KR102783523B1

KR102783523B1 - 순환 시스템의 작동 방법 및 그 순환 시스템

Info

Publication number: KR102783523B1
Application number: KR1020207035222A
Authority: KR
Inventors: 로베르토 바베이; 파트리크 오피츠; 올라프 하이넥케
Original assignee: 엘테체트 - 젠트룸 퓨어 루프트 - 운트 트링크바써르히기네 게엠베하
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2025-03-21
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: CN114127371A; CY1124377T1; EP4007832B1; RS62102B1; IL288025B1; CA3140513A1; WO2019219785A1; SG11202112646XA; LT3601688T; AU2019446081B2; BR112021022701A2; CN112585324B; CA3100102A1; US20230130061A1; HRP20240755T1; SMT202100358T1; PL3601688T3; EP4007832C0; SA521430822B1; SA520420530B1

Abstract

본 발명은 물의 냉각을 위한 입력 포트(12a, 14a) 및 출력 포트(12b, 14b)를 구비하는 냉각 장치(12, 14)를 포함하는 순환 시스템(10)을 작동하는 방법에 관한 것이다. 상기 순환 시스템의 작동 방법은, 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z*에서 개시하여, 초기 영역(initial region)과 말단 영역(end region) 간 수온의 온도 변화를 상기 출력 포트(12b, 14b)에 인접한 제1 부분 섹션에 대한 축 방향 온도 변화의 모델에 따라 결정하는, 특히 계산하는 단계; 주어진 부분 섹션이 인접한 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온과 상기 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온이 동일한 제한 하에서 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화를 상기 온도 변화의 모델에 따라 각각의 주어진 추가 부분 섹션에 대해 결정하는, 특히 계산하는 단계; 및 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서, 수온이 T_ME < T_soll이고 상기 입력 포트(12a, 14b)에서는 T_soll - T_b < 이고 >0가 주어진 값일 경우 수온이 T_b < T_soll 에서 설정되도록 상기 출력 포트(12b, 14b)에서 상기 체적 흐름 값 V_z 및 상기 수온 값 T_a 를 선택하는 단계; 를 포함한다.

Description

순환 시스템의 작동 방법 및 그 순환 시스템

본 발명은 독립 청구항들의 전제부들의 특징들에 따른 순환 시스템의 작동 방법과 아울러, 그 순환 시스템에 관한 것이다.

냉수 네트워크에서 미생물 증식을 방지하기 위해, DIN EN 806과 아울러 VDI 가이드라인 6023은 건물 내 식수 설비(potable water installations)에 대해 모든 설비 라인 내 냉식수(cold potable water; PWC)의 온도를 항상 +25℃ 이하의 값으로 제한해야 한다. DIN EN 806-2,3.6에 의하면, 냉수 위치의 수온은 태핑 포인트(tapping point)가 완전히 열린 후 30초 이내에 +25℃를 넘지 않아야 한다. 또한, 물의 정체(停滯)를 방지하기 위해, 냉수 설비는 정상적인 작동 조건 하에서 모든 설비 라인에 정기적으로 식수가 보충되도록 설계되어야 한다. 마찬가지로, VDI 가이드라인 6023에는 식수의 온도를 가능한 한 +25℃ 이하로 유지하라는 권장사항이 포함되어 있다. 물론, 수온의 온도 제한은 산업 공정 용수 설비와 같은 다른 수리 설비(water installations)에 필요한 것으로 간주되는 경우도 있다.

높은 PWC 온도의 발생은 다음과 같은 다양한 상황의 단독 또는 복합 발생에 의해 선호된다:

·가구의 분기점에서 이미 높아진 PWC 온도;

·예를 들어 건물 또는 건물 내 설비 영역들의 위치 및 배향에 의한, 설비 영역들의 열 영향;

·열을 차단하기 위한 PWC 파이프라인들의 부적절한 단열;

·(난방 시스템 파이프라인들, 온식수(portable hot water; PWH) 및 온식수 순환 시스템(potable hot water circulation systems; PWH-C), 흡기 및 배기 덕트, 램프와 같은) 열 발생 매체가 있는 샤프트, 덕트, 매달린 천장 및 설비 벽과 같은 공통 설비 영역내 열원이 있는 실내 및 장비 공간 내 PWC 파이프라인 설비;

·상기 설비 영역 내 정체 단계;

·대형 설비 용적이 수반되는 고도로 분기되는 PWC 설비

·지나치게 큰 치수의 PWC 파이프라인.

정체 단계에서 규정된 규칙을 충족하려는 노력의 일환으로 선호되는 방법은 지금까지 이러한 단계에서 원하는 작동을 시뮬레이션하기 위해 설비를 강제된 방식으로 플러싱하는 것이다.

냉식수를 제공하기 위해 냉수 네트워크를 위한 다양한 냉각 순환 시스템이 이미 제안되어 있다.

냉각 순환 시스템은 물에 소독약을 제어된 방식으로 첨가하는 것이 제안된 EP 1 626 034 A1에서 이미 공지되어 있다.

DE 10 2014 013 464 A1에서는 열 저장 장치, 순환 펌프, 조절 유닛, 및 적어도 2개의 분기를 구비하고 달리 알려지지 않은 파이프 네트워크 구조를 지니는 순환 시스템의 작동 방법이 공지되어 있다. 구동 모터에 의해 조정 가능한 밸브를 각각 구비한 분기들은 상기 분기들 간 각각의 믹싱 포인트(mixing point)에서 상류 지점에 위치한 온도 센서들과 일치하게 된다. 구동 모터 및/또는 순환 펌프는 데이터 교환을 위해 무선 또는 유선 방식으로 조절 유닛에 연결된다. 조절 유닛은 계측된 온도 범위를 제한함으로써 그리고/또는 실제 온도 값과 타깃 온도 값 간 차분에 따라 펌프 출력을 조정함으로써 열 및 유압 밸런싱 및 열 소독을 수행하도록 설계된다.

DE 20 2015 007 277 U1에서는 공공 공급 네트워크에 연결된 가구의 냉수 분기점을 지니는 건물의 식수 및 상수(service water) 공급 장치가 알려져 있다. 상기 공급 장치는 적어도 하나의 순환 도관을 포함하며, 이는 펌프를 구비하고 적어도 하나의 소비자에게 이어지게 된다. 상기 순환 도관에는 물에서 열을 추출하는 열교환기가 제공되어 있다.

