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KR102558156B1 - 열 에너지 분배 시스템을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

열 에너지 분배 시스템을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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KR102558156B1
KR102558156B1 KR1020217009956A KR20217009956A KR102558156B1 KR 102558156 B1 KR102558156 B1 KR 102558156B1 KR 1020217009956 A KR1020217009956 A KR 1020217009956A KR 20217009956 A KR20217009956 A KR 20217009956A KR 102558156 B1 KR102558156 B1 KR 102558156B1
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hot
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페르 로센
야콥 스콕스트롬
프레드리크 로젠퀴스트
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이.온 스베리지 에이비
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Abstract

본 발명은 열 에너지 분배 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템에 의해 분배 그리드로부터 시간에 따라 기대 전체 열기 및/또는 기대 전체 냉기의 방출과 관련된 예측 데이터를 결정하고, 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및/또는 냉기의 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하는 단계, 제어 서버에서 시간 분해 제어 신호(상기 제어 신호는 예측 데이터에 기반하고 로컬 제어 유닛의 적어도 하나와 연동됨)를 결정하는 단계, 제어 서버로부터 연동된 로컬 제어 유닛으로 제어 신호를 전송하는 단계, 연동된 로컬 제어 유닛에서 제어 신호를 수신하는 단계, 제어 신호에 응답하여 제어 서버에서 분배 그리드로부터의 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출을 시간에 따라 조절하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 열 에너지 분배 시스템에 관한 것이다.

Description

열 에너지 분배 시스템을 제어하기 위한 방법
본 발명은 열 에너지 분배 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열 에너지 분배 시스템에 관한 것이다.
쾌적 난방/냉방 분야에서, 쾌적 난방 또는 냉방에 대한 수요가 외부 요인에 크게 의존할 수 있다는 것은 잘 알려진 현상이다. 예를 들어, 쾌적 난방에 대한 수요는 추운 날이나, 눈보라 또는 폭풍우와 같은 기상 현상이 있는 날에 더욱 높을 수 있다. 주거용 건물의 거주자가 일반적으로 더 큰 그룹으로 모여 더 적은 거주지를 차지하는 휴일에는, 쾌적 난방에 대한 수요가 감소할 수 있다. 스포츠 행사 또는 퍼레이드와 같은 행사로 인해 많은 거주자가 집을 떠날 수도 있다. 빠르게 작동하는 난방 시스템은 일반적으로 느린 시스템보다 실행하기에 더 비싸고 환경 친화적이지 않을 수 있으므로, 피크 수요를 처리해야 할 때 문제가 발생한다. 예를 들어, 석유 또는 가스 히터는 더욱 환경 친화적인 지열(geothermal) 난방보다 더 빠르게 작동할 수 있다. 또한, 수요에 맞추기 위해 상기 히터를 최대 용량으로 운영하는 것은 비용이 많이 들 수 있다. 마찬가지로 냉방 시스템의 경우도, 햇빛이 매우 강한 날과 같은 기상 상황이 이러한 서비스에 대한 수요를 유발할 수 있다. 적어도 이러한 이유들 때문에, 쾌적 난방 및/또는 냉방을 제공하는 보다 효율적인 방법이 필요하다.
WO 2017/076868 A1
본 발명의 목적은 전술된 문제 중 일부를 최소한 완화하는 것이다.
이러한 목적은 열 에너지 분배 시스템을 제어하기 위한 방법으로 달성되며, 상기 시스템은;
열기 및/또는 냉기의 유체 기반 분배를 위한 분배 그리드,
열기 및/또는 냉기를 생산하고 분배 그리드에 열기 및/또는 냉기를 전달하기 위한 하나 이상의 생산 플랜트, 및
복수의 로컬 제어 유닛(상기 로컬 제어 유닛 각각은 건물 내의 로컬 분배 시스템과 연동되고, 로컬 분배 시스템은 하나 이상의 건물 내에 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방을 분배하도록 구성되며, 로컬 제어 유닛 각각은 분배 그리드로부터 연동된 로컬 분배 시스템의 열기의 방출을 제어하도록 더 구성됨)을 포함하며,
상기 방법은:
분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템에 의해 분배 그리드로부터 시간에 따라 기대 전체 열기 및/또는 기대 전체 냉기의 방출과 관련된 예측 데이터를 결정하고, 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및/또는 냉기의 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하는 단계;
제어 서버에서, 시간 분해 제어 신호(상기 제어 신호는 예측 데이터에 기반하고 로컬 제어 유닛의 적어도 하나와 연동됨)를 결정하는 단계;
제어 신호를 제어 서버로부터 연동된 로컬 제어 유닛으로 전송하는 단계;
연동된 로컬 제어 유닛의 적어도 하나에서 제어 신호를 수신하는 단계; 및
제어 신호에 응답하여, 분배 그리드로부터 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출을 시간에 따라 조절하는 단계;
를 포함한다.
