METHOD FOR CONTROLLING HEATER OF WARM-WATER MAT AND WARM-WATER MAT TO WHICH SAME IS APPLIED
본 발명은 온수매트의 히터 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난방 후에 환수되는 저온수의 환수온도의 일정 주기의 변화 정도에 따라 히터를 제한적으로 가동함으로써, 히터 가동에 따른 소음을 저감하고 난방 온도를 비교적 일정하게 유지할 수 있는 온수매트의 히터 제어 방법 및 그 히터 제어 방법을 적용한 온수매트에 관한 것이다. 온수매트는 물을 가열하고 순환하는 장소가 실내에서 이루어지며, 히터를 사용하여 비교적 작은 온수 용량을 가지고 난방하는 특징이 있다. 온수매트의 구성을 살펴보면 크게 온수관이 매립되어 있는 온수매트와 상기 온수매트에 배열된 온수관에 온수를 순환시키기 위한 온수공급기로 구성되어 있다. 상기 온수공급기는 내부에 온수통과 펌프와 히터가 구비되어 있고, 매트에 배열된 온수관으로 고온의 온수를 공급하고 저온수를 회수하도록 배관이 되어 있다. 한편, 현재 온수매트의 난방은 사용자가 설정한 공급수온도를 감지하여 판단되며, 히터에서 가열된 온수를 매트로 공급할 때의 측정온도인 현재공급수온도가 상기 감지된 설정공급수온도에 도달할 때까지 히터를 가동시켜 이루어지고 있다. 즉, 히터 제어 동작은 현재 온도가 설정 온도보다 낮을 경우에 히터를 작동시켜 물을 가열시키고, 현재 온도가 설정 온도보다 높을 경우에는 히터 작동을 차단하는 방식을 사용하였다. 그러나, 온수매트는 방 전체의 실내온도를 상승시키는 것과 달리, 온수매트 내부를 순환하는 비교적 적은 양의 물의 온도를 상승시키는 방식이라 물의 온도를 적은 시간에 비교적 빠르게 상승시킬 수 있으나, 온수매트는 특성상 히터 가동이 실내에서 이루어져, 물의 가열 및 순환으로 인하여 소음이 발생하고, 발생하는 소음이 작더라도 조용한 실내 공간에서는 사용자가 더욱 크게 느낄 수 있는 문제점이 있었다. 따라서, 이와 같은 온수매트의 특징 때문에 민감한 온도 변화를 고려하지 않고, 사용자가 임의로 설정한 온도에 따라 히터를 가동하면 잦은 히터의 온/오프로 인하여 매트의 온도가 일정하게 유지되지 않을 뿐만 아니라, 소음 발생으로 인하여 사용자에게 불편함을 줄 수밖에 없는 실정이다. 본 발명은 전술한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 현재환수온도가 적정 난방 온도까지 상승하게 되면 현재환수온도와 사용자가 설정한 설정환수온도의 차이와 일정 시간동안의 환수온도 변화율을 계산하여 히터 가동율에 반영함으로써, 히터에 공급되는 전력을 제한하여 제어하도록 된, 온수매트의 히터 제어 방법 및 그 히터 제어 방법을 적용한 온수매트을 제공하고자 하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법은, 매트와, 상기 매트 내부에 구비되고 물이 유동하는 온수관, 및 상기 온수관으로 공급되는 물을 가열하는 히터부를 포함하는 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, (a) 상기 온수관으로 공급되는 물의 온도인 현재공급수온도를 기설정된 설정공급수온도와 비교하는 단계, (b) 상기 현재공급수온도가 상기 설정공급수온도 이하인 경우에, 상기 온수관으로부터 상기 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 현재환수온도를 기설정된 급속난방환수온도와 비교하는 단계, 및 (c) 상기 현재환수온도가 상기 급속난방환수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 히터가동율이 100% 미만이 되도록 정해지고 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부를 가동시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 현재환수온도를 기설정된 설정환수온도와 비교하여 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 설정환수온도 이하인 경우에 난방 조건에 해당한다고 판단하고 상기 (a) 단계를 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 설정환수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 가동을 멈출 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 현재공급수온도가 상기 설정공급수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 가동을 멈출 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 