KDS 설계기준 313515 현장제어설비

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건설 시방서 – 자동제어 시스템

1. 일반사항

1.1 목적

본 시방서는 현장에 설치된 자동제어를 필요로 하는 장비 및 시스템의 제어, 감시, 운전 상태, 데이터 검출, 설계 등을 목적으로 한다.

1.2 적용범위

본 시방서는 현장에 설치되는 각종 제어기, 검출기, 조작기의 구성과 현장 설치 장비들의 자동제어계에 적용된다. 본 설계 기준에 없는 사항은 설계자의 의도에 따른다.

1.3 참고 기준

내용 없음

1.4 용어의 정의

시퀀스 제어 알고리즘: 정해진 순서에 따라 조건이 만족되면 제어의 각 단계가 순차적으로 진행되는 제어 방법으로서 순차적으로 각 단계를 진행하는 제어를 말한다.
2-위치 제어 알고리즘: 측정값과 설정값의 오차 크기에 따라 두 개의 위치를 제어하는 알고리즘을 말한다.
다위치 제어 알고리즘: 2-위치 동작에서는 편차가 조금만 동작 간격을 벗어나도 조작량이 0% 또는 100%로 변화하여 제어량이 주기적으로 크게 변화한다. 이것을 완화시키기 위하여 동작 신호의 크기에 따라 조작량을 3단 또는 그 이상의 단계를 두어 제어하는 알고리즘을 의미한다.
단속도 제어 알고리즘: 2-위치 동작이나 다위치 동작에서 조작량의 변화는 정해진 값만 취할 수밖에 없으나, 플로팅 동작이라고도 하는 단속도 동작의 경우 2-위치 동작 간격에 해당하는 중립대를 가지고 있다. 목표치로부터 벗어나는 편차가 중립대 내로 들어오면 밸브는 그대로의 위치를 유지한다. 그리고 편차가 중립대를 벗어나면 그 만큼의 편차 신호에 따라 밸브 개도는 일정한 속도로 변화된다.

1.5 기호의 정의

내용 없음

1.6 설계 시 고려사항

자동제어를 구성함에 있어 운영 방식, 제어 조건, 건물의 요구 기능, 건물 내 설비 특성을 고려하여 설계 대상 건물에 적합한 제어 방식을 적용해야 한다.
현장 제어기(DDC 또는 PLC) 적용 시의 고려 사항은 다음과 같다.
- 노이즈: 자동제어 설비용 전용 접지가 불가능하면 통신용 접지를 사용해야 하고 가급적 노이즈 발생원과 격리시켜야 한다. 그리고 현장 제어기 사이의 통신용에는 트위스트 페어 선을 사용하여 유도성 노이즈를 차단하고, 강관용 전선관을 이용하여 정전 노이즈를 차단하는 기능을 갖추도록 설계되어야 한다.
- 개방형 프로토콜 제품 선정: 현장 제어기는 개방형 프로토콜 적용으로 업체와 상관없이 공용된 개방형 프로토콜이 적용된 현장 제어기를 고려하여 향후 유지보수에 대응해야 한다.

