빙축열 시스템의 설치

[용스]

Q) 빙축열 시스템의 설치 시 어떤 점을 주의해야 하나요?

A)
(1) 축열조, 별도 난방열원기기 등의 설치 공간이 늘어납니다.
냉동기용량 감소로 인한 설치공간 감소보다는 축열조의 추가 설치에 더 많은 공간이 필요하며, 냉온수기는 냉난방 겸용인데 반해 빙축열 시스템에서는 난방용 보일러가 필요하므로 설치공간이 늘어납니다.

(2) 초기 투자비가 늘어납니다.
빙축열조와 자동제어 공사비가 늘어나므로 일반방식에 비해 초기 설치비용이 늘어납니다.

(3) 축열조에 의한 방열손실이 발생합니다 (축열량의 3%내외).
비공조시간대에 저온의 열을 저장했다가 공조시간대에 사용하므로 저장 및 방열시간 동안 온도차로 인한 열취득으로 에너지 손실이 발생합니다.

(4) 설계, 시공, 관리 등에 주의가 요망됩니다.
일반시스템과는 달리 제빙, 해빙 과정이 반복되므로 성능 저하방지를 위한 철저한 유지관리가 요망되며, 실제 냉방 운전시간이 생각보다 적은 현실을 감안할 때 경제적인 제빙량 예측이 쉽지 않습니다. 건물 특성에 맞는 시스템, 용량 및 운전 패턴 등의 선정에 주의를 요합니다.

Q) 축열시스템은 어떠한 건물에 채용되는지요?

A)
축열시스템의 특징이라 할 수 있는 열원부하의 평준화라는 시점에서는 클린룸과 같이 공조부하가 24 시간으로 하루종일 부하변동이 그다지 없는 건물보다도 점포, 사무소와 같이 부하가 주간에 집중하는 건물에 채용하는 편이 훨씬 효과적입니다. 특히, 특정시간대에 첨두부하가 발생하는 건물에 있어서는 열원의 장치용량을 현저히 절감할 수 있기 때문에 효과가 큽니다.
반대로 24 시간부하를 갖는 클린룸, 전산센터, 방송국, 호텔, 병원등 공조시스템의 신뢰성이 필수적이라 할 수 있는 건물에 대해서는 열원 장치용량을 절감할 수 없는 면도 있으나, 축열조를 완충역으로 이용함으로써 열원기기의 운전을 쉬게 할 수 있는 장점도 있습니다. 또한 태양열 이용과 같이 열의 수요와 공급에 시간적인 엇갈림이 있는 경우에 있어서도 축열시스템 도입이 가능합니다.
최근에는 전력공급자측의 전력수요의 평준화에 의한 인프라 투자절감의 collateral money (counterpart fund)로서 설정되어 있는 심야전력의 저요금제도 및 여름철 피크시간대(13:00-16:00)에 열원기기를 정지시킴으로써 전력기본요금의 할인제도를 유효하게 이용하는 것이 모든 건물에 대해서 가능합니다.

Q) 빙축열시스템의 냉동기와 축열조는 어떻게 배열하는가요?

A)
냉동기 선단방식(Chiller Upstream)
냉동기를 축열조의 상류측에 배치하는 방식으로서 열교환기를 통과한 브라인이 바로 냉동기에 유입되므로 냉동기 입구 브라인 온도가 높아져서 냉동기 운전효율은 높아집니다. 반면에 축열조에 유입되는 유체(브라인)온도가 낮아져서 축열조 방열효율이 떨어지므로 축열조 용량이 커지고 공사비도 증가합니다. 냉동기 선단 운전에 적합한 방냉특성을 갖는 시스템을 고려하는 것이 중요하다고 할 수 있습니다.

냉동기 후단방식(Chiller Downstream)
냉동기를 축열조 하류측에 배치하는 방식으로서 열교환기를 통과하여 온도가 높아진 브라인이 바로 축열조로 유입되므로 축열조의 방열효율이 높아져 축열조 용량이 줄어들지만, 냉동기 입구수온이 낮아져서 냉동기 운전효율은 나빠집니다.
빙축열조 방냉특성이 요구되는 방식입니다.

따라서 배열은 자동제어 시스템에서 설정온도에 따라 냉동기에서 공급해야할 냉열량과 빙축열조에서 이용할 에너지량을 조정하여 두 방식 가운데 필요한 것을 채택할 수 있습니다. 다만, 냉동기 후단 방식으로 시스템을 구성했을 경우에는 항상 저온으로 운전되므로 냉동기 COP가 낮아지므로 냉동기의 용량이 커야하고 소비전력이 많이 드는 결점을 안고 있습니다.

