유럽을 포함한 전세계 각국의 건축물이 변화하면서, 관련 표준들이 국제적인 유효성을 갖추기 위해 개정되고 있다.
국가 중심의 표준들이 국제적으로 적용할 수 있는 표준을 만들기 위해 재 작업 중이다. 각 국가의 표준 및 보조 표준들은 유효성이 있는 표준 (예: 독일의 DIN 1988)과 충돌하거나 제한하지 않는다면 계속 사용이 가능하다.
독일의 경우 Trinkwasserverordnung 2001 (식수 규정) 및 DVGW (독일 가스 및 수도 기술과학협회) 규칙도 적용하고 있다.
표준은 활용, 사용, 설치, 안전 측정 및 유지보수 분야를 위한 공식적인 가이드라인이다. 이것은 반드시 준수해야 하는 법이 아니라 법적으로 모호한 경우 명확한 판단을 위한 목
적으로 사용된다. 이 PART에서 설명하는 가이드 라인은 급수 시스템에서 부스터 시스템을 설계 및 구성할 때 실용적인 나침반이 될 것이다.
 

이 PART의 내용은 유럽 및 독일의 사례와 표준을 중심으로 기술되어 있어 국내의 기준과 일치하지 않는 부분도 있다. 

자료제공:윌로펌프(주)  

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실제 사례: 함부르크의 Europa Passage

정속 (압력 제어) 부스터 시스템 (PBS)의 기동압 및 정지압 정의

기동압 P_ON은 다음의 합이다.
?차압 Δp_st에 의한 손실 수두
?배관, 밸브 및 부속품의 마찰손실 Δp_fitt에 의한 손실 수두
?시스템의 최소 유량 지점의 압력 p_minFl
압력 제어 시스템의 정지압 P_OFF (압력 스위치의 정밀도에 의해 측정)은 기동압 보다 약 1bar 높다.
하지만 실제 정지압은 운전시간과 흡입 압력의 변동에 의한 특정 환경 하에서 Qo 이후의 펌프 곡선의 기울기에 의해 결정된다.
운전시간은 펌프의 잦은 기동(Chatter)을 방지하기 위하여 필요하다. 이것은 DIN1988에 의해 규정된 최대 기동 반복 횟수 (시간당 20회)와 모터에 대한 최대 허용 기동 반복 횟수가 초과하는 것을 방지한다.

가변속 부스터 시스템 (PBS)의 기동압 및 정지압 정의

기동압 P_ON은 다음의 합이다.
?차압 Δp_st에 의한 손실수두
?배관, 밸브 및 부속품의 마찰 손실 Δp_fitt에 의한 손실수두
?최소 유량지점의 압력 p_minFl
속도 제어 시스템의 정지압 POFF 은 일반적으로 기동압과 거의 동일한 수준이다. 압력을 유지시키는 것이 속도 제어 시스템의 목적이기 때문에 초기의 압력에 차이가 있으면 안 된다. 이 시스템은 일반적으로 유량에 의해 정지한다. Wilo 부스터 시스템 (PBS)의 경우, 유량이 0인 지점에서의 정지는 다음과 같이 자동으로 실행된다. 펌프가 정해진 시간 동안 정속으로 가동될 때, 즉, 유량이 변하지 않을 때 속도는 1-2Hz 증가하고 압력도 0.1-0.2bar 증가한다. 그 이후 속도는 감소된다. 만약, 그 이후에도 압력이 동일한 수준으로 있다면, 유량 0 지점의 매개변수로서 인식되고 펌프는 정지된다.

Wilo Comfort Vario 제어반(개별 인버터)을 사용한 부스터 시스템의 제어 반응

Wilo Comfort-Vario 부스터 펌프는 압력 센서와 갈수 센서를 갖춘 Wilo Comfort-Vario 제어기에 의해 조종되고 제어된다. 펌프는 소요 부하에 따른 제어 범위 내에서 상관되는 압력에 따른 Cascade 모드로 기동 및 정지한다. 총 소요 용량은 몇 대의 펌프로 분할하는데 각 펌프에는 인버터가 장착 / 내장된 구조의 무한 변속 제어가 가능한 펌프다. 또한 인버터는 미리 설정된 압력 제어범위 폭 내에 서 부하 / 전력소모의 변화에 따라서 연속적으로 운전 점을 변화시킬 수 있다.
허용 제어 공차 범위는 설정압력 5.0bar까지 ±0.1bar 그리고 설정압력 5.0bar 이상부터는 2.0%이다.
본 기능의 전제조건은 유속의 변화율이 펌프의 제어반응속도 보다 크지 않아야 한다는 것이다.(인버터의 1초 ramp run-up 시간 혹은 펌프의 과부하 = ramp time + 보조펌프 기동 시 지연시간(n)

