(1) 냉각탑의 기초 - 냉각탑의 기능과 특징 (Cooling Tower Fundamental)

 

냉각탑의 기능

냉각탑은 냉각수로 사용되어 데워진 물을 공기로 냉각하여 재사용시키는 비교적 단순한 기능의 열교환기이다.  물의 증발잠열을 이용하며 99%의 냉각수를 회수하는 수절약기기인 동시에 하천의 온도상승을 막는 환경자원보호기기이다.  공조시스템에서 냉방열의 흐름은 실내열부하가 중앙식공기조화기->냉수펌프라인->냉동기->냉각수펌프라인을 거쳐 냉각탑에서 대기로 최종 배출한다.  인체에 비유하면 피부 열배출 또는 배변기능과 같아서 냉각탑 열배출기능의 성능은 열부하 흐름상의 모든 공조기기 에너지 소모와 직결되어 최대 에너지 절약기기로 볼 수 있다.

냉각탑의 특징

냉각탑은 여러 공조기기에 비하여 구분되는 특징을 상당히 가지고 있다.  시장과 기술, 사용자의 인식이나 역사성과도 연관되어 있다.

1. 냉각매체가 공기이나 대기이다 : 대기는 항상 변화하여 열교환기 측면에서 불안정하다.  대기의 온도, 습도, 압력, 풍속, 풍향 및 기후를 포함한 공기가 냉각매체가 되어 열해석이 되어야 한다.  또한 대기오염성분은 그대로 냉각수에 반영되므로 수질문제가 발생한다.

2. 냉각탑은 실외에 노출되어 설치한다 : 설치위치는 대부분 건물의 옥상이나 주변의 지상이

된다.  부피는 크고 일반인에게 노출되므로 외관미를 고려해야하며 건축물과도 조화되어야 한다.  건축가는 스카이라인의 외관을 고려하거나 다른 사유로 펜스 등 냉각성능을 저하시키는 공기유동 장애물을 냉각탑 주변에 건설하므로 현장별로 동일하지 않은 문제가 발생하고 설계조건이 달라진다.  또한, 지진, 풍압에 견디는 구조설계와 내후성을 만족해야 한다.

3. 물의 증발잠열을 이용한다 : 대기온도보다 더 낮은 냉각수온을 얻는 원천기술이나 증발량만큼 물을 계속 보급해야 한다.  증발잠열의 이용기술은 시험과 현장적용에 기초를 두어야 하므로 역사적으로 업계를 통해서만 발전해왔다.

4. 안전.민원.환경오염의 문제 : 기본적으로 수절약기기, 생태계보호기기, 에너지절약기기이면서 냉각탑은 다양한 문제를 수반한다.

  ● 안전 - 화재, 낙사사고, 레지오넬라병, 일반인 접근사고, 팬파손사고, 결빙, 붕괴

  ● 민원 - 소음, 비산, 백연

  ● 기타 - 진동, 스케일, 부식, 외관

5. 기술적 특징 : 냉각탑은 다양한 용도로 사용되고 발전해왔다.  냉동공조 외에 제철, 발전, 석유, 화학, 전자, 가스, 식품, 제지 등의 산업분야에서 공정수 또는 기기냉각용으로 대형의 현장설치형이 건설되어 왔으나 냉동공조분야의 대형화에 따라 용도구분이 사라지고 냉각탑 형식선택이 다양해졌으며 기술적용의 폭이 넓어졌다.

한편, 냉각탑은 구조와 기능이 단순하고 육안으로 확인 가능한 형상으로 구성되어 복제가 용이하여 자본과 기술축적 없이도 손쉽게 제조에 참여하고 실패를 반복한다.  성능시험규격이 단체규격으로 제정되었으나 시험과 판정이 쉽지 않아 성능확인이 일반화 되었다고 볼 수 없다.  큰 부피에 낮은 단가, 용이한 제조상황에 반해 제품.기술의 개발에는 상당한 시간.비용이 필요하며 특허분쟁과 치열한 가격경쟁구조에서 적용기술도 축적해야한다.