더욱이, EP 3 159 457 A1에는 DE 20 2015 007 277 U1에서 공지된 종류의 식수 및 상수 공급 장치가 기재되어 있으며, 여기서 열교환기는 잠열(latent heat) 저장 장치에 의해 형성되고 제어 목적을 위해 제어 장치에 연결되는 순환 도관에 제공된 전동식 플러싱 밸브를 포함한다. 상기 플러싱 밸브는 잠열 저장소와 가구의 분기점이 순환 도관으로 진입되는 지점 사이에 배치됨으로써 흐름 방향으로 잠열 저장소의 하류 지점에 위치하게 된다.

물의 냉각 기능을 지니는 공지된 순환 시스템은 수온이 모든 부분 섹션들에 대해 그리고 상기 순환 시스템의 작동 동안 항상 원하는 온도 이하로 유지되는 것을 보장하지 않거나 효과적으로 보장하지 않는다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 순환 시스템의 작동 동안 항상 그리고 모든 부분 섹션들에 대해 수온이 원하는 온도 이하로 유지되는 것을 효과적인 방식으로 보장하는 것이다.

상기 과제는 독립 특허 청구항의 특징들을 지니는 본 발명에 따라 해결된다.

본 발명에 따른 방법은 물의 냉각을 위한 입력 포트 및 출력 포트를 구비하는 냉각 장치를 지니고 다수의 분기를 구비하는 파이프라인 시스템을 지니는 순환 시스템에 관한 것이며, 상기 다수의 분기는 주변에 주어진 열 결합을 제공하는 하나 이상의 부분 섹션들을 포함하고 노드들에 의해 연결되어 있으며, 상기 파이프라인 시스템의 라인들 중 하나 이상의 라인들은 흐름 파이프로서 구성되고, 적어도 하나의 라인은 태핑 포인트에 연결되는 단일 공급 라인으로서 구성되며, 적어도 하나의 라인은 상기 흐름 파이프 또는 파이프들에 연결된 순환 도관으로서 구성되고, 여기서 상기 열 결합은 상기 파이프라인 시스템의 라인들을 통한 열 전달이다.

상기 순환 시스템의 작동을 위한 본 발명에 따른 방법은, 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z*에서 개시하여, 초기 영역(initial region)과 말단 영역(end region) 간 수온의 온도 변화가 상기 출력 포트에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 축 방향 온도 변화의 모델에 따라 결정되고, 주어진 부분 섹션이 물 흐름 방향으로 연결된 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온과 주어진 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온이 동일한 경계 조건 하에서, 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화가 상기 온도 변화의 모델에 따라 상기 제1 부분 섹션에 연결된 각각의 주어진 추가 부분 섹션에 대해 결정되며, 상기 순환 시스템의 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서, 수온이 T_ME < T_soll이고 상기 입력 포트에서는 T_soll - T_b < 이고 >0가 주어진 값일 경우 수온이 T_b < T_soll 에서 설정되도록 상기 출력 포트에서 상기 체적 흐름 값 V_z 및 상기 수온 값 T_a 가 선택된다.

바람직하게는, 상기 결정은 상기 모델에 따라 상기 부분 섹션의 주변으로부터의 열 흡수를 기반으로 상기 부분 섹션의 초기 영역과 말단 영역, 다시 말하면 대응되는 도관 부분 간 수온의 축방향 온도 변화를 계산하는 것으로 이루어진다. 따라서, 상기 냉각 장치에 연결된 제1 부분 섹션에서 개시하여, 부분 섹션들의 전체 시스템을 통해 연속적으로 이동되므로 전체 시스템의 온도가 계산된다.

본 발명에 의하면, 상기 순환 시스템의 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서 수온이 T_ME < T_soll 이고 >0가 주어진 값일 경우 상기 입력 포트에서의 수온 T_b < T_soll 이 T_soll - T_b < 인 상기 출력 포트에서의 상기 체적 흐름 값 V_z 및 상기 수온 값 T_a 는 상기 도관 시스템에서 순환하는 물의 온도 및 체적 흐름의 모델링에 의해 바람직하게는 계산에 의해 상기 방법에서 결정된다. 이는 바람직하게는 Vz 가 안정된 상태에 대해 수행된다.

이때, 상기 냉각 장치 및 아마도 상기 순환 시스템의 순환 펌프는 상기 수온 및 상기 체적 흐름이 확인된 T_a 값들 및 V_z 값을 갖도록 조정된다.

본 발명에 의하면, 온도가 출력 포트에 설정되고 이를 기반으로 온도 변화가 계산되어 청구항 제1항의 특징부에 따른 모델링을 위해 사용되는 것이 제안된다.

계산의 이점은 어떤 것을 측정하는 데 센서가 필요하지 않으며 영향 요인들이 평가되고 변경될 수 있으며 아마도 예측도 이루어질 수 있다는 것이다.

계산은 2-포인트 조절 시스템(two-point regulating system) 및/또는 건물 층들의 캐스케이드 제어(cascade control) 또는 상대적으로 더 적은 계측 포인트들이 필요하고 시스템 전체가 진동에 상대적으로 덜 취약한 파이프라인 분기들에 의한 제어에 비해 이점을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 조절은 선행기술과는 반대로 출력 포트에서의 설정포인트 작동에 의해 달성되지만 조절기의 설계는 분포 매개변수들과 다수의 온도 계산을 통한 전체 수로(水路) 시스템을 기반으로 이루어진다. 따라서, 기본적으로는 온도 Ta를 제공하는 것이 단지 하나의 조절기와 단지 하나의 온도 설정만이 필요하다.

냉수 네트워크의 과제와 유사한 과제가 온수 네트워크의 경우에 존재한다. 작동 온도들만 변경되며, 냉각 장치 대신에 히터 또는 저수조(reservoir)가 채용된다. 온수 네트워크의 온도는 저수조 출구에서의 60℃와 저수조 입구에서의 55℃ 사이의 범위이다. 주변에서 유입되는 열로 인해 온도가 상승하는 냉수 네트워크와는 달리, 열 손실로 인해 온수 네트워크의 온도가 강하하게 된다.

이하의 수학식

은 온수 네트워크의 온도 강하와 냉수 네트워크의 온도 상승 모두에 적용되고, 상기 식 중에서,

는 W/m 단위의 비열 유속(specific heat flux)이고,

이다.

그러므로 본 발명은 또한 냉각 장치 대신에 저수조 또는 히터가 사용되는 온수 네트워크의 유사한 예를 포함한다.

또한, 위에 주어진 수학식은 수온이 주변 온도보다 높으면 냉수 네트워크에도 적용된다.