주펌프 기동
만일 주펌프는 시스템의 압력이 프로그램된 설정 압력 값 보다 낮아질 경우 지체없이 기동한다. 주파수 변조기가 장착된 펌프는, 제어범위 내에서, 펌프의 성능을 무한대의 속도 변화로 시스템 내의 부하 변화에(0부터 최대 유량까지) 따라 일치시킨다.
MVISE 시리즈 펌프는 20~50Hz 주파수 범위 내에서 제어되고 MVIE, MHIE 시리즈 펌프는 26-65Hz의 주파수 범위 내에서 제어된다.

보조펌프의 기동
물이 공급되기 시작하면 맨 처음 주펌프가 기동하여 최고 속도까지 도달할 것이다. 이 시점에서 펌프를 최적의 효율로 운전시키기 위하여 속도 제어 기능을 상실하게 된다. 속도제어 기능은 첫번째 보조펌프로 이동하게 되며 보조펌프는 이미 주펌프의 속도가 96%에 도달했을 때 Comfort-Vario 제어기의 명령에 의해 기동하게 된다. 그러나 이 대기기능(20/26Hz에서의 운전)은 주 펌프가 과부하될 경우에 지체 없이 이관하기 위한 준비 상태이다.
본 기능은 일반적으로 압력변화가 없을 경우에만 보증할 수 있다. 만일, 첫번째 보조 펌프가 기동한 후, 시스템 내의 압력이 평형 상태를 유지한다면 즉, 시스템이 더 이상 유량의 증가를 요하지 않을 경우 보조펌프는 정지 지연시간 15초 후에 정지하게 된다. 그럼으로써 부스터 펌프는 전력의 낭비를 피하게 된다.
1번 보조펌프는 준비상태에 있는 동안에 시스템의 전체 성능에 아무 영향을 주지 않는다. 왜냐하면 최저 속도 20 혹은 26Hz로 운전되기 때문이다. 추가적인 보조펌프의 기동은 상기 기술한 바와 유사하다.
운전되는 모든 펌프의 속도제어는 제어 운전의 변화에 따라 그 기능을 상실하거나 또는 새롭게 부여 받는다. 그렇게 함으로서 최대 속도와 최대 부하 펌프의 최적의 효율점에서 운전함으로서 경제적인 운전을 이룰 수 있다.

보조펌프의 정지
물의 사용량이 줄어들 때 보조펌프의 운전속도는 부스터 펌프의 성능에 영향이 없을 때까지 떨어질 것이다. 제어속도 변화로 인하여 양정이 운전점에서 설정 압력보다 높게 올라갈 경우 그래서 주펌프나 다음의 보조 펌프의 운전범위 이상으로 올라가자 마자 다음과 같은 프로세서를 따른다.
Comfort-Vario 제어기는 다음의 보조펌프 혹은 주 펌프로 자동적으로 속도변환기능을 전환시킨다. 이미 감속된 보조펌프의 속도는 최저의 속도까지(20Hz 혹은 60Hz) 감소된다.
보조펌프는 정지 지연시간 15초가 지난 뒤 완전히 정지한다. 아직도 가동중인 다른 보조펌프는 상기 기술한 바와 같이 유량이 지속해서 감소함에 따라서 연속적으로 순차 정지하게 된다.

Zero Flow 시험 or 주 펌프의 정지

부스터 펌프의 헌팅과 그로 인한 압력 변동을 방지하기 위하여 Comfort-Vario 제어기는 무 유량 즉, 실제로 아무런 물의 유출이 없는 구간을 완벽하게 감지한다. Zero Flow 시험이라 불리는 본 기능을 수행하기 위한 전제 조건은 Comfort-Vario 제어기를 사용함으로서 확립될 수 있다. 최소한의 필요조건은 주펌프가 홀로 가동중에 있고 부스터 펌프가 가압을 하고 있으며 펌프의 속도가 본 기능을 발휘할 수 있는 일정시간 이상으로 안정되게 유지되어야 한다. 이러한 조건들이 만족되면 Comfort-Vario 제어기는 Zero Flow 시험을 시작하고 수행한다.

