한국가스안전공사 - 가스보일러 자동 효율 시험 시스템

Author(s):
문성철 과장 - 한국가스안전공사 시험검사실

Industry:
Energy/Power

Products:
LabVIEW, SCXI

The Challenge:
시대 변화에 따른 자동 효율 시험 시스템의 필요성과 기준의 선진화를 위한 유럽 효율 시험의 도입 추진으로 자동 효율 시험 시스템의 개발을 시작하게되었다.

The Solution:
가스보일러 자동 효율 시험 시스템은 가스보일러의 난방 온도와 환수 온도를 자동적으로 제어하여 유효 효율(Useful efficiency)을 측정함과 동시에 가스보일러의 온도 상승 및 CO/NOX를 계측하는 시스템이다. 이러한 기능은 DAQ 입출력 보드 및 LabVIE를 이용하여 가스 보일러의 난방 온도 및 환수 온도 변화에 따라 물 유량 조절 밸브의 개폐 정도를 PID 및 시퀀스 컨트롤러로 제어하는 어플리케이션을 구현하였다.

개발 배경 :
가스보일러 효율은 가스보일러 가동 후 시험의 종류에 따라 T1 및 T2를 다양하게 조절(T1/T2 : 30/50 ℃, 40/60 ℃, 60/80 ℃ 등)하여 소비되는 가스량 대비 출력(물량×△T)을 측정하여 구해진다. 현재까지의 국내 가스보일러 효율 시험은 수동으로 어렵게 물 온도를 맞추고 시험에 필요한 데이터를 읽어 수식에 대입하는 식으로 실시되었다. 이 원시적인 효율 시험 시스템은 그 동안 자동적인 물 온도 제어가 구현되지 않아 계속 사용될 수 밖에 없었다. (가스보일러 업계에서는 효율 시험의 자동화는 불가능하다는 인식이 팽배하였다) 그러나, 시대 변화에 따른 자동 효율 시험 시스템의 필요성과 기준의 선진화를 위한 유럽 효율 시험의 도입 추진으로 자동 효율 시험 시스템의 개발을 시작하게 되었고, LabVIEW의 우수성을 확인한 후 LabVIEW를 기반으로 진행하였다.

그림 1. 가스보일러 효율 시험 개략도

그림 2. 수동 효율 시험 시스템

본론 :

하드웨어
자동 효율 시험 시스템 개요
- 국내 규격 및 유럽 규격에서 규정하는 난방 온도/환수 온도가 PID Control에 의해 물 유량 조절 밸브와 연계되어 자동적으로 조절된다.
- 난방 온도/환수 온도는 연속으로 일정하게 상승한다.
- 가스 밸브 및 열 버퍼의 ON/OFF, 가스보일러의 가동/정지, 팬 작동 및 과열 방지 등은 프로그램에 의해 제어된다.
- 시험은 각종 데이터의 안정을 확인한 후 시작되며 일정한 범위 내에서 지속적으로 측정값이 도출될 경우에만 시험을 종료한다.
- 가스보일러 및 주변의 온도를 측정하며, 보일러 배기가스의 CO/NOX를 측정하기 위하여 CO/NOX 분석기로부터 데이터를 받아 분석한다.
- 측정결과값은 컨트롤 패널에 실시간으로 표시되고 Excel 양식으로 저장 및 출력된다.

자동 효율 시험 시스템 구성은 효율시험 Rig, 보일러 걸이대, DAQ 보드, 데스크탑(프로그램 내장) 및CO/NOX 분석기 등으로 구성되었다. DAQ에 수집되는 데이터는 가스 온도, 가스 압력, 가스 량, 여러 위치에서의 물 온도, 물 유량, 주위 온도 및 주위 압력 등이며 동시에 DAQ를 통해 물 유량의 흐름을 제어하기 위한 출력값이 물 유량 조절 밸브에 제공된다.

그림 3. 자동 효율시험 시스템

소프트웨어
가스보일러 자동 효율 시험 시스템은 국내 규격 및 해외 규격(EN규격 등)에서 필수적으로 규정하고 있는 다음의 시험을 자동적으로 할 수 있다
- 직접적인 유효 효율(전부하 및 부분부하)
- 간접적인 유효 효율(부분부하)
- 온수 효율
- 가스 소비량
- 유효 출력
- Standby loss
- 온수 공급 능력
- 보일러 및 보일러 주위의 온도 상승
- CO/NOX 분석

그림 4. 메인 패널

그림 5. 시험 모니터링

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
가스보일러 자동 효율 시험 시스템은 시험 결과의 높은 신뢰성 및 정밀성을 확보할 뿐만 아니라 유럽 등에서 개발한 선진적 효율 시험 시스템보다 훨씬 업그레이드된 혁신적인 세계 최첨단의 시스템이다. (VEE 프로그램으로 개발한 가장 선진적 효율 시험 시스템을 보유한 세계적 제품 인증 기관으로부터 교육을 받았기 때문에 객관적 비교가 가능함)
아울러 가스보일러 자동 효율 시험 시스템은 가스보일러 기준의 선진화를 추진한 것이므로 업계의 호응도가 매우 높아 보급이 확대될 것으로 예상된다.

- 시험의 완전 자동화 실현
- 시험 결과의 신뢰성 및 정밀성 확보
- 시험 결과의 재현성과 반복성(±0.3 %) 확보
- 시험 결과의 측정 불확도(±0.5 %) 최소화
- 시험 시간(6시간→1시간) 및 시험 인원(60 %) 절감
- EN 규격 등의 난해한 시험 가능

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문성철 과장
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