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

내용 없음

4. 설계

4.1 열원설비

열원설비 제어 일반사항: 열원설비의 기동/정지는 기기 부속반(현장제어반)에서 직접 조작한다. 단, 중앙 감시 할 경우 중앙 감시반에서 원격 제어 할 수 있게 하며 열원설비의 대수제어를 행할 시는 중앙 감시반에서 원격 조작을 할 수 있어야 한다.
열원설비 제어 설계:
- 펌프 시스템의 대수 제어: 펌프 시스템의 제어 설계는 정속 펌프만의 대수 제어 또는 변속 펌프를 사용하여 제어하는 방법을 적용한다.
- 냉동기 시스템의 대수 제어: 냉동기 시스템의 대수 제어는 부하의 특성에 적합하게 냉수 순환량과 냉수를 공급하기 위해 냉동기의 개별 용량 제어, 냉수 펌프 제어, 냉수의 공급 및 환수 헤더 차압 제어 등이 함께 고려되어야 한다.
- 냉각탑 제어: 냉각탑은 냉각수 온도를 감지해서 냉각탑 팬 운전 제어를 수행하여 냉각수 온도를 일정하게 유지시킨다.
- 냉수 급수, 환수 헤더의 차압 제어: 냉수 급수, 환수 헤더의 차압 제어는 헤더 차압을 검출하여 헤더 바이패스 밸브를 조절한다.
- 보일러 시스템 제어:
  - 증기 보일러의 운전은 원칙적으로 별도의 현장 제어반에서 직접(수동) 조작하게 설치해야 하며, 비상시는 보일러가 자동 정지되도록 제어 시스템이 구성되어야 한다.
  - 응축수 수조의 보급수 제어는 전동 2방 변이나 2위치 제어 밸브를 사용하며 고수위, 저수위를 감시해야 한다.
- 열교환기 제어: 열교환기(Heat Exchanger)는 항상 온수가 일정한 온도로 공급되도록 온도 제어를 한다.
자동제어 설계의 고려 사항:
- 냉동기 인터페이스: 냉동기 제어반에서는 냉동기 기동/정지, 상태 및 경보 접점을 제공한다. 만약 냉동기와 통신 방식으로 자동 제어 감시반에서 인터페이스 할 경우 냉동기 공급 업체와의 협의를 통하여 관련 프로토콜을 개방하거나 개방형 프로토콜을 사용하여 자동 제어 중앙 감시반과 인터페이스 할 수 있도록 한다.
- 냉열원 장비 인터록: 냉열원 장비 관련 연동 제어 동작은 냉동기 공급 업체에서 제어 관련 시퀀스를 제공한다.

