1) 냉동기의 교체 ◈ 개요 및 목적 냉동기 교체를 고려해야 할 경우에는 주로 다음과 같은 이유가 있다.
② 냉동기의 노후로 인한 운전 성적계수의 감쇄 ③ 압축기, 응축기, 증발기의 부식·누설 및 오염 ④ 본체로부터의 과도한 소음·진동의 발생 냉동기 교체로 얻을 수 있는 주된 효과는 열원용량의 확보와 에너지 절약 및 경제성 제고를 꾀할 수 있다는 점이다. ◈ 냉동기의 분류
현재 공조 설비에 널리 이용되고 있는 냉동기에는 증기 압축식 및 흡수식 냉동기가 있다. 최근에는 대기나 산업 폐열 등을 열원으로 해서 냉동기를 열펌프로 이용하는 것도 증가하고 있다. ② 워터칠링 유닛 용량이 10 USRT 정도 이하의 중소 용량의 냉동기로서 왕복동압축기, 응축기 그리고 증발기 그 외의 부속품을 일체로 조립해서 증발기에서 만든 냉수를 이용하도록 한 것을 워터칠링유닛이라고 한다. 이에 반하여 압축기와 응축기 이외의 부속품만으로 직접 팽창식 공기 냉각코일 등에 응축기로 부터의 냉매를 공급하도록 하고 증발기를 갖추지않는 것을 콘덴싱 유닛이라고 한다. 응축기의 냉각방법으로서 냉각탑으로부터의 냉각수를 사용하는 수냉식과 응축기를 직접 외기로 냉각하는 공냉식이 있다. 후자는 응축기 만을 옥외에 설치하고 냉매배관에 의해서 옥내의 압축기 및 증발기를 접속한 분리형인 것 전체를 일체로 해서 옥외에 설치하는 형식이 있다. 공냉식인 것은 최근 공기열원 열펌프로서 냉방시에 냉수, 난방시에 온수를 토출하도록 한 유니트가 보급되고 있다. 압축기의 형식과 용량 범위는 매우 광범위고, 이들 압축기는 각각의 형식에 따라서 단속 제어에서 무단계 제어까지 각종 용량제어 방식을 가지고 있는데 용량 50 USRT정도 이상인 것에서는 복수개의 압축기를 탑재하고 대수제어운전에 따라서 용량의 단계적인 제어를 하는 것도 있다. 압축기 ON-OFF에 의한 용량제어 방식을 채용하고 있는 경우에는 ON-OFF 회수가 많아지면 전기 계통의 고장 원인이 되기 때문에 냉수관 계통에 어느 정도의 보유 수량을 같게 해서 ON-OFF 회수를 5회/시간 이내정도가 되도록 하는 배려를 해야 한다. 공냉 열펌프 유닛이 취급이 쉽고 설치도 간단하기 때문에 최근 중소규모의 사무실 빌딩 등에서 많이 채용되고 있지만, 그 커다란 결점으로서는 외기 온도의 변동이 직접 그 능력에 영향을 주고, 특히 난방시의 설계 외기온도를 7℃를 기준으로 하고 있기 때문에 이른 아침의 난방 예열운전시의 능력이 감소하기 때문에 시동시간을 빠르게 하거나 심야 전력을 이용하는 온수보일러를 보조열원으로 설치할 필요가 많이 생긴다. 또 겨울철 코일의 착상에 대해서 제상운전이 필요로 하며 그 동안 난방운전이 정지되어 능력저하의 한 요인이 되기 때문에 혹한 지역에서는 채용 할 수 없는 경우도 있다. 또한 옥외기기의 대해서는 발생소음에 의해서 이웃에 대한 악영향을 미치지 않도록 차음벽 및 소음 챔버 등의 설치를 검토해야 한다. 이들 유닛 대부분은 기기본체를 방진대 위에 설치해서 건물에 진동이 전달되지 않도록 하는 조치가 실시되고 있는데 배관계통에 의한 진동전달이나 기기 자체의 발생소음 전달에 주의 해야 한다. ③ 원심냉동기(터보냉동기) 중 대용량의 공조 설비용으로 오래 전부터 널리 이용되고 있으며, 80 USRT로부터 1600 USRT 정도의 용량까지 표준화 되어 있다. 압축기와 구동용 전동기가 일체의 케이싱 내에 들어 있는 밀폐형 압축기를 사용하며 날개차는 650 USRT 정도 까지는 1단 , 그 이상은 2단으로 하는 이코노마이저 사이클 채용에 따라 효율 향상을 도모할 수 있다. 1600 USRT정도 이상의 압축기와 전동기의 사이에 증속 기어를 걸쳐서 구동되는 형의 개방형 압축기를 사용하고 3000 USRT 정도 이상의 대용량인 것에서는 구동기로서 증기터빈도 이용하는데 1만 USRT정도에 까지 제작하고 있다. 