그러므로 일반적으로는, 본 발명은 모델에 따른 계산에 사용된 수학식의 대응되는 적응과 함께, 물을 가열할 수도 있고 냉각할 수도 있는 냉각 장치 대신에 열교환기를 사용하는 경우를 포함한다.

분기(branch)라는 용어는 2개의 노드 간 부분 섹션 또는 다수의 부분 섹션으로 이루어진 라인(line)을 의미하며 2개의 노드 간에는 어떠한 추가 노드도 없는 것이다. 분기들은 노드들 양단 간에 연결된다.

바람직하게는, 주어진 부분 섹션이 연결된 부분 섹션의 말단 영역의 수온과 주어진 부분 섹션의 초기 영역의 수온이 동일한 경계 조건은 대응하는 분기의 부분 섹션에만 속한다.

한 노드로부터 인접한 부분 섹션 내로 나오는 체적 흐름의 온도 및 크기는 유입되는 체적 흐름의 온도 및 크기에 따라 달라진다. 본 발명은 바람직하게는 이들이 상기 파이프라인 시스템의 설계에 의해 제공되는 것으로 가정한다.

한 노드로부터 상이한 유출 라인들 또는 부분 섹션들 사이로 유출되는 체적 흐름의 배분은 바람직하게는 상기 파이프라인 시스템의 설계에 의해 주어진 것으로 본 발명에 의해 가정된다.

바람직하게는, 분기들이 함께 결합될 때의 혼합 온도 및 분기들이 분리될 때의 온도는 퍼센트 체적 흐름의 배분을 기반으로 계산된다.

본 발명에 따른 방법에서, 상기 파이프라인 시스템은 주어진 바와 같이 가정되며, 여기서 이해할 점은 상기 파이프라인 시스템이 특히 PWC(Potable Water Cold) 라인들의 특정의 공칭 폭들 및 주변으로 순환되는 물의 열 결합 값들을 지정하는 파이프 네트워크들의 설계를 위한 DIN 1988-300의 규칙들에 따라 설계된다는 점이다. 여기서 이해할 점은 다른 국가들 또는 지역들에서 지정되거나 권장되는 파이프 네트워크의 설계들이 또한 일반적으로 고려될 수 있다는 점이다.

바람직하게는, 상기 파이프라인 시스템의 설계에 따른 최고 허용 값이 체적 흐름 개시 값 V_z*로서 선택된다. 이러한 값은 상기 순환되는 물의 온도가 T_soll에 가까워질 때까지 감소하게 되는데, 그 이유는 체적 유량이 감소하게 되면 상기 순환되는 물의 온도가 증가하게 되어 입력 포트에서의 온도가 증가하게 되기 때문이다.

바람직하게는, 값 T_MA*가 변경되고, T_soll - T_b < 이고 >0 이 사전에 결정된 값일 경우 입력 포트에서의 수온이 T_b < T_soll 인 수온의 최고 값 T_a가 선택된다.

T_soll - T_b < 가 주어지면, 상기 순환 시스템의 수온이 너무 낮게 설정되지 않게 하고 상기 시스템이 에너지 비효율적인 방식으로 작동되지 않게 한다. 일반적으로 는 1℃에서부터 5℃에 이르기까지의 범위에 있지만 다른 범위에 있을 수도 있다.

각각의 부분 섹션의 초기 영역 및 말단 영역 간 수온의 온도 변화의 결정은 자체적으로 공지된 모델들에 따라 예를 들어 시뮬레이션 계산이나 적절한 공지된 수학식에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 구현할 때, 상기 순환 시스템은 바람직하게는 탈수 및 흡수가 발생하지 않는 상태에서 작동되는데, 그 이유는 이러한 상태에서 탈수가 발생하는 상태에서보다 물이 더 가열될 것으로 예상될 수 있기 때문이며, 결과적으로는 상기 방법에 의해 결정된 바와 같은 매개변수들 T_a 및 V_z 를 사용하여 바람직하지 않게 높은 수온 상태로부터의 안전 마진(safety margin)이 보장된다.

상기 방법에 의해 결정된 매개변수들 T_a 및 V_z 는 상기 파이프라인 시스템이 주변으로 순환되는 물의 열 결합 및 공칭 폭들에 관한 법적 사양에 따라 설계되는 주어진 순환 시스템을 모델링하고, 그리고 상기 순환 시스템의 식수 온도에 관한 필수 규칙이 충족되도록 상기 순환 시스템을 작동하는 데 유리하게 사용된다.

이미 존재하는 시스템에 대한 본 출원인의 시뮬레이션을 통해, 본 발명에 따라 설정된 매개변수들를 사용하여 a) 언급된 법적 요구사항이 충족되고, b) 시스템 작동의 에너지 효율이 상대적으로 더 크게 달성됨이 밝혀졌다.

본 방법에 의해 결정된 바와 같은 매개변수들 T_a 및 V_z는 주어진 순환 시스템에서 냉각 장치의 냉각력에 의한 냉각 장치의 설계를 결정하기 위해 유리하게 사용되며, 여기서 상기 파이프라인 시스템은 주변으로 순환되는 물의 열 결합 및 공칭 폭들에 관한 법적 사양에 따라 설계된다. 더욱이, 순환 펌프의 설계는 상기 순환 펌프의 펌핑력과 관련하여 결정될 수 있다.

이하의 용어들은 표준 DIN EN 806에 따라 정의된 특정의 의미로 본문에서 사용된다.

상기 순환 시스템의 순환 도관은 순환의 태핑 포인트로부터의 하류 지점에 위치하게 되는 도관을 나타내며, 여기서 어떠한 추가 태핑 포인트도 이러한 도관에 연결되어 있지 않은 경우 냉각 장치의 출력 포트로부터 상기 냉각 장치의 입력 포트로 물이 다시 흐르게 된다.

노드라는 용어는 도관들이 연결되어 있는 도관 요소에 사용된다. 적어도 2개의 체적 흐름이 노드에 진입하고 정확히 하나의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출할 수 있거나, 정확히 하나의 체적 흐름이 상기 노드에 진입하고 적어도 2개의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출할 수 있다. 노드는 분기점(branching point)에 상응한다.

바람직하게는, 정확히 2개의 체적 흐름이 상기 순환 시스템의 노드에 진입하고 1개의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출하거나, 예를 들어 T-이음(T-piece) 방식으로 정확히 하나의 체적 흐름이 상기 노드에 진입하고 정확히 2개의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출한다.

