모든 빌딩, 공장 등 냉방을 하거나 공정에 냉각수를 사용하는 시설은 냉각탑 설비를 갖추게 됩니다. 고온의 냉각수가 대기 중의 공기와 접촉하여 열 교환 방식으로 냉각되는 것이 냉각탑의 일반적인 원리인데요, 이러한 냉각탑을 좀 더 잘 알고 효율적으로 관리한다면 열교환 효율을 높이고, 냉동기의 수명도 연장시킴으로써 에너지를 절약을 할 수 있습니다. 그렇다면 냉방장비의 핵심인 냉각탑과 효율적인 관리 방법은 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.
냉각탑이란?
냉각탑이란, 기계나 산업공정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 주변 공기를 사용된 물에 직접 접촉시켜 냉각하고 또한 재사용할 수 있도록 만들어진 기계 장치입니다. 냉동기에서 온도가 상승한 냉매를 냉각하기 위해 사용되는 물의 온도를 낮추는 것이 목적이며, 물과 공기를 직접 접촉 시켜 물의 증발작용과 전열작용을 이용 하는 것입니다. 냉각탑의 기본원리는 물과 공기의 온도차를 이용하는 현열 열교환에 의한 열 전달과 공기와 물의 증기압 차에 의해 물의 일부가 공기로 증발될 때 방출하는 잠열에 의한 두가지 방식으로 작용하는데, 그 중 증발 잠열에 의한 냉각이 75%이고 현열 냉각이 25%로 증발식 냉각탑의 기본 원리가 됩니다.
[당 사가 시공한 대전 타임월드 백화점 냉각탑 전경]
냉각탑의 점검 및 보수법
(1) 청소
1) 하부수조의 냉각수를 배수하고 수조 내에 끼어있는 슬러지나 이물질을 제거한다.
2) 스트레이너와 노즐 등 기타 부분의 스케일이나 이물질을 깨끗이 제거한다.
(2) 점검
1) 루버, 비산방지판 등 기타 부분에 이물질이나 스케일이 끼어 있지 않나 점검한다.
2) 모든 부분의 볼트와 너트의 조임상태를 점검한다.
3) 도장 부분과 도금 부분이 벗겨지거나 부식하지 않았나를 점검한다.
4) 벨트 감속기의 축정렬 및 장력조절상태를 상태를 점검한다.
5) 감속기 및 팬모터 등의 급유(GREASE) 충만 상태를 점검한다.
6) 팬보스 조임 너트의 조임상태 및 팬날개 조립상태를 점검하고 팬은 손으로 돌려서 원활히 회전되는지 확인하며 팬의 끝과 실린더와의 간격 상태를 점검한다.
7) 팬의 회전방향이 공기출구 측에서 보았을 때 시계 방향인가 확인한다.
8) 위 사항이 이상이 없을 때 운전을 시작하며 운전개시 후 전류를 측정하고 전동기 명판에 표기된 정격전류 범위 내에서 운전되고 있는지 확인한다.
9) 하부수조 및 통수계통의 전역에 물이 충분히 충수됐는지 확인하고 순환펌프를 가동 하며 배관 내에 공기를 제거하여 맥동 현상을 미연에 방지 한다.
(3) 운전 중의 주의사항
1) 냉각탑의 성능은 순환 수량의 증감에 영향이 있으므로, 항상 적정 수량을 유지할 수 있도록 주의하고 탑 내는 청결하게 하여 이끼나 스케일이 발생하지 않도록 주의한다.
2) 하부수조에 있는 물 수위가 낮아질 경우, 공기가 유입될 우려가 있으므로 운전수위 에 항상 주의해서 정상 수위까지 급수를 한다.
3) 운전 개시 전, 벨트가 늘어나 있는 경우가 있으므로 운전 개시 전에 벨트를 점검하고 필요시에는 조정하여야 하며, 그 후에는 정기적인 기간 (1-2주)을 정해서 점검 을 실시하여야 하며, 팬벨트가 늘어날 것에 대비해 과도하게 당기게 되면 베어링과 축이 손상되므로 주의한다.
4) 팬 구동부 및 순환펌프에 진동 또는 이상소음이 있는지 확인하고 이상이 있을 때는 즉시 상황에 맞는 적절한 대책을 강구한다.
5) 적절한 배수(BLOW DOWN)로 순환수의 수질관리를 충분히 행하여야 하며, 그렇지 않으면 냉각탑, 냉동기 등 대상기기와 배관 등에 슬러지가 생성되어 효율저하의 원인이 된다
6) 조그만 이상도 소홀히 하지 말고 그 원인을 규명하여 시정한다.
