10.자동제어 밸브, 제어 밸브의 구성

제어 밸브의 특성

 

가. 유량 특성
• 제어밸브 전후의 차압을 일정하게 했을 때, 밸브의 양정과 밸브를 통과하는 유량의 관계를 백분율(%)로 표시한 것이다.
  밸브의 개도(플러그의 스트로크)와 밸브 포트를 통과한 유량과의 관계를 밸브의 유량 특성이라 한다.
  그림 3-6에서 나타낸 배관 계에서 펌프 토출압력이 일정한 것으로 가정했을 때 밸브가 완전히 열릴 때의 유량을 100%라 하면, 밸브가 60% 열릴 때까지 닫힘 방향으로 움직일 때 펌프의 토출압력이 일정한 것으로 가정했기 때문에 밸브 전 후단의 압력 차는 완전히 열릴 때보다 증대되며 원래는 60%의 유량이 되어야 하는데 80% 정도로 유량이 증대된다.

이 현상은 등비율(Equal Percentage) 특성에 가까워진다. 이를 유효유량 특성이라 한다. 또한, 유효유량 특성은 밸브의 고유유량특성, 배관 저항, 펌프특성 등 프로세스의 여러 특성이 종합된 것이므로 동일한 밸브라도 프로세스에 따라 달라진다. 위 그림에 표시한 프로세스에서 , ΔPu 밸브가 완전히 열렸을 때의 제어밸브 앞뒤에 발생하는 압력 강하이고, ΔPL은 완전히 열렸을 때의 기타 배관계 압력강하 그리고 ΔP는 배관계 전체에 발생하는 압력강하를 나타내는 것으로 하면, ΔP= Δ Pu+ ΔPI가 된다. 제어밸브의 압력강하 ΔPu가 전체 배관 저항 ΔP 가운데 차지하는 비율 즉, ΔPu/ΔP=x는 전체 배관계 가운데 제어밸브의 저항 이외의 압력강하가 없을 때는 1'이 되고, 유량의 변동 폭이 넓은 경우에는 이를 크게 잡을 필요가 있으며, 변동의 폭이 좁을 때는 작게 잡을 수가 있다. 이 x는 밸브 오솔리티(Valve Authority)라 불리며 제어밸브가 배관계 안에서 실제 유량 특성으로서 어떻게 행동하는가를 추정하는 기준이 된다.
그림 3-7은 ΔP를 일정한 것으로 했을 때 ΔPu의 변동에 수반되는 밸브 특성의 변동을 선형(Linear) 특성과 등비율(Equal Percentage) 특성에 대해 밸브 오솔리티를 파라메타(Parameter)로 바꾸어 나타낸 것이다.

 

 

빌딩 중앙감시 시스템

 

 

빌딩 오토메이션에 대한 개념은 공기조화 제어가 실시된 얼마 뒤부터 셀렉터 코드 시스템에 편입되기 시작했다. 기존에는 냉동기, 보일러, 공기조화장치의 온도 • 습도제어 및 운전은 기기별로 관리되었으나, 이들 설비를 전체적으로 파악하여 설비 간의 운전의 협조를 취할 필요가 있게 됨과 동시에 설비의 수량이 증가하여 적은 인원으로 대형 시스템을 효율적으로 관리 할 수 있는 방법을 모색하게 되었다.
셀렉터 코드(selecta code) 시스템은 소규모 인원으로 즉시 설비의 관련 운전 상황을 파악할 수가 있고 고장 여부를 쉽게 파악할 수 있는 획기적인 시스템이었다.
본 시스템의 주요 기능은 첫째 필요한 온도 •습도 등에 대한 점검, 둘째 댐퍼나 밸브 등의 조절, 셋째 장치 기기의 운전• 정지, 넷째 모든 경보에 대한 감시, 다섯째 고장의 발견 등이다. 이처럼 복합적인 기능을 보유함으로써 대규모 시스템을 구성하는 장비의 관리가 용이해지고 효율적인 운전수행이 가능하여 기기수명을 증가시키는 장점을 갖게 되었다.