이러한 방법으로, 기상 현상과 같은 환경적 이벤트 및/또는 소비자의 행동으로 인한 피크 수요를 예측하여, 로컬 분배 시스템 내의 생산 플랜트와 같은 난방 또는 냉방 시설을 효율적으로 활용하는 데 사용할 수 있다. 이는, 예를 들어, 아침 시간에 수돗물을 가열하기 위한 열기 방출의 예상 피크에 응답하여, 아침 시간 동안 쾌적 난방을 위한 열기 방출을 감소시키는 제어 신호를 송신해, 추가적인 생산 플랜트를 활성화해야 하는 상황을 방지할 수 있다. 이는, 예를 들어, 생산 플랜트의 예측되는 정지 시간 동안 쾌적 난방을 위한 열기 방출을 일시적으로 줄일 수 있다. 예측 데이터 및 시간 분배 제어 신호를 사용하여 열기 및/또는 냉기의 방출을 조절함으로써, 생산 플랜트가 인식하는 전체 수요 피크를 완화하거나 상쇄할 수 있다. 예측 데이터 및 시간 분해 제어 신호를 사용하여, 제어 서버와 로컬 제어 유닛 간의 통신에 필요한 주파수 및 필요한 가동 시간에 관한 요구를 줄일 수 있다. 예측 데이터를 보유하고 시간이 지남에 따라 열기 및/또는 냉기의 방출을 조절함으로써, 추가적인 생산 플랜트를 활성화해야 하는 횟수를 줄일 수 있다. 또한, 이러한 방법은 생산 플랜트가 인지하는 전체 수요 피크를 완화할 수 있기 때문에, 이러한 방법을 활용하여, 예상보다 큰 수요 피크로 인해 곧 추가적인 생산 플랜트를 활성화를 필요로 할 것이라는 인식으로부터 실제로 생산 플랜트를 추가적으로 활성화해야 하기까지 걸리는 시간을 연장시킬 수 있으므로, 생산 플랜트는 수요 피크에 응답하는 시간이 더 느리게끔, 보다 환경 친화적으로 가동될 수 있다.
예측 데이터는 일기 예보에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 폭풍, 눈보라 또는 폭염과 같은 사건을 보다 효율적으로 보상할 수 있다.
예측 데이터는 분배 그리드로부터의 로컬 분배 시스템의 전체 열기 및/또는 냉기의 방출에 관한 사전 기록된 시간 분해 데이터를 포함할 수 있다. 이는 특정한 또는 쉽게 예측할 수 있는 현상과 관련 없는 미세한 날씨 변화와 같이, 규칙적이지만 예측하기 어려운 수요 피크를 보상할 수 있다. 또한, 이는 근무일, 공휴일 또는 쾌적 난방/냉방에 대한 필요성이 유사한 불규칙적 현상인 스포츠 행사 등에서, 날씨와 관련이 없지만 규칙적인 현상을 보상할 수 있다. 이러한 사전 기록된 시간 분해 데이터 중 일부는 날씨 데이터와 연결되지 않을 수 있다. 이는 예를 들어, 휴일인지 근무일인지 여부에 따른, 전체 난방 및/또는 냉방 요구의 전반적인 차이와 관련이 있을 수 있다. 그러한 일부 데이터는 날씨 데이터와 관련하여 사전 기록될 수 있으므로 시간 분해 제어 신호가 사전 기록된 데이터와 일기 예보의 연결에 기반할 수 있다. 이는 예를 들어, 특정 기상 현상이 근무일인지 휴일인지 여부에 따라 상이한 전체 열기 및/또는 냉기의 방출이 어떻게 초래될 수 있는지를 고려할 수 있다.
예측 데이터는 분배 그리드로부터의 하나 이상의 특정 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출과 관련된 사전 기록된 시간 분해 데이터를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 지역적인 현상으로 인한 수요 피크를 보상할 수 있다. 예를 들어, 대형 쇼핑 센터에서 밤새 캠페인을 하거나 기타 유사한 이벤트가 발생하여, 지역적인 수요가 피크에 달할 수 있다. 이러한 수요 피크는, 예를 들어, 해당 로컬 분배 시스템에 대한 난방 또는 냉방 공급의 지역적 증가 및/또는 주변 로컬 분배 시스템의 일시적인 방출의 감소를 야기한다. 분배 그리드로부터의 하나 이상의 특정 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출과 관련된 이러한 사전 기록된 시간 분해 데이터는, 분배 그리드로부터의 로컬 분배 시스템의 전체적인 열기 및/또는 냉기의 방출에 관한 사전 기록된 시간 분해 데이터가 기상 데이터와 연결 해제되거나 연동되는 방법과 유사하게, 기상 데이터와 연결 해제되거나 연동될 수 있다.
