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승일일렉트로닉스, 최적제어로 에너지효율 증대

BLDC인버터 히트펌프 항온항습기용 시스템 컨트롤러 개발


에너지의 효율적인 사용은 우리나라뿐만 아니라 전 세계가 주목하고 있는 관심사다. 특히 냉동공조분야에서의 에너지효율화는 운영비용과 직결돼있는 요소이기 때문에 더욱 민감하다. 이를 해결하기 위한 방법 중 하나로 부분부하에서 압축기운전을 최적화해 에너지사용을 획기적으로 줄임과 동시에 정밀운전으로 두 마리 토끼를 잡는 제어시스템이 화두로 떠오르고 있다.

승일일렉트로닉스(대표 유춘희)는 1987년 설립, 냉동공조산업에 사용되는 컨트롤러, 전극봉식 가습기, 모니터링시스템, 온습도·압력트랜스미터 등을 개발, 보급하는 전문기업으로 시장에서 외산기업들과 어깨를 나란히 하며 토종기업으로 서의 자존심을 지켜내고 있다.

특히 유럽연합을 필두로 한 글로벌시장에서의 에너지효율기준을 만족시키기 위해 자체적인 연구개발을 통한 제품성능 향상에 매진하고 있다.

EU는 각기 다른 애플리케이션들에 대해 ErP규정을 도입했다. 이 규정은 최소한의 효율기준을 정하고 있어 이를 충족하기 위해서는 에너지소모가 적은 BLDC인버터 히트펌프 압축기를 사용해야만 한다.

승일일렉트로닉스는 이미 4~5년 전부터 EU규정에 만족시킬 수 있는 BLDC인버터 압축기 드라이버와 전자식 팽창밸브, 디지털 압력스위치 등 냉동공조분야 에너지절약기기를 개발해 보급에 앞장서고 있다.

특히 40여년간 냉동공조제어 관련기술 노하우와 새로운 BLDC인버터 관련기술을 홍보, 보급하고 있다. 이러한 기술들의 결과를 검증하기 위해 3년 전부터 테스트설비를 통한 성능확인뿐만 아니라 사내에 본 시스템을 적용한 온·습도·압력을 제어하는 냉난방기를 직접 설치해 외부조건의 변화에 따른 사계절 운전으로 성능을 검증하고 있다.

정속형·가변형 전력소모 최대 18배 기존 항온항습기는 정속형 압축기를 사용해 온도와 습도를 제어하기 때문에 설정 온·습도를 맞추기 위해 많은 에너지를 소비하고 있다. 그 이유는 100% 부하운전이 아닌 부분부하 운전 시에도 압축기가 100% 출력으로 운전돼 과냉이 유발되고 온·습도를 맞추기 위해 추가로 전기가열기와 가습기를 작동시키는 에너지 과다소비 형태의 운전이기 때문이다.

이에 비해 ‘BLDC 인버터 히트펌프 압축기’를 사용할 경우 최소의 에너지로 실내 온·습도를 정밀하게 제어할 수 있다.

이는 항온항습기 10RT를 기준으로 한 정속형, 가변형 압축기 작동동력 비교로 쉽게 알 수 있다. 정속형 압축기의 경우 설정값 23˚C에서 압축기 소모동력, 전기가열기, 가습기 운전으로 인해 100% 정격운전대비 △75% 8.8kW △50% 17.6kW △25% 27.8kW의 최종 전력소모가 일어난다. 인버터 압축기를 이용한 가변형 압축기의 경우 온도제어용으로 전기가열기를 부분사용하지만 가습량은 미미하다. 최종 에너지사용량은 △75% 4.5kW △50% 3kW △25% 1.5kW이며 전력소모 차이는 최대 18배 이상이다.



BLDC인버터, 효율적 에너지절감
BLDC인버터의 장점은 크게 △에너지절감 △초기기동 피크전류 감소 △용량 다운사이징 △정밀제어 △최적부하 운전-에너지효율 증대 △엔벨로프(En-velope) 제어(안전·수명 증대) 등이다.

