4-1. 지역난방에서 열원을 공급 받는 수용가 기계실에서 난방 급탕 열교환기 제어장치시설 기준에 대하여 설명하시오.

지역난방 공동주택 등의 수용가 기계실에는 지역난방 사업자로부터 공급받은 열원을 이용하여 해당 건축물의 난방 및 급탕 부하를 충족시키기 위한 열교환기 및 관련 설비가 설치됩니다. 이러한 설비의 효율적인 운영, 에너지 절감, 사용자 쾌적성 확보, 안전성 유지를 위해 정교한 제어 장치 시설이 필수적입니다. 제어 장치 시설 기준은 에너지이용 합리화법, 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙, 관련 KS 규격 및 지역난방 사업자의 기술 기준 등에 근거하며, 주요 내용은 다음과 같습니다.

 

1. 제어의 기본 목표

• 에너지 효율 극대화: 지역난방 1차측 공급 온/압력 변화에 관계없이 2차측(수용가측) 필요 부하에 맞는 최소한의 열량만 사용하도록 제어하여 지역난방 에너지 소비를 줄입니다.
• 쾌적성 유지: 난방 시 실내 설정 온도를, 급탕 시 설정된 급탕 공급 온도를 안정적으로 유지하여 사용자에게 쾌적한 환경을 제공합니다.
• 안전성 확보: 시스템의 과압, 과온 등을 방지하여 설비 손상 및 사용자 안전 사고를 예방합니다.
• 시스템 안정성: 1차측과 2차측의 유량 및 압력 변동에 시스템이 안정적으로 운영되도록 합니다.

2. 주요 제어 장치 및 시설 기준

수용가 기계실의 난방 및 급탕 열교환기 제어에는 주로 다음과 같은 장치들이 사용되며, 이에 대한 시설 기준이 적용됩니다.