사용냉매는 1300 USRT정도 까지는 R-11, 그 이상에서는 R-12, R-22가 사용된다. 응축기, 증발기는 1000 USRT 정도 까지는 일체의 셀내에 들어 있는 것이 사용된다. 또한 최근에는 응축기내에 냉각탑으로부터의 냉각수 순환용 관속과 공도용 온수 순환용 관속을 개별로 설치한 더블번들 콘덴서를 사용하여 열회수 열펌프로서 이용하는 것도 많이 채용되고 있다. 에너지 절약시대에 들어서고 나서 응축기, 증발기에 고성능 전열관이 개발, 이용되고 압축기는 날개차를 개량하고 취출 냉수 온도를 이제까지의 5 ℃에서 7 ℃로 상승시키는 등으로서 냉동사이클을 개선하고 표준형으로부터 초에너지 절약형까지 성능이 대폭 향상된 것이 나오고 있다. 원심식 냉동기의 용량제어에는 일반적으로 흡입베인 제어 방식이 채용되고 있는데, 부분부하 특성을 가지고 있지만 30% 이하 정도의 용량 범위에서는 서징을 일으켜 운전이 불가능 하게 되는 경우도 있기 때문에, 저부하운전을 필요로 하는 경우에는 핫가스 바이패스제어도 사용하고 있으며, 최근에는 회전수 제어에 의한 용량제어도 하고 있다. 또 대용량 설비에서는 냉동기를 복수대로 해서 대수제어 운전을 하는 것이 보통이다. ④ 냉동기, 흡수냉온수기 공조 설비에 이용되는 흡수 냉동기는 물을 냉매로, 리튬-브로마이드를 흡수제로 하는 H2O-LiBr계의 것으로 취출 냉수온도 7 ℃를 표준으로 한 것이 용량 16~1200 USRT 정도까지 제조되고 있다. 흡수냉동기에서는 단-효용형과 2중-효용형이 있으며, 전자는 압력 1 atg 정도의 저압증기나 80~120 정도의 온수가 후자의 압력이 8 atg 정도의 고압증기나 180 ℃ 이상의 고온수가 열원으로서 이용되는데, 그 성능 계수는 전자가 0.65~0.7 정도, 후자가 1.2 ~1.3 정도로 되어 있다. 최근 흡수냉동기의 고온 재생기내에서 연료를 연소시켜서 흡수액을 직접 가열하는 직화식 흡수 냉동기를 이용하는 예가 증가하고 있다. 이는 고온 재생기내에서 연료를 연소시켜서 직접 흡수액을 가열하도록 한 것으로 일반적으로 2중-효용형으로 되어 있고 연료대신 공장의 연소 폐가스를 이용하는 것도 있다. 직화식 흡수 냉동기의 고온 재생기에서 발생한 냉매 증기를 이용해서 본 체에 조립한 온수용 열교환기 내에서 온수를 취출하도록 한 흡수 냉온수기도 최근 널리 이용되고 있는데 냉방시에 냉수를 난방시에 온수를 얻어내는 것과 냉수와 온수를 동시에 얻어 내는 것이 있다. 흡수 냉동기의 용량제어는 재생기로 보내는 용액량을 제어하는 방법, 가열용 증기나 온수의 유량제어 의한 방법이 있고 직화식 흡수 냉동기에서는 상기한 것 이외에 연료제어에 의한 방법도 이용되고 있다. 흡수냉동기에서는 운전-정지 후에 고농도의 용액이 결정될 염려가 있으므로, 운전-정지 후에도 일정시간 용액펌프를 운전해서 장치내의 용액의 농도가 균일하게 하기 위한 희석운전이 필요하다. 또한 냉각수 온도가 너무 낮아져도 결정될 염려가 있으므로 냉각수 온도가 너무 낮아지지 않도록 냉각탑 측에서의 냉각수 온도 제어가 필요하다. 흡수냉동기는 운전 개시 때에 희석된 흡수액의 가열에 의한 농도 상승이나 본체자신의 가열을 위한 열에너지를 필요로 하기 때문에 원래의 냉동용량을 발휘할 때 까지 다른 냉동기와 비교해서 약간의 긴 냉각 시간이 걸린다는 단점이 있다. 그러나 증기압축냉동기와 같은 자격을 갖는 취급기술자를 필요로 하지 않고 비교적 낮은 부분부하까지 용량제어를 할 수 있으며 그의 운전에는 많은 전력을 필요로 하지 않기 때문에 최근에는 일반 건축물부터 생산공장까지 넓은 분야에서 이용되고 있다.
