냉난방 겸용 공조시스템(4-pipe 또는 2-pipe 전환형)에서 환수밸브(Return Valve)가 정상적으로 제어되지 않으면, 일부 존(zone)에서는 냉수가 흐르고 다른 존에서는 온수가 혼류되어 실내 온도 불균형이 발생한다. 이는 모터밸브 제어오류, 밸브구동기의 손상, 제어신호 불일치 등이 원인이며, 장비의 효율 저하와 사용자 불편을 초래하는 대표적인 기계제어 하자 중 하나이다.
1. 하자내용
냉난방 겸용 시스템에서 특정 구역의 실내온도가 설정값과 다르게 나타나는 사례가 보고되었다. 냉방 운전 중 일부 존에서는 냉기가 충분히 공급되지 않고, 반대로 난방 존에서는 과열된 온수가 지속적으로 순환되었다. 조사 결과, 환수측 밸브의 모터밸브(Actuator Valve)가 제어신호에 반응하지 않거나 중간 개도 상태로 고착되어 냉·온수의 혼류가 발생한 것으로 확인되었다.
2. 원인 및 문제점
- 모터밸브 제어 불량: 밸브 구동기(Actuator)의 전원 단선, 제어선 반전, 또는 제어신호(0-10V/2-10V) 설정 불일치로 인해 밸브가 완전 개폐되지 않음.
- 밸브 내 이물질 끼임: 냉난방 전환 시 배관 내 스케일이나 슬러지가 밸브 시트에 끼어 개폐 불량 발생.
- BAS 제어로직 오류: 자동제어 시스템(BAS) 상의 PID 제어 설정이 냉·난방 전환 신호와 맞지 않아 실질적인 개폐명령이 잘못 전달됨.
- 온도센서 위치 부적정: 환수측 온도센서가 배관 중간지점에 설치되어 실제 존 온도 반영이 불가.
- 수격 및 압력편차: 전환 시 급격한 압력변동으로 밸브 시트 손상 및 개폐시 타격음 발생.
| 구분 | 문제 내용 | 영향 |
|---|---|---|
| 모터밸브 제어선 오류 | 신호 반전 또는 제어전압 불일치 | 냉·온수 혼류 |
| 밸브 내부 이물질 | 슬러지, 스케일로 인한 시트 손상 | 개폐 불량 및 누수 |
| 온도센서 설치 문제 | 위치 부적정, 실내온도 반영 불가 | PID 제어 실패 |
| BAS 로직 오류 | 냉난방 전환 신호 불일치 | 밸브 미작동 |
3. 대책 및 해결방안
- 밸브 구동기 정기점검 및 위치확인: 환수밸브의 개폐 위치를 수동 조작으로 확인하고, 제어신호 입력 시 실제 개도율(%)이 BAS 화면과 일치하는지 확인한다.
- 제어신호 통합 검증: BAS 제어로직에서 냉난방 전환 시 밸브 신호(OPEN/CLOSE)가 정확히 동기화되는지 그래픽 트렌드로 검증하고, 신호 반전 시 즉시 수정한다.
- 밸브 이물질 제거 및 세정: 배관 내부 슬러지나 스케일이 밸브에 끼지 않도록 전환기마다 시스템 플러싱(Flushing)을 수행하고, 필터망 상태를 점검한다.
- 자동제어 로직 개선: 환수온도 피드백이 늦게 반영되는 경우, PID 제어의 Gain과 Delay Time을 조정하여 제어 안정성을 높인다.
- 수격완화장치 및 압력조정밸브 설치: 밸브 전단에 수격방지기(Air Chamber)를 설치하고, 압력편차가 큰 구간에는 밸브 내압 조정밸브를 추가한다.
- 예비 밸브 구비 및 순환테스트: 계절 전환 전(봄·가을)에 모든 존별 밸브를 수동 개폐하여 구동 이상이 없는지 시험운전한다.
결론: 냉난방 겸용 시스템에서 환수밸브의 오작동은 온도 불균형, 에너지 낭비, 사용자 불만으로 직결된다. 문제를 예방하기 위해서는 밸브 구동기 점검과 제어신호 검증을 정기적으로 수행하고, 냉난방 전환 시 밸브 개도율 및 센서값이 정확히 반영되도록 BAS 설정을 최적화해야 한다. 또한 전환기 운전 전 사전 시운전을 통해 밸브 응답성을 검증하는 것이 가장 효과적인 예방책이다.
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