히터가동율이 하기 수학식 1에 의해 계산되어 정해질 수 있다. [수학식 1] 히터가동율[%]=k((RTset-RTcur)/(RTset-RTfs)*100)+n(1-(RTgap/10)) k : 온도차에 대한 보상을 위한 보정상수, RTset : 기설정된 설정환수온도 RTcur : 현재환수온도 RTfs : 급속난방환수온도 n: 온도 변화에 대한 보상을 위한 보정상수 RTgap: 온수관으로부터 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 환수온도의 일정 시간동안의 변화량 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 급속난방환수온도 이하인 경우에 상기 히터부의 히터가동율이 100%가 되도록 상기 히터부를 가동시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 히터가동율은 기설정된 설정환수온도와 상기 현재환수온도의 차이가 클수록 상승하고, 상기 설정환수온도와 상기 현재환수온도의 차이가 작을수록 하락하도록 정해질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 상기 현재환수온도의 일정 시간 동안의 변화량에 해당하는 환수온도 변화량에 대하여, 상기 히터가동율은 상기 환수온도 변화량이 작을수록 상승하고 상기 환수온도 변화량이 클수록 하락하도록 정해질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부에 공급되는 전압 또는 전력을 PWM 방식으로 제어하여, 상기 히터부의 가동 정도를 조절할 수 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 온수매트는, 물이 유동하는 온수관이 내부에 구비된 매트, 상기 온수관으로 공급되는 물을 가열하는 히터부, 및 상기 히터부를 정해진 히터가동율에 따라 가동시키거나 또는 멈추도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 히터가동율은 기설정된 설정환수온도와 상기 온수관으로부터 상기 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 현재환수온도의 차이에 비례하고 상기 현재환수온도의 일정 시간동안의 변화량에 해당하는 환수온도 변화량에 반비례하도록 정해질 수 있으며, 상기 제어부는 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부에 공급되는 전압 또는 전력을 제한하도록 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 상기 히터부를 제어할 수 있다. 본 발명의 온수매트의 히터 제어 방법 및 그 히터 제어 방법을 적용한 온수매트에 따르면, 사용자가 설정한 환수온도로 히터의 온/오프를 제어하도록 함으로써 환수온도의 온도 변화에 따라 히터를 효율적으로 제어하고, 잦은 히터 사용을 배제할 수 있어, 히터 가동에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법의 순서도이다. 도 2는 본 발명의 히터 제어방법이 적용되는 온수 매트의 전체적인 구성의 예를 보인 도면이다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 히터 제어 방법 및 그 히터 제어 방법을 적용한 온수매트를 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 온수매트의 구성을 도 2를 참조하여 살펴보면, 크게 온수관(11)이 매립되어 있는 매트(200)와, 매트에 공급할 온수를 가열하고, 온수관(11)을 통하여 매트에 온수를 공급하되, 환수관(10)을 통하여 저온수가 환수되도록 순환시키는 히터유닛(100)으로 구성되어 있다. 히터유닛(100)은 세부적으로 물을 저장하는 탱크부(120), 매트에 배열된 온수관(11)에 제공할 온수를 가열하는 히터부(130), 온수를 순환시키기 위한 순환장치부(140), 온수관(11)으로 공급되는 물의 온도인 현재공급수온도를 측정하기 위한 공급수온도센서(13), 온수관(11)으로부터 히터부(130) 측으로 환수되는, 구체적으로 환수관(10)을 통해 환수되는 물의 온도인 현재환수온도를 측정하기 위한 환수온도센서(12), 그리고 공급수온도센서(13) 및 환수온도센서(12)에서 감지된 온도와 설정온도에 따라 히터부(130)의 가동을 제어하기 위한 제어부(110)를 구비한다. 이와 같이 구성된 온수매트에서 초기에 매트를 난방하기 위해서는 기본적으로 히터부(130)에 연속해서 전력을 공급하고 환수온도센서(12)에 의해 측정된 현재환수온도가 설정환수온도 이상이 되면 히터부(130)의 전력을 차단하도록 제어하게 된다. 