냉동기의 효율은 일반적으로 성능계수(COP)로서 표현된다. 성능계수는 냉동기의 냉동능력을 동력(압축식) 또는 사용열량(흡수식)으로 나눈 값이다. COP를 비교할 때 주의해야 할 점은 최대 부하시보다 발생빈도가 많은 부분, 즉 부분부하에서의 COP 값이다. 부분 부하시에 COP가 떨어지는 것은 전체효율의 측면에서 보면 결코 에너지 절약화를 기대할 수 없다. ② 제어효율 용량제어 특성을 형식별로 보면, 왕복시의 용량제어는 팬부하 제어가 일반적이다. 이것은 실린더의 흡입밸브를 순차적으로 개방해가는 방식이다. 이방식은 압축을 행하지 않는 점에서의 동력은 낮아지나, 압축기의 기계적 손실에 의하여 동력이 소모되며 모터효율도 떨어지고 제어효율도 좋지 않다. 따라서 비용이 더 들기는 하나 냉동기 대수를 복수로 분할하여 대수제어를 행하는 방법이 바람직하다. 빈번한 ON-OFF는 오히려 전동기에 부담을 주어 고장의 원인이 되기 때문에 ON-OFF 범위를 크게 할 필요가 있다. ③ 냉각수 온도 압축식과 흡수식 냉동기는 냉각수의 온도가 낮아지면 성능이 향상되고, 입력이 감소하기 때문에 냉각수온도가 낮을수록 유리하다. 그러나 지나치게 낮은 것은 좋지 않으며, 왕복식과 터보식의 냉각수온도가 20℃ 이하로 될 때에는 주의가 필요하다. 냉각온도에 관해서, 압축식에서는 냉수온이 낮아지면 입력은 같으나 능력은 저하된다. 흡수식에서는 5℃ 이하의 냉수를 취출하는 것은 불리하며, 이럴 경우에는 현저하게 큰 기종을 필요로 한다. 단 여기서 불리하게 되는 것은 기기 비용에 대한 것이며, 효율면에서는 압축식 정도로 낮아지지는 않는다. 어느 쪽이든 냉수온도는 가능한 높이 설정해야 하며, 계절마다 설정점을 변화시키는 것을 포함해서 고려하는 것이 바람직하다. ④ 용량제어 냉동기의 용량제어는 출구온도(송수온도)의 제어가 일반적이나, 입구수온에서 제어하는 편이 증발온도가 높게 유지되어 에너지소비가 작게 된다. 부하측에서의 요구수온에 문제가 없을 경우에 대하여, 입구수온제어는 압축식과 흡수식에 모두 유리하다. 단, 변유량시에는 송수 온도를 확보할 수 없기 때문에 입구수온제어에는 적용될 수 없다. 한편, 냉동기의 관리면에서, 전열코일의 청소는 약 15~30 % 정도의 에너지절약 효과를 거둘 수 있다. 2) Condenser의 교체 ◈ 개요 및 목적 응축기(Condenser)는 압축기에서 토출된 고온-고압의 냉매 증기를 냉각수 또는 공기로 냉각시킴으로써, 냉매를 액화시키는 역할을 한다. 냉각수를 이용하는 수냉식 응축기에서, 냉각수 측에서의 부식 및 스케일로 인하여 응축기의 방열열량이 감소할 때 응축기 교체로 얻을 수 있는 주된 효과는 열원용량의 확보와 에너지 절약 및 경제성 제고를 꾀할 수 있다는 점이다.. 3) Evaporator의 교체 ◈ 개요 및 목적 응축기에서 액화된 냉매는 팽창밸브를 통과하면서 교축-팽창되어 증발기(Evaporator)로 들어간다. 증발기에서의 냉매는 기체와 액체의 혼합상태이며, 냉각되는 유체로부터 열을 흡수/증발되어 기체냉매의 상태로 압축기로 들어간다. 증발기 교체를 고려해야 할 경우에는 주로 다음과 같은 이유가 있다.