유럽의 HVAC 관련 에너지효율기준인 ESEER(European Seasonal Energy Efficiency Ratio)에 따르면 연중 100% 정격부하가 필요한 시간은 3%에 불과하고 50% 부분부하 운전시간이 41%로 가장 많다. 정속형 압축기는 부하조절이 안되기 때문에 불필요한 에너지를 낭비하고 있으며 이러한 부분부하에 대응할 수 있는 BLDC인버터 압축기를 사용해야만 효율적인 에너지절감이 가능하다.

또한 정속형 압축기는 모터의 특성 상초기기동시 돌입전류가 많이 소모되기 때문에 전류 피크부하를 발생시키며 장기적으로 전력비용이 증가하는 원인이 된다.

반면 BLDC 압축기는 초기기동 시 동일용량의 압축기보다 약 70%를 감소시킬 수 있다.

특히 정속형 압축기는 정격용량을 초과해서 작동할 수 없기 때문에 3%에 불과한 운전시간을 설계에 반영해야 하지만, BLDC 압축기는 필요에 따라 정격속도보다 증속해 동작할 수 있기 때문에 작은 용량을 설계해도 동일한 효과를 낼 수 있다.

BLDC 인버터 히트펌프 압축기 제어시스템의 가장 큰 장점은 최적부하 운전을 통한 에너지효율 증대와 엔벨로프 제어를 통한 안전·수명 증대다.

에너지효율을 높이기 위해서는 필요한 부하를 넘어가지 않도록 최적의 용량을 유지하면서 운전해야 한다. 이를 위해 압축기의 회전속도를 증속·감속하면서 용량을 맞추는데 응축압력, EEV 개도율, 증발압력 등이 함께 움직여야 한다.

또한 정속형 압축기와 달리 가변형 압축기는 특성 상 압축기 제조사에서 정의한 압력과 온도 한계 이내의 압축기 동작조건이 있다. 이러한 동작조건을 넘어 컴프레서가 동작할 경우 수명에 영향을 미치거나 소손될 우려가 있다.

이러한 밸런스를 맞추는 것이 제어시스템의 역할이며 승일일렉트로닉스의 BLDC시스템은 △압력제어 △과열도 제어 △시스템 제어 △압축기 속도 제어 등을 통해 안정적인 운전을 보장하고 있다.

승일 컨트롤러, BLDC인버터 최적 제어 
승일일렉트로닉스의 BLDC인버터 히트펌프 항온항습기용 시스템 컨트롤러인 ‘VCE-LK-U3-K’는 기존 항온항습기의 불합리한 에너지소모를 줄이고 최소의 에너지로 최대의 효과를 낼 수 있도록 설계된 컨트롤러다.

BLDC인버터 압축기 제어를 위한 최적로직이 탑재됐으며 압축기별 운전 엔벨로프 기준으로 운전해 안전한 냉동사이클을 유지한다. 오일회수 및 베이퍼 인젝션 기능 등 다양한 안전장치와 최대효율을 낼 수 있는 기능을 탑재하고 있다.

‘VCE-LK-U3-K’에는 전자식 팽창밸브 드라이버 제어출력 2ch이 내장돼 있으며 1사이클 인버터 컴프레서 제어출력도 가능하다. 또한 국내·외 40여종 이상의 압축기매칭이 완료돼 사양별 엔벨로프 운전을 보장하고 있다.

저속운전 오일회수 시스템제어 및 솔루션 통합모니터링 연동, 부하에 따른 실내기·실외기팬 비례제어, 전극봉 가습기 용량제어도 특징이다.

이외에도 △스케줄기능(최대 20개), 요일 반복 기능 △알람 이벤트 저장(블랙박스-최대100개)기능, 알람발생 시 주변 입출력상태 동시저장 △대화형식의 메시지 표시 △통신(MODBUS) 체크기능으로 통신연결 시 이상상황 알림 △내부시스템 체크기능으로 주 단위 운전상태 간단 확인 등 기능이 있다.

제품의 상세한 정보는 승일일렉트로닉스 홈페이지(www.sentrol.co.kr)나 이메일(info@si-tec.co.kr)로 문의할 수 있다.