예측 데이터를 결정하는 동작은 건물 유형과 관련된 데이터를 포함할 수 있다. 건물 유형은 주거용 건물, 상업용 건물, 독립형 주택 또는 아파트 건물 중 하나일 수 있다. 서로 다른 유형의 건물은 전술된 현상 각각에 대해 다르게 반응할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 눈보라가 아파트 단지보다 독립 주택에 더 많은 영향을 미친다는 것이 알려져 있으면, 독립 주택이 많은 것으로 알려진 구역은 분배 그리드에서 열을 끌어올 수 있는 반면, 전체 기대 열기 방출 및 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터가 추가적인 생산 플랜트를 단기간 배치해야 함을 나타내는 경우, 아파트 단지는 일시적으로 열기의 방출을 줄이도록 제어된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 예측 데이터를 결정하는 동작은 개별 건물의 과거 소비 데이터의 사용을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예측 데이터를 결정하는 동작은 개별 건물에서 예측된 소비 데이터의 사용을 포함할 수 있다.
상기 방법은 각 건물 외부의 온도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 각 로컬 제어 유닛은 각 건물 외부의 결정된 온도에 기반하여 분배 그리드로부터 연동된 로컬 분배 시스템의 열기 방출을 제어하도록 구성될 수 있다. 이는 시스템으로부터 보다 효율적으로 열기를 방출할 수 있다는 장점이 있다.
상기 방법은, 각각의 로컬 제어 유닛에서 건물 외부의 결정된 온도에 기반하여 연동된 로컬 분배 시스템에 대한 기본 스티어링 온도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 건물 외부 온도에 맞게 방출이 조정될 수 있다. 예를 들어, 건물 외부의 온도가 상대적으로 낮으면 열기의 방출량이 상대적으로 높을 수 있고, 건물 외부의 온도가 상대적으로 높으면 이에 따라 열기의 방출량이 상대적으로 낮을 수 있다. 다른 예에 따르면, 건물 외부의 온도가 상대적으로 낮으면 냉기의 방출량이 상대적으로 낮을 수 있고, 건물 외부의 온도가 상대적으로 높으면 이에 따라 냉기의 방출량이 상대적으로 높을 수 있다.
기본 스티어링 온도는 로컬 분배 시스템에서 열 전달 유체의 공급 온도를 조절하는 조절기에 대한 셋 포인트(set-point) 온도일 수 있다.
조절기는 열 전달 유체의 공급 온도를 조절하기에 적합한 임의의 유형의 조절기일 수 있다. 예를 들어, 조절기는 P, PI, PD, PID 컨트롤러 또는 더욱 발전된 캐스케이드(cascaded) 컨트롤러일 수 있다. 열 전달 유체는 열기 및 냉기 모두의 전달을 위해 사용된다는 사실이 이해될 것이다. 이러한 방식으로, 조절기는 로컬 분배 시스템의 열기 또는 냉기의 방출 또는 사용에 영향을 미칠 수 있다.
각각의 로컬 제어 유닛에 대한 제어 신호는 온도 오프셋에 관한 정보를 포함할 수 있으며, 상기 방법은 건물 외부의 결정된 온도 및 온도 오프셋에 기반하여 감소된 스티어링 온도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
감소된 스티어링 온도는 적어도 하나의 로컬 제어 유닛에서 결정될 수 있다. 로컬 제어 유닛은, 예를 들어 결정된 건물 외부의 온도 및 설정된 원하는 실내 온도와 같은 국부적 요인을 고려하여 기본 스티어링 온도를 결정한 다음, 수신된 온도 오프셋에 기반하여 감소된 스티어링 온도를 결정한다. 적어도 하나의 로컬 제어 유닛은 감소된 스티어링 온도에 기반하여 분배 그리드로부터 연동된 로컬 분배 시스템의 열기 방출을 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, 분배 그리드로부터의 연동된 로컬 분배 시스템의 열기 방출이 감소될 수 있다. 이는 분배 그리드로부터 보다 균일한 열기 방출이 달성될 수 있도록 할 것이다. 또한, 분배 그리드로부터의 열기 방출에 대한 수요가 높을 때, 대부분의 또는 모든 로컬 분배 시스템이 적어도 약간의 열을 얻거나, 대안적으로는 상이한 시간대에 분배 그리드로부터 열을 끌어낼 수 있도록 함으로써 열을 공유하는 것이 보장될 수 있도록 한다. 이는 분배 그리드에서 냉기가 방출되는 경우에도 동일하게 적용된다.
시간 분배 제어 신호는 주기적으로 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 방법은 최신의 예측에 의존하는 것과 제어 서버와 로컬 제어 유닛 사이의 통신을 최소화하는 것 사이의 균형을 맞출 수 있다.