② 현재 사용하고 있는 증발기의 흡열능력을 증대시켜야 할 경우 4) 제습장치의 교체 제습을 위한 장치는, 공기 냉각 코일을 이용하여 냉방과 제습이 동시에 이루어지도록 하는 것이 보통이다. 냉수를 이용하는 공기의 냉각/제습 코일은 다음과 같이 설계한다. 냉각/제습 해야 할 공기의 냉각부하가 구해지면 다음 식에 의해서 코일의 열수 N을 구한다.
코일의 정면면적이란 공기가 통과하는 코일의 단면적으로서 통과풍속을 2.5 ~ 3 m/s 정도로 선택해서 구한다. 구해진 FA(m2)는 코일의 세로방향으로 설치하는 튜브의 본수와 가로방향 튜브의 길이를 조절해서 결정한다. 코일의 휜피치는 25.4 mm 사이에 8매인 것(8형이라고 한다)이 사용되는 경우가 많다. 외경15.9mm인 동관을 사용한 경우의 관내수속 V m/s는 다음 식으로 구할 수 있으며 관내 수속은 0.5 ~ 2 m/s 정도가 되도록 한다.
냉각/감습 코일에서는 공기중의 수증기가 코일외면에서 응축하는 것에 따라 전열계수가 증가하므로 적심면계수 Cw로 보정하고, 적심면계수는 통과공기의 현열부하와 전열부하로부터 구한 현열비에 의해서 구해진다. 여기서 사용하는 현열비는 코일에 가해지는 열부하에 대한 것으로서 공조열부하를 계산할 때의 실내 현열비에 대한 것은 아니다. 대수평균온도차는 냉수와 공기가 대향류로 된 경우의 각 온도차를 사용해서 구한다. 5) 가습장치의 교체 공기조화기에 설치하는 공기가습기에는 증기를 공기 중으로 방출하는 방법과 물방울을 분무해서 공기 중에서 증발시키는 방법이 있다. 증기 가습의 방법으로는 압력 0.3kgf/cm2 정도의 증기를 작은 구멍에서 공기 중으로 직접 분사하는 방법과 팬(pan) 등에 넣고 가열한 온수표면에서 증기를 증발시키는 팬형가습기에 의하는 방법이 있다. 팬형가습기에 의한 가습량 L(kg/h)은 다음 식으로 구할 수 있다.
물 분무에 의해서 가습하는 방법으로는 노즐로부터 펌프압력 또는 공기압력에 의해서 물을 분무하는 방법과, 수조내의 물에 초음파를 주고 수면에서 미세한 물방울을 발생시키는 방법이 있다. 이들 분무물방울의 직경은 수 ㎛에서 100 ㎛정도로 물방울의 직경이 크면 공기중에서 증발하기 전에 공조기 케이싱내나 덕트내에서 낙하해서 분무 물방울 전부가 증발하는 것이 아니라는 것에 주의해야 한다. 물 분무 가습의 경우에는 물의 증발에 필요한 열량을 공기에 현열로서 주어야 한다. 6) 보일러의 교체 ◈ 개요 및 목적 보일러 교체를 고려해야 할 경우에는, 주로 다음과 같은 이유로 인하여 보수가 불가능할 때 교체가 요구된다.
② 버너, 노즐의 부식·누설 및 파손의 발생 ③ 내·외부의 부식, 녹의 발생 ④ 본체로부터의 이상음의 발생 보일러 교체로 얻을 수 있는 주된 효과는 열원용량의 확보, 연소효율을 향상시킴으로써 에너지 절약 및 경제성 제고를 꾀할 수 있다는 점이다. ◈ 종류와 적용 보일러는 밀폐된 용기내의 물을 가열해서 수증기 또는 온수를 만드는 것으로서 보일러 본체, 연소장치, 통풍장치, 급수장치, 자동제어 장치, 안전밸브, 압력계 , 수면계 등의 부속품으로 구성된다. 수증기를 발생하게 하는 것을 증기 보일러 , 온수를 만드는 것을 온수 보일러라고 한다. 보통 그의 압력은 대기압이상이지만 최근에는 대기압이하(진공압력)에서 증기를 발생시켜서 온수를 만드는 진공식 온수기도 보급되고 있다. 보일러는 그의 압력과 전열면적에 따라서 보일러 , 소형보일러, 간이 보일러로 구분되어 있으며 그 취급에는 보일러 기사의 자격이 있는 사람이 필요하다. 다만, 소형보일러는 설치 보고서 제출로 끝나고, 간이 보일러는 구조규격이 정해져 있을 뿐 취급 자격자는 필요 없다. 또한 진공식 온수기는 보일러로서의 법적인 적용에서 제외된다.