(4) 동절기 운전 동절기에는 대기 온도와 습구 온도가 설계치보다 훨씬 낮아지므로 냉각효과가 크게 상 승한다. 따라서 적당한 냉각온도를 유지하기 위해서 다음사항을 행할 수 있다.
1) 간헐적으로 운전한다.
2) 한 셀을 정지시키든지 심한 경우는 전부 정지시켜 자연 냉각되도록 한다. 동절기에는 팬날개가 가장 쉽게 동결되는 것을 염두해 두어 팬을 운전하기 전에 온풍 이나 온수로 결빙을 제거하여 가동하여야 하며, 이 과정이 소홀히 취급될 경우 날개의 불균형이 생겨 소음 및 진동 등 큰 문제점이 발생하게 된다.
3) 동절기에 냉각탑을 정지 시켰을 경우 살수라인 및 냉각수라인의 물은 동파 방지를 위해서 전부 배수하는 것이 좋으며, 사용처의 상황에 따라 외기의 접촉부 이하로 배수 할 수 있도록 한다.
(5) 냉각수 수처리
1) 배수의 실시 : 적절한 수질관리를 위해 연속적인 배수(BLOWDOWN)를 실시한다.
2) 약품 처리 : 스케일, 부식, 미생물 방지를 위하여 약품에 의한 냉각수 수질을 관리하며 원활한 수질관리를 위해 배수, 여과, 청소를 실시한다. ※ 대부분의 건물에서는 약품에 의한 수처리를 실시하고 있다. 당 63빌딩은 환경오염을 고려하여 약품처리를 하지 않고 냉각수에 대한 전자장 수처리기와 은구리 살균장치를 사용하여 냉각수 수처리를 하고 있다.
3) 거품 : 주로 물에 용해된 물질의 농축이나 거품을 일으키는 요소에 의해 일어나며, 배수를 통해 줄일 수 있고 거품을 없애는 약품을 사용 할 수 있다.
1) 하부수조의 냉각수를 배수하고 수조 내에 끼어있는 슬러지나 이물질을 제거한다.
2) 스트레이너와 노즐 등 기타 부분의 스케일이나 이물질을 깨끗이 제거한다.
(2) 점검
1) 루버, 비산방지판 등 기타 부분에 이물질이나 스케일이 끼어 있지 않나 점검한다.
2) 모든 부분의 볼트와 너트의 조임상태를 점검한다.
3) 도장 부분과 도금 부분이 벗겨지거나 부식하지 않았나를 점검한다.
4) 벨트 감속기의 축정렬 및 장력조절상태를 상태를 점검한다.
5) 감속기 및 팬모터 등의 급유(GREASE) 충만 상태를 점검한다.
6) 팬보스 조임 너트의 조임상태 및 팬날개 조립상태를 점검하고 팬은 손으로 돌려서 원활히 회전되는지 확인하며 팬의 끝과 실린더와의 간격 상태를 점검한다.
7) 팬의 회전방향이 공기출구 측에서 보았을 때 시계 방향인가 확인한다.
8) 위 사항이 이상이 없을 때 운전을 시작하며 운전개시 후 전류를 측정하고 전동기 명판에 표기된 정격전류 범위 내에서 운전되고 있는지 확인한다.
9) 하부수조 및 통수계통의 전역에 물이 충분히 충수됐는지 확인하고 순환펌프를 가동 하며 배관 내에 공기를 제거하여 맥동 현상을 미연에 방지 한다.
(3) 운전 중의 주의사항
1) 냉각탑의 성능은 순환 수량의 증감에 영향이 있으므로, 항상 적정 수량을 유지할 수 있도록 주의하고 탑 내는 청결하게 하여 이끼나 스케일이 발생하지 않도록 주의한다.
2) 하부수조에 있는 물 수위가 낮아질 경우, 공기가 유입될 우려가 있으므로 운전수위 에 항상 주의해서 정상 수위까지 급수를 한다.
3) 운전 개시 전, 벨트가 늘어나 있는 경우가 있으므로 운전 개시 전에 벨트를 점검하고 필요시에는 조정하여야 하며, 그 후에는 정기적인 기간 (1-2주)을 정해서 점검 을 실시하여야 하며, 팬벨트가 늘어날 것에 대비해 과도하게 당기게 되면 베어링과 축이 손상되므로 주의한다.
4) 팬 구동부 및 순환펌프에 진동 또는 이상소음이 있는지 확인하고 이상이 있을 때는 즉시 상황에 맞는 적절한 대책을 강구한다.