4.2 공기조화기

공기조화기 제어 일반사항:
- 외기 처리 공기조화기: 외기 처리 공기조화기는 급기 온도나 급기의 이슬점 온도에 의해 제어한다. 계절에 따라 외기 냉방 제어 채택이 가능하다.
- 정풍량 공기조화기: 정풍량 공기조화기는 실내 또는 환기 덕트의 온·습도에 의한 제어를 적용한다. 외기를 인입하는 외기 냉방 제어와 이산화탄소 농도 제어 등도 채택 가능하다.
- 변풍량 공기조화기: 부하 조건이 어느 정도 비슷한 지역을 다시 분할해서 개별 변풍량 장치(VAV)로 제어하고 그 방식에 맞게 공조기 전체 풍량도 인버터 등으로 조절한다. 변풍량 공기조화기는 개별 변풍량 장치를 실내 온도로 제어하고 그 방식에 맞게 급기 온도와 팬의 풍량을 제어한다.
- 패키지형 공기조화기: 실내 온도 등에 의해 압축기의 운전 정지나 대수 제어 운전을 한다.
- 팬코일 유닛: 팬코일 유닛은 실내나 환기 온도로 각 유닛 밸브의 개별 제어나 구역별로 묶인 밸브 제어를 적용한다.
공기조화기 제어 설계:
- 기동: 중앙 감시반에서 급기 팬을 기동하면 공조가 시작되도록 한다. 이때 시간 지연 기능을 두어 기동 시에는 외기용 댐퍼 모터가 먼저 동작하도록 한다.
- 실내 온도 제어: 정풍량 단일 덕트 방식은 환기 덕트에 설치된 온도 검출기의 검출 온도에 따라 냉방 밸브와 난방 밸브를 비례 제어한다.
- 실내 습도 제어: 환기 덕트 또는 실내에 설치된 습도 검출기의 검출 습도에 의해 가습 밸브를 2위치 또는 비례 제어하여 실내 습도를 일정하게 유지시킨다.
- 환절기 댐퍼 제어: 외기, 배기, 환기 댐퍼는 엔탈피 제어에 의해 상호 연동 비례 제어한다.
- 동하절기 시 댐퍼 제어: 외기, 배기 댐퍼는 최소 개도치 열림, 환기 댐퍼는 역동작 된다.
- 워밍업 제어 시 댐퍼 제어: 외기, 배기 댐퍼는 완전 닫힘, 환기 댐퍼는 완전 열려 실내가 일정 온도에 도달 시까지 운전된다.
- 엔탈피 제어: 환절기 외기 냉방 시 환기 덕트에 설치된 온·습도 검출기와 외기 온·습도 검출기 엔탈피를 연산 비교하여 외기 엔탈피가 실내 엔탈피보다 낮은 경우 엔탈피 제어에 의한 댐퍼의 상호 연동 비례 제어로 실내 상태를 유지시킨다.
- 화재 감지: 환기 덕트에 설치된 이온화 연기 검출기의 감지에 의해 급기, 환기 팬을 정지시키고, 중앙 감시반에 화재 경보 신호를 보낸다.
- 풍량 제어: 급기 및 환기 덕트에 설치된 풍량 측정기와 급기 덕트 내 설치된 정압 검출기는 덕트 내 풍량 및 정압을 검출하여 가변 전압 가변 주파수(VVVF) 방법 등으로 급기 팬과 환기 팬을 제어한다.
- 정지: 급기 팬과 환기 팬을 정지하고 냉방 밸브, 난방 밸브, 외기 댐퍼, 배기 댐퍼는 닫힘으로 설정하고 환기 댐퍼는 열림으로 설정한다.
- 중앙 감시반 주요 관제점: 급기 팬/환기 팬 기동/정지 및 운전 상태 감시, 화재 경보 감시, 혼합 공기 온도 감시, 필터 차압 감시, 환기 온,습도 감시, 급기 온도,습도 감시, 외기 온,습도 감시
자동제어 설계의 고려 사항:
- 제어 밸브 구경 계산: 공기조화기 제어 밸브의 구경 계산에는 다음을 고려하여 결정한다.
  - 냉·난방 코일의 용량
  - 조절 밸브의 유량 계수
  - 밸브 전후의 차압
- 공기조화기 제어 요소:
  - 온도 제어:
    - 정풍량 방식의 경우는 환기 측의 공기 온도로 냉·난방 밸브를 제어하여 급기 온도를 변화시키는 방법으로 실내 온도를 일정하게 유지하고, 변풍량 방식의 경우는 급기 측의 공기 온도를 냉·난방 밸브를 제어하여 급기 온도를 일정하게 유지한다.
    - 항온 항습실, 실험실 등의 경우는 실내 온도에 의한 밸브 제어를 한다.
    - 회의실과 같이 사용 빈도가 적은 곳은 임의로 열 공급을 차단할 수 있는 제어를 한다.
    - 실내에 설치되는 검출기는 전열 기기에 인접하지 않고, 직사광이 닿지 않으며, 기류 정체가 생기지 않는 곳에 설치한다.
  - 습도 제어: 일반적으로 2-위치 제어를 주로 행하며, 고정밀도 가습 제어가 필요한 경우에는 저압 증기를 사용해서 비례-적분-미분(PID) 제어를 한다.
- 환기 제어: 화재 발생 시에는 공기조화기의 급·배기 팬을 정지한다. 초기 난방 제어 시에 외기 도입 계통의 댐퍼 조작기는 외기가 들어오지 않도록 지연 연동 동작으로 한다. 또한 공기조화기 정지 시에는 외기 및 배기 댐퍼 조작기를 닫아서 건물 내 자연 대류에 의한 외기 도입을 막아 열 손실을 방지한다. 외기 도입량은 CO2 농도 검출기에 따라 자동으로 할 수도 있다.

