최적선정의 배경과 필요성

     냉동기 용도의 대용량 냉각탑이 늘어가고 있다.  ASEM컨벤션 센타/인천국제공항 등의 대용량 냉방부하시설과 삼성전자/LG필립스 등의 대규모 기기냉각용에 이어서 지역냉방을 위한 집단에너지시설로 대용량 냉각탑의 설치가 계획되고 있다.  냉각탑 최적선정은 냉동기-냉각탑-냉각수 펌프와 배관을 포함하는 설비비와 그 운전비에 대한 경제성 검토로 이루어지며, 관례화된 표준적인 설계조건을 최적화 변수로 대입하여 변경시키는 과정을 거쳐야 한다.  냉각탑의 또 다른 사용처인 발전설비, 제강설비, 화학플랜트 분야 등에서는 이러한 최적선정이 기본설계 단계에서 통상적으로 이루어지고 있는 바,  중대형 규모의 공조설비에 있어서도 설비비와 운전비를 모두 낮게 설계할 수 있는 최적선정 툴을 갖는 것이 보편화 되어야 한다.


     [그림1] 대용량 냉각탑

 



한국과 미국의 표준사양 비교

     한국과 미국의 표준적인 설계사양을 대비해보면 문제점을 명확하게 알 수 있다.  냉동기 종류별로 단위 용량당 냉각수량과 온도조건이 다르지만 비교치는 일정한 양상을 갖고 있으며 운전비에 대한 실제 적용단가와 가치비중치가 다르더라도 한국의 설계사양은 미국에 비하여 냉각탑의 용량은 작게, 냉동기는 크게 선정하고 있음이 명확하다.


     [표1] 한국과 미국의 표준 냉각탑 용량비교

 

한국

미국

순환수량

13 LPM

11.36 LPM

입구수온

37

35

출구수온

32

29.44 ℃

습구온도

27

25.56

냉각열량

3,900 kcal/h

3,785 kcal/h

표준냉각능력

1 CRT

1.414 CRT



     [표2] 한국과 미국의 냉각탑/냉동기 동력비 비교

 

한국

미국

냉각탑 동력

1

1.55

냉동기 동력

24

18

냉동기/냉각탑

2400 %

1151 %

합계동력

100 %

77 %



     [표3] 한국과 미국의 냉각탑 선정비교 (RT당)

 

한국

미국

미국/한국 대비

냉각열량, kcal/h

3,900

3,785

97 %

순환수량, LPM

13

11.36

87 %

냉각수 수온차, K

5

5.56

111 %

어프로치, K

5

3.89

78 %

냉각탑 크기, CRT

1

1.414

141 %

합계 동력, hp

1.04

0.8

77 %



     상기 비교표에서와 같이 단순한 대비사항으로도 한국과 미국의 표준적인 사양에 있어서 상당한 차이를 보인다.  단순한 차이가 우열을 의미한다는 것 보다 중대형의 설비에 있어서 최적설계를 시행해야 하는 당위성을 의미한다고 보면 접근이 쉬워진다.

     한국의 냉각열량이 더 많은 것은 일본냉동톤을 사용해온 관례가 적용된 것이며, 냉각수의 순환수량이 많고 수온차가 큰 것은 배관비용이 커지고 냉각수 순환동력 운전비가 커지는 요인이 된다.  한국이 어프로치가 더 큰 것은 냉각수 설계온도를 높게 설정하여 냉동기 크기를 크게하고 냉각탑 크기는 줄이는 결과를 갖는다.  최적설계가 필요한 최소 이유와 첫단계의 목적이 냉각탑과 냉동기 및 배관의 설비비를 동시에 줄일 수 있는 설계조건을 찾는 일이고 이를 검토해보면 현재의 한국 기준이 경제성이 없음을 나타내고 있다.  실제적인 최적설계의 목적은 운전비용을 포함하는 합리적인 선택기준을 가지며 설계조건을 찾는 경제성 검토이다.



냉각탑의 최적선정 방법

     냉각탑과 냉동기의 형식선정이나 시스템의 형식선정 등 더 큰 선정요인이 있으나 여기서는 경제성 검토에 대한 기본적인 이해와 표준적 설계조건의 탈피 마인드를 목표로 하는 설명으로 한정하며 냉동기와 냉각수 계통만을 표현하는 예이다.  실제로는 냉수계와 공조기를 포함하는 광범위로 확대하는 것이 바람직하다.


