접할 경우 밸브의 개도를 감소시켜 순환유량 및 오버슈팅을 저감시키는 알고리즘으로 구현하였음
3. 사업성과
= 기술적 성과
(1) 온돌난방의 실별 온도 제어 성능 향상
- 각 실에 필요한 유량을 공급함으로써 각 실 난방부하에 적합한 유량이 공급됨
- 개발된 시스템을 적용한 결과 각 실의 온도가 설정온도에서 안정적으로 유지되며 실별 평균 온도편차가 1.0℃ 미만으로 나타나, 실별 난방 불균형으로 인한 문제가 예방될 것으로 판단됨
(2) 온돌난방의 소음 문제 해결
- 최근 온돌난방의 주요 하자 중의 하나인 소음은 밸브 캐비테이션에 의하여 발생하며, 이는 밸브 최소개도에서 유량계수값이 작을수록 발생확률이 높아짐
- 개발된 다이내믹 밸런싱 밸브의 최소개도에서 유량계수를 측정한 결과, 캐비테이션이 충분히 방지되어 소음문제를 해결할 수 있는 것으로 분석됨
(3) 온돌난방의 에너지 절감 및 열원 효율 향상
- 부분부하시 소음 방지를 위해 기존에는 차압바이패스밸브를 설치하였으나, 이 경우 열원에서 생산된 온수가 곧바로 열원으로 바이패스됨으로써 열원 효율저하 및 보일러 트립, short cycle 등의 문제가 제기되어 왔음
- 개발된 시스템은 차압바이패스밸브를 설치하지 않고 부분부하상태에서 난방되는 실에 공급되는 유량을 증가시킴으로써 불필요한 바이패스를 방지하고, 열원의 효율 또한 향상시키는 것으로 분석됨
(4) 온돌난방의 밸런싱 설정의 자동화 구현
- 기존 밸런싱 방식은 난방배관 저항 및 부하계산 결과에 근거하여 TAB 엔지니어가 일일히 밸브개도를 설정함으로 인해 시간 및 비용이 많이 소요됨
- 개발된 시스템은 밸브 개도를 사전에 설정하지 않고, 실온 변동을 피드백 받아 개도를 자동적으로 변경함으로써 필요 유량을 만족시킬 수 있는 것으로 분석됨
(5) 기타 HVAC 시스템의 터미널에 적용하여 유량 밸런싱 성능 향상
- 밸브몸체(body) 및 밸브유량특성(valve characteristic) 변경시 FCU 등 물배관을 이용한 다른 HVAC 시스템의 터미널 제어에도 이용될 수 있을 것으로 분석됨
= 경제적 성과
(1) 시장창출
- 다이내믹 밸런싱 밸브가 내장된 시스템 분배기 시장 창출
- 기존 난방 설비 교체시 본 시스템을 적용함으로써 설비 리모델링 시장 창출
(2) 수입 대체 / 수출 기대
- 기존 밸런싱 방식을 적용한 시스템 분배기는 대부분 이탈리아, 독일 등에서 수입한 것이나, 새로운 밸런싱 시스템을 적용하여 수입을 대체
- 모터를 이용한 자력식의 밸런싱 밸브는 해외에도 전례가 없으므로 충분한 성능 검증 후 북미 및 유럽 지역에 수출
(3) 비용 절감
- 제어밸브와 밸런싱 밸브가 통합된 combo 밸브이므로 시스템 분배기의 생산 비용 절감
- 자동으로 밸런싱 설정을 할 수 있으므로 인력에 의존하는 기존 밸런싱 방식에 비해 인건비 및 작업 시간 절감
- 필요한 열량 만큼 각 실에 공급하고 열원의 안정적 운전이 가능하므로 주거 건물의 난방에너지 절감에 기여
= 사회적 성과(일자리 창출 등)
(1) 신규 일자리 창출 효과
- HVAC controller 제작관련: 신형 combo type 밸브 제작, 제어 알고리즘 임베딩 등
(2) 난방하자에 따른 사회적 비용 절감
- 기존 난방 시스템 하자에 따른 유지비 증가, 기기 교체비 증가, 난방비 증가 등 예방
(3) 생산성 향상
- 주거 건물의 열쾌적?음쾌적 향상으로 거주자 만족도 및 생산성 향상에 기여
4. 향후추진계획
(1) 주거건물 특성에 따른 모델 설정 및 보완
- 지역난방/ 개별난방 대응형 제어 시스템
- 시스템 분배기 일체형 / 배관 부착형 등으로 구분
(2) 공동주택 현장 적용
- 신축 및 리모델링 공동주택의 온돌 난방 시스템에 활용
(3) 기타 HVAC system의 터미널 유량 밸런싱에 확장 적용
- 사무소 건물의 FCU 등에 활용
- 기타 용도에 사용하기 위한 밸브 특성 및 밸브 제어기 보완 방법 검토
(4) 상품화 추진
- 대량 생산 위한 워킹 목업 제작
- 내구성 테스트 수행

목차 Contents

• 사업비사용실적보고서...1
• Ⅰ. 총괄현황...1
• Ⅱ. 과제개발비 세부집행내역...1
• 개발결과의견서...5
• 최종보고요약서(초록)...6
• 목차...9
• 제 1 장 서론...10
• 1.1 개발대상기술의 개요...10
• 1.2 기술개발의 필요성...10
• 1.3 국내외 관련 기술 현황...11
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...17
• 2.1 과제 개발 목표...17
• 2.2 개발 내용 및 범위...17
• 2.3 기술 개발 평가 방법...19
• 제 3 장 사업성과...20
• 3.1 기술적 성과...20
• (1) 시작품 제작...20
• (2) 기본적 성능 구현...24
• (3) 세부 성능 구현...25
• 3.2 경제적 성과...27
• 3.3 기타 성과...28
• 제 4 장 결론...29
• 4.1 기술 개발 결과 요약...29
• 4.2 향후 계획...30