• 자동 제어 밸브 (Control Valve):
  • 기능: 지역난방 1차측 배관에 설치되어 열교환기로 공급되는 열매체(온수)의 유량을 조절함으로써 2차측 난방수 또는 급탕수의 공급 온도를 제어하는 핵심 장치입니다.
  • 기준:
    • 제어 특성(유량 특성): 난방 및 급탕 부하 변화에 정밀하게 대응할 수 있도록 적절한 유량 특성(예: 등 비율 특성)을 갖는 밸브를 선정해야 합니다.
    • 사이징(Sizing): 최대 부하 시 필요한 유량을 충분히 흘릴 수 있고, 최소 부하 시에도 미세 유량 조절이 가능하도록 적정 Cv 값을 갖는 밸브를 선정해야 합니다. 너무 크거나 작게 선정되면 제어 성능이 저하됩니다.
    • 압력 등급: 지역난방 1차측의 최고 사용 압력에 충분히 견딜 수 있는 압력 등급의 밸브를 사용해야 합니다.
    • 구동기(Actuator): 제어 신호(예: 4-20mA 또는 0-10V)에 따라 밸브를 정확하게 개폐/변조할 수 있는 전동식 또는 공압식 구동기를 설치합니다.
    • 누설 등급: 밸브가 완전히 닫혔을 때 불필요한 열 공급을 차단할 수 있도록 적정 수준 이상의 누설 등급(Leakage Class)을 만족해야 합니다.
• 온도 센서 (Temperature Sensor):
  • 기능: 지역난방 1차측 공급/환수 온도, 2차측 난방수 공급/환수 온도, 2차측 급탕 공급/환수 온도, 외기 온도, 실내 온도 등을 측정하여 제어기에 입력 신호를 제공합니다.
  • 기준:
    • 정확도: 측정 오차를 최소화할 수 있는 정확도 높은 센서(예: Pt100, NTC 서미스터 등)를 사용해야 합니다.
    • 설치 위치: 제어에 필요한 대표 온도를 측정할 수 있는 정확한 위치에 설치해야 합니다 (예: 배관의 중심부 온도 측정).
    • 내구성: 사용 온도 및 압력 환경에 적합한 내구성을 가져야 합니다.
• 압력 센서 (Pressure Sensor):
  • 기능: 시스템 압력을 감지하여 안전 관리 및 펌프 제어 등에 활용됩니다.
  • 기준: 시스템 최고 사용 압력 및 운전 범위에 적합한 압력 등급 및 정확도를 갖는 센서를 설치합니다.
• 유량계 (Flow Meter):
  • 기능: 2차측 난방수 또는 급탕수의 순간 유량이나 적산 유량을 측정하여 펌프 제어, 시스템 모니터링 등에 활용될 수 있습니다.
  • 기준: 필요한 측정 범위와 정확도를 만족하는 유량계를 설치합니다.
• 열량계 (Heat Meter):
  • 기능: 수용가에서 사용한 열량을 정확하게 측정하여 지역난방 사업자에게 사용량 데이터를 제공하고 요금을 산정하는 핵심 장치입니다. 보통 유량부, 온도 센서 쌍, 연산부로 구성됩니다.
  • 기준:
    • 법정 계량기: 「계량에 관한 법률」 및 관련 고시에 따른 법정 계량기로서 형식 승인 및 검정을 받은 제품을 사용해야 합니다.
    • 설치 위치: 지역난방 사업자의 규정에 따라 정확한 열량 측정이 가능한 위치에 설치해야 합니다 (일반적으로 수용가측 배관의 인입구).
    • 정확도 등급: 요구되는 정확도 등급(예: 2등급)을 만족하는 제품을 사용해야 합니다.
• 제어기 (Controller):
  • 기능: 센서 입력 신호를 받아 미리 설정된 제어 로직(알고리즘)에 따라 자동 제어 밸브, 펌프 등의 제어 대상에게 출력 신호를 보내 시스템을 자동으로 운영합니다. DDC(Direct Digital Control) 또는 PLC(Programmable Logic Controller) 등이 사용됩니다.
  • 기준:
    • 제어 성능: PID 제어 등 정밀한 제어 알고리즘 구현이 가능해야 합니다.
    • 확장성 및 통신: 필요한 입출력(Input/Output) 포트 수를 확보하고, 건물 에너지 관리 시스템(BEMS) 등 상위 시스템과의 통신 기능(예: BACnet, Modbus)을 갖추는 것이 일반적입니다.
    • 안정성 및 신뢰성: 산업 환경에 적합한 내구성과 신뢰성을 가져야 합니다.
    • 프로그래밍 기능: 운전 조건 변화나 제어 로직 수정에 유연하게 대응할 수 있어야 합니다.
• 순환 펌프 제어:
  • 기능: 2차측 난방수 또는 급탕수를 순환시키는 펌프의 운전을 제어합니다.
  • 기준:
    • 변유량 제어: 에너지 절감을 위해 부하 변동에 따라 펌프의 회전 속도를 조절하는 변유량 제어 방식(예: 인버터 설치)을 적용하는 것이 권장되거나 의무화될 수 있습니다.
    • 운전/정지: 제어기 신호에 따라 펌프를 자동 운전/정지시키고, 최소 유량 확보, 캐비테이션 방지 등의 보호 기능을 갖도록 합니다.
• 안전 장치 (Safety Device):
  • 기능: 시스템 이상 시 과온, 과압 등으로부터 설비를 보호하고 안전 사고를 방지합니다.
  • 기준:
    • 과온 방지: 난방수 및 급탕수 공급 온도가 설정된 최고 온도를 초과할 경우 열원 공급을 차단하는 안전 스위치 또는 제어 로직을 반드시 설치합니다 (특히 급탕은 레지오넬라균 방지 및 화상 위험 고려).
    • 과압 방지: 시스템 압력이 설정 압력을 초과할 경우 작동하는 안전 밸브(Relief Valve) 등을 설치합니다.

이러한 제어 장치들은 유기적으로 연동되어 수용가의 난방 및 급탕 시스템을 효율적이고 안전하게 운영하는 데 기여합니다. 관련 법규 및 사업자의 기술 기준에 따라 정확한 장치 선정, 설치, 설정 및 유지보수가 이루어져야 합니다.