Q) 빙축열시스템의 기본구성 및 각각의 기능을 ?

A)

ㆍ저온냉동기(Brine Chiller)
소형에는 왕복동식, 중대형에는 스크류식 또는 터보식을 적용합니다.
모든 냉동기는 빙축열 전용으로 설계, 제작됩니다. 모든 냉동기는 탈 CFC 냉매를 사용합니다. 심야시간에는 얼음을 생성하기 위하여 영하의 온도로 운전이 가능한 냉동기로 가동(제빙운전)되며 주간시간에는 일반냉동기와 동일한 상태(냉수운전)로 운전됩니다.

ㆍ제빙코일
정적형 빙축열시스템의 축열조 안에 동관 또는 폴리에틸렌관 등으로 구성되어 있으며 코일 안에 흐르는 물질(브라인, 물 등)의 누설방지가 중요합니다. 동적형 빙축열시스템의 경우 제빙코일 대신 축열조와 별치하여 빙생성기(혹은 과냉각기)를 사용합니다.

ㆍ빙축열조(Ice Storage Tank)
낮 시간대에 필요한 냉방부하를 얻기 위해 물을 심야시간대에 얼음의 형태로 저장하는 저장조로서 제빙방식에 따라 관외착빈형, 캡슐형, 빙박리형 등이 있고 그 용량과 특성에 따라 용적 및 형태가 다양합니다.

ㆍ냉각탑(Cooling Tower)
냉동기 가동 시 고온의 냉매가스를 응축하기 위해 응축기에 일정한 온도의 냉각수를 공급하며 냉동기와 연동으로 운전됩니다.

ㆍ열교환기(Heat Exchanger)
1차 냉열원의 브라인과 2차 냉방부하측의 냉수를 서로 열교환시켜 필요한 냉방열량 공급장치로서 주로 열전달성능이 우수한 판형 열교환기를 사용합니다.

ㆍ자동밸브(3-Way V/V)
냉방부하 조건에 따라 축열조에서 방출되는 브라인 유량을 자동으로 조절하여 부하측으로 공급되는 냉수 온도를 일정하게 유지시켜 주고 또한, 축열운전과 방열운전을 운전모드에 따라 자동으로 결정하여 시스템 흐름을 형성합니다.

ㆍ공기펌프(Air Pump)
정적형 빙축열시스템의 경우 빙축열조 하부에 설치된 공기 분배 파이프에 공기를 불어 넣어줌으로써 제빙시 균질의 얼음을 생성하고 또한 열교환을 촉진시켜 제빙효율을 향상시킵니다. 또한 해빙시에도 해빙효율을 증대시킵니다.

Q) 심야에도 부하가 발생하는 할인점입니다. 빙축열시스템의 적용이 가능한지요?

A) 빙축열 냉방시스템의 유형 별로 약간의 차이는 있으나 축열을 거쳐 일정 온도를 축열조에 저장하고 부하 측에 열원을 공급하는 방식 혹은 축열을 계속 진행하면서 일부 축열매체를 부하 측으로 보내어 열원을 공급하는 방식 등으로 심야 부하에 적용이 가능합니다. 다만 어느 경우에도 규정된 일정 축열량을 준수해야 하며 이러한 기준 이상의 축열량을 확보하여야 합니다.
(기준) 심야 시간대 최대 냉방부하가 주간 및 저녁 시간대 최대 냉방부하의 60% 이하이고 심야 시간대 냉방 부하량이 일일 총 냉방 부하량의 40% 이하일 경우.

Q) 현재 터보냉동기를 이용해 건물을 냉방하고 있는데 설비가 노후되어 교체하고자 합니다. 이 경우 빙축열시스템의 적용이 가능한지요?

A) 설비노후 년 수와 현재 기계실의 면적 및 빙축열설비 설치공간 등의 검토가 필요합니다. 설비개보수가 필요한 대부분의 건물의 경우 전기 구동식 냉동기를 이용하여 냉방을 하다가 설비노후 혹은 부하증대로 인해 교체하게 됩니다. 이 경우 기존의 임상배관의 구경이 증설 설비의 요구 구경보다 작습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 일반 냉동기보다는 실제 부하의 60%의 용량을 적용할 수 있는 빙축열시스템의 경우 최소한의 설치 필요면적이 요구됩니다. 현재 빙축열시스템 종류 가운데 정적제빙방식에 비해 동적제빙방식의 빙축열시스템의 설치 면적이 작은 경향이 있습니다.