키르히호프(Kirchhoff)의 제1 법칙은 전기 회로에서 유추하여 상기 순환 시스템의 노드들에 적용되며, 그럼으로써 들어오는 체적 흐름들의 합은 나가는 체적 흐름들의 합과 같게 된다.

바람직하게는, 각각의 노드 지점에서 나가는 체적 흐름은 동일한 크기의 진출하는 체적들에 볼륨 흐름에 배분된다. 여기서 이해하여야 할 점은 다른 배분들도 가능하다는 점이다.

서로 다른 온도를 지니는 정확히 하나의 진출하는 체적 흐름과 정확히 하나의 진입하는 체적 흐름을 지니는 노드에 대해, 진출하는 체적 흐름의 혼합된 물의 온도 및 질량 흐름 이 이하의 수학식

에 의해 차가운 흐름의 온도 t_k 및 질량 흐름 m_k 또는 따뜻한 흐름의 온도 t_w 및 질량 흐름 m_w 와 관련되어 있다고 가정하는 것이 바람직하며, 상기 수학식 중에서,

t_m 는 혼합된 물의 온도(℃)이고;

t_k 는 냉수 온도(℃)이며;

t_w 는 온수 온도(℃)이고;

m_m 은 혼합된 물의 질량/체적(흐름)(kg; m³; kg/h; m³/h 또는 %)이며;

m_k 는 냉수의 질량/부피(흐름)(kg; m³; kg/h; m³/h 또는 %)이고;

m_w 는 온수의 질량/부피(흐름)(kg; m³; kg/h; m³/h 또는 %)이다.

부분 섹션의 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화를 결정하기 위해, 상기 부분 섹션의 길이와 함께, 이하의 매개변수들이 바람직하게 사용될 수 있다:

는 주변 공기의 온도(℃)이며;

은 파이프라인의 열 전달 계수(W/(m*K))이고;

은 부분 섹션에서 물의 질량 흐름(kg/s)이며;

은 물의 비열 용량(J/(kg*K))이고;

은 부분 섹션에서 물의 체적 흐름(m³/s)이며;

은 물의 밀도(kg/m³)이다.

유리하게는, 정지 체적 흐름 동안 상기 순환 시스템의 각각의 부분 섹션에 대해 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화가 결정될 수 있으며, 여기서 주어진 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온은 순환되는 물의 흐름 방향으로 상기 주어진 부분 섹션이 연결된 상기 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온과 동일하게 선택된다. 그러므로 상기 순환 시스템의 각각의 부분 섹션에 대해, 상기 초기 영역에서의 온도에서 개시하여 대응하는 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온을 결정하는 것이 가능하다.

유리하게는, 정지 체적 흐름 동안 출력 포트에서의 온도에서 개시하여 각각의 부분 섹션에 대한 순환되는 물의 온도를 결정하는 것이 가능하다. 다시 말하면 모든 부분 섹션들의 말단 영역들에 대해 수온이 T_ME < T_soll 이도록 상기 출력 포트에서의 수온 값 T_a 를 상기 출력 포트에 인접한 부분 섹션의 초기 온도로서 결정하는 것이 또한 가능하다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 반복 근사 절차에서 상기 값들 T_a 및 V_z 가 결정되는 것이 제안되며, 여기서 상기 말단 영역에서의 수온 T_ME는 상기 출력 포트에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z* 에서 개시하여 각각의 주어진 부분 섹션에 대해 계산되고, 다음에 연결된 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온 ' 은 주어진 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온 T_ME와 동일하게 선택된다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 부분 섹션들이 상기 부분 섹션들의 초기 영역과 말단 영역 간 길이를 따라 상기 부분 섹션들이 주변에 열 결합을 제공하는 것과 관련하여 축 방향으로 균일하게 설계되는 것, 다시 말하면 상기 부분 섹션들이 축 방향으로 변경되지 않는 것이 제안되며, 여기서 상기 열 결합은 상기 파이프라인 시스템의 라인들을 통한 열 전달이다. 이는 계산의 단순화를 가능하게 한다.

본 발명의 다른 실시 예에서 길이가 L 인 적어도 하나의 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온 T_ME 가 이하의 수학식

에 의해 결정되는 것이 제안되고, 상기 수학식 중에서,

은 균일한 부분 섹션(T_S1)의 길이(m)이고;

는 초기 영역에서의 수온(℃)이며;

는 말단 영역에서의 수온(℃)이고;

는 주변 공기의 온도(℃)이며;

은 파이프라인의 열 전달 계수(W/(m*K))이고;

은 부분 섹션에서의 물의 질량 흐름(kg/s)이며;

은 물의 비열 용량(J/(kg*K)이고;

은 부분 섹션에서의 물의 체적 흐름(m³/s)이며;

은 물의 밀도(kg/m³)이다.

이러한 수학식을 사용하면 균일한 부분 섹션에 대한 온도 변화의 근사치가 양호하게 계산될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 부분 섹션들의 열 전달 계수는, 이하의 수학식

에 의해 결정되는 것이 제안되며, 상기 수학식 중에서,

은 파이프라인의 열 전달 저항(m*K/W)이며;

는 내측 열 전달 계수(W/(m²*K))이고;

은 열 저항(m*K/W)이며;

는 외측 열 전달 계수(W/(m²*K))이고;

는 외경(m)이며;

는 내경(m)이고;

이다.

이하에서는, 수학식 1-4는 주변과의 온도 차이로 인한 물의 온도 변화와 취득 열량(heat gain)을 결정하는 데 사용된다.

이를 위해, 열 저항에 대한 수학식 1(VDI 2055, 2008 참조)을 수학식 2(VDI 2055, 2008 참조)에 삽입하여 열 전이 저항을 구한다. 수학식 2의 역수를 사용하여 열 전달 계수, 수학식 3을 계산한다.

단열재를 포함하는 파이프라인의 열 저항

단열된 파이프라인의 열 전이 저항

단열된 파이프라인의 열 전달 계수 U_R

열 전달 계수는 부분 섹션의 말단에서의 온도를 계산하기 위한 수학식 4의 중심 구성요소이다.

수학 4의 도움으로 냉수의 대응하는 개시 및 종료 온도들이 모든 관련 부분 섹션들에 대해 구해진다. 파이프라인에서 물을 축 방향으로 가열하기 위한 수학식의 유도는 수학식 5(VDI 2055, 2008 참조)에서 개시된다:

체적 흐름을 점진적으로/단계적으로 증가함에 따른 반복 계산에서, 예를 들어 원하는/주어진 5K(15℃/20℃) 확산을 통해 냉수 설비를 작동하는 체적 흐름이 구해진다.