5) 적절한 배수(BLOW DOWN)로 순환수의 수질관리를 충분히 행하여야 하며, 그렇지 않으면 냉각탑, 냉동기 등 대상기기와 배관 등에 슬러지가 생성되어 효율저하의 원인이 된다
6) 조그만 이상도 소홀히 하지 말고 그 원인을 규명하여 시정한다.
(4) 동절기 운전 동절기에는 대기 온도와 습구 온도가 설계치보다 훨씬 낮아지므로 냉각효과가 크게 상 승한다. 따라서 적당한 냉각온도를 유지하기 위해서 다음사항을 행할 수 있다.
1) 간헐적으로 운전한다.
2) 한 셀을 정지시키든지 심한 경우는 전부 정지시켜 자연 냉각되도록 한다. 동절기에는 팬날개가 가장 쉽게 동결되는 것을 염두해 두어 팬을 운전하기 전에 온풍 이나 온수로 결빙을 제거하여 가동하여야 하며, 이 과정이 소홀히 취급될 경우 날개의 불균형이 생겨 소음 및 진동 등 큰 문제점이 발생하게 된다.
3) 동절기에 냉각탑을 정지 시켰을 경우 살수라인 및 냉각수라인의 물은 동파 방지를 위해서 전부 배수하는 것이 좋으며, 사용처의 상황에 따라 외기의 접촉부 이하로 배수 할 수 있도록 한다.
(5) 냉각수 수처리
1) 배수의 실시 : 적절한 수질관리를 위해 연속적인 배수(BLOWDOWN)를 실시한다.
2) 약품 처리 : 스케일, 부식, 미생물 방지를 위하여 약품에 의한 냉각수 수질을 관리하며 원활한 수질관리를 위해 배수, 여과, 청소를 실시한다. ※ 대부분의 건물에서는 약품에 의한 수처리를 실시하고 있다. 당 63빌딩은 환경오염을 고려하여 약품처리를 하지 않고 냉각수에 대한 전자장 수처리기와 은구리 살균장치를 사용하여 냉각수 수처리를 하고 있다.
3) 거품 : 주로 물에 용해된 물질의 농축이나 거품을 일으키는 요소에 의해 일어나며, 배수를 통해 줄일 수 있고 거품을 없애는 약품을 사용 할 수 있다.
63빌딩 냉각탑 전경
냉각탑의 관리가 제대로 되지 않았을 때 발생하는 문제는?
1. 효율저하
부식(냉각수가 순환되는 곳에 발생), 스케일(물 속에 존재하는 Ca 및 Mg이 관벽에 고착), 슬러지(외부로부터 유입된 먼지, 흙등이 만든 침전물)에 의해 효율이 저하됩니다.
2. 환경 문제(세균 번식)
냉각수 오염에 따른 미생물 번식(이끼, 레지오넬라균, 바이오필름 등)환경문제도 일으킬 수 있습니다. 냉각탑에 의한 환경문제에는 소음에 의한 피해 뿐만 아니라 레지오넬라균 같은 세균의 번식으로 문제가 되지요. 레지오넬라균이 발생하게 되면 비산되는 물 분무 입자와 함께 이동되며, 사람의 호흡기를 통해 폐에 침투함으로써 감염이되고 폐렴 증상으로 초기에는 두통, 오한, 근육통 등을 수반하는 독감 증상을 보이고 또 다른 증상으로는 설사, 정신질환, 신장의 손상을 가져와 치사율이 20% 정도 이상이라고 학계에 보고 되어 있습니다. 레지오넬라균이 가장 서식하기 좋은 환경이 냉각탑 및 냉각수이고 인체에 대한 피해가 집단적으로 발생한 사례가 있어 보건당국에서는 전염병 예방법 제 39조 7항에 의거하여 필수적으로 대책을 마련하도록 되어 있습니다.
이제 곧 여름철이 다가오면 냉방 부하량이 늘고 이에 따른 에너지 소비량이 급격하게 증가하게 되면 건물 관리자는 냉방 문제와 효율적 에너지 사용이라는 두 마리 토끼를 잡기위해 많은 고민을 하게 됩니다. 냉각탑 관리에 조금만 더 신경을 쓴다면 환경 문제뿐 만 아니라 냉각탑 효율을 높임으로서 에너지 절약에 큰 효과를 볼 것입니다.
자료 및 사진 출처: 한화63시티
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 안녕하십니까? 63운영팀 정우용 과장입니다. 저는 63빌딩 내 기계설비 운영 업무를 20년간 수행하면서 축적된 노하우를 바탕으로 기계설비 공사, 에너지 진단 및 에너지 절감 TF팀을 운영하고 있습니다. 현장에서 도움이 될 수 있는 기계 관련 지식과 정보를 함께 공유하려고 합니다. |