보일러의 출력은 최대 연속출력으로 표시하는데 이것을 정격출력이라고 하며, 열출력(Kcal/h) 또는 환산증발량(kg/h)으로 나타낸다. 환산증발량이란 보일러의 실제 증발량에 상당하는 열출력을 100℃ 포화수를 가열해서 100℃의 포화 증기를 발생시키는 경우로 환산하는 경우의 증발량(kg/h)으로 나타내는 것으로서 다음과 같이 된다.
열출력에 따라 주철제의 섹션을 3매에서 20매까지 니플과 조임볼트로 조립한 것으로서, 그 구조에 따라서 섹셔널 보일러라고 한다. 이 보일러는 현장으로 분할, 반입해서 조립할 수 있다는 특징이 있고, 그 사용범위는 최고온도 120℃ 압력은 증기의 경우에 1 kgf/cm2 이하, 온수의 경우에 수두압 50m H2O 이하로 규정되어 있으며 난방 및 공조용으로서 중소규모의 건물에 널리 채용되고 있다. 또한 최근에는 섹션 형상의 개량등에 따라서 소령 경량화 되고 보일러 효율도 86%정도 까지 확보되며, 그 위에 보일러 내에 급탕 코일을 설치해서 난방과 급탕을 동시에 할 수 있게 한 것도 표준화 되어 있는데 재질이 주철이기 때문에 물측의 부식에 강한 것으로 인해서 계속해서 채용되고 있다. ⓑ 노통 연관보일러 이것은 강판제 드럼통에 파형 노통의 연소실과 여기에 이은 직관군의 2~3 패스의 연관으로 구성되는 것으로서, 원래 증기용으로서 압력16atg이하, 용량20t/h 정도까지 만들어 졌으나 최근에는 180℃ 이상의 고온수 보일러로도 이용되고 있고, 가압연수방식의 채용에 의해서 92% 정도의 보일러효율을 달성하고 있다. 공조용의 것은 보일러 본체 연소장치 급수장치 등을 공통 설치 대상에 설치한 패케이지형의 것이 있는데 취급이 쉽고 수질처리도 비교적 간단하기 때문에, 중-대 규모의 건물이나 고압증기를 필요로 하는 호텔, 병원, 그리고 산업용으로도 널리 채용되고 있다. ⓒ 수관 보일러, 관류 보일러 이것은 상부드럼과 하부드럼과의 사이에 다수의 소구경관 등을 배열하고 그 안쪽 공간은 연소실로 되어 있는 것으로 고압 대용량의 증기 보일러로 대규모빌딩이나 지역난방설비, 또는 산업용으로서 이용되고 있다. 수관내의 물의 순환은 자연순환방식과 펌프에 의한 강제 순환방식이 있으며 고도의 수질관리가 요구되기 때문에 수처리 장치가 필요하다. 관류보일러는 수관보일러의 드럼을 제거해서 수관군 만으로 연소실을 둘러싸서 수관의 한 쪽 끝에서 들어가 급수는 관내에서 가열, 비등하고, 다른 쪽 끝에서 증기가 얻어지도록 되어 있다. 증기 드럼이 없으므로 보유수량이 적기 때문에 보일러 위급의 자격이 완화되고 있다. ⓓ 진공식 온수기 노통 연관보일러의 내부에 난방용 및 급탕용 열교환기를 조립하고 내부를 -250mmHg 정도의 진공으로 유지하고 증기를 발생시켜 열교환기를 가열하고 있다. 발생증기, 얻어지는 온수 온도는 모두 100 ℃이하로서 대기압이하에서 운전되기 때문에 보일러로서가 아닌 단순한 히터(heater)로서 취급되고 있다. 