또한 현재환수온도가 설정환수온도 이하인 경우로서 매트의 온도가 낮은 난방 초기에는 히터부(130)에 전력을 계속 공급하여 히터부(130)를 가동시킴으로써 매트의 온도가 사용자가 난방을 느낄 수 있는 온도인 난방온도까지 빠른 시간 안에 도달할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이후, 현재환수온도가 사용자가 난방을 느낄 수 있는 체감 난방온도에 도달하였다고 판단할 수 있는 일정온도 이상이 되면 히터부(130)의 히터가동율을 100%로 유지할 필요가 없다. 이 경우에는, 매트의 온도가 난방온도의 상태로 유지되면서 현재환수온도가 적절히 상승될 수 있는 수준에서, 히터가동율이 100% 미만이 되도록 히터부(130)에 공급되는 전력을 적절히 조정함으로써 히터부(130)의 가동에 따른 소음을 줄일 수 있다. 여기서 히터부(130)에 공급되는 전력 또는 전압을 조정하기 위해서 제어부(110)는 히터부(130)를 PWM(Pulse Width Modulation : 펄스폭 변조)제어 방식에 의해 제어할 수 있다. 한편, 히터가동율은 사용자가 설정한 설정환수온도, 현재환수온도 및 현재환수온도의 일정 시간동안의 변화량에 해당하는 환수온도 변화량에 따라 계산하여 정해질 수 있으며, 제어부(110)는 정해진 히터가동율에 따라 히터부(130)에 공급되는 전력을 제한하여 히터부(130)를 가동시킬 수 있다. 히터가동율은 히터부(130) 가동을 위하여 히터부(130)에 전압 또는 전력을 공급하는 비율을 의미하는 것으로, 다음과 같은 [수학식 1]을 적용하여 계산할 수 있다. [수학식 1] 히터가동율[%]=k((RTset-RTcur)/(RTset-RTfs)*100)+n(1-(RTgap/10)) 여기서 RTset은 설정환수온도이고, RTcur은 환수온도센서(12)에서 측정되는 현재환수온도이고, RTfs는 현재환수온도가 설정환수온도에 도달할 때까지 급속 난방하기 위해 설정된 온도를 의미하는 급속난방환수온도이며, RTgap는 일정 시간동안의 환수온도 변화량을 의미한다. 또한, 상기 [수학식 1]에서 k는 설정환수온도와 현재환수온도의 차이(RTset - RTcur)에 대하여 보정하기 위한 상수(constant)이며, n은 일정 주기의 환수온도 변화량(RTgap)에 대하여 보정하기 위한 상수이다. 이 두 k와 n 값은 상수값으로 일정하지만, 실험치에 의하여 계산되는 값으로 설정온도와 현재온도의 차이에 의한 보상과, 환수온도 변화에 의한 보상 중 어느 것을 더 많이 적용할 것인가에 대한 값이기 때문에, 온수매트의 내부온도 변화 요인, 실내외 환경 요인 등을 고려하여 설계자가 필요에 따라 변경될 수 있다. 상기 [수학식 1]에서 히터가동율은 환수온도 변화량(RTgap)에 따라 보정하여 일정 시간마다 갱신하게 되는데, 난방한 시간 및 난방 환경의 변화에 따라 환수온도가 변하기 때문에 이러한 요소를 고려하는 것이다. 또한 상기 [수학식 1]에서 알 수 있듯이 히터가동율은 설정환수온도와 현재환수온도의 차이와는 비례 관계에 있으며, 환수온도 변화량(RTgap)과는 대체로 반비례관계에 있다. 즉, 설정환수온도와 현재환수온도의 차이가 크거나 환수온도 변화량(RTgap)이 작을수록 히터가동율은 상승하고, 설정환수온도와 현재환수온도의 차이가 작거나 환수온도변화량이 클수록 히터가동율은 하락하게 된다. 이와 같이, 히터가동율은 환수온도차와 환수온도의 변화량을 고려하여 히터부(130)의 가동 수준을 결정할 수 있다. 이제, 상기와 같이 구성될 수 있는 온수매트에서 본 발명의 일 실시예에 따라 히터를 제어하는 방법을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 히터유닛(100)의 제어부(110)에서는 공급수온도센서(13) 및 환수온도센서(12)에서 각각 감지되는 현재공급수온도 및 현재환수온도를 확인하여 체크할 수 있다(S100). 또한 사용자는 온수매트의 난방을 위하여 매트에 구비된 온도 컨트롤러를 조작하여, 설정공급수온도와 설정환수온도를 입력할 수 있다. 특히 매트에 공급된 후 히터부(130)로 환수되는 물의 온도에 관한 설정환수온도를 사용자가 직접 설정하도록 함으로써, 사용자에게 난방에 유리한 측면을 제공할 수 있다. 난방 초기에, 공급수온도센서(13)에 감지되는 현재공급수온도가 높더라도 온수관(11)을 통하여 온수가 충분히 매트가 공급되지 않아, 매트는 필요한 난방 온도에 도달하지 못한 상태일 수 있다. 그 때문에, 현재공급수온도가 높다고 해서 난방을 중지하게 되면 사용자는 난방을 필요로 하는 온도까지 난방이 충분히 되지 않게 되는 문제점이 있다. 이처럼 온수관(11)으로 공급되는 물의 온도인 현재공급수온도는 사용자가 느끼는 온도라기보다는 매트의 난방온도를 상승시키기 위해 공급되는 물의 온도로 실제적으로 매트 사용자가 느끼는 온도와는 다르나, 온수를 매트에 공급한 후 환수관(10)을 통해 환수되는 물의 온도인 현재환수온도는 매트의 온도가 난방온도로 상승되도록 매트를 가열하고 남은 열에 의해 측정되는 물의 온도이기 때문에 사용자가 느끼는 온도에 가까운 온도가 되는 것이다. 