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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 23
제2장 국내외 기술개발 현황 27
제3장 규칙기반방식 고장검출 및 진단 31
제1절 공조기 성능평가규칙(APAR) 고장검출 및 진단 31
1. 공조기 전문가 규칙 31
2. VAV시스템의 고장검출 기술 40
가. 관리도 이용 VAV시스템 고장검출 기술 42
나. 성능지수에 의한 VAV시스템 고장검출 기술 48
제2절 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 방식 고장검출 및 진단 알고리즘 51
1. 개요 51
2. 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘 51
가. 데이터 수집방법 52
나. 모드 선정방법 53
다. 모드 1의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법 53
라. 모드 2의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법 55
마. 모드 3의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법 57
바. 모드 4의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법 58
제3절 CAV시스템 시뮬레이터를 이용한 고장검출 및 진단 실험 66
1. CAV시스템 시뮬레이터의 실험방법 66
2. 실험결과 67
가. 정상상태(steady state)의 실험결과 67
나. 외기온도센서 고장의 실험결과 68
다. 혼합공기 온도센서 고장의 실험결과 68
라. 환기온도센서 고장의 실험결과 69
마. 급기온도센서 고장의 실험결과 70
제4장 VAV시스템 시뮬레이터 제작 및 고장진단 실험 80
제1절 VAV시스템 시뮬레이터 제작 80
1. 시뮬레이터 본체 80
2. 공조시스템 83
가. 개요 83
나. 공조시스템 제작 84
3. 자동제어 시스템 93
가. 시스템의 운전조건 및 요구사항 93
나. 하드웨어 구성 93
나. 모니터링시스템의 구성 94
4. VAV(Variable Air Volume) 시스템 111
가. 개요 111
나. VAV시스템의 제어 112
다. VAV시스템 유닛의 구성 및 제어로직 113
제2절 시뮬레이터를 이용한 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 115
1. 고장진단 시뮬레이터의 실험방법 115
2. 고장진단 시뮬레이터의 실험결과 116
가. 모드 1 조건의 고장진단 실험결과 116
나. 모드 2 조건의 고장진단 실험결과 130
다. 모드 4 조건의 고장진단 실험결과 136
3. 결과 고찰 148
제3절 시뮬레이터를 이용한 댐퍼고장 실험 149
1. 하계 VAV댐퍼 고장 실험 149
2. 동계 VAV댐퍼 고장 실험 157
제4절 시뮬레이터를 이용한 실별 제어 실험 165
1. 하계 댐퍼제어 실험 165
2. 동계 댐퍼제어 실험 166
제5장 열펌프를 이용한 건물 공조시스템의 최적제어 176
제1절 개요 176
제2절 실내 환기시스템 최적제어 177
1. 개요 177
2. 일반 환기시스템의 구성 178
3. 실내 급배기 동특성 모델링 179
4. 환기시스템 제어 알고리즘 184
제3절 열펌프 시스템 최적제어 190
1. GHP 제어 알고리즘 190
가. 제어를 위한 블록 다이어그램 190
나. 실내기 제어 알고리즘 191
2./3. 실내기 제어를 위한 제어알고리즘 193
제4절 VC++을 이용한 동특성 모델링 방법 198
1. 개요 198
2. VC++의 실시간 구현 방법 199
3. 물성치 계산 방법 199
제5절 증발기 동특성 모델링 201
1. 개요 201
2. 증발기 동특성 모델 202
가. 모델링 대상 및 해석방법 202
나. 열전달 해석 203
다. 공기측 열 및 물질전달 관계식 206
라. 전자팽창밸브 개도제어 모사 208
3. 계산 수행 및 결과 208
제6절 시뮬레이터와 제어기의 실시간 통신 215
1. 개요 215
2. 실시간 통신 인터페이스의 구성 215
3. Modbus Protocol 217
4. MFC를 이용한 통신 모듈 221
제6장 결론 226
참고문헌 229
〈표 2-1〉 국내 지능형 건물 기술 개발현황 28
〈표 2-2〉 국내외 기술의 비교 29
〈표 3-1〉 VAV(가변풍량) 유닛의 고장 유형 41
〈표 3-2〉 VAV유닛의 10대 주요 고장유형 49
〈표 4-1〉 공조설비의 사양 86
〈표 4-2〉 HC900 I/O Arrangement & Configuration 99
〈표 4-3〉 하계의 실별 제어시 에너지 절감율 166
〈표 4-4〉 동계의 실별 제어시 에너지 절감율 167
〈표 5-1〉 시뮬레이션 계산조건 209
〈표 5-2〉 RS232의 특성 216
〈표 5-3〉 내부 메모리 레지스터의 종류별 형식 219
〈표 5-4〉 모드버스 프로토콜 함수의 종류와 참조 레지스터 219
〈표 5-5〉 모드별 데이터 파라미터 219
[그림 3-1] 공조기의 작동 모드별 밸브와 댐퍼의 개도 32
[그림 3-2] 관리도에 의해 제어불능을 표시하는 경우 43
[그림 3-3] VAV유닛 구성도 45
[그림 3-4] 실내온도에 따른 VAV 유닛 밸브와 댐퍼의 제어방식 45
[그림 3-5] VAV 유닛 고장검출 방안 50
[그림 3-6] 제어기 고장검출 50
[그림 3-7] 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘의 순서도 61