        최적선정의 입력항목

           고정항목 ;   냉동기 형식과 능력

                        냉수조건

                        공기조화기

                        냉수배관계

                        냉각탑 열부하 (냉동기 응축기 부하)

                        냉각탑 외기설계조건 (입구공기습구온도)

                        운전비용단가 (단가와 운전기간을 포함)

          변수항목 ;   냉각수 순환수량과 수온차 (반비례 관계)

                        냉각수 온도


        최적선정의 출력항목 (평가항목)

           설비비 ;     냉동기 (냉각수 순환 수량/온도에 따른 냉동기 크기)

                        냉각탑 

                        냉각수 배관/펌프

           운전비 ;     냉동기, 냉각탑, 냉각수 펌프


     최적선정의 경제성 평가의 결론은 설비비와 운전비의 합계가 가장 낮은 변수항목의 조건을 찾아내 결정하는 것이다.  [표4]는 미국냉각탑협회에서 발표한 시스템 비교에 대한 경제성검토예제이므로 좋은 참고가 될 것이다.


        공냉식과 수냉식의 경제성비교 예제조건

           ․운전시간 : 1800 hr/yr @ 100% 부하

           ․전기요금 : 0.06 USD/kw, 기본요금 12 USD/kw. yr (6개월)

           ․보급수 요금 : ₩1,000/㎥

           ․수질관리비용 : 1.0 USD/RT. month




냉각탑 최적화에 있어서 에너지 절약형은 운전비용을 평가항목에 포함시키되 운전기간을 길게 가져간다.  이자율이 높았던 국내에서는 비교적 짧은 기간인 2-5년의 적용을 많이하고 있다.  또한, 경제성 검토를 거치지 않는 경우라도 다음과 같이 추천한다.

        ․냉각수온을 최대한 낮춘다 (1 ℃ 낮추는데 냉동기 동력을 2-4% 줄임)

        ․냉각수 순환수량을 줄인다 (수온차 5.5-6℃)

        ․추천 사양변경 (RT당)

                표준 : 13 LPM, 37-32/27 WBT 

                변경 : 11.5 LPM, 36.5-32/28 WBT 

        ․추천사양변경에 따른 성능은 [그림2]와 같이 대비된다.


     [그림2] 냉각탑 사양변경 성능대비

 

    



[표4] 경제성 검토예제 - 수냉식과 공냉식

                     구분

   항목

수냉식

공냉식

시스템 에너지 요구사양

압축기

중앙식 공기조화기

냉수 펌프

냉각수 펌프

냉각탑 팬

응축기 팬

220

111.85

14.92

11.19

18.65

-

406

111.85

14.92

-

 

62.5

합계 동력 KW

376.61

595.27

시스템 설비비

냉동기

냉각탑

AHU

냉수배관(300m)

냉각수배관(120m)

냉수 펌프

냉각수 펌프

공조실

150,000

27,000

175,000

67,000

26,800

3,600

4,000

45,000

210,000

-

175,000

67,000

-

3,600

-

-

합계 설비비(USD)

498,400

455,600

연간 에너지 비용 (USD)

67,790

107,149

연간 보급수 사용비용

증발량, ton/h

배수량(C=4), ton/h

보급수량, ton/h

연간 보급수량, ton/1800h

2.725

0.908

3.633

6,539

 

연간 보급수 비용, USD

5,184

 

연간 수질 관리 비용, USD

400RT × 1.0 × 6개월=

 

2,400

 

5년간 운전시 비용 집계 비교

시스템 설비비

에너지 비용

냉각수 비용

498,400

338,950

37,920

455,600

535,745

 

합계 (USD)

875,270 (88%)

991,345 (100%)

비 고

수냉식 채택의 경우 공랭식 대비 원금회수 기간이 1.3년이나 에너지 단가의 상승 예상에 따라 2010년에는 0.75년이 예상됨.




냉각수의 절약

     신규 사업장에서 처음 맞는 여름철에 특히, 보급수를 시수로 사용하는 현장에서는 물의 사용량 때문에 논란이 일어나고 냉각수를 절약하라는 특명을 내리기도 한다.  어떤 플랜트 사업장에서는 증발된 물을 회수하기위한 장치를 연구하기도 한다.  냉각탑에서 소모되는 보급수의 절약은 가능한가?

     냉각탑은 기본적으로 물을 절약하는 장치이다.  열 부하를 감당하기위한 증발량과 수질유지를 위한 배수량을 제외한 99%의 물을 재사용하기 때문이다.  그럼에도 불구하고 실제 사용량에 대한 의구심이 끊이지 않고 있으며 계산식과 이해를 돕고자 한다.