시간 분해 제어 신호의 시간 길이는, 복수의 시간 분해 제어 신호들 각각의 송신 시각 사이의 주기보다 더 긴 시간 길이, 바람직하게는 적어도 5 배 더 긴 시간 길이를 가질 수 있다. 이를 통해, 예를 들어 제어 신호 전송을 담당하는 서버와의 연결이 끊어져도 효율성을 높일 수 있는데, 최근에서 좀 더 오래된 예측이라 할지라도, 대부분의 경우, 예측 불가능한 파워 스티어링 방법으로 돌아가는 것보다 더 낫기 때문이다.
간단하게 서술하면, 열 에너지 분배 시스템을 제어하는 방법은, 분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템에 의해 분배 그리드로부터 시간에 따라 기대 전체 열기 및/또는 기대 전체 냉기의 방출과 관련된 예측 데이터를 결정하고, 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및/또는 냉기의 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하는 단계, 제어 서버에서 시간 분해 제어 신호(상기 제어 신호는 예측 데이터에 기반하고 로컬 제어 유닛의 적어도 하나와 연동됨)를 결정하는 단계, 제어 서버로부터 연동된 로컬 제어 유닛으로 제어 신호를 전송하는 단계, 연동된 로컬 제어 유닛에서 제어 신호를 수신하는 단계, 제어 신호에 응답하여 제어 서버에서 분배 그리드로부터의 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출을 시간에 따라 조절하는 단계를 포함한다.
또한, 열 에너지 분배 시스템이 제공된다. 상기 시스템은:
열기 및/또는 냉기의 유체 기반 분배를 위한 분배 그리드,
열기 및/또는 냉기를 생산하고 분배 그리드에 열기 및/또는 냉기를 전달하기 위한 하나 이상의 생산 플랜트,
복수의 로컬 제어 유닛(상기 로컬 제어 유닛 각각은 건물 내의 로컬 분배 시스템과 연동되고, 로컬 분배 시스템은 하나 이상의 건물 내에 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방을 분배하도록 구성되며, 로컬 제어 유닛 각각은 분배 그리드로부터 연동된 로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출을 제어하도록 더 구성됨),
분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템에 의해 분배 그리드로부터 시간에 따라 기대 전체 열기 및/또는 기대 전체 냉기의 방출과 관련된 예측 데이터를 결정하고, 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및/또는 냉기의 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하도록 구성된 예측 서버,
시간 분해 제어 신호(상기 제어 신호는 예측 데이터에 기반하고 로컬 제어 유닛의 적어도 하나와 연동됨)를 결정하도록 구성된 제어 서버,
제어 서버로부터 제어 신호를 전송하도록 구성된 송신기,
제어 신호를 수신하도록 구성된 수신기, 및
로컬 분배 시스템의 열기 및/또는 냉기의 방출을 조절하도록 구성된 조절기를 포함한다.
전술된 방법의 특징은 적용 가능한 경우 열 에너지 분배 시스템에도 적용된다. 과도한 반복을 피하기 위해 위의 내용을 참조할 수 있다.
본 발명의 추가적인 적용 범위는 후술된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 예시로서 주어진 것으로 이해되어야 한다. 이는 상세한 설명으로부터, 본 발명의 범위 내에서의 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 명백할 것이기 때문이다.
따라서, 본 발명은 설명된 장치의 특정 구성 부분에 제한되지 않거나 설명된 방법의 동작으로 그러한 장치 및 방법이 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아님을 또한 이해해야 한다. 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, "하나" "일" 또는 "상기"는 문맥상 명확히 달리 지시하지 않는 한 하나 이상의 요소가 있음을 의미하는 것으로 의도된다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어 "유닛"에 대한 언급은 여러 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, "포함하는" 및 이와 유사한 표현은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다.
도 1은 열 에너지 분배 시스템의 개략도이다.
도 2는 열 에너지 분배 시스템 내의 로컬 분배 시스템의 개략도이다.
도 3은 열 에너지 분배 시스템을 제어하는 방법의 개략도이다.
본 발명은 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 도시하는 첨부된 개략도를 참조하여 예시로서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 열 에너지 분배 그리드(110) 및 생산 플랜트(120)를 포함하는 열 에너지 분배 시스템을 도시한다. 분배 그리드(110)는 생산 플랜트(120)로부터 가열 또는 냉각 매체를 제공하는 메인 라인(111) 및 생산 플랜트(120)로 가열 또는 냉각 매체를 수송하는 리턴 라인(112)을 포함한다. 가열 또는 냉각 매체는 생산 플랜트(120)에서의 가열 또는 냉각에 적합하고 메인 라인(111) 및 리턴 라인(112)에 의해 수송되는, 물과 같은 임의의 유체일 수 있다. 이후, 가열 또는 냉각 매체를 "열 유체"라고 한다. 생산 플랜트(120)는 지열(geothermal) 플랜트, 유체를 가열 또는 냉각하기 위한 전기 구동 플랜트일 수 있거나, 가스 또는 오일과 같은 연료의 연소에 의해 구동될 수 있다. 생산 플랜트(120)가 가열 또는 냉각 매체를 가열 또는 냉각하고 분배 그리드(110)를 통해 펌핑하도록 구성된다는 사실이 중요하다. 분배 그리드(110)는 하나 이상의 생산 플랜트(120)를 포함할 수 있다. 열 에너지 분배 그리드(110)는 건물(200a, 200b)에 연결된다. 건물(200a, 200b)은 생산 플랜트(120)와 상이한 거리에 위치한다. 건물(200)은 주거용 건물, 상업용 또는 사무실 건물, 아파트 건물, 독립 주택 또는 산업용 건물과 같이 열 에너지 분배 그리드(110)에 연결하기에 적합한 임의의 유형의 건물일 수 있다.