이러한 해(solution)의 도움으로, 주요 고려사항인 순환 시스템의 체적 흐름뿐만 아니라 특정 파이프라인 네트워크에서의 어느 주어진 지점에 대한 수온도 결정하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 반복 근사 방법은 공지된 엑셀(Excel) 타깃 값 검색이며; "Excel and VBA: an introduction with practical applications in the natural sciences, by Franz Josef Mehr, Mara Teresa Mehr, Wiesbaden 2015, section 8.1"을 참조바란다.

본 발명에 의하면, 위에 나타낸 부분 섹션들의 매개변수들을 포함하는 파이프라인 시스템의 주요 데이터가 프로그램에 입력되고 상기 타깃 값 검색은 예를 들어 이하의 표에서와 같이 식수 타깃 온도 T_b가 달성되는 체적 흐름 V_z 를 결정하는 데 사용된다.

이러한 예에서, 15℃ 입력 온도 T_a에 대해 20℃ 타깃 온도 T_b가 달성되는 계산된 체적 흐름 V_z 는 MT4 행에 나타나 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서 순환 펌프가 순환 시스템에 통합되어 원하는 체적 흐름이 설정될 수 있게 하는 것이 제안된다.

물론, 여러 냉각 장치 및/또는 순환 펌프도 제공될 수 있다.

이하에서는, 건물 내 식수 설비에 일반적으로 사용되는 것과 같은 파이프라인 구조들을 구비하는 실시 예들이 설명될 것이다.

연결 라인은 공급 라인과 식수 설비 또는 순환 시스템 간 라인이다.

소비자 라인(consumer line)은 주 차단 밸브로부터 태핑 포인트들의 분기점들로 그리고 선택적으로 기구들로 물을 공급하는 라인이다. 집단 공급 라인은 주 차단 밸브와 라이저 파이프 간 수평 소비 라인이다. 라이저(riser) 파이프(다운파이프(downpipe))는 한 층에서 다른 층으로 연결되고 건물 층 라인 또는 단일 공급 라인들이 그로부터 분기된다. 건물 바닥 라인은 건물 층 내 라이저 파이프(다운파이프)로부터 분기되는 라인이며 단일 공급 라인들이 그로부터 분기된다. 단일 공급 라인은 태핑 포인트로 연결되는 라인이다.

본 발명의 일 실시 예에서, 적어도 하나의 흐름 파이프가 적어도 하나의 루프 라인에 연결되는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 순환 도관의 적어도 하나의 분기가 적어도 하나의 흐름 파이프에서 진출하는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 순환 도관의 적어도 하나의 분기가 적어도 하나의 흐름 파이프에서 진출하는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 적어도 하나의 흐름 파이프가 적어도 하나의 라이저 라인 및/또는 건물 층 라인을 포함하는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 적어도 하나의 흐름 파이프가 분기점에 의해 급수 네트워크에 연결되는 집단 공급 라인을 포함하는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 분기점이 적어도 하나의 연결 라인 및/또는 적어도 하나의 소비자 라인에 연결되는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 적어도 하나의 정적 또는 동적 흐름 분할기가 적어도 하나의 흐름 파이프 및/또는 적어도 하나의 루프 라인에 배치되고, 그에 의해 바람직하게는 물을 위한 하나의 태핑 포인트가 연결되는 것이 제안된다. 바람직하게는, 체적 흐름의 백분율이 출구에서 95% 그리고 관통 부분에서 5% 할당되게 된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 순환되는 물의 냉각을 위한 냉각 장치가 바람직하게는 열 전달제에 의해 순환되는 물로부터 다른 물질 흐름으로 열 에너지를 전달하는데 사용되는 것이 제안되며, 여기서 열 전달제는 프로판과 같은 다른 물질 흐름을 적절히 선택하고 상기 냉각 장치의 작동에 필요한 에너지를 줄임으로써 냉각 공정의 최적화를 달성할 수 있는 것이다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 냉각 장치가 냉각 공정에 필요한 에너지를 마찬가지로 줄일 수 있는 냉각 발전기, 바람직하게는 가열 펌프, 수 냉각기 또는 냉각 공급 네트워크에 열적으로 결합되는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 순환 펌프의 전달된 체적 흐름에 따라 상기 순환 펌프의 특성을 결정하고 출력 포트에서의 수온에 따라 상기 냉각 장치의 특성을 결정하며 상기 출력 포트에서의 체적 흐름 V_z 및 수온 T_a 를 조정함으로써 상기 순환 펌프 및 상기 냉각 장치의 전력 소비가 상대적이거나 절대적인 최소값을 갖게 하여, 상기 방법의 에너지 효율을 개선하게 하는 것이 제안된다.

본 발명의 추가 실시 예에서, 온도 T_soll 에 대해 20℃ +/- 5℃ 값이 선택되고 상기 출력 포트에서의 수온 T_a 에 대해 15℃ +/- 5℃ 값이 선택되는 것이 권장된다.

삭제

추가 이점들은 첨부도면들의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부도면들은 본 명세서에서 대표적인 실시 예들을 보여준다. 도면, 명세서 및 청구범위는 조합된 많은 특징을 포함한다. 숙련된 사람이라면 또한 특징들을 개별적으로 심사숙고하여 그들을 더 의미있는 조합으로 결합할 것이다.

예를 들면 이하 도면의 간단한 설명과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 순환 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 추가 열교환기가 제공되어 있는 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 순환 시스템의 추가 실시 예를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 8에 도시된 순환 시스템들은 단지 예들일 뿐이며, 본 발명은 이러한 시스템들에 국한되지 않는다. 도시된 모든 시스템들에서는 T-이음(T-piece)의 경우에서와 같이 정확히 2개의 체적 흐름이 한 노드에 진입하고 1개의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출하거나, 정확히 1개의 체적 흐름이 상기 노드에 진입하고 정확히 2개의 체적 흐름이 상기 노드에서 진출한다. 그러나, 본 발명은 그러한 노드를 지니는 시스템에 국한되지 않는다. 기본적으로 노드들 간 및 노드들과 입력 포트 간과 아울러, 노드들과 출력 포트 간 나타내는 라인들 모두는 위에 정의한 바와 같이 하나 이상의 부분 섹션들로 이루어져 있을 수 있다.

유사한 구성요소들에는 동일한 참조번호가 부여된다.