        냉각탑 보급수량 = 증발량 + 비산량 + 배수량 --- (1)


보급수량은 상기의 (1)식으로 간단하다.  일반적인 계산방법들은 설계조건시를 기준으로 하여 보급수 라인이나 시수용량을 위한 계산용도로 사용되고 큰 문제가 없으나 실제사용량과의 대조용으로는 더 자세한 사항이 필요하다.

증발량 : 열부하의 냉각 열교환중 잠열 열교환을 위해 냉각수가 증발하는 량이다. 일반적인 계산식은 다음과 같으나 정밀한 계산식은 냉각탑 공기의 량과 온습도의 영향을 고려한다.


        증발량 (kg/h) = 순환수량(kg/h) x (입구수온 - 출구수온) / 630 --- (2)   


비산량 : 물방울 상태로 탑외로 방출되는 수량을 말하며 일반적으로는 배수량의 일부가 되므로 비산량은 보급수량에 영향을 주지 못한다.  통상 순환수량의 0.05%가 넘으면 주변 바닥에 물이 고이게 되므로 그 이하가 되도록 냉각탑을 설계하게 되며 안전율을 보아 0.02%정도로 설계하는 것이 경제적이 된다.  비산제거율이 과도하게 좋은 비산방지판의 설치는 공기저항으로 인한 동력증가만 가져오므로 냉각수가 오염되는 냉각탑 이외에는 좋다고 볼 수 없다.

        비산량 (kg/h) = 순환수량(kg/h) x 비산율 (0.02%) / 100 --- (3)   


배수량 : 수질유지를 위해 배수시키는 량으로 통상 농축배수를 6-7로 설정하여 운전한다.  일반 보급수 라인의 설계는 농축배수를 3으로 계산할 수 있다.  냉각수질은 KS M0077 규격에 준하며 수처리 약품투입과 필터링에 의하여 배수량을 다소 줄일 수 있으나 계산식은 다음에 의한다.


        배수량  (kg/h) = (증발량 - ((농축배수-1) x 비산량)) / (농축배수-1) --- (4)


계산 예 : 1000 CRT, 780 m3/h, 냉각수온 37-32 ℃의 냉각탑의 경우 일반적인 계산

        

        증발량 = 780 * 1000 * (37 - 32) / 630 = 6190.5 kg/h

        비산량 = 780 * 1000 * 0.02 / 100 = 156 kg/h

        배수량 = (6190.5 - ((6 - 1) * 156)) / (6 -1) = 1082.1 kg/h

     따라서, 보급수량 = 6190.5 + 156 + 1082.1 = 7428.6 kg/h     


증발량의 정밀계산방법 : 하기의 예제 [표5]와 같은 방법으로 공기의 량과 온습도의 영향을 포함하여 계산할 수 있으나 이 계산방법도 냉각탑 출구공기를 포화습공기로 가정하기 때문에 매우 낮은 습도의 공기일 경우 정밀도가 떨어진다.


 [표5] 증발량 정밀계산 예제


1. 냉각탑 운전조건

A. L    = 780   ton/hr, 순환수량                          

B. Thw = 37    'C, 입구수온                             

C. Tcw = 32    'C, 출구수온                             

D. L/G  = 1.7   냉각수/건공기 중량비율                            


2. 입구공기 운전조건

A. 고도 = 0     m              101.325  kPa, 대기압                      

B. DBTi = 31.5  'C, 입구공기 건구온도                             

C. WBTi = 27    'C, 입구공기 습구온도                             

D. RHi  = 70.82 %, 입구공기 상대습도                              

                                                                        

3. 결과

A.  Le  = 6247.64 kg/hr, 증발량           0.801   %, 순환수량 대비

B. WBTo       = 33.92   'C, 출구공기 습구온도                            

                                                                        

4. 계산

냉각탑의 기본 열평형식은 다음과 같다                                       

                                                                        

 1)    G(Ho-Hi) = L Thw - (L-Le)Tcw                                    

        여기에서,                                                 

        G      = 458823.5       kg'/hr, 건공기량                  

        Ho     = 29.2536        kcal/kg', 출구공기 엔탈피          

        Hi      = 20.3179        kcal/kg', 입구공기 엔탈피          

                                                                        

식 1)의 증발량 Le는 다음과 같이 표시할 수 있다.                              