열 에너지 분배 시스템은 건물(200)에 연결된 로컬 분배 시스템(150)을 포함한다. 로컬 분배 시스템(150)은 건물(200) 내부에 열기 또는 냉기를 분배하도록 구성되며, 라디에이터, 공기 조절 장치 및 온도를 조절하도록 구성된 기타 장치를 포함할 수 있다. 로컬 분배 시스템(150)은 복수의 건물(200) 또는 하나의 건물(200)에 서비스를 제공할 수 있다. 로컬 분배 시스템(150)은 건물(200) 내부에 위치할 수 있다. 로컬 분배 시스템(150)의 적어도 일부가 건물(200)의 외부에 위치할 수 있다. 로컬 분배 시스템(150)은 로컬 제어 유닛(140)과 연동된다. 로컬 제어 유닛(140)은 분배 그리드(110)로부터 건물(200)로의 열기 또는 냉기의 방출을 조절하도록 구성된다.
로컬 분배 시스템(150)은 도 2에 더욱 상세히 도시되어 있다. 열 유체는 메인 라인(111)으로부터 열기/냉기 추출기(155)로 흐른다. 열기/냉기 추출기(155)는 열 교환기일 수 있다. 대안적으로, 열 추출기(155)는 열 펌프일 수 있다. 열기/냉기 추출기(155)는 메인 라인(111)의 열 유체 유동으로부터 열기/냉기를 추출하도록 구성된다. 열기/냉기 추출기(155)는 메인 라인(111)의 열 유체로부터 추출된 열기/냉기를 로컬 분배 시스템(150)의 로컬 열 유체에 증착시키도록 구성된다. 로컬 분배 시스템(150)의 로컬 열 유체는 라디에이터 또는 공기 조절 장치와 같은 열 요소(156)를 통해 펌핑된다. 열 요소(156)는 건물(200) 내부의 공기를 가열하거나 냉각시키는 데 적합한 임의의 장치일 수 있다. 로컬 제어 유닛(140)은 열 요소(156) 내로 순환하는 열 유체의 스티어링 온도(Tsteer)를 감지하고, 열 요소(156) 밖으로 순환하는 열 유체의 복귀 온도(Tret)를 감지하도록 구성된 한 쌍의 열 센서(미도시)에 연결된다. 로컬 제어 유닛(140)은 스티어링 온도(Tsteer)와 복귀 온도(Tret)를 사용해 열 교환기(155)를 조절하여 건물(200)을 원하는 온도로 가열하거나 냉각시킨다. 조절은 열 요소(156)를 통해 열 유체의 유동을 조절하는 밸브와 같은 조절기(미도시)를 통해 수행된다. 또한, 로컬 제어 유닛(140)에 온도계(170)가 연결된다. 온도계(170)는 건물(200) 외부의 주변 온도를 측정하고, 로컬 제어 유닛(140)은 이를 이용해 빌딩(200) 내부의 온도를 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 로컬 제어 유닛(140)은 셋 포인트 온도로서 사용될 기본 스티어링 온도(Tsteer)를 설정한다. 조절은 셋 포인트 온도와 원하는 온도 사이의 온도 오프셋을 결정하여 수행된다. 오프셋은 셋 포인트 온도에 추가될 온도 값일 수 있다. 이러한 온도 값은 건물(200)의 난방 또는 냉방에 대한 필요를 반영하는 양수 또는 음수 값일 수 있다. 오프셋은 또한 셋 포인트 온도에 적용될 백분율 값일 수 있다. 감소된 스티어링 온도는 셋 포인트 온도와 건물 외부 온도, 온도 오프셋에 따라 결정된다. 이러한 감소된 스티어링 온도는 조절기를 제어하는 데 사용된다. 조절기에 의해 제어될 수 있는 한, 건물(200) 내부의 온도 조절은 다른 방식으로 수행될 수 있다.