따라서, 현재환수온도에 따라 설정환수온도를 입력하여 난방을 제어하는 것이 사용자 입장에서 난방에 유리한 측면을 제공하는 이점이 있다. 사용자가 설정환수온도를 입력하여 설정환수온도가 설정된 상태에서 히터유닛(100)의 제어부(110)에서는 난방이 필요한 조건에 해당하는지를 판단할 수 있다(S102). 즉, 난방을 개시할 지 여부는 현재환수온도(RTcur)와 설정환수온도(RTset)를 비교하여 판단하며, 설정환수온도가 더 높거나 같은 경우에 난방이 필요한 조건에 해당한다고 판단할 수 있다. 이후 제어부(110)는 히터부(130)를 가동할 지 여부를 현재공급수온도(STcur)와 설정공급수온도(STOn)를 비교하여 판단한다(S104). 현재공급수온도(STcur)보다 설정공급수온도(STOn)가 더 높거나 같은 경우에 해당하면, 히터부(130)의 가동 조건을 만족하게 된다. 만약, 상기 S102 단계에서 설정환수온도(RTset)가 현재환수온도(RTcur)보다 낮은 경우에 해당하거나 상기 S104 단계에서 설정공급수온도(STOn)가 현재공급수온도(STcur)보다 낮은 경우에 해당하면, 히터부(130)를 가동할 필요가 없으므로, 히터부(130)를 가동하지 않게 된다(S108). 상기 S104 단계에서 히터부(130) 가동 조건을 만족하더라도, 본 발명에서는 히터부(130)를 효율적으로 제어하기 위하여 히터가동율을 계산하여 적용함으로써, 히터부(130) 가동을 하게 된다. 현재환수온도(RTcur)와 급속난방환수온도(RTfs)를 비교하여 히터가동율을 계산하며, 여기서 급속난방환수온도(RTfs)는 급속난방이 필요한 구간을 결정하기 위하여 설정되는 온도를 의미하며, 사용자에 의해 설정되거나 또는 적정 값이 디폴트(default)값으로 설정될 수 있다. 만약 급속난방환수온도(RTfs)가 현재환수온도(RTcur)보다 높거나 같은 경우에 해당하면, 히터가동율을 100%로 설정하여 단시간에 급속 난방이 이루어져, 급속난방환수온도(RTfs)에 현재환수온도(RTcur)가 도달하도록 한다(S114). 또한, 급속난방환수온도(RTfs)가 현재환수온도(RTcur)보다 낮은 경우에 해당하면, 상기 [수학식 1]을 적용하여 히터가동율을 계산한다(S110). 상기 계산된 히터가동율에 따라 히터부(130)에 공급되는 전압 또는 전력을 PWM 제어방식으로 제어하여 히터부(130) 가동 정도를 조절할 수 있으며, 이를 통해 히터부(130) 소음을 저감하고 히터부(130) 가동 효율을 향상시킬 수 있는 것이다(S112). 한편, 도 2에 나타난 바와 같이 순환장치부(140)는 현재 사용되고 있는 순환 방식에 따라 크게 모터 방식과 자연 순환 방식으로 나뉘는데, 순환 방식의 차이에 따라 순환장치부(140)의 위치가 바뀔 수도 있으나 도 2에서 순환장치부(140)는 본 발명이 적용되는 구성 예를 든 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. [부호의 설명] 10 ; 환수관 11 ; 온수관 12 ; 환수온도센서 13 ; 공급수온도센서 100 ; 히터유닛 110 ; 제어부 120 ; 탱크부 130 ; 히터부 140 ; 순환장치부 200 ; 매트 The present invention relates to a method for controlling a heater of a warm-water mat comprising a mat having a warm-water tube provided therein, water flowing through the warm-water tube, a heater unit for heating water supplied to the warm-water tube, and a control unit for conducting a control such that the heater unit is operated at a predetermined heat operating rate or stopped, and also relates to a warm-water mat using the method. The present invention is advantageous in that efficient control of the heater in view of the current return water temperature, a preset return water temperature, and a temperature change of the return water temperature can eliminate frequent heater use and reduce noise resulting from heater operation. 