5월에 연휴를 시작으로 외기 온도가 많아 올라가고 있습니다. 지구온난화의 영향으로 여름 시즌은 해가 지나 갈수록 길어지고 있고 냉방기기의 보급확대와 사용량증가로 에너지 사용량은 계속해서 증가하고 있습니다. 이러한 상황 속에서 정부는 에너지 사용량을 줄이기 위한 다양한 분야의 정책을 내 놓고 있는 실정인데요, 건물을 운영관리 하는 회사 입장에서는 냉방문제 해결과 에너지 비용 절감이라는 2가지 문제를 동시에 해결하기 위해 많은 고민을 하게 됩니다.
이번 포스트에서는 63빌딩에 설치되어 있는 냉동기에 대한 일반전인 내용을 소개하고, 그에 대한 가동효율 계산방법은 어떻게 하는지, 운전조건에 따라 냉동사이클은 어떻게 변화하는지 등을 알아보도록 하겠습니다.
■ 터보냉동기의 개요
63빌딩의 터보냉동기는 실내 온 습도를 조절하기 위하여 설치된 기기에 냉방열원을 공급하기 위하여 메인 기계실에 설치되어 있습니다.
1. 증발기의 낮은 온도를 유지하기 위하여 2단압축 2단팽창 Cycle방식을 이용한 냉동기로 750RT용량 3대로 구성되어 있으며, 저온 빙축운전시 560RT 용량으로 심야전력(23:00~익일09:00)을 이용하여 1일 17000RT-HR를 축척할 수 있도록 설치되어 있습니다.
2. 이러한 시스템의 축열조를 이용하여 냉수 온도를 낮게 공급하여 장비류의 실제 운전부하를 줄여 에너지 사용량을 낮게 유지할 수 있습니다.
1. 증발기의 낮은 온도를 유지하기 위하여 2단압축 2단팽창 Cycle방식을 이용한 냉동기로 750RT용량 3대로 구성되어 있으며, 저온 빙축운전시 560RT 용량으로 심야전력(23:00~익일09:00)을 이용하여 1일 17000RT-HR를 축척할 수 있도록 설치되어 있습니다.
2. 이러한 시스템의 축열조를 이용하여 냉수 온도를 낮게 공급하여 장비류의 실제 운전부하를 줄여 에너지 사용량을 낮게 유지할 수 있습니다.
■ 장비제원 및 구성도 \
1. 장비제원
2. 구성도
3. P-h 선도 Cycle
■ 성적계수COP(=효율) 계산식
1. COP의 정의?
냉동기의 성능을 표시하는 무차원수로 가동에 따른 소비에너지와 출력에너지의 비를 말하며, 냉동능력/소비입력 으로 계산 할 수 있습니다.
2. 계산식
(1) 저단측 소비전력(AWL) = GL(h2-h1)
(2) 고단측 소비전력(AWH) = GH(h4-h3)
(3) 에너지 효율 계산
흡입냉매 상태에 따른 P-h선도의 변화와 실제 응축온도 상승시와 증발온도 저하시 P-h선도의 변화로 실제 가동상태의 변화를 예측할 수 있습니다.
(2) 고단측 소비전력(AWH) = GH(h4-h3)
(3) 에너지 효율 계산
■ 흡입냉매 상태 변화와 P-h 선도 변화
흡입냉매 상태에 따른 P-h선도의 변화와 실제 응축온도 상승시와 증발온도 저하시 P-h선도의 변화로 실제 가동상태의 변화를 예측할 수 있습니다.
1. 흡입가스(과열도) 상태
① a - b : 표준 냉동 Cycle 상태
② a' - b' : 습한 상태의 압축과정으로 토출가스의 온도가 하락하고, 액압축이 발생되는 상태
③ a" - b" : 과열압축 상태로 지나친 과열압축은 토출가스 온도의 과열 및 성능 하락을 초래하는 상태이다.
2. 응축온도(고압) 상승시
① 플래시 가스 증가, 축력증가, 성적계수 감소, 냉 동능력 감소 등 냉매 유량 증가로 압축기 과부하 운전을 초래하는 상태이다.
② 냉매 과충전시 응축기 내 액냉매 증가로 인한 기체 냉매의 응축 유효면적 감소로 인하여 응축온도는 상승되고, 냉동능력이 감소되는 상태이다.또한 응축기측 냉각팬의 풍량저하시 응축불량으로 인한 응축온도가 상승되는 경우이다.
3. 증발온도(저압) 저하시
① 성적계수 감소, 냉동능력 감소, 축력증가, 플래시 가스증가, 냉매유량 감소로 인하여 압축기 과부하 운전을 초래한다.
② 증발기 송풍팬의 이상으로 인한 증발온도 저하, 액관 및 팽창밸브의 막힘으로 인한 유량감소, 실내 온습도 저하로 인한 증발압력 감소로 증발압력이 낮아지는 경우이다. 응축온도 상승시 축동력의 증가로 인해 성적계수가 급격히 하락되고, 또한 증발온도 저하시 축동력이 증가하고, 압축기 과열로 플래시 가스가 증가하여 냉동능력의 저하가 지속됩니다.
① a - b : 표준 냉동 Cycle 상태
② a' - b' : 습한 상태의 압축과정으로 토출가스의 온도가 하락하고, 액압축이 발생되는 상태
③ a" - b" : 과열압축 상태로 지나친 과열압축은 토출가스 온도의 과열 및 성능 하락을 초래하는 상태이다.
2. 응축온도(고압) 상승시
① 플래시 가스 증가, 축력증가, 성적계수 감소, 냉 동능력 감소 등 냉매 유량 증가로 압축기 과부하 운전을 초래하는 상태이다.
② 냉매 과충전시 응축기 내 액냉매 증가로 인한 기체 냉매의 응축 유효면적 감소로 인하여 응축온도는 상승되고, 냉동능력이 감소되는 상태이다.또한 응축기측 냉각팬의 풍량저하시 응축불량으로 인한 응축온도가 상승되는 경우이다.
3. 증발온도(저압) 저하시
① 성적계수 감소, 냉동능력 감소, 축력증가, 플래시 가스증가, 냉매유량 감소로 인하여 압축기 과부하 운전을 초래한다.
② 증발기 송풍팬의 이상으로 인한 증발온도 저하, 액관 및 팽창밸브의 막힘으로 인한 유량감소, 실내 온습도 저하로 인한 증발압력 감소로 증발압력이 낮아지는 경우이다. 응축온도 상승시 축동력의 증가로 인해 성적계수가 급격히 하락되고, 또한 증발온도 저하시 축동력이 증가하고, 압축기 과열로 플래시 가스가 증가하여 냉동능력의 저하가 지속됩니다.
■ 결론
냉매의 성질을 선도에 나타낸 것이 P-h선도입니다. 이러한 냉매선도를 이해하면 엔탈피차를 쉽게 구할 수 있으므로 냉동기의 용량, 냉동능력, 냉동기 운전상태를 쉽게 판단할 수 있습니다. 그러한 이유로 현장에서는 효율적이고 냉동능력이 좋은 운전상태를 유지하기 위해서는 장비가동에 따른 변화에 대하여 P-h선도를 구현하고 이해하여야 가능하다고 생각됩니다.
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 안녕하세요. 63운영팀에서 공조설비분야 업무를 담당하고 있는 김정진 과장입니다. 블로그를 통해 건물 공조분야의 에너지 절감 방법과 기술사 자격증에 관련된 전문적인 내용을 알려드리려고 합니다. |