도 1은 예측 서버(180)를 더 도시한다. 예측 서버(180)는 건물(200)에 의한 열 에너지 분배 그리드(110)의 사용에 영향을 미칠 수 있는 예측된 이벤트에 대한 예측 데이터를 결정하도록 구성된다. 이러한 이벤트는, 예를 들어 기상 이벤트일 수 있다. 또한, 이러한 이벤트는 건물에 많은 사람들이 출입할 것이 예측되는 스포츠 행사, 공휴일, 쇼핑 행사 등과 같이 건물에 의한 분배 그리드(110)의 사용에 영향을 미칠 수 있는 행사일 수 있다. 예측 서버(180)는 또한 분배 그리드(110)로부터의 열 유체의 방출 이력에 관한 데이터를 결정한다. 이는 예를 들어, 이력 기록을 조사하고 이에 기반한 추정을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분배 그리드(110)로부터의 방출이 지난 5 년 동안 크리스마스 이브에 정상보다 20 % 높았다면, 예측 서버(180)는 방출이 올해 크리스마스 이브에도 20 % 더 높을 것이라고 예측 데이터를 결정할 수 있다. 이는 단지 예일 뿐이며, 예측 데이터는 분배 그리드(110)로부터의 기대 열 유동 방출 및/또는, 생산 플랜트(120)의 기대 용량에 관련되는 한, 임의의 수준의 정교함을 가진 임의의 방법에 의해 생성될 수 있다. 이력 데이터는 분배 그리드(110)에 연결된 특정 로컬 제어 유닛(140)의 방출 및 분배 그리드(110)로부터의 전체 방출에 관련될 수 있다. 예측 데이터는 건물(200)의 유형에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는, 특정 기상 이벤트가 한 유형의 건물에 큰 영향을 미칠 수 있지만 다른 유형에는 영향을 미치지 않는 값일 수 있다. 예를 들어, 쇼핑몰은 폭우의 예측으로 인해 방문객이 크게 감소할 수 있으며, 따라서 분배 그리드(110)로부터의 열기의 방출이 증가해야 할 수 있다. 이는 사람들이 쇼핑몰을 방문할 가능성이 적기 때문이다. 쇼핑몰에 사람이 적어지면 사람들로부터 열이 공급되지 않고, 쇼핑몰 내의 고객에게 쾌적한 실내 공기를 제공하기 위해 추가 난방이 필요하다.
건물(200), 생산 플랜트(120) 및 예측 서버(180)는 모두 제어 서버(130)에 연결되어 있다. 제어 서버(130)는 로컬 분배 시스템(150) 및 예측 서버(180)로부터 판독값을 수신하도록 구성된다. 제어 서버(130)는 송신기(미도시)를 통해 건물(200) 내의 조절기(미도시)로 전송되는 시간 분해 제어 신호를 결정하도록 구성된다. 판독값은 수신기(145)에 의해 로컬 분배 시스템 내에서 수신된다. 시간 분해 제어 신호는 예를 들어, 로컬 제어 유닛(140)에 대한 입력값을 포함하는 데이터 어레이일 수 있다. 이 경우, 로컬 제어 유닛(140)은 데이터 어레이의 다음 값을 사용하여, 예를 들어 제어 신호의 시간 해상도가 시간 단위일 경우, 매시간 건물(200) 내부 온도를 조정한다. 제어 신호의 시간 해상도는 분, 초, 일 또는 열 제어 시스템과 함께 사용하기에 적합한 임의의 다른 시간 프레임일 수 있으며, 이 경우 로컬 제어 유닛(140)은 시간 해상도에 따라 주파수로 온도를 조정한다.
제어 서버(130)는 예측 서버(180)로부터의 예측 데이터 및 기타 입력을 사용하여 시간 분해 제어 신호를 생성한다. 이러한 기타 입력은 예를 들어 건물(200) 내부의 원하는 온도, 생산 플랜트(120)의 용량, 기상 데이터, 어큐뮬레이터의 에너지 레벨, 지반/토양 온도, 바람 예측 데이터, 지리적 위치 데이터, 전력 소비 또는 기타 파라미터일 수 있다. 예측 데이터는 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. 한 가지 가능성은, 방출이 증가하는 경우, 예를 들어 온수가 필요한 경우, 분배 그리드(110)로부터의 방출은 미리 약간 감소될 수 있으며, 이는 온수에 대한 수요가 발생할 때 이를 더 쉽게 이용할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 태양이 특정 각도로 건물(200)을 비추거나 사람들이 직장에서 건물(200)로 귀가할 때와 같이 쾌적 난방 또는 냉방의 방출이 증가할 것으로 예상되는 경우, 로컬 제어 유닛(140)은 대신 분배 그리드(110)로부터의 방출을 미리 약간 증가시켜, 피크가 예상되는 시간에 원하는 온도에 도달하도록 함으로써. 분배 그리드(110)로부터의 갑작스러운 방출을 피할 수 있다.