도 1에 도시된 순환 시스템에서는, 하나의 노드(K1)는 흐름 파이프(4a)를 가로 질러 냉각 장치(12)의 출력 포트(12b)에 연결된다. 상기 냉각 장치(12)는 냉각 펌프(13)와 냉각 측 상의 연결부를 지닌다.

상기 노드(K1)에는 집단 라인(4)에 대한 분기점, 급수 네트워크에서의 분기점(1)에 대한 연결 라인 및 소비자 라인(3)이 제공되며, 후자와 연결 라인은 상기 순환 시스템의 일부가 아니다. 따라서 상기 노드(K1)에서는 어떠한 체적 흐름 할당도 이루어지지 않는다.

집단 공급 라인(4)은 노드(K2) 내로 비워지는 라이저 파이프(5)에 연결된다. 상기 노드(K2)는 노드(K3) 내로 비워지는 라이저 파이프(5)와 건물 층 라인(6)으로 분기되며, 여기에서 노드(K4) 내로 비워지는, 건물 층 라인(6)에 연결된 라이저 파이프(5)와 건물 충 라인(6)으로의 분기가 이루어진다. 상기 노드(K2)는 건물 층 라인(6)에 의해 노드(K6)에 연결된다. 상기 노드(K3)는 건물 층 라인(6)에 의해 노드(K5)에 연결된다.

2개의 부분 섹션(TS1, TS2)은 그 자체로서 명시적으로 특성화되고, 노드(K4)를 가로질러 연결되며, TS1은 건물 층 라인(6)의 부분 섹션을 나타내고 TS2는 순환 도관을 나타낸다.

더욱이, 노드(K4)에서, 단일 공급 라인(7)을 가로 질러 태핑 포인트(9)로 분기가 이루어진다. 문제를 단순화하기 위해, 상기 노드들(K2, K3)에 연결된 단일 공급 라인들 및 태핑 포인트들에는 참조번호들이 제공되지 않는다. 본 발명에 따른 순환 시스템은 어떠한 탈수도 발생하지 않는 상태에서 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 작동되기 때문에, 이하에서는 상기 태핑 포인트들과 조정되는 노드들은 고려되지 않으며, 결과적으로는 노드(K4)를 제외하고 첨부도면들에는 참조번호들이 제공되지 않는다.

상기 부분 섹션(TS2)은 상기 노드(K5) 내로 비워지는 수직 순환 도관(10a)에 연결된다. 상기 노드(K5)는 상기 노드(K6) 내로 비워지는 순환 도관(10a)에 연결된다. 상기 노드(K6)는 수직 순환 도관(10a)에 연결되며, 상기 수직 순환 도관(10a)은 수평 순환 도관(10a)에 연결되고, 상기 수평 순환 도관(10a)은 또 수직 순환 도관을 가로질러 상기 순환 펌프(10b)에 연결된다.

도 2에 도시된 순환 시스템은 도 1의 시스템과 유사한 구조를 지니지만 루프 라인들은 상기 건물 층 라인(6)들에 제공되며, 문제를 단순화하기 위해 도 2에 도시된 최상위 루프 라인에만 참조번호 8이 사용된다. 상기 루프 라인(8)은 선택적인 흐름 분할기(8a)로 조정된다. 루프 라인들은 노드들(K21 내지 K32)로 조정된다. 여기서 이해할 점은 단지 하나의 루프 라인이 존재하는 이러한 시스템도 본 발명에 의 해 포함된다는 점이다.

도 3은 노드들(K31 내지 K34)을 지니는 또 다른 시스템을 보여주지만, 여기서 노드들(K34, K35) 내로 비워지는 순환 도관(10a)들은 노드들(K32, K33)에서 진출하는 건물 층 라인(6)들과 평행하게 이어진다.

더욱이, 입력 포트(14a) 및 출력 포트(14b)를 지니는 선택적인 분산형 냉각 장치(14)가 최상위 건물 층 라인(6)에 배치되지만, 표현을 단순화하기 위해 저온측 회로 및 대응되는 펌프의 기존 분기점들이 도시되어 있지 않다.

마찬가지로, 다른 건물 층 라인들에 추가 분산형 냉각 장치들이 배치될 수 있다.

도 3과 유사한 다른 한 실시 예에서, 상기 열교환기(12)는 생략될 수 있다; 이 경우에, 하나의 냉각 장치(14) 또는 다수의 냉각 장치(14)가 필요하다.

도 3의 실시 예와 마찬가지로, 냉각 장치들은 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 8의 실시 예들의 건물 층 라인 및 라이저 파이프(5)들에 제공될 수 있다.

도 4는 도 3에서와 같이 노드들(K41 내지 K51)을 지니지만 건물 층 라인들에 루프 라인(8)을 제공하는 시스템을 보여 준다.

도 5는 순환 도관(10a)들이 노드들(K52, K53)에 연결된 라이저 파이프(5)들과 병렬로 이어지는 노드들(K51 내지 K55)을 지니는 시스템을 보여준다.

도 6은 노드들(K61 내지 K69b)을 지니는 시스템을 보여 주며, 여기서 노드들(K63, K64; K66, K67; K68, K69) 간에 루프 라인들이 제공된다.

도 7은 노드들(K71 내지 K75)을 지니는 시스템을 보여 주며, 여기서 라이저 파이프(5)들은 노드들(K72, K73)에 연결된다.

도 8은 도 7과 마찬가지로 노드들(K81 내지 K89b)을 지니지만, 노드들(K89a, K89b; K88, K89; K84, K85) 간에 루프 라인들이 배치되어 있는 시스템을 보여 준다.

도 1, 도 3, 도 5, 도 7의 완전한 도면들에 도시된 실시 예들은 또한 부분 영역들만이 순환되는 것을 허용할 수 있다. 따라서, 부분 섹션들은 예를 들어 서로 다른 요구사항(물 소비량 계측)으로 인해 함께 순환하는 것이 허용되지 않는 주거 설비를 나타낼 수도 있다. 원하는 온도를 유지하기 위해 물을 교환하는 것은 여기서 자동 유수(automatic flushing)로 가능할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 위에서 설명한 방식으로 도 1 내지 도 8의 시스템에서 구현되고, 다시 말하면 상기 출력 포트(12b)에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z* 에서 개시하여, 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화가 상기 온도 변화의 모델에 따라 결정된다.

또한, 각각의 주어진 추가 부분 섹션에 대한 초기 영역 및 말단 영역 간 수온의 온도는 상기 주어진 부분 섹션이 연결되는 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온과 상기 주어진 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온이 동일한 경계 조건 하에서 온도 변화 모델에 결정된다.