                                                                        

 2)    Le = G (Wso-Wsi)                                                 

        여기에서,                                                 

        Wsi    = 0.02086        kg H2O/kg', 입구공기 절대습도             

        Wso    = 0.03448        kg H2O/kg', 출구공기 절대습도             

                                                                        

식1)에 식 2)를 대입하면 다음과 같이 표시할 수 있다.           

                                                                        

 3)    Ho = L/G (Thw-Tcw) + (Wso-Wsi) Tcw + Hi                         

                                                                        

식 3)으로부터 출구공기 습구온도를 구하려면 반복계산법을 사용해야한다.  

출구공기습구온도(WBTo)를 가정하고 이에 대한 절대습도(Wso)와 엔탈피(Ho)를

차트에서 찾아 식 3)의 계산에 의한 엔탈피와 완전히 일치하는 WBTo를 반복계산하여 구한다. 

                                                                        

따라서, 결과는 :                                                  

                                                                        

A. WBTo       = 33.92  'C, 출구공기 습구온도                             

B. Wso = 0.03448        kg H2O/kg', 출구공기 절대습도                     

C. Ho   = 29.254  kcal/kg', 차트에 의한 출구공기 엔탈피               

D. Ho  = 29.254  kcal/kg', 식 3)의 계산에 의한 출구공기 엔탈피 

   C = D 이므로, OK!                                                    

E. Le   = 6247.64       kg/hr 식 2)에 의한 증발량                 



증발량을 결정하는 제요소를 포함하는 계산 결과에 의하여 다음사항을 알 수 있다.

        * 습도가 높을수록 증발량은 적아진다. (2배 이상의 차이)

        * 공기량이 적을수록 증발량이 적어지는 경향 (일부 영역은 반대의 경우도 발생)

        * 냉각탑의 성능과 증발량은 직접 관련이 없다.


증발량의 현장적용 : 상기 [표5]의 정밀계산 방법에도 불구하고 년중 실제운전의 증발량 계산은 다음사항을 더 고려해야 가능하다.

   * 운전방법에 따른 계산 : 자동/수동에 의한 팬의 운전상태, 냉각수의 운전상태

   * 부하변동에 따른 계산

     대기조건에 따른 냉각수의 운전조건은 냉각탑 제조사가 제공하는 성능곡선에서 찾을 수 있으나 냉각부하는 통상 80-120% 범위만 제공된다.  자동제어에 의한 냉각수온의 조정과 팬의 정지 시 계산도 쉽지 않다.  팬의 정지 시에도 공기는 유동되어 온도차가 발생하고 증발량도 발생한다.  팬의 정지 시 증발량은 팬 가동중인 것의 15% 정도에 이른다.

한편, 냉각탑의 증발량 부분은 하수도 요금을 할인받을 수 있으므로 확인이 필요하다.


   적용예 : [그림3]은 특정지역의 월별 평균 대기조건을 적용하여 개방형과 밀폐형 및 백연방지형에 대한 증발량을 비교한 것이며 다음 조건을 적용하였다.

        설계조건 : 1,023 m3/h, 37.38-32/27.4 ℃ WBT, 7셀

        운전조건 : 냉각부하 불변, CWT=30℃로 팬 제어, 백연방지형은 냉각수 비례제어,

                   월 730시간, 년 8760시간 운전기준임.



   [그림3] 냉각탑 월별 증발량




   [표6] 냉각탑 월별 증발량

대기조건

증발량

DBT

WBT

RH

개방형

밀폐형

백연방지형

1 월

-0.4

-1.81

75

4473.3

469.4

2615.7

2 월

1.4

-0.64

67

4579.0

809.1

2862.6

3 월

6.2

3.3

62

4825.5

1735.5

3442.4

4 월

13.3

8.89

56

5242.0

3173.2

4342.2

5 월

17.9

14.04

66

5451.5

4110.6

4788.1

6 월

20.7

16.79

68

5619.6

4700.7

5097.4

7 월

24.1

21.25

78

5735.9

5394.3

5364.4

8 월

25

22.37

80

5773.1

5582.4

5442.9

9 월

19.8

17.11

77

5468.6

4478.6

4875.0

10 월

12

9.38

72

5076.2

2880.2

4025.6

11 월

5.7

4.24

75

4732.8

1625.1

3242.5

12 월

0.1

-1.4

74

4499.6

562.2

2674.0

월별 증발량 평균 (ton)

5,123 

2,960 

4,064 

년간 증발량 합계(ton)

61,477 

35,521 

48,773 




 

1. 냉각탑 형식비교


․ 공장조립형 / 현장설치형

비교기준

공장조립형

현장설치형

1. 특징

- SHOP에서 조립 시운전 후 출하하므

 로 설치 기간이 짧고 설치 작업이 간단   하며 설치비용이 적게 들고 완벽한 성능을 보장한다.