 

또한 셀렉터 코드 시스템이 보유한 멀티플렉스(Multiplex) 기능은 설비가 비정상 운전 상태 즉, 이상 운전, 경보, 고장 그리고 환경이 설정 조건으로부터 벗어났을 때만 운전자에게 알리는 예외관리의 방법 및 많은 설비 • 환경정보를 효율적으로 운전자에게 알려 주기 위한 시분할 처리를 가능하게 해준다.
온도• 습도 기타 실내 환경을 최적화하면서 빌딩에서 소비하는 에너지를 최소로 하는 에너지 절약 운전과 설비를 효율적인 조건으로 가동함으로써 부가적으로 얻을 수 있는 에너지 절약과 기기 수명을 증가시키는 관점에서 현재의 빌딩 오토메이션 시스템은 종래의 기능을 발전시키고 고효율 및 최적화 운전이 가능하도록 발전하고 있다.

4.1 시스템의 목적
빌딩 설비에는 공기조화, 위생, 전기, 방재설비 등이 있고 빌딩의 규모에 따라 용량, 수량의 차이가 있으며, 빌딩의 용도에 따라 설비의 등급 차이가 있기는 하지만 이는 모든 빌딩에 설치된다. 예컨대 10,000m2인 일반 빌딩의 공기조화 설비를 살펴보면 냉동기 2대, 보일러 1대, 냉온수 펌프 6대, 공기조화기 5대, 팬 코일 4 계통, 환기팬 15대 등 많은 기기가 설치된다. 이들 기기는 최종적으로 거주하기 위한 환경을 만들어 내기 위해 있으며 온도 • 습도제어, 압력제어 등을 하는 자동제어계와 깊은 관련을 가지고 있다.
이는 연중 불균일한 부하와 관계없이 일정한 온습도 제어를 제공해야 할 대상이 사람이기 때문이다.

공업 프로세스와는 달리 가장 큰 공기조화 부하인 외기의 상태가 연중 변화된다. 따라서 설비가동은 이들 조건을 고려하면서 가동시킬 필요가 있다. 예컨대 매일 아침의 설비가동에는 그날에 필요하다고 생각되는 냉동기의 대수를 외기온도의 상황으로 미루어 설정치를 연중 변경하여 운전하게 된다.
그다음에 펌프 그리고 필요한 냉수 온도가 확보되면 공기조화기, 팬 코일 등을 운전해 나간다. 또한 외기온도가 달라진 시점에서 거주 공간에 대한 급기온도의 설정을 변경 함으로써 열원 수의 공급 온도의 설정도 변경해야 하므로  공기조화시스템은 기기별로 개별적으로 독립되어 운전되는 것이 아니라 1차 측과 2차 측 시스템의 상호작용에 의해 가동된다. 이러한 시스템의 최적화 운전을 구현하기 위해서는 공기조화설비로부터의 운전, 정지, 고장의 상태, 어느 정도의 출력인가, 온도• 습도의 상태는 어떠한가, 실내 쪽 온도 • 습도는 어떠한가 등에 대해 중앙 제어실에서 그 상황을 파악할 수 있고 이 들 정보를 바탕으로 미리 설정되어 있는 조건에 의해 자동 판단으로 운전 방법을 변경하거나 사람의 판단에 의해 조정을 가할 수 있는 장치가 필요하게 되는데 이런 설비가 바로 빌딩 오토메이션 시스템이다.
또 하나의 예를 든다면, 만일 화재가 발생했을 때 공기조화기를 그대로 운전한다면 연기는 덕트를 통해서 다른 방으로 흘러가게 되고, 또한 외기를 받아들이고 있다면 화재를 조장하는 것이 된다. 이런 경우, 첫째 화재 발생 장소와 관련된 공기조화기, 송풍기를 정지시킨다. 둘째 모든 송풍기를 정지시켜 건물 안을 바깥 대기압과 같게 한다. 셋째 화재 발생 장소가 마이너스의 압력이 되도록 주위의 송풍기를 운전하며 가압하는 등 방법을 취함으로써 화재의 확산을 저지할 수 있게 된다. 이러한 일은 빌딩 설비가 각기 단독으로 운전된다면 불가능한 일이며 설비의 운전 상황, 안전 상황이 파악되고 운전을 어떻게 할 것인가 판단되지 않으면 불가능한 일이다.
빌딩 오토메이션 시스템의 필요성에 따른 도입 목적은 다음과 같다.

첫째, 최적 환경의 확보 
-빌딩 거주자에 대한 주거환경의 확보
-열운동 유틸리티의 안전 공급

둘째, 에너지 절감 
-높은 효율 운전
-최적화 운전

셋째, 안전성의 확보 
-빌딩 거주자에 대한 안전과 재해예방
-설비에 대한 안전과 재해예방

넷째, 인적 노력의 절감과 질적 향상 
-번거로운 작업의 자동화
-시스템을 통해 운전원에게 주는 기술적 접근