구글네스트 온도조절기 – 구동기 배선 (2)

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전 편에 이어서 구동기와 관련된 배선에 대해서 알아보고자 합니다. 그중에서 제가 경험해 본 지역난방 위주의 내용입니다.

구동기는 싱크 하부장 온수분배기에 설치된 밸브를 열어주고 닫아주는 장치입니다.

집집마다 상황에 따라 다양한 형태로 구성이 되어있는데요.

수동 밸브, 2선식 왁스형 구동기, 3선식 모터형 구동기 등여러 가지 형태로 있는데 비교적 최근에 지어진 지역난방의 경우 대부분 모터형 구동기가 설치되어 있습니다.

우리나라의 난방시스템

그전에 3가지로 구분되는 난방 시스템에 대해서 간단하게 알아보자면..

지역난방 : 지역 내 열병합발전소부터 중온수가 공급되어 아파트 단지 기계실을 거쳐 세대로 들어오는 구조입니다.

중앙난방 : 아파트 기계실에서 자체적으로 난방수를 데워 세대에 공급하는 구조입니다.

개별난방 : 세대 내 보일러가 있다면 보일러가 난방수를 데워 순환시키는 구조입니다.

만약 우리 집 난방 공급 방식이 지역난방이다.

가장 난이도가 쉬운 방식입니다. 높은 확률로 네스트 온도조절기를 설치하는데 문제가 없는 상황입니다.

지역난방과 중앙난방은 우리가 화장실에서 수전을 열고 물을 트는 것과 동일합니다. 즉 밸브만 열리면 난방수가 공급되기 때문에 스마트홈 환경에서는 밸브만 알아서 열게끔 하드웨어를 구성하면 되고 비교적 오래되지 않은 구축이나 준신축은 각 방에 개별적으로 온도조절기를 가지고 있을 뿐만 아니라 대부분 모터형 구동기를 사용하기 때문에 이 모터형 구동기를 구글 네스트로 만 작동시켜주면 난방이 가능해집니다.

구글 네스트 온도조절기를 포함한 모든 온도조절기는 난방 메커니즘이 단순합니다.

현재 온도를 온도조절기가 측정을 하고 설정온도보다 떨어지게 되면 난방을 가동하라는 신호를 주게 되고 이 신호를 모터형 구동기가 받아서 밸브를 열면 난방수가 순환을 시작하면서 난방을 하게 됩니다.

중앙난방과 지역난방은 밸브만 열면 난방수가 공급되니 쉬운데 개별난방은 난방이 필요한 순간에 보일러까지 작동을 시켜야 되고 과열, 고압이나 동파방지에 대비해서 모든 난방이 꺼져있을 때는 작은방 밸브 1개가 열리는 메커니즘이 포함된 경우도 있어 네스트 온도조절기와 이를 연동하려면 꽤나 복잡해집니다.

물론 아래에서 설명할 릴레이로 전부 구현이 가능하고 어느 정도 배선 방법도 알고 있지만 제가 직접 경험해 본 것이 아니기 때문에 본 글에서는 넘어가도록 하고 지역난방의 경우에서 모터형 구동기 배선에 대해 중점적으로 공략해 볼 예정입니다.

모터형 구동기의 작동방식

우선 싱크 하부장을 열어 분배기에 달린 구동기를 확인해 보고 만약 모터형 구동기가 달려있으면 모터형 구동기는 대부분 아래와 같은 2가지 형태의 작동 방식을 가지고 있습니다.

대표적으로 하니웰의 MC2000 구동기와 MC3000A 구동기를 가져왔는데 SPST 방식과 SPDT 방식이 있습니다.

모터형 구동기라면 대게 구동기에 모터 회로도가 그려져있는 위 두 가지 방식으로 정리가 됩니다.

SPST 방식은 쉽게 말하면 다리가 한 개입니다.

다리가 끊겨있을 때는 밸브는 닫혀있는 상태이고 다리가 연결되면 밸브는 열리게 됩니다.

SPDT 방식은 다리는 한 개인데 갈림길이 2개입니다.

다리가 1번 갈림길로 연결되면 밸브가 닫히고 2번 갈림길로 연결되면 밸브가 열리게 됩니다.

기존 난방 시스템에서는 기존 온도조절기와 싱크 하 부장에 설치되어 있는 제어기가 이 모터형 구동기에 들어갈 다리를 조작함으로서 모터를 통해 밸브를 열고 닫고를 조절합니다.

네스트 온도조절기를 설치하면서 이 다리를 조작하는 방식을 이해하면 굳이 구동기를 교체하지 않아도 기존 구동기를 재활용해서 설치가 가능합니다.

이때 필요한 게 릴레이라는 부품입니다.

릴레이는 스마트홈에서 액츄에이터 방식에는 거의 필수적으로 사용되는 부품인데 가장 쉽게는 스마트 벽 스위치를 생각해 보면 좋습니다.

우리가 기존에 벽스위치를 통해서 전등을 켜는것 또한 SPST방식인데 평소에는 다리를 끊었다가 손으로 스위치를 누르는순간 다리가 연결되며 전등으로 전기가 통하게 되어 전등이 켜지는 방식입니다.

스마트 벽스위치는 제품안에 릴레이가 포함되어있어 물리적인 동작 or 휴대폰앱조작등을 통해서 신호를 주게되면 다리가 연결되어 전기가 통하고 전등이 켜지게 되는 방식입니다.

난방시스템도 동일합니다. 우리가 손으로 직접 켜야(밸브를 열어야)되는 방식을 네스트 온도조절기와 릴레이를 통해서 구동기를 조작해주면 알아서 난방이 작동되게 할 수 있는거죠.