- SHOP에서 부분 조립후 출하하여,    설치장소에서 조립 시운전하므로 설 치 기간이 길고 설치작업이 복잡하여,

 설치비용이 많이 들고, 성능 보장에

 어려움이 있다.

2. 구조

- 통상 하부에 자체의 냉각수조와 보   급수 조정구 및 스트레이너 등을 포함한다.

- 통상 하부의 냉각수조는 별도의 콘   크리트 토목공사에 의한다.

3. 보수,

 정비

- 셀 수가 커지므로 관리대상 숫자가   많다. 보수· 정비는 낮은 수준으로 쉽게 할 수 있다.

- 관리 대상 숫자는 적으나 중 보수· 정비 수준이 요구된다.

4. 운전비

- 시스템이 세분화되고 독립적인 경우

 분할 및 STEP 운전이 용이하여 좋으 나, 단일 시스템의 중앙집중식의 경우 운전비가 커질 수 있다.

- INVERTER CONTROL 등이 가능하다.

5. 투자비

1.2

(냉각수조 포함)

1.0

(별도 냉각수조 : 0.8)

6. 용도

- 공조용/냉동, 냉장용

- 전자/통신

- 제철/발전/화학

7. 총괄

1. 공장조립형은 납기가 빠르고 옥상설치가 가능한 장점을 갖고있다.  또한,

 냉각탑의 이동, 재배치가 용이하다.

2. 공장조립형은 재순환과 보수· 정비성에서 불리하다.




․ 직교류형 / 향류형

비교기준

직교류형

향류형

1. 소음

 

- 수적음이 크다.

2. 보수,    정비

- 냉각탑 각 부의 접근이 용이하고 점검·보수성이 좋다.

- 운전중에도 수분배 계통, 하부수조    등의 점검· 보수 및 접근이 용이하다.

- NOZZLE 등 수분배 계통의 점검 및

 보수가 불편하다. 냉각수의 순환 운전

 중에는 수분배계통, 충진재, 하부수조

 보급수 계통 및 스트레이너 등의 점 검, 보수, 접근이 곤란하다.

3. 투자비

1.2 ~ 1.3

1.0

4. 용도

- 수질이 나쁠 경우, 보수·점검이 좋으므로  적합함.

- 공조용 : 소형이므로 점검, 보수, 접 근의 용이성이 가치가 큰 경우

- 저렴한 초기 투자비

5. 총괄

1. 과거의 통상적인 비교 특징은 더 이상 유효하지 않으나 여전히 비교가치가 있는 것은 다음 사항이다.

   ① 점검· 보수성 : CROSS FLOW가 좋음.

   ② 초기 투자비용 : COUNTER FLOW가 좋음.

2. 따라서, 초기비용의 면에서는 COUNTER FLOW가 유리하며, 수질이 나쁘거나 냉각탑이 소형으로 내부 진입이 어려운 경우 또는 점검 ·  보수성의 가치가 클 경우 CROSS FLOW가 유리하다.




흡입형 / 압입송풍형

비교기준

흡입형

압입송풍형

1. 외관

- 통상 상부에 축류팬이 노출되어 있다.

 

2. 성능

- 토출/흡입 공기속도비가 커서 바람에

 의한 재순환 성능저하가 적다.

- 토출/흡입 공기속도비가 적어 바람에

 의한 재순환 성능저하가 많아 치명적   일 수 있다.

3. 소음

 

- 비교적 크다.

4. 보수,

  정비

- FAN PART는 WET STREAM내에   있어서 불편하고 빈번한 보수· 점검이   요구된다.

- 점검· 보수가 불편하고 운전중 접근이 불가하다.

- 내부에 압력이 걸리므로 누수 주의가 요망됨.

5. 운전비

 

- 압송식의 특성상 공기저항이 크므로

 팬 동력비가 30%이상 커진다.

6. 투자비

1.0

1.1 ~ 1.2

7. 용도

- 일반적인 옥외형.

- 공기유동 저항이 큰 지하설치용에    적합.