진공식 온수기는 열매인 증기가 외부로 유출되지 않으므로 보급수의 필요가 없고, 전열면에 스케일이 부착되는 일도 없으며 다른 보일러와 같이 환수탱크나 급수 폄프 등도 필요가 없어 전체적으로 열효율이 높은 운전을 할 수 있고 또한 취급자격자가 필요하지 않으므로 이를 설치하는 경우가 증가하고 있다. 보일러의 부속품이나 부속장치는 보일러구조규격 등에 따라서 그의 구조, 재질, 성능등이 상세하게 규정되어 있으므로 이에 따라야 한다. 보일러의 급수장치는 단독으로 최대증발량 이상의 급수능력을 갖는 급수장치를 2조이상 설치해야 하는데 일반적으로 1조는 전동/터빈펌프, 다른 1조는 정전시를 고려해서 증기구동 워싱턴펌프(Worthington pump)나 인젝터(injector)를 사용하고 있다. 저압증기보일러에서는 진공급수펌프가 사용되는 경우가 많다. 보일러수나 급수는 경도성분, 실리카, 용전산소, pH값등 보일러의 종류에 따라서 수질의 표준치를 결정해서 보일러의 과열이나 부식에 의한 파손이나 캐리오버(carry over) 등을 방지하고 있다. 저압 증기보일러나 온수보일러에서는 급수처리는 거의 필요하지 않으나 기타의 보일러에서는 급수연화장치, 탈기기, 탈산소제 등을 사용한다. 보일러에서는 운전상태의 감시나 안전성을 위해 압력계, 수고계, 수면계, 안전밸브, 바이패스관, 또는 바이패스 밸브 등의 부속품이나 자동제어장치, 내진 자동소화장치, 매연 농도계 등을 설치해야 한다. ④ 연료와 연소 일러의 연료로는 연료유나 연료가스 이외에 석탄 등도 사용하고 있다. 연료의 연소에는 산소를 필요로 하기 때문에 공기를 도입할 필요가 있고 이론적으로 필요한 공기량을 이론 공기량이라 하는데, 실제로는 이론 공기량의 1 ~ 1.3배 정도의 공기량을 필요로 한다. 이론 공기량 Lo(Nm3/kg)과 실제 공기량 L(Nm3/kg)의 비를 공기비 또는 공기 과잉률이라고 하는데 이것을 m으로 하면
로 표시할 수 있고 (m-1)을 과잉 공기비라고 한다. 보일러에서 연료를 연소시켜서 그 발생열을 이용한 후의 연소가스는 연도와 연돌을 거쳐서 대기로 방출된다. 연소가스를 보일러본체나 연도, 연돌등의 저항을 이겨내고 배출하려면 통풍력을 필요로 한다. 통풍력을 얻으려면 배기가스(排氣)와 주위공기와의 밀도차와 연돌의 높이에 따른 자연통풍력을 이용하는 경우와 압입식이나 유인식의 송풍기를 사용한 강제통풍방식에 의하는 경우가 있다. 도시가스를 연료로 하는 경우에는 외부에서 직접 보일러에 공급되므로 저장설비는 불필요하지만 연료유나 석탄을 이용하는 경우에는 5 ~ 10일분의 연료소비량을 저유탱크등에 저장하고 사용하는 것이 보통이다 7) 냉각탑의 교체 ◈ 개요 및 목적 냉각탑 교체를 고려해야 할 경우에는 주로 다음과 같은 이유가 있다.