매트와, 상기 매트 내부에 구비되고 물이 유동하는 온수관, 및 상기 온수관으로 공급되는 물을 가열하는 히터부를 포함하는 온수매트의 히터 제어 방법에 있어서, (a) 상기 온수관으로 공급되는 물의 온도인 현재공급수온도를 기설정된 설정공급수온도와 비교하는 단계; (b) 상기 현재공급수온도가 상기 설정공급수온도 이하인 경우에, 상기 온수관으로부터 상기 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 현재환수온도를 기설정된 급속난방환수온도와 비교하는 단계; 및 (c) 상기 현재환수온도가 상기 급속난방환수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 히터가동율이 100% 미만이 되도록 정해지고 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부를 가동시키는 단계를 포함하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 현재환수온도를 기설정된 설정환수온도와 비교하여 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 설정환수온도 이하인 경우에 난방 조건에 해당한다고 판단하고 상기 (a) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 2에 있어서, 상기 난방 조건에 해당하는지를 판단하는 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 설정환수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 가동을 멈추는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 현재공급수온도가 상기 설정공급수온도보다 큰 경우에 상기 히터부의 가동을 멈추는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 히터가동율이 하기 수학식 1에 의해 계산되어 정해지는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. [수학식 1] 히터가동율[%]=k((RTset-RTcur)/(RTset-RTfs)*100)+n(1-(RTgap/10)) k : 온도차에 대한 보상을 위한 보정상수, RTset : 기설정된 설정환수온도 RTcur : 현재환수온도 RTfs : 급속난방환수온도 n: 온도 변화에 대한 보상을 위한 보정상수 RTgap: 온수관으로부터 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 환수온도의 일정 시간동안의 변화량 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 현재환수온도가 상기 급속난방환수온도 이하인 경우에 상기 히터부의 히터가동율이 100%가 되도록 상기 히터부를 가동시키는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 상기 히터가동율은 기설정된 설정환수온도와 상기 현재환수온도의 차이가 클수록 상승하고 상기 설정환수온도와 상기 현재환수온도의 차이가 작을수록 하락하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 상기 현재환수온도의 일정 시간 동안의 변화량에 해당하는 환수온도 변화량에 대하여, 상기 히터가동율은 상기 환수온도 변화량이 작을수록 상승하고 상기 환수온도 변화량이 클수록 하락하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 청구항 1에 있어서, 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부에 공급되는 전압 또는 전력을 PWM 방식으로 제어하여, 상기 히터부의 가동 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 온수매트의 히터 제어 방법. 물이 유동하는 온수관이 내부에 구비된 매트; 상기 온수관으로 공급되는 물을 가열하는 히터부; 및 상기 히터부를 정해진 히터가동율에 따라 가동시키거나 또는 멈추도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 히터가동율은 기설정된 설정환수온도와 상기 온수관으로부터 상기 히터부 측으로 환수되는 물의 온도인 현재환수온도의 차이에 비례하고 상기 현재환수온도의 일정 시간동안의 변화량에 해당하는 환수온도 변화량에 반비례하도록 정해지며, 상기 제어부는 정해진 상기 히터가동율에 따라 상기 히터부에 공급되는 전압 또는 전력을 제한하도록 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 상기 히터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 온수매트.