4.3 환기설비

환기 설비 제어 설계:
- 배기 팬이나 급기 팬의 기동 및 정지를 해야 한다.
- 주차장에 있는 배기 팬은 일산화탄소에 의한 환기량 제어를 한다.
- 발전기실의 환풍기는 발전 장치와 연동되게 한다.
- 화재 발생 시 팬은 화재 경보 신호에 의하여 정지 시킨다.
지하 주차장 환기:
- 지하 주차장 환기 설비 구성:
  - 지하 주차장 환기는 관련 법에서 요구하는 환기 설비를 내용으로 하며 주차장 구조 및 형태에 따라 관련 법에 적합하도록 설치한다.
  - 주차장 내부 일산화탄소 농도는 주차장을 이용하는 차량이 가장 빈번한 시각의 전후 8시간 평균치를 25 ppm 이하로 유지하도록 한다.
- 지하 주차장 환기 설비의 자동 제어 구성:
  - 수동 조작에 의한 개별 기동/정지
  - CO 검출기 및 타이머에 의한 연동
  - 지하 주차장 팬의 기동/정지, 상태의 원격 제어
  - 유인 팬은 배기 팬과 연동
펌프실, 기계실 환기:
- 펌프실 환기 팬의 제어는 전동기 제어반에서 수행한다.
- 기계실 환기 팬의 제어는 전동기 제어반에서 수행한다.
- 펌프실, 기계실 환기 설비의 자동 제어 구성은 제어 방식 및 현장 여건에 따른다.