② 냉각탑의 설계용량 부족 인하여 냉동기의 운전 성적계수가 낮을 때 ③ 자연통풍식 냉각탑을 고효율의 열교환을 가지는 강제통풍식 냉각탑으로 교체시 ④ 살수장치, 충진재의 막힘·부식 및 녹 발생시 ⑤ 골재·외판 및 수조의 부식·오염 및 녹 발생시 냉각탑 교체로 얻을 수 있는 주된 효과는 냉동기용량에 대응하는 적정수준의 방열열량 확보와 이에 따른 냉동기에서의 에너지 절약 및 경제성 제고를 꾀할 수 있다는 점이다. ◈ 냉각탑의 기본 기능 냉동기를 운전할 때 응축기에서 냉매가스를 액화시키기 위하여 열을 방출시켜야 하며, 이때 많은 양의 냉각수를 필요로 한다. 응축기에서 열을 빼앗은 냉각수는 냉각탑으로 보내지며, 냉각탑은 고온의 냉각수를 공기와 접촉시키면서 냉각수 온도를 떨어뜨리는 역할을 한다. 냉각탑은 개방형과 밀폐형으로 구분되며 개방형에는 자연 통풍식과 강제 통풍식으로 분류된다. 현재, 강제통풍식이 가장 많이 사용되고 있으며, 이방식은 송풍기를 이용하여 냉각탑 내부에 공기를 공급하고, 상부에서 냉각수를 분사시켜 공기와 강제 접촉시킴으로써 냉각력을 얻는 방식이다. 강제 통풍식 냉각탑은 자연 통풍식에 비하여 송풍기의 동력이 소요되지만 냉각탑의 단위 면적당 냉각수 순환량이 많고 높이도 낮출 수 있어 우수한 성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 냉각수의 순환량은 냉각탑의 단위 면적당 10 m3/h 정도를 유지할 수 있다. 냉각탑의 용량은 냉각수를 냉각시키는 열량으로 표시하며 이는 냉동기로부터 방출되는 열량과 냉각수 순환에 필요한 펌프의 동력을 열량으로 환산한 것의 합계로 나타낸다. 냉각수 순환펌프에 필요한 동력을 열량으로 환산하면 냉동기의 방출열량의 수 %에 해당되지만, 냉각수 배관이 복잡하고 배관이 가늘고 긴 경우에는 배관내의 저항이 커져 10% 정도에 이른다. 냉동기의 방출열량은 냉동기의 냉동용량과 동력의 합을 열량으로 환산한 값으로 표시된다. 흡수식 냉동기의 경우는 흡수기와 응축기의 양쪽에서 냉각수를 필요로 하며, 냉동용량, 발생기에 가해진 열량 및 냉동기의 각종 펌프의 환산 열량의 합계로 냉각탑의 용량이 표시된다. 이러한 특성을 냉동기의 종류별로 방출열량과 냉동용량에 대한 비율을 나타내면, 아래표와 같다. 이 값들은 냉각수 온도 32℃전후인 경우의 것으로 냉매 종류나 응축기, 증발기의 종류에 따라서 변할 수 있다.
[냉동기의 종류에 따른 냉각탑의 필요열량] 8) 연수장치의 도입 연수장치(Water Softening Plant)는 수중의 용해물질을 제거하는 장치를 말하나, 보통은 수중에 용해된 칼슘염, 마그네슘염을 침전시켜 제거하는 장치를 말한다. 이러한 장치는 물을 이용하는 각종 배관, 코일, 펌프 시스템 등에 대하여, 이용수의 수질을 파악하고 필요시에 이러한 장치의 도입을 결정해야 한다. 연수장치는 수중의 용해물질을 제거시킴으로써 각 시스템에서 보장되는 내구성을 유지시킬 수 있다. 9) Air Washer의 교체 에어와셔(Air Washer)는 가습 또는 감습 기능을 가지는 장치이며, 온수 또는 냉수를 흐르는 공기중에 액적 상태로 분사시킴으로써 가습 또는 제습을 할 수 있다. 에어와셔 교체를 고려해야 할 경우에는 주로 다음과 같은 이유가 있다.
② 가습/제습 능력이 설계 기준을 현저히 벗어날 경우 ③ 분무노즐, 펌프 등에서의 부식 및 스케일 등의 오염 10) Coil(냉각 및 가열)의 교체 일반적으로, 냉방시 공기의 냉각 또는 난방시 공기의 가열에는 일반적으로 동관에 알루미늄판 또는 동판으로 만든 평판 휜(플레이트 휜이라고도 한다)을 설치한 것과 나선 휜을 나선(spiral)형태로 감아 붙인 휜부착관 열교환기가 사용되고 있는데, 관내에 냉수, 냉매, 증기, 온수 등이 흐르고 외부에 공기를 통과시킨다. 이와 같은 열매의 종류에 따라서 냉수코일, 온수코일, 증기코일, 직접팽창(DX) 코일 (냉매를 직접 통과시키는 것) 등으로 부른다. 최근에는 전열성능을 향상시키기 위해서 휜의 형상에 연구가 집중되어 있고 슬리트(slit)를 넣은 슬리트휜 등도 사용되고 있다. 여기에서의 코일은 열원으로 냉매를 이용하는 경우는 응축기/증발기에서 이미 언급된 것이므로 제외하고, 온수나 냉수를 이용하여 공기를 냉각 또는 가열하는 코일로 제한한다. 냉각코일 또는 가열코일의 교체를 고려해야 할 경우에는 주로 다음과 같은 이유가 있다.