[그림 3-8] 고장진단 실험용 시뮬레이터 67
[그림 3-9] RTD 온도센서의 고장을 위한 회로 구성도 67
[그림 3-10] 동계(모드 1) 정상상태 (CAV시스템) 71
[그림 3-11] 동계 외기온도 (+) fault (CAV시스템) 72
[그림 3-12] 동계 외기온도 (-) fault (CAV시스템) 73
[그림 3-13] 동계 혼합공기온도 (+) fault (CAV시스템) 74
[그림 3-14] 동계혼합공기온도 (-) fault (CAV시스템) 75
[그림 3-15] 동계 환기온도 (+) fault (CAV시스템) 76
[그림 3-16] 동계 환기온도 (-) fault (CAV시스템) 77
[그림 3-17] 동계 급기온도 (+) fault (CAV시스템) 78
[그림 3-18] 동계 급기온도 (-) fault (CAV시스템) 79
[그림 4-1] 시뮬레이터 본체의 설계도 81
[그림 4-2] 시뮬레이터 본체의 외형 82
[그림 4-3] 시뮬레이터 공조설비 상부 덕트 설계도 87
[그림 4-4] 시뮬레이터 공조설비 하부 덕트 설계도 88
[그림 4-5] 공조시스템 덕트 89
[그림 4-6] 냉방용 압축기와 응축기 89
[그림 4-7] 냉방용 냉수탱크와 냉수순환펌프 90
[그림 4-8] 냉방코일 및 난방코일 90
[그림 4-9] 팬의 회전수 제어용 인버터 91
[그림 4-10] 댐퍼 구동기 91
[그림 4-11] 덕트설비에 연결되어 있는 VAV댐퍼 92
[그림 4-12] 하부공간에 설치된 전력분석 장비 92
[그림 4-13] 시뮬레이터 제어 메인화면 96
[그림 4-14] 시뮬레이터 경향 감시화면 97
[그림 4-15] Quick Builder 구성 화면 예 97
[그림 4-16] 시뮬레이터 PLC 제어시스템 98
[그림 4-17] Hybrid control designer 로직 98
[그림 4-18] PLC의 analog input (1) 102
[그림 4-19] PLC의 analog input (2) 103
[그림 4-20] PkC의 analog output (1) 104
[그림 4-21] PLC의 analog output (2) 105
[그림 4-22] PLC의 analog output (3) 106
[그림 4-23] PLC의 analog output (4) 107
[그림 4-24] PLC의 analog output (5) 108
[그림 4-25] PLC의 digital input 109
[그림 4-26] PLC의 digital output 110
[그림 4-27] VAV 제어로직 114
[그림 4-28] 고장진단 실험용 시뮬레이터의 구성 117
[그림 4-29] 동계(mode 1) 정상상태(VAV시스템) 121
[그림 4-30] 동계(model 1) 외기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 122
[그림 4-31] 동계(model 1) 외기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 123
[그림 4-32] 동계(model 1) 혼합공기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 124
[그림 4-33] 동계(model 1) 혼합공기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 125
[그림 4-34] 동계(model 1) 환기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 126
[그림 4-35] 동계(model 1) 환기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 127
[그림 4-36] 동계(model 1) 급기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 128
[그림 4-37] 동계(model 1) 급기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 129
[그림 4-38] 중간기(model 2) 정상상태(VAV시스템) 132
[그림 4-39] 중간기(model 2) 외기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 133
[그림 4-40] 중간기(model 2) 외기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 134
[그림 4-41] 중간기(model 2) 급기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 135
[그림 4-42] 중간기(model 2) 급기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 135
[그림 4-43] 하계(model 4) 정상상태(VAV시스템) 139
[그림 4-44] 하계(model 4) 외기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 140
[그림 4-45] 하계(model 4) 외기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 141
[그림 4-46] 하계(model 4) 혼합공기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 142
[그림 4-47] 하계(model 4) 혼합공기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 143
[그림 4-48] 하계(model 4) 환기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 144