4.4 위생설비

급수설비 제어: 급수 설비는 저수조에 저장된 물을 고가 수조로 양수하거나 가압 방식으로 직접 배관에 공급하는 방식을 주로 이용하므로 이 경우의 수위 제어와 압력 조절을 위한 제어 설비를 갖춘다.
- 가압 급수 방식의 제어: 급수 압력 및 급수량의 변화에 대응하기 위해 펌프의 대수 제어, 순차 제어, 회전수 제어 및 이것을 조합한 제어 방법 등을 적용한다.
- 고가 수조 방식의 제어:
  - 지하 저수조에 설치된 액면 지시 조절 장치의 신호에 의해서 정수위 조절 밸브를 제어시켜 수조 내의 수위를 일정하게 유지시킨다.
  - 고가 수조에 설치된 액면 지시 조절 장치의 신호에 의해 급수 펌프의 운전 대수를 결정하여 기동/정지시켜 수조 내 수위를 일정하게 유지시킨다.
- 중앙 감시반 관제점:
  - 지하 저수조 수위 계측
  - 지하 저수조 고·저수위 경보 감시
  - 고가 수조 수위 계측
  - 고가 수조 고·저수위 경보 감시
  - 급수 펌프 기동/정지 및 운전 상태 감시
  - 배관 내 공급 측 압력 감시
  - 정수위 밸브 동작 감시
- 자동 제어 설계의 고려 사항:
  - 수위 조절기는 정수의 경우 플로트 타입이나 전극봉 방식을 이용한다.
  - 지하 저수조 갈수위 시에는 급수 펌프가 동작되지 않도록 상호 연동하여 공회전을 방지할 수 있도록 제어한다.
  - 급수 펌프의 경우 급수 사용량에 따라 유량이 적을 때는 1대의 펌프만 운전하고 급수량이 증가하면 필요한 대수만큼 펌프를 차례로 가동할 수 있도록 제어한다.
  - 펌프의 기동/정지 순서를 일정 시간마다 차례로 교대시켜 각 펌프의 운전 시간을 균등하게 함으로써 장비 전체의 수명을 연장할 수 있도록 제어한다.
  - 저수조나 고가 수조의 고수위 경보의 경우 큰 피해가 우려되므로 관리소나 경비실 등 관리 인원이 상주하는 곳에 경광등이나 문자 메시지 서비스(SMS: Short Message Service) 등으로 위험을 알릴 수 있는 장치를 설치한다.
급탕설비:
- 급탕 설비 제어 일반사항: 급탕 순환 펌프가 기동되면, 설정한 급탕 설정 온도에 맞춰 급탕 공급 배관에 설치된 온도 검출기의 검출 온도에 의해 가열 밸브를 비례 제어하여 급탕 공급 온도를 일정하게 유지시킨다.
- 급탕 설비 제어 설계:
  - 급탕 공급 배관에 설치된 온도 검출기의 검출 온도에 의해 가열 밸브를 비례 제어하여 급탕 공급 온도를 일정하게 유지시킨다.
  - 온수를 필요로 하는 시간만큼 스케줄에 의해 급탕 순환 펌프의 기동/정지를 제어한다.
- 중앙 감시반 관제점:
  - 급탕 순환 펌프 기동/정지 및 운전 상태 감시
  - 급탕 공급 및 환수 온도 감시
  - 급탕 가열 밸브 비례 제어 및 개도치 감시
- 자동 제어 설계의 고려 사항:
  - 펌프의 기동/정지 순서를 일정 시간마다 차례로 교대시켜 각 펌프의 운전 시간을 균등하게 함으로써 장비 전체의 수명을 연장할 수 있도록 제어한다.
  - 급탕 공급 온도가 너무 높이 올라가 어린이나 장애인, 노약자 등이 뜨거운 물에 손을 닿을 수 있기 때문에 중앙 감시반에서 급탕 공급 온도 설정 제한을 두어 일정 온도 이상을 공급할 수 없도록 제어한다.
배수설비:
- 배수 설비 제어 일반사항:
  - 배수 설비의 자동 제어는 배수가 필요한 물을 위생적으로 안전하게 건물 밖으로 배제시키기 위한 제어 설비를 갖도록 한다.
  - 배수조에 설치된 수위 조절기에 의해 수위에 따라 배수 펌프를 ON/OFF 제어 또는 순차 기동/정지하여 수조 내 수위를 일정하게 유지하고 현재의 수위 상태를 중앙 감시반에 전달한다.
- 배수 설비 제어 설계: 배수 탱크에 설치된 액면 조절 장치(LC)는 수위에 따른 배수 펌프를 순차 기동/정지 시킨다.
- 중앙 감시반 관제점:
  - 고수위 경보 감시
  - 배수 펌프 상태 감시
- 자동 제어 설계의 고려 사항:
  - 펌프의 기동/정지 순서를 일정 시간마다 차례로 교대시켜 각 펌프의 운전 시간을 균등하게 함으로써 장비 전체의 수명을 연장할 수 있도록 제어한다.
  - 현장 여건에 따라서 대기 개념 없이 고수위 시에는 2대를 동시에 운전하고, 일정 수위가 되면 한 대만 운전하다가 저수위 시에 2대의 펌프를 정지하는 스텝 제어를 한다.
  - 물이 넘칠 경우 기계실과 같이 큰 피해가 우려되는 경우 관리소나 경비실 등 관리 인원이 상주하는 곳에 경광등이나 문자 메시지 등으로 위험을 알릴 수 있는 장치를 설치한다.
  - 배수조에 설치되는 수위 조절기는 오뚜기 방식을 사용한다.
  - 기계실, 펌프실의 경우 큰 피해가 우려되므로 관리소나 경비실 등 관리 인원이 상주하는 곳에 경광등이나 문자 메시지 서비스(SMS: Short Message Service) 등으로 위험을 알릴 수 있는 장치를 설치한다.
우수설비:
- 우수 설비 제어 일반사항: 우수 설비의 자동 제어는 저장된 우수를 살수, 세차용수, 수경용수, 소방용수, 재해 시의 비상용수로 사용하기 위한 제어 설비와 우수를 건물 밖으로 배제시키기 위한 제어 설비를 갖추도록 한다.
- 우수 설비 제어 설계: 우수 저류조에 설치된 액면 지시 조절계의 신호에 의해서 조절 밸브를 제어하여 저류조 내의 수위를 일정하게 유지시킨다.
- 중앙 감시반 관제점:
  - 강우량 수위 계측
  - 우수 저류조 수위 계측
  - 우수 저류조 고,저수위 경보 감시
  - 배수 펌프 기동/정지 및 운전 상태 감시
  - 여과, 역세 펌프 상태 감시

주의: 위 내용은 시방서의 일부를 마크다운으로 변환한 것으로, 전체 내용을 담고 있지 않습니다. 실제 설계에는 더 많은 세부 사항과 고려 사항이 포함될 수 있습니다.

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