일 예에 따르면, 쾌적 난방의 방출 증가가 예상되는 경우, 로컬 제어 유닛(140)은 온수용 어큐뮬레이터 탱크의 물을 가열하기 위해 분배 그리드(110)로부터 열기의 방출을 증가시켜, 쾌적 난방의 방출 증가가 예상되기 조금 전에 물이 최대로 미리 가열되도록 한다. 이 예에 따르면, 쾌적 난방의 증가된 방출 동안 온수 생산을 위한 열기 방출이 감소할 수 있다. 따라서, 쾌적 난방의 예상되는 증가된 방출 동안 분배 그리드(110)로부터의 열기 방출의 총 수요가 감소한다.
생산 플랜트(120)가 오작동하여 생산이 감소하는 경우, 제어 서버(130)는 시간 분해 제어 신호를 상이한 로컬 분배 시스템(150)으로 조정하여 분배 시스템(110)으로부터의 방출이 건물(200a, 200b)에서 더욱 균등하게 공유되도록 할 수 있다. 이는 생산 플랜트(120)의 용량이 여러 건물(200a, 200b)에서 보다 공평하게 공유될 수 있도록 하며, 각 건물은 쾌적 난방 또는 냉방의 감소가 더욱 적어지게 된다. 이는 생산 플랜트(120)에서 멀리 떨어진 건물(200b)의 방출은 감소가 매우 큰 반면 생산 플랜트(120)에 가까운 건물(200a)은 방출의 감소가 보다 적은 것과 대비된다.
제어 서버(130)는 특정 기간, 예를 들어 일주일 동안의 로컬 제어 유닛(140)에 대한 시간 분해 제어 신호를 계산한다. 그러나, 제어 서버(130)는 이보다 더 자주, 예를 들어 매일 새로운 시간 분해 제어 신호로 로컬 제어 유닛(140)을 업데이트할 수 있다. 이는 로컬 제어 유닛(140)과 제어 서버(130) 간의 불필요한 통신을 피하면서 새로운 정보를 적시에 사용할 수 있도록 한다.
이를 바탕으로, 열 에너지 분배 시스템(110)을 제어하는 방법이 수행될 수 있다. 먼저, 예측 데이터가 결정된다(S1). 데이터는 시간 분해 제어 신호가 결정되는 제어 서버(130)로 전송된다(S2). 제어 신호는 제어 서버(130)로부터 로컬 제어 유닛(140)으로 전송되고(S3), 로컬 제어 유닛(140)에서 수신된다(S4). 로컬 제어 유닛(140)은 분배 그리드(110)로부터 로컬 분배 시스템(150)의 열기 및/또는 냉기의 방출을 시간에 따라 조절한다(S5). 도 3은 이러한 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 실시예의 수많은 변형이 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 사실이 고려되어야 한다.
예를 들어, 로컬 분배 시스템(150)은 하나 이상의 건물(200)을 포함할 수 있고, 건물(200)에 더 많은 열 펌프(150) 및 열 요소(156)를 추가할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 로컬 분배 시스템(150)은 하나 이상의 건물(200)에 연결될 수 있다.

Claims (10)

  1. 열 에너지 분배 시스템을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 시스템은;
    열기 및 냉기 중 적어도 하나의 유체 기반 분배를 위한 분배 그리드,
    열기 및 냉기 중 적어도 하나를 생산하고 상기 분배 그리드에 상기 열기 및 상기 냉기 중 적어도 하나를 전달하기 위한 하나 이상의 생산 플랜트, 및
    복수의 로컬 제어 유닛 - 상기 로컬 제어 유닛 각각은 건물 내의 로컬 분배 시스템과 연동되고, 상기 로컬 분배 시스템은 하나 이상의 건물 내에 쾌적 난방 및 쾌적 냉방 중 적어도 하나를 분배하도록 구성되며, 상기 로컬 제어 유닛 각각은 상기 분배 그리드로부터 상기 연동된 로컬 분배 시스템으로의 상기 열기 및 상기 냉기 중 적어도 하나의 방출을 제어하도록 더 구성됨 - 을 포함하며,
    상기 방법은:
    예측 서버에 의하여, i) 상기 분배 그리드로부터 상기 분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템으로의 시간에 따른 기대 전체 열기 및 기대 전체 냉기 중 적어도 하나의 방출과 관련된 예측 데이터 및 ii) 상기 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하는 단계;
    제어 서버에서, 시간 분해 제어 신호 - 상기 제어 신호는 상기 예측 데이터에 기반하고 상기 로컬 제어 유닛들 중 적어도 하나의 로컬 제어 유닛과 연동되며, 상기 시간 분해 제어 신호는 온도 오프셋에 관한 정보를 포함함 - 를 결정하는 단계;
    상기 제어 신호를 상기 제어 서버로부터 상기 로컬 제어 유닛들 중 상기 적어도 하나의 로컬 제어 유닛 각각으로 전송하는 단계;
    상기 로컬 제어 유닛 각각에서 상기 제어 신호를 수신하는 단계;
    상기 로컬 제어 유닛 각각에서, 상기 각각의 건물의 외부 온도에 기반하여 상기 연동된 로컬 분배 시스템에 대한 각각의 기본 스티어링 온도를 결정하는 단계;
    상기 로컬 제어 유닛 각각에서, 상기 각각의 기본 스티어링 온도 및 상기 시간 분해 제어 신호의 상기 온도 오프셋에 기반하여 각각의 스티어링 온도를 결정하는 단계; 및