바람직하게는, 위에 설명한 축방향 온도 변화 모델이 사용되며, 이에 따라 길이 L의 일부 섹션의 말단 영역에서의 수온 T_ME는, 이하의 수학식

에 의해 계산된다.

상기 출력 포트(12b)에서의 수온 값 T_a 과 체적 흐름 값 V_z 는 상기 순환 시스템의 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서 수온이 T_ME < T_soll 이고 상기 입력 포트(12a)에서 T_soll - T_b < 이고, >0 이 사전에 결정된 값일 경우 수온이 T_b < T_soll 이도록 선택된다.

여기서 이해할 점은 상기 순환 펌프(10b)가 항상 일정한 체적 흐름으로 작동되는 것이 아니다는 점, 다시 말하면 입력 포트(12a)의 온도가 정확히 설정값을 지니거나 심지어 그 이하에 있는 지에 관계없이 상기 순환 펌프(10b)가 항상 일정한 체적 흐름으로 작동되는 것이 아니다는 점이다.

여러 이유로 입력 포트(12a)의 온도가 예를 들어 20℃가 최대로 제공될 경우에 17℃에 있어야 하는 경우, 상기 순환 펌프(10b)의 전달 체적 흐름이 감소될 수 있다. 이는 예를 들어 온도 제어 하에서 자동으로 수행될 수 있다. 결과적으로 에너지 절약이 달성되게 된다.

마찬가지로, 그러한 경우에 상기 펌프(13)의 전달 체적 흐름이 온도 제어에 의해 감소될 수 있다.

여러 이유로 입력 포트의 온도가 (예를 들어 20℃가 최대로 제공될 경우) 예를 들어 17℃에 있어야 하는 경우, 냉각 회로의 흐름 온도도 마찬가지로 조정될 수 있다. 결과적으로 에너지 절약이 달성되게 된다.

1 급수 네트워크에 대한 연결
2 연결 라인
3 소비자 라인
4 집단 공급 라인
5 라이저(다운파이프)
6 건물 층 라인
7 단일 공급 라인
8 루프 라인
8a 정적 또는 동적 흐름 분할
9 태핑 포인트
10 순환 시스템
10a 순환 도관
10b 순환 펌프
12 냉각 장치
12a 입력 포트
12b 출력 포트
14 열교환기
14a 입력 포트
14b 출력 포트

Claims

물의 냉각을 위한 입력 포트(12a, 14a) 및 출력 포트(12b, 14b)를 구비하는 냉각 장치(12, 14)를 지니고 다수의 분기를 구비하는 파이프라인 시스템을 지니는 순환 시스템(10)을 작동하는 방법에 있어서, 상기 다수의 분기는 주변에 주어진 열 결합을 제공하는 하나 이상의 부분 섹션들을 포함하고 노드들에 의해 연결되어 있으며, 상기 열 결합은 상기 파이프라인 시스템의 라인들을 통한 열 전달이고, 상기 파이프라인 시스템의 라인들 중 하나 이상의 라인들은 흐름 파이프(4, 5, 6)로서 구성되며, 적어도 하나의 라인은 태핑 포인트(9)에 연결되는 단일 공급 라인(7)으로서 구성되고, 적어도 하나의 라인은 상기 흐름 파이프 또는 파이프들(4, 5, 6)에 연결된 순환 도관(10a)으로서 구성되고,
상기 순환 시스템의 작동 방법은,
- 상기 냉각 장치(12, 14)를 통해 상기 출력 포트(12b, 14b)에서의 수온을 값 T_a 로 설정하는 단계;
- 상기 입력 포트(12a)에서의 체적 흐름을 값 V_z 로 설정하는 단계;
를 포함하며,
상기 순환 시스템의 작동 방법은,
- 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z*에서 개시하여, 초기 영역(initial region)과 말단 영역(end region) 간 수온의 온도 변화를 상기 출력 포트(12b, 14b)에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 축 방향 온도 변화의 모델에 따라 결정하는 단계;
- 주어진 부분 섹션이 연결된 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온과 주어진 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온이 동일한 경계 조건 하에서, 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화를 상기 온도 변화의 모델에 따라 각각의 주어진 추가 부분 섹션에 대해 결정하는 단계; 및
- 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서, 수온이 T_ME < T_soll이고 상기 입력 포트(12a, 14b)에서는 T_soll - T_b < 이고 >0가 주어진 값일 경우 수온이 T_b < T_soll 에서 설정되도록 상기 출력 포트(12b, 14b)에서 상기 체적 흐름 값 V_z 및 상기 수온 값 T_a 를 선택하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제1항에 있어서,
상기 값들 T_a 및 V_z 는 반복 근사 절차에서 결정되며, 주어진 부분 섹션이 연결된 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온과 주어진 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온이 동일한 경계 조건 하에서 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화는 각각의 주어진 추가 부분 섹션에 대해 상기 출력 포트(12b, 14b)에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z* 에서 개시하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제1항에 있어서,
상기 부분 섹션들은 상기 부분 섹션들의 초기 영역과 말단 영역 간 길이를 따라 상기 부분 섹션들이 주변에 열 결합을 제공하는 것과 관련하여 균일하게 설계되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제3항에 있어서,
길이가 L 인 적어도 하나의 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온 T_ME 는 이하의 수학식

에 의해 결정되고, 상기 수학식 중에서,
은 균일한 부분 섹션(T_S1)의 길이(m)이고;
는 초기 영역에서의 수온(℃)이며;
는 말단 영역에서의 수온(℃)이고;
는 주변 공기의 온도(℃)이며;
은 파이프라인의 열 전달 계수(W/(m*K))이고;
은 부분 섹션에서의 물의 질량 흐름(kg/s)이며;
은 물의 비열 용량(J/(kg*K)이고;
은 부분 섹션에서의 물의 체적 흐름(m³/s)이며;
은 물의 밀도(kg/m³)인 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제4항에 있어서,
부분 섹션들의 열 전달 계수는, 이하의 수학식