본 기능을 위하여 설정 압력이 60초 간격으로 자동적으로 0.1bar(설정압력이 5bar 이하일 때) 증가한다. 설정압력이 5bar 이상일 때에는 2% 상승한다. 압력을 상승시킨 후에는 자동적으로 원래의 압력으로 환원시킨다. 만일 실제 시스템의 압력이 상승된 압력을 유지한다면 부스터 펌프는 시스템으로부터 더 이상의 유량이 필요하지 않기 때문에 정지한다. 그러나 만일, 시스템 압력이 상승된 압력으로부터 0.1bar 떨어지면, 주 펌프는 시스템으로부터 유량요구가 계속되므로 지속적으로 운전한다.

Wilo PUZeN 제어반을 사용하는 부스터 시스템의 제어 반응

압력 제어 방식

시스템의 운전 범위는 모든 펌프의 기동점 Pon에서부터 운전펌프의 정지점 Poff1과 주펌프의 운전 정지점 Poff2 사이에 형성된다.
압력 제어 방식의 시스템은 Poff2의 운전정지 지점에 도달한 후 1초~5초간의 최소운전 후 완전히 정지한다.
인버터 제어 방식보다 ΔP의 폭을 좁게 유지할 수는 없지만 1bar 정도의 압력변화를 감지함으로 저층빌딩의 급수가압에 주로 이용된다.

인버터 제어 방식

시스템의 운전 범위는 조정수치 범위를 유지한다.
먼저 운전 중인 펌프의 유량이 100% 도달시와 가동대기 펌프가 구동 직전의 압력이 가동점 Pon 이고 개개의 운전펌프의 정지 압력이 펌프 정지점 Poff가 된다.
따라서 주파수 변조 방식은 ΔP의 폭을 좁게 유지할 수 있으며 인버터로 주펌프의 회전속도를 제어함으로서 대기펌프의 가동시 혹은 운전 펌프의 정지 시 발생하는 급격한 압력의 변화를 보상하는 시스템으로 구성된다.
시스템의 운전은 가동점 부근까지 압력이 낮아지면 주펌프가 인버터에 의해 회전수를 높여 압력을 유지하고 반대의 경우는 회전수를 낮추어 압력을 유지하므로 시스템 헌팅(System Hunting)에 의한 압력 변동을 제거한다. 

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실제 사례: Blue Heaven, Frankfurt-on-Main? 

앞선 기술력과 고효율에너지로 인해 경제적인 빌딩 서비스 전략은 2005년 말 이래 바로 프랑크푸르트 중심지에 위치한 87층의 Blue Heaven이라는 고급호텔 신축을 통해 그 가치를 인정받았다. 모든 분야의 주요 기능은 현대식 펌프인 부스터 시스템을 통해 그 가치를 인정받았다. 약 37,500 평방미터에 달하는 건면적과 440개의 전용객실, 넓은 헬스 및 회의 시설과 대연회장 등에 냉난방 및 온수/냉수를 공급한다. 또한, 야외의 수도에는 우수를 공급하기도 한다.
특히 관심을 끄는 것은 음용수 시스템으로 18층의 수영장뿐만 아니라 기타 시설에도 공급해야 한다는 것이다. 음용수 배관은 총 14킬로미터로, 이층의 중앙식 위생시설에서부터 수도 연결장치까지 몇 가지 상당한 장애물을 극복해야 했다. 약 20,000리터의 저장용량을 가진 온수 가열시설 또한 중앙식으로 되어 있다. 빌딩의 높이로 인해, 급수는 냉수와 온수로 나누어진 시스템과 함께 별도의 부스터 시스템을 사용하여 2개의 압력 단계에서 수행해야 했다.

2개의 전자식 제어 컴팩트 

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Wilo-COR-3MVIE/VR 부스터 시스템은 추가로 2개의 온수 공급 시스템과 함께 호텔 객실에 냉수를 공급한다. 이들 시스템은 각각 토출 지점에 적절한 급수를 위해 각각 8m3/h와 16m3/h 의 유량을 가진 Wilo-Multivert MVIE 유형의 전자적으로 제어되는 3개의 고압 다단계 원심 펌프를 가지고 있다. 펌프의 속도는 냉수 및 온수 시스템에서 현재 수요량에 따라 제어되며 토출 지점에 원활하고 최적화된 에너지 전달이 가능하도록 한다.
펌프는 사전 설정된 설정값에 전자식 속도제어 정밀 조절과 더불어 부하에 따라 자동으로 기동 및 정지된다. 

<출처 월간PUMP 2015년 8월>