[그림 4-49] 하계(model 4) 환기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 145
[그림 4-50] 하계(model 4) 급기온도 (+) 고장 모사(VAV시스템) 146
[그림 4-51] 하계(model 4) 급기온도 (-) 고장 모사(VAV시스템) 147
[그림 4-52] VAV1 댐퍼 정상가동, VAV2 댐퍼 100% 개방(하계) 150
[그림 4-53] VAV1 댐퍼 정상가동, VAV2 댐퍼 50% 개방(하계) 151
[그림 4-54] VAV1 댐퍼 정상가동, VAV2 댐퍼 0% 개방(하계) 152
[그림 4-55] VAV1 댐퍼 100%, VAV2 댐퍼 100% 개방(하계) 153
[그림 4-56] VAV1 댐퍼 100%, VAV2 댐퍼 0% 개방(하계) 154
[그림 4-57] VAV1 댐퍼 50%, VAV2 댐퍼 50% 개방(하계) 155
[그림 4-58] VAV1 댐퍼 0%, VAV2 댐퍼 0% 개방(하계) 156
[그림 4-59] VAV1 댐퍼 100% 개방, VAV2 댐퍼 정상가동(동계) 158
[그림 4-60] VAV1 댐퍼 정상가동, VAV2 댐퍼 50% 개방(동계) 159
[그림 4-61] VAV1 댐퍼 정상가동, VAV2 댐퍼 0% 개방(동계) 160
[그림 4-62] VAV1 댐퍼 100%, VAV2 댐퍼 100% 개방(동계) 161
[그림 4-63] VAV1 댐퍼 100%, VAV2 댐퍼 0% 개방(동계) 162
[그림 4-64] VAV1 댐퍼 50%, VAV2 댐퍼 50% 개방(동계) 163
[그림 4-65] VAV1 댐퍼 0%, VAV2 댐퍼 0% 개방(동계) 164
[그림 4-66] 하계 VAV댐퍼 정상가동 168
[그림 4-67] 하계 VAV댐퍼 제어(전체운전시간의 1/4에 0% 개방) 169
[그림 4-68] 하계 VAV댐퍼 제어(전체운전시간의 1/2에 대해 0% 개방) 170
[그림 4-69] 하계 VAV댐퍼 제어(전체운전시간에 대해 0% 개방) 171
[그림 4-70] 하계 VAV댐퍼 정상가동 172
[그림 4-71] 하계 VAV댐퍼 제어(전체운전시간의 1/4에 대해 0% 개방) 173
[그림 4-72] 하계 VAV댐퍼 제어(전체운전시간의 1/2에 대해 0% 개방) 174
[그림 4-73] 동계 VAV2 댐퍼 제어(전체운전시간 전체에 대해 0% 개방) 175
[그림 5-1] 주거공간용 환기시스템 구성 개략도 178
[그림 5-2] 실내 환기시스템 동특성 모델링을 위한 전기회로와의 상사모델 180
[그림 5-3] 온도 동특성 모델링 (SIMULINK) 181
[그림 5-4] 습도 동특성 모델링 (SIMULINK) 182
[그림 5-5] CO₂ 동특성 모델링 (SIMULINK) 182
[그림 5-6] 환기시스템에 의한 실내온도 제어 183
[그림 5-7] 환기시스템에 의한 CO₂ 농도제어 183
[그림 5-8] 실내 제어기 메인 루틴 185
[그림 5-9] 실내기 팬 차압설정 루틴 186
[그림 5-10] 냄새 및 먼저 제어 루틴 187
[그림 5-11] 주방 환기제어 메인 루틴 188
[그림 5-12] 메인 주방 팬 차압설정 루틴 189
[그림 5-13] S사 GHP의 개요도 190
[그림 5-14] 서모 상태 (냉방모드)-ON/OFF mode 191
[그림 5-15] 실내기 제어를 위한 main flowchart 194
[그림 5-16] 실내기 제어를 위한 냉방모드 flowchart 195
[그림 5-17] 실내기 제어를 위한 송풍모드 flowchart 196
[그림 5-18] 실내기 제어를 위한 난방모드 flowchart 197
[그림 5-19] GUI 구축 예(흡수식 냉온수기) 200
[그림 5-20] 증발기의 개요도 202
[그림 5-21] Tube segment j를 통한 열 및 물질전달 203
[그림 5-22] Tube bank를 통과하는 습공기의 엔탈피 변화 204
[그림 5-23] Fin-tube type 열교환기의 형상 207
[그림 5-24] Transient response(Kc=0.4 %/℃, Ti=40 sec, Bias=0%) 211
[그림 5-25] Transient response(Kc=0.3 %/℃, Ti=40 sec, Bias=23%) 212
[그림 5-26] Transient response(Kc=0.3 %/℃, Ti=40 sec, Bias=25%, PI control activated below 10℃ of superheat) 212
[그림 5-27] Simulation results for the case of [그림 5-26] at 26 seconds 213
[그림 5-28] Simulation results for the case of [그림 5-26] at 600 seconds 214
[그림 5-29] RS232 커넥터 구성 216
[그림 5-30] 소프트웨어 프로토콜의 개요 217
[그림 5-31] 마스터의 두가지 모드 217
[그림 5-32] 마스터의 요청문과 슬레이브 응답문 패킷 218
[그림 5-33] RTU 데이터 프레임 219
[그림 5-34] ASCII 모드 데이터 프레임 220
[그림 5-35] 파일 입출력 API 함수의 원형 222
[그림 5-36] 시리얼 포트 클래스 222
[그림 5-37] 모드버스 마스터 클래스의 개요 223
[그림 5-38] 모드버스 슬레이브 클래스의 개요 223
[그림 5-39] 모드버스 함수 코드 224
[그림 5-40] 모드버스 함수 클래스 코드 224
[그림 5-41] 모드버스 함수 테스트 및 디버깅(1) 225
[그림 5-42] 모드버스 함수 테스트 및 디버깅(2) 225