압력독립형밸런싱컨트롤밸브 포스트작성의 2탄으로 밸브의 성능곡선이 무엇인가에 대해 알아보겠습니다.
저희는 밸브의 성능곡선이 선형(Linear)으로 되어있어 비례제어가 요구되는 곳에서 성능이 우수합니다.
타 영업사원의 말을 인용했습니다.
라고 현장관계자, 건설사 담당자, 설계자에서 설명을 합니다. 하지만 위 내용에서 일부는 맞지만 일부는 틀렸다고 생각합니다.
냉난방 열원장비 코일내 냉수와 온수를 통과량을 제어하는 압력독립형밸런싱컨트롤 밸브(이하 복합밸브_PIBCV)는 설계자의 요구, 또는 건설사의 요청에 의해 제어방식이 크게는 온오프제어(On/off) 와 비례제어로 구분됩니다.
냉방이나 난방이 필요한 순간 제어밸브를 100% 개방하여 구획 또는 실 내부의 온도를 설정온도 까지 빠르게 낮추거나 높여서, 설정온도에 일치하는 순간 제어밸브를 다시 0%(닫힘) 제어하는 방식을 On/off 제어라고 할 수 있습니다.
반면에 냉방 또는 난방이 필요한 순간 설정온도와 현재온도 차이가 큰경우 밸브를 100% 개방하여 실내부의 온도를 목표온도로 조정하면서, 차이가 점점 줄어들수록 밸브의 개방율(개도율)을 줄여가면서 제어하는 방식을 비례제어라고 할수 있습니다. 비례제어를 좀더 쉽게 생각하면 사용자가 밸브의 개도율은 0~100%까지 무단으로 조정할수 있음 이라 생각하셔도 됩니다.
밸브의 성능곡선이란 무엇일까?
ASHRAE Handbook에서는 밸브의 성능곡선에 대해 제어밸브의 플러그와 그 플러그를 감싸고 있는 시트의 기하학적인 형상에 의해 결정되는 기계적인 특징이라 설명하고 있으며 그 성능곡선은 개도율과 통과유량의 관계로 표현할수 있다고 합니다.
위 사진에서 볼수 있는 것과 같이 Linear Plug를 갖은 밸브는 성능곡선이 직선으로 나옵니다. 밸브가 10% 개방하면 밸브의 통과유량도 최대유량에 10%만 통과합니다. 물론 이렇게 제어가 되는 모습은 일반인 생각했을때
흐음.. 10%열리면 10%의 냉수가 통과하고 80%가 열리면 80%의 냉수가 통과하니깐 선형특성곡선이야 말로 비례제어에 적합한 밸브였군!!
저도 이 직업을 시작하기 전에는 이와 같이 생각했습니다. (일반적인 사람을 무시하는 것은 절대 아닙니다.)
하지만 복합밸브는 열원 장비에 냉수와 온수를 공급하는 설비이기 때문에 연결되는 열원장비의 만났을때, 열원장비의 제어가 선형이 되는 것이 중요합니다.
물은 온도변화를 할때 헌열과 잠열이 있습니다. 따라서 열원장비의 성능곡선은 선형이 아닌 위쪽으로 볼록한 특성을 갖습니다.
이런 열원장비와 결합했을때 선형제어성을 갖으려면 밸브의 성능곡선은 이와 반대로 아래쪽으로 볼록한 EQM(Equal percentage modulating_등가특성)을 갖어야 합니다.
만약 이런 열원장비가 선형특성의 복합밸브와 만나게 되면 아래와 같이 제어성능을 보여줍니다.
위쪽으로 볼록한 열원장비가 선형특성의 복합밸브와 만나면 고개도율 구간 저개도율구간으로 내려가는 경우 50%이상의 개도율 구간에서는 서는 냉방 또는 난방출력이 변화 거의 없는 과유량 특징으로 보이며, 50%이하에서는 저유량의 특징을 보입니다. 이는 제어의 신뢰성이 없다고 볼수 있습니다. 하지만 그렇다해서 이런 선형밸브가 나쁘다는 의미는 아닙니다. 목표로하는 제어 조건에 따라 온오프제어가 필요한 위치에서는 선형특성의 복합밸브를 선정해서 사용해도 아무런 문제가 없습니다. EQM 특성곡선의 복합밸브에 비해 단가도 저렴하기 때문에 충분히 만족할수 있는 성능입니다.
하지만 비례제어가 요구되는 위치에서는 위와 같은 밸브가 아닌 EQM 특성곡선의 복합밸브를 사용해야 합니다.
위쪽으로 볼록한 열원장비가 EQM특성의 복합밸브와 만나면 전유량에 걸친 구간에서 선형제어가 가능합니다. 과유량과 저유량을 방지할수 있기 때문에 에너지절감차원, 소음과 진동의 문제 해결도 충분히 가능합니다.
위에서도 설명드린바와 같이 이런 밸브의 성능곡선은 플러그와 플러그를 감싸는 시트의 기하학적인 형상에 의해 결정됩니다.
IMI-TA社의 복합밸브는 EQM 성능곡선을 갖은 유일한 밸브입니다.
이상으로 복합밸브의 성능곡선에 대한 내용을 알아봤습니다.