BA(빌딩 오토메이션)의 공조 자동 제어 인버터(2)

 

1. 건물의 냉온수 반송 설비

센트럴 공조 방식의 빌딩에서는, 냉난방의 열매체로서, 열원 (*1) 으로 만들어지는 냉수나 온수를 펌프로 각층에 있는 부하 설비(공조기나 팬 코일 유닛 등)에 보내고 있습니다. 그림 1은 센트럴 공조 방식의 냉수의 일반적인 반송 설비의 계통도이다. 온수의 경우도 냉동기가 온수 열교환기나 히트 펌프 칠러 등의 온열원을 대신하는 것만으로 펌프나 배관의 구성은 거의 같습니다.

그림 1 에서 냉방에 따른 공조 부하는 계절, 날씨, 시간대, 인원수, 방위(거실이 남쪽인지 북측인지 등) 등에 따라 가끔씩 변화하고 있습니다. 따라서 부하설비가 요구하는 열량(냉수의 유량과 왕복의 온도차의 곱)도 항상 변화하기 때문에 그 부하에 맞는 유량의 냉수를 열원에서 부하설비로 보내야 합니다. 각 층의 부하 설비에 냉수를 보내는 역할을 하고 있는 것이 냉수 2차 펌프입니다.

(*1) 열원

빌딩의 공조 설비에서는 냉수를 만드는 냉동기나 온수나 증기를 만드는 보일러, 및 이들을 반송하는 펌프나 열교환기 등의 설비 전반을 열원이라고 합니다. 일반적으로 빌딩의 지하층에 열원 설비를 설치하지만, 중규모 이하의 빌딩에서는 옥상에 열원 설비를 설치하는 경우도 있습니다. 또, 열매체의 물은 비중이 크기 때문에, 고층 빌딩에서는 중간층에 부스터 펌프를 설치한 서브 열원 설비를 둘 수도 있습니다. 도시부에 많은 지역 냉난방 시스템에서는, 지역 냉난방 시설로부터 냉수나 온수 또는 증기의 공급을 받아들이므로, 빌딩에 냉동기나 보일러라고 하는 설비는 없고, 냉수나 온수, 또는 증기의 수용 설비 및 반송 설비가 그 빌딩의 열원이 됩니다.

 

 

①펌프 댓수 제어

그림 2 는 펌프 댓수 제어의 구성입니다. 환원 배관에 설치된 유량계로 부하 설비가 요구하는 냉수 유량을 계측하여 적절한 댓수의 냉수 2차 펌프의 운전과 정지를 펌프 댓수 제어 컨트롤러가 자동으로 실시합니다. 운전중의 펌프는 항상 100% 운전이므로, 남은 냉수는 냉수 2차 헤더로부터 바이패스 밸브를 통해 냉수 1차 헤더로 되돌려, 냉수 2차 헤더의 압력을 일정하게 유지함과 동시에, 부하설비에 보내는 냉수 유량을 조정하고 있습니다. 펌프 댓수 제어에서는 경부하 시에 펌프의 운전 댓수가 감소하기 때문에 그만큼 에너지 절약이 되지만, 펌프 댓수는 일반적인 빌딩으로 2대에서 4대 정도이므로 몇 단계의 단계적인 에너지의 삭감 밖에 할 수 없습니다.

 

 

②펌프 댓수 제어＋인버터 제어

그림 3은 펌프 댓수 제어와 인버터에 의한 펌프 회전수 제어를 조합한 구성입니다. 환원 배관에 설치된 유량계의 계측값에 맞추어, 인버터로 펌프의 회전수 제어를 실시하기 위해 바이패스 밸브는 거의 닫힌 상태이며, 부하 설비측이 요구하는 냉수를 효율적으로 보낼 수 있습니다. 바이패스 밸브는 펌프 1대가 최소 유량으로 운전해도 냉수가 남아 버릴 때(야간 잔업 등의 경부하 시)에 열립니다. 또, 부하측의 유량에 맞추어, 냉수 2차 헤더의 압력을 적정한 값으로 캐스케이드 제어하는 ​​변압력 제어를 실시함으로써, 펌프의 회전수 가변 범위를 넓게 할 수 있어 중부하로부터 경부하까지 대응한 에너지 절약 효과의 높은 제어가 가능해집니다. 현재는 센트럴 공조 방식의 대부분의 빌딩에서 이 방식이 채용되고 있습니다.

 

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2. 인버터의 효용

인버터의 효용으로서 펌프의 시동시 저회전에서 천천히 회전속도를 올려가므로 워터 해머(수격 현상)가 거의 일어나지 않고 펌프 시동시의 충격으로부터 배관을 지키는 효과도 있습니다( 그림 4 ).

 

전동기의 축출력(출력축의 토크와 각속도의 곱)은 축 회전수의 3승에 비례하는 특성으로부터 일정 회전으로 운전하는 전동기에 비해 인버터라면 저회전 영역에서 대폭적인 소비 전력을 삭감할 수 있습니다.

빌딩 공조 분야에서도 지금까지 해설해 온 공조기 변풍량 제어나 이번 냉온수 반송 설비의 변류량 제어 이외에 냉동기 냉각수의 변류량 제어 등에도 인버터가 채용되어 에너지 절약에 공헌하고 있습니다.

 

 

 

 

출처: MG 홈페이지 (구 엠시스템 )