    상기 로컬 제어 유닛 각각에서 밸브를 사용하여, 상기 분배 그리드로부터 상기 연동된 로컬 분배 시스템으로의 상기 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 방출을 상기 각각의 스티어링 온도에 기반하여 시간에 따라 조절하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예측 데이터는 일기 예보에 관한 정보를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예측 데이터는 상기 분배 그리드로부터의 상기 로컬 분배 시스템의 상기 전체 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 방출에 관한 사전 기록된 시간 분해 데이터를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 예측 데이터는 상기 분배 그리드로부터의 하나 이상의 특정 로컬 분배 시스템의 상기 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 방출에 관한 사전 기록된 시간 분해 데이터를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 예측 데이터를 결정하는 동작은 상기 건물의 유형에 관한 데이터를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시간 분해 제어 신호는 주기적으로 전송되는, 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 열 에너지 분배 시스템에 있어서, 상기 시스템은;
    열기 및 냉기 중 적어도 하나의 유체 기반 분배를 위한 분배 그리드,
    열기 및 냉기 중 적어도 하나를 생산하고 상기 분배 그리드에 상기 열기 및 상기 냉기 중 적어도 하나를 전달하기 위한 하나 이상의 생산 플랜트,
    복수의 로컬 제어 유닛 - 상기 로컬 제어 유닛 각각은 건물 내의 로컬 분배 시스템과 연동되고, 상기 로컬 분배 시스템은 하나 이상의 건물 내에 쾌적 난방 및 쾌적 냉방 중 적어도 하나를 분배하도록 구성되며, 상기 로컬 제어 유닛 각각은 상기 분배 그리드로부터 상기 연동된 로컬 분배 시스템으로의 상기 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 방출을 제어하도록 더 구성됨 -,
    i) 상기 분배 그리드로부터 상기 분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템으로의 시간에 따른 기대 전체 열기 및 기대 전체 냉기 중 적어도 하나의 방출과 관련된 예측 데이터 및 ii) 상기 하나 이상의 생산 플랜트 내의 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하도록 구성된 예측 서버,
    시간 분해 제어 신호 - 상기 제어 신호는 상기 예측 데이터에 기반하고 상기 로컬 제어 유닛의 적어도 하나와 연동되며, 상기 시간 분해 제어 신호는 온도 오프셋에 관한 정보를 포함함 - 를 결정하도록 구성된 제어 서버를 포함하며,
    상기 제어 서버는 상기 제어 신호를 전송하도록 구성된 송신기를 포함하고,
    상기 로컬 제어 유닛 각각은, 상기 제어 서버로부터 전송된 상기 제어 신호를 수신하도록 구성된 수신기를 포함하고,
    상기 로컬 제어 유닛 각각은, 상기 로컬 제어 유닛에 의하여 제어되는 상기 로컬 분배 시스템의 상기 건물의 외부에 위치한 온도계에 의하여 측정된 온도에 기반한 기본 스티어링 온도를 결정하여, 상기 기본 스티어링 온도 및 상기 수신된 제어 신호의 상기 온도 오프셋에 기반하여 스티어링 온도를 결정하도록 구성되고,
    상기 로컬 제어 유닛 각각은, 상기 스티어링 온도에 기반하여 상기 분배 그리드로부터 상기 로컬 분배 시스템으로의 상기 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 방출을 조절하도록 구성된 밸브를 더 포함하는,
    시스템.
  10. 제어 서버에 있어서,
    분배 그리드로부터 상기 분배 그리드에 연결된 로컬 분배 시스템으로의 시간에 따른 기대 전체 열기 및 기대 전체 냉기 중 적어도 하나의 방출과 관련된 예측 데이터를 결정하고, 열기 및 냉기 중 적어도 하나를 생산하고 상기 분배 그리드에 상기 열기 및 상기 냉기 중 적어도 하나를 전달하도록 구성된 하나 이상의 생산 플랜트 내의 상기 열기 및 냉기 중 적어도 하나의 기대 생산 용량과 관련된 예측 데이터를 결정하고;
    복수의 로컬 제어 유닛 각각에 대해, 시간 분해 제어 신호 - 상기 제어 신호는 상기 예측 데이터에 기반하고 각각의 로컬 제어 유닛과 연동되며, 상기 시간 분해 제어 신호는 온도 오프셋에 관한 정보를 포함함 - 를 결정하고,
    상기 결정된 제어 신호를 상기 각각의 로컬 제어 유닛으로 전송하는,
    제어 서버.
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