릴레이와 구동기 배선방법

릴레이는 카콘의 HR705 시리즈 릴레이를 많이 사용합니다. 인터넷에서 릴레이와 결합할 수 있는 소켓과 함께 구매하면 개당 몇천 원 수준으로 구매가 가능하거든요.

우선 카콘 릴레이의 HR705-2PL 기준으로 간단하게 릴레이 역할을 소개해 보자면

위와 같이 8개의 포인트가 있습니다.

평소에 12번과 4번은 서로 연결되어 있는 상태이고 9번과 1번 역시 마찬가지로 연결되어 있는 상태입니다. 이를 전기적 용어로 NC(Normarlly Closed) 접점이라고 합니다.

14번과 13번에 전기가 통하게 된다면 12번의 다리는 8번에 연결되고 9번은 5번으로 연결이 되게 됩니다. 이를 전기적 용어로 NO(Normarlly Open) 접점이라고 합니다.

즉 네스트 온도조절기에서 난방이 필요한 상황일 때 난방 신호를 14번으로 보내게 되면 릴레이는 12번과 8번을 연결시켜 구동기에 OPEN 신호를 줄 수 있게 되고 구동기는 OPEN 하라는 전기적 신호를 받게 되면 밸브를 열게 되는 구조입니다.

그럼 SPST, SPDT 두 가지 방식에 대해서 아래와 같이 전체적인 배선도를 구상할 수 있습니다.

네스트 온도조절기는 AC24V로 작동되는 기기이기에 우리가 사용하는 220V 전압에서 24V를 출력해 주는 어댑터가 필요합니다.

24V의 L과 N을 온도조절기 전원 공급을 위해 공급하고 네스트에서 나오는 난방 신호인 W를 릴레이의 14번으로 연결합니다. 공통선인 N(-)는 13번에 연결해 줍니다.

이제 네스트가 난방이 필요한 상황일 때 W로 24V 전압을 인가하게 되고 릴레이는 24V 전압이 14번과 13번을 통해 흐르게 되면 코일이 작동해서 12번과 8번이 연결되게 됩니다.

12번에는 원래 구동기를 작동시킬 수 있는 220V의 활선이 연결되어 있다가 8번으로 연결되면 구동기 OPEN 선에 전압을 인가해 줘서 모터가 밸브를 열 수 있게 작동하게 됩니다.

SPDT 방식도 배선이 비슷하지만 12번 8번 4번과 구동기의 연결 형태가 약간 다릅니다.

12번은 동일하게 구동기가 작동할 수 있는 220V 활선을 연결하고 모터의 CLOSE 선은 4번에 연결하고 OPEN 선은 8번에 연결합니다.

그럼 난방 신호가 없을 때는 12번과 4번이 연결되어 있는 상태에서 구동기는 닫힘이라는 신호를 받고 있다가 네스트에서 난방 신호가 와서 릴레이가 작동하게 되면 12번과 8번인 OPEN 선이 연결되어 밸브가 열리게 됩니다.

이때 SPST 방식과의 차이점은 SPST 방식은 항상 CLOSE에 220V 활선이 연결되어 있는 상태에서 OPEN 선에도 220V 활선이 연결되면 밸브가 열리지만 SPDT 방식은 CLOSE에 220V 활선이 연결되면 닫히고 OPEN에 연결되면 열리게 되며 동시에 2개의 선이 모두 220V 활선에 연결될 수는 없습니다. (SPST처럼 2개가 동시에 연결되면 오작동이 됩니다)

기본적으로 구동기의 작동 방식은 위 2개가 대부분이고 대부분 릴레이로 해결이 가능합니다.

저희 집은 KNX 시스템을 사용하고 있어서 온도조절기 또한 융 온도조절기를 사용하고 있는데 별도의 융 난방 액츄에이터와 국내 구동기와 연동하기 위해서 위와 같은 방법으로 카콘 릴레이를 통해서 구성한 상태입니다.

구동기의 작동 방식은 위 두 가지로 설명이 가능하나 구동기에 따라서 AC 220V로 작동하는 구동기가 있고 AC24V로 작동하는 구동기도 있습니다.

그래서 카콘 릴레이를 사용해서 구축한다면 릴레이를 구동기에 맞게 구매를 해야 합니다.

네스트 온도조절기에서 나오는 난방 신호는 AC24V의 전기적 신호이므로 릴레이의 코일 사양, 코일 작동 전압은 AC24V 형으로 구매하셔야 합니다.

지역난방은 위와 같이 모터형 구동기만 작동시키면 난방이 가능합니다.

그래서 IOT 온도조절기 설치가 비교적 간단합니다. 각 개별 구동기만 제어하면 되기에 기존 온도조절기와 네스트 온도조절기를 병행해서 사용할 수도 있습니다. (ex 거실-네스트 온도조절기, 각 방-기존 온도조절기)

1편에서 다뤘던 온도조절기와 싱크 하 부장까지의 배선만 해결이 되면 직접 설치도 가능합니다. 대게 기존 온도조절기 때문에 UTP 1개는 이미 배선이 되어있으니 1개만 추가로 더 넣어줘도 네스트 4~5개까지도 무리 없이 설치가 될 수 있습니다. 온도조절기 박스와 싱크 하 부장까지 관로는 기존에도 UTP 1개밖에 없어서 생각보다 추가 배선이 쉬울 수도 있어서 직접 인출선으로 찔러봐도 좋습니다.