8. 총괄

1. FORCED DRAFT TYPE은 원심형 팬의 채택이 가능하므로 냉각탑 유동공기의 부가 손실이 필요한 지하설치용 등의 용도에 적합하다.

2. 일반적인 옥외설치에 있어서 FORCED DRAFT TYPE은 바람의 영향 및 재순환에 의한 심각한 성능저하를 예상해야 한다.



․ 개방형 / 밀폐형

비교기준

개방형

밀폐형

1. 냉각수

- 냉각수가 외기와 순환하여 오염되므   로 냉각수 순환 계통에 부식 및 스케일 장애를 일으킬 수 있다.

- 냉각수가 밀폐 순환하여 외기와 직접 접촉되지 않아 냉각수의 오염도가 적다.

- 동계 운전시 냉각수의 동결방지를    위하여 부동액(에칠렌글리콜)을 유입하면 별도의 동결방지 시스템이 필요없다.

2. 운전

- 동절기 운전시 냉각수의 결빙 대책을 세워 운전해야 한다.

- 연중 운전과 백연방지 운전이 가능하다.

3. 운전

  동력

 

- SPRAY PUMP MOTOR가 장착되어 개방형보다 크다.

4. 설치

- 동일 냉각능력 기준, 설치 면적이 밀폐형보다 작다.

5. 중량

- 경량이다.

 

6. 설비비

1.0

3~4 : 1

7. 적용

일반형

- 냉각수의 오염 방지나 연중 또는 비상시 운전이 필요한 경우 적합함.

8. 총괄

1. CLOSED TYPE은 냉각수의 오염이 심각한 문제가 되는 경우에 적합하다.

2. 부가적으로 CLOSED TYPE은 백연제어, 결빙제어가 유리하고 보급수량이

 줄어드나 선택기준으로는 비용적인 측면에서 만족스럽지 못하다.




2. 냉각탑 골조재 비교

․ 목재 / 철재 / FRP / 콘크리트

 

WOOD

STEEL

F.R.P

CON'C

1. 수명

15년

10년

30년

40년 이상

2. 특징 및

 보수정비성

- 냉각탑은 약

 7~8년 주기로

 INFILL 부분 교

 체 및 대부분의

 부품들의 교체 또

 는 정비가 필요하

 며 이에 따른 정

 비 보수시에 어려

 움이 크다.

- 변형 또는 부분부식 등이 발생 될 수 있다.

- 냉각탑은 약

 7~8년 주기로

 INFILL 부분 교

 체 및 대부분의

 부품들의 교체

 또는 정비가 필

 요하며 이에 따

 른 정비 보수시

 에 어려움이 크

 다.

- 변형 또는 부분부식 등이 발생 될 수 있다.

- 냉각탑은 약

 7~8년 주기로

 INFILL 부분 교

 체 및 대부분의

 부품들의 교체

 또는 정비가 필

 요하며 이에 따

 른 정비 보수시

 에 어려움이 크

 다.

- 부식 발생이 없다.

 

 

- 보수 정비가 매우 용이하다.

3. 초기 투자

 비용

(FRAME 금액)

0.85

1

1.25

1.3~1.4

4. 기타

- 상용화됨.

- 문제점(부식등)이 도출됨.

- 중, 소형의 용량의 경우에는 적합

- 상용화됨.

- 문제점(부식 등)이 도출됨.

- 중, 소형의 용량의 경우에는 적합

- 국내 적용단계

 

 

- 중, 소형의 용량의 경우에는 적합

- 상용화됨.

 

 

- 중, 대형의 용량에 적합

5. 총괄

1. FRAME 부재는 WOOD/STEEL에서 FRP를 선호하는 추세임.

2. CONCRETE는 타 부재에 비해 중량이 상당히 커짐.




3. 충진재 형식비교

․ 필름형 / 비말형

비교기준

필름형 충진재

비말형 충진재

1. 장점

- 단위 체적당 열교환 능력이 높아

 고효율을 나타내며 소요면적이 작다.

  (Ka : 19000 ~ 23000)

- 냉각탑을 FILM FILL로 개선할 경우   통상 30~50%의 냉각능력을 더 키울   수 있다.

- 화재대비 자기소화성을 가지고 있다.

- 냉각수의 오염이 심한 폐수처리용

 등으로 주로 쓰인다.

- 고온의 냉각수에 적용이 가능하다.

- CROSS FLOW 냉각탑의 경우 청소   및 유지보수가 편리하다.

2. 단점

- 냉각수의 오염이 심한 경우 적용이  불리 하다.