에 의해 결정되며, 상기 수학식 중에서,
은 파이프라인의 열 전달 저항(m*K/W)이며;
는 내측 열 전달 계수(W/(m²*K))이고;
은 열 저항(m*K/W)이며;
는 외측 열 전달 계수(W/(m²*K))이고;
는 외경(m)이며;
는 내경(m)이고;
인 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제1항에 있어서,
순환 펌프(10b)는 상기 순환 시스템(10)에 통합되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각 장치(12, 14)는 열 전달제에 의해 순환되는 물로부터 다른 물질 흐름으로 열 에너지를 전달함으로써 순환되는 물을 냉각하도록 사용되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제7항에 있어서,
상기 냉각 장치(12, 14)는 냉각 발전기, 가열 펌프, 수 냉각기 또는 냉각 공급 네트워크에 열적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제6항에 있어서,
상기 순환 시스템의 작동 방법은,
- 상기 순환 펌프(10b)의 전달된 체적 흐름에 따라 상기 순환 펌프(10b)의 특성을 결정하는 단계;
- 상기 출력 포트(12b, 14b))에서의 수온에 따라 상기 냉각 장치(12, 14)의 특성을 결정하는 단계;
- 상기 순환 펌프(10b) 및 상기 냉각 장치(12, 14)의 전력 소비가 상대적이거나 절대적인 최소값을 갖도록 상기 출력 포트(12b, 14b))에서의 체적 흐름 V_z 및 수온 T_a 를 설정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서,
온도 T_soll 에 대해 20℃ +/- 5℃ 값이 선택되고 상기 출력 포트에서의 수온 T_a 에 대해 15℃ +/- 5℃ 값이 선택되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템의 작동 방법.
물의 냉각을 위한 입력 포트(12a, 14a) 및 출력 포트(12b, 14b)를 구비하는 냉각 장치(12, 14)를 지니고 다수의 분기를 구비하는 파이프라인 시스템을 지니는 순환 시스템에 있어서, 상기 다수의 분기는 주변에 주어진 열 결합을 제공하는 하나 이상의 부분 섹션들을 포함하고 노드들에 의해 연결되어 있으며, 상기 열 결합은 상기 파이프라인 시스템의 라인들을 통한 열 전달이고,
- 상기 노드들에서 유출되는 체적 흐름들의 주어진 배분에 대해, 상기 노드들에 진입하는 체적 흐름들에 따라 혼합된 수온은 상기 노드들에서 유출되는 체적 흐름들에서 결정 가능하고,
- 상기 파이프라인 시스템의 라인들 중 하나 이상의 라인들은 흐름 파이프(4, 5, 6)로서 구성되며, 적어도 하나의 라인은 태핑 포인트(9)에 연결되는 단일 공급 라인(7)으로서 구성되고, 적어도 하나의 라인은 상기 흐름 파이프 또는 파이프들(4, 5, 6)에 연결된 순환 도관(10a)으로서 구성되며,
상기 순환 시스템은,
- 상기 냉각 장치(12, 14)를 통해 상기 출력 포트(12b, 14b)에서의 수온을 값 T_a 로 설정하는 수단;
- 상기 입력 포트(12a)에서의 순환되는 물의 체적 흐름을 값 V_z 로 설정하는 수단;
을 포함하며,
상기 순환 시스템은,
- 상기 순환되는 물의 흐름 방향에서 주어진 부분 섹션에 연결된 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온과 주어진 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온이 동일하게 선택되는 경계 조건 하에서 각각의 부분 섹션의 초기 영역과 말단 영역 간 수온의 온도 변화를 결정하는 장치 수단; 및
- 각각의 부분 섹션의 말단 영역에서, 수온이 T_ME < T_soll이고 상기 입력 포트(12a, 14a)에서는 T_soll - T_b < 이고 >0가 주어진 값일 경우 수온이 T_b < T_soll 에서 설정되도록 상기 출력 포트(12b, 14b)에서 상기 체적 흐름 값 V_z 및 상기 수온 값 T_a 를 선택하는 장치 수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
반복 근사 절차에서 상기 값들 T_a 및 V_z 를 결정하는 장치 수단이 제공되며, 각각의 주어진 부분 섹션에 대해 각각의 주어진 부분 섹션의 말단 영역에서 상기 출력 포트(12b)에 연결된 제1 부분 섹션에 대한 온도 개시 값 T_MA* < T_soll 및 체적 흐름 개시 값 V_z* 에서 개시하여 상기 수온 T_ME 이 계산되고, 주어진 부분 섹션의 말단 영역에서의 수온 T_me 와 다음으로 부착된 부분 섹션의 초기 영역에서의 수온 T_MA'가 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 부분 섹션들은 상기 부분 섹션들의 초기 영역과 상기 부분 섹션들의 말단 영역 간 길이를 따라 상기 부분 섹션들이 주변에 열 결합을 제공하는 것과 관련하여 균일하게 설계되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
순환 펌프(10b)는 상기 순환 시스템(10)에 통합되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
적어도 하나의 흐름 파이프(4, 5, 6)는 적어도 하나의 루프 라인(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 순환 도관(10a)의 적어도 하나의 라인은 상기 적어도 하나의 흐름 파이프(4, 5, 6)에서 진출하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 순환 도관(10a)의 적어도 하나의 라인은 적어도 하나의 흐름 라인(8)에서 진출하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 흐름 파이프(4, 5, 6)는 적어도 하나의 라이저 라인(5) 또는 건물 층 라인(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 흐름 파이프(4, 5, 6)는 분기점(1)에 의해 급수 네트워크에 연결되는 집단 공급 라인(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제19항에 있어서,
분기점(1)은 적어도 하나의 연결 라인(2) 또는 적어도 하나의 소비자 라인(3)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제17항에 있어서,
적어도 하나의 정적 또는 동적 흐름 분할기(8a)는 상기 적어도 하나의 흐름 파이프(4, 5, 6) 또는 적어도 하나의 루프 라인(8)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제11항에 있어서,
상기 냉각 장치(12, 14)는 열 전달제에 의해 순환되는 물로부터 다른 물질 흐름으로 열 에너지를 전달하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
제22항에 있어서,
상기 냉각 장치(12, 14)는 냉각 발전기, 가열 펌프, 수 냉각기 또는 냉각 공급 네트워크에 열적으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.
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제11항에 있어서,
상기 냉각 장치(12)는 상기 냉각 장치(12)의 출력 포트(12b)에 의해 흐름 파이프(4a)에 연결되고 상기 냉각 장치(12)의 입력 포트(12a)에 의해 수직 순환 도관에 연결되는 것을 특징으로하는, 순환 시스템.
제11항 내지 제23항 및 제26항 중 한 항에 있어서,
상기 냉각 장치(14)는 라이저 라인(5) 또는 건물 층 라인(6)에 통합되는 것을 특징으로 하는, 순환 시스템.