② 냉각 코일의 경우에서, 드레인 팬의 오염, 부식 및 녹이 심할 경우 ③ 현재 사용하고 있는 코일의 열전달 능력을 증대시켜야 할 경우 11) Air Filter의 교체 실내공기를 깨끗하게 유지하기 위해서 공기중에서 제거해야 할 것으로 생각되는 불순물로는 분진, 냄새, 유해가스, 세균 등이 있다. '건축물에 있어서의 위생적 환경의 확보에 관한 법률'(약칭 빌딩관리법)에 의하면 실내의 부유분진량은 0.15 mg/m3 이하로 규정되어 있다. 이에 대해서 사무실의 재실자의 평균적인 분진발생량은 10 mg/h 정도이고, 흡연자의 경우는 이보다 58 ~ 100% 증가하고 또한 옥외공기 중의 부유분진량은 공기의 청정도에 따라서 0.13 ~ 0.21mg/m3 정도로 되어있다. 따라서 상기한 실내기준을 유지하기 위해서는 공기조화기에서 외기, 환기 모두 제진해야 한다. 에어휠터의 제진효율 η 는 다음 식으로 표시된다.
여기서 C1, C2는 에어휠터의 상류측 및 하류측의 분진 농도인데 농도의 표시방법으로 분진의 중량을 사용하는 것을 중량법, 상류측 및 하류측의 공기를 각각 여과지에 통과시켜서 여과지의 색도에 의해서 나타내는 것을 비색법(D.O.P), 분진입자의 수로 나타내는 것을 계수법이라고 한다. 대기중의 분진을 제거대상으로 하는 에어휠터의 효율을 상기한 세가지 방법에 따라서 표시하면 중량법> 비색법> 계수법 의 관계가 있다. 보통의 공조설비에서 사용하는 에어휠터의 경우에는 비색법에 의한 효율표시방법이 널리 채용되고 있으나 별로 효율이 좋지 않은 간단한 것에 대해서는 중량법이, 클린룸과 같이 고도의 청정도를 요구하는 설비에 사용하는 것에 대해서는 계수법이 사용된다. 에어휠터에는 유리섬유나 합성수지 섬유를 무방향으로 조합한 여과재를 사용해서 공기중의 분진을 충돌, 부착등의 기구에 의해서 포집하는 것과 분진입자를 대전시켜서 정전작용에 의해서 포집하는 것이 있는데, 전자를 여과집진기, 후자를 전기집진기라 한다. 여과집진기에는 여과재를 유니트형의 틀속에 고정한 유닛형과 두리마리 모량의 여과재를 조금씩 감도록 한 권취형이 있고 여과재로는 유류 등의 점착재를 도포한 점착식인 것과 여과재만을 사용하는 건식인 것이 있는데 최근에는 주로 건식만이 사용되고 있다. 12) 전기 집진기의 교체 전기집진기는 고전압의 정전기력을 이용하여 먼지를 집진하는 장치이다. 주요구성은 방전극, 집진극, 고압발생장치.추타봉 및 호퍼로 구성된다. 이중 방전극과 집진극 및 고압 발생장치의 역할이 매우 중요하다. 방전극은 코로나 방전을 일으켜서 처리가스를 이온화시켜 먼지를 대전시키며 전장(Electronic Field)을 만든다. 집진극은 원통이나 판상형태이며 방전극에 의해 대전된 입자를 집진한다. 고압발생장치는 집진극과 방전극 사이에서 제거할 먼지에 정전기력을 발생시키고 전계 강도를 조정한다. ◈ 전기집진기의 장점. 집진성능 : 0.01μ정도의 미립자까지 집진하며 출구 분진량 0.01 g/N㎥ 이하까지 집진 가능하다 고사용 온도 : 350 ℃ 이상의 온도에서 사용 가능한 기종도 개발되어 있으므로 배기가스를 필요 이상으로 냉각하지 않아도 된다. 보수.점검용이: 구조가 간단하기 때문에 보수.점검이 용이하다- 조작.관리용이: 건식의 경우에는 폐수처리가 불필요하고 조작이 간단하다 저압손 : 압력손실이 30mmAq전후로 낮아 동력을 절감할 수 있다. 고효율 : 저함진 농도의 가스에서도 집진효율은 높다. |