- 고온의 냉각수에 적용이 불리하다.

- 수질관리가 반드시 필요하다.

- 단위 체적당 열교환 능력이 적으므로

 저열전달 효율을 나타내며 소요면적이

 크다. (Ka : 5000 ~ 7000)

- 방부처리가 불완전하게 되었을 경우

 부식이나 미생물학적인 파손이 심해

 빨리 파손되어 냉각효과를 떨어뜨린다.

- COUNTER FLOW에는 적합하지 않다.

3. 적용

- NEW TYPE으로 높은 열교환 효율을 갖고 있어 최근 주사용 품이며,      COUNTER FLOW 및 수질이 양호한   저온 냉각수 CROSS FLOW 냉각탑에   주로 사용된다.

 

- OLD TYPE으로 낮은 열교환 효율을   갖고 있어 사용이 줄고 있으며         CROSS FLOW  및 고온의 냉각수를   사용하는 냉각탑이나 오염이 심한 냉   각수의 경우에 주로 사용한다.

4. 총괄

1. 폐수 등 특별한 경우 이외에는 별도의 수처리 설비를 갖추고 FILM FILL을   사용하는 것이 바람직하다.




4. 팬 형식 비교

축류팬

원심팬

80% 이상 적용

대풍량 / 저정압

고효율

에너지 소모가 낮음

개선된 저소음형

대풍량 / 고정압

(실내설치 / 닥트연결)

에너지 소모가 큼



5. 수분배 시스템 비교

중력 분배식

압력 분사 분배식

개방형 수조

보수점검 용이

수조 수위로 수량조절가능

압력배관

대구경 노즐 필요




 

냉각탑의 부적합한 선정은 에너지의 과도한 낭비를 초래하고 민원과 안전문제도 발생하여 추가적인 비용부담을 갖게 된다.  최적선정방안은 시스템의 특성과 연관시켜 시스템 전체의 설비비와 운전비를 포함하는 경제성 검토가 주 목적이다.  그러나 민원과 안전에 문제없는 형식, 용량, 배치와 설치 등의 세부적인 사항에 대한 충분한 사전숙지가 필요하며 냉각성능의 보장, 내구성 및 보수점검성은 별도로 검토항목에 포함시켜야 한다.


1. 시스템의 선정

  냉각시스템에서 수냉식과 공랭식, 냉각탑의 개방식과 밀폐식, 냉각기기의 형식, 냉각수 배관과 순환펌프의 통합여부, 운전방식과 자동제어방식 등의 시스템 선정에 있어서 냉각탑은 설비비와 운전비의 한 요소가 된다.  냉각탑의 설비비는 시스템에서 통상 5% 미만의 비중이고 운전비의 비중은 더 적어지나 다음 사항은 시스템 선정 시 중요한 검토요소가 된다.

  ● 냉각수의 순환수량과 입출구 수온을 표준조건에 구애받지 않고 변화시켜 경제성 비교검토를 한다.  에너지 비용의 집계년수에 따라 냉각기기, 냉각수 펌프 및 배관, 냉각탑등의 최적 선정 결과가 크게 달라짐을 알 수 있다.  특히, 냉각수 공급온도를 약간 더 낮추었을 때, 냉각탑의 비용증가 보다 훨씬 더 큰 폭의 냉각기기, 냉각수 펌프 및 배관의 설비비와 운전비가 절감될 수 있다.


2. 냉각탑의 능력 선정

냉각탑의 능력을 선정하기위한 최소필요 사양항목(설계조건)은 다음과 같다.

  ● 순환수량 kg/h(L)

  ● 입구 수온(HWT)

  ● 출구 수온(CWT)

  ● 입구공기 습구온도(WBT)

  냉각탑의 능력선정은 제조자의 선정표 또는 프로그램에 의하나 필요 사양치는 설비설계자의 책임사항이 되므로 특히, 입구공기 습구온도의 선정은 충분히 검토해야 한다.  냉각탑 능력은 설계점을 기준으로 하나, 냉동기 산업에서 사용하는 표준냉각톤으로 표시할 수 있다. - 영문단위 표기는 CRT로 하며 표준설계조건(냉각수 입구온도 37℃, 냉각수 출구온도 32℃, 입구공기 습구온도 27℃)에서 순환냉각수 유량이 0.78㎥/h 일 때, 냉각탑 능력을 1톤으로 한다. 


3. 냉각탑의 입구공기 습구온도의 선정

  냉각탑 설계조건인 입구공기 습구온도는 국내에서 통상적으로 27℃를 선정하기도 하나 상당한 주의를 요하며 시스템과 현장의 여건에 맞는 설계조건을 설비설계자의 책임으로 결정해야하며 다음사항을 모두 고려해야 한다.


  ● 주변공기 설계습구온도 : 년간 0.4%의 시간(35hr)이 상회하는 지점을 추천하며 미국냉동공조협회 핸드북 기준으로 다음과 같다. (℃)

        서울  26.5                    인천  25.2    

        대전  25.9                    울산  26.4

        대구  26.3                    제주  27.5

        광주  26.4                    강릉  25.3


  ● 재순환에 의한 상승온도 : 냉각탑에서 토출되는 공기는 34℃ 이상이며 거의 포화된 상태이므로 재순환 하는 경우, 냉각탑 입구공기 습구온도가 상승하게 된다.  재순환율은 바람과 토출공기의 속도비, 냉각탑 형태에 따라 달라지며 저기압 상태와 빌딩에 의한 와류현상 시 더 크다고 볼 수 있다.  또한, 냉각탑의 공기토출구 보다 더 높은 주변 장애물은 바람의 속도에 비례하여 상당한 재순환을 가져오므로 주의해야 한다.  표준적인 상태에서 재순환에 의한 습구온도의 상승은 풍속이 초속 4m의 경우로 산정할 수 있다.

 

  풍속(m/s)     재순환율(%)   상승온도(℃)

        2              1.8             0.14   

        3              2.5             0.19   

        4           2.9           0.22   

        5              3.2             0.24   


  ● 간섭에 의한 상승온도 : 간섭은 주변의 다른 냉각탑에서 토출된 공기가 흡입되는 것을 말하며 탑간 거리와 풍향 및 저기압과 밀접한 연관이 있다.

  동일 장소에 대용량의 냉각탑이 설치되는 경우에도 발생하며 개방된 장소에서 용량별 보정온도는 다음과 같다.

  냉각탑 용량(CRT)   상승온도(℃)

     10,000             0.1

     40,000             0.2

     90,000             0.3

  ● 기타 열원에 의한 상승온도 : 냉각탑 흡입공기에 영향을 주는 배기나 장비 등의 열기가 있는 경우 

  ● 입구공기의 유동제한 영향 : 냉각탑 설치환경에 따라 냉각탑의 입구공기에 저항이 있는 경우 공기량의 감소를 보완해야 한다.

  ● 최근 환경변화추세와 지역별 특성에 따른 영향 : 주변공기 설계습구온도의 기준은 오래된 과거년도의 데이터이므로 최근의 지구온난화 추세가 급격한 것에 대한 고려가 필요하다.  또한, 지역별 주변에 따른 영향도 무시할 수 없으며 기준 온도 데이터는 복사열을 받지 않는 곳에서 얻은 것이므로 건물 옥상에 냉각탑이 설치될 경우 자체 건물과 주변 건축물의 복사열에 의한 온도상승도 간과할 수 없다.  이러한 영향의 평가는 쉽지 않으나 경험상 도시에서는 0.2-0.5 ℃의 온도상승이 예상된다.



4. 냉각탑의 표준냉각능력 산정과 기준 (냉동기 산업)

냉각탑의 표준냉각능력은 표준설계조건에서 순환수량이 0.78㎥/h일 때 1톤으로 한다. (냉각열량은 4.53kW{3900kcal/h}에 해당)

단, 영문단위표기는 CRT(Cooling-tower Refrigeration Ton)로 한다.

표준설계조건은 냉각수 입구온도 37℃, 냉각수 출구온도 32℃, 입구공기 습구온도 27℃이다.

냉각탑의 표준냉각능력은 다음과 같이 산정한다.


냉각탑 표준냉각능력(CRT) = 순환수량(㎥/h) * 1/0.78 * 변환계수(표 참조)


표 - 냉각탑 표준냉각능력 변환계수

냉각수온도 ℃

냉각탑 입구공기 습구온도 ℃

입구

출구

27

27.2 

27.4 

27.6 

27.8 

28.0 

28.2 

28.4 

37.0 

32.0 

1.000 

1.026 

1.053 

1.083 

1.114 

1.148 

1.185 

1.224 

37.4 

32.0 

1.052 

1.079 

1.107 

1.137 

1.170 

1.205 

1.242 

1.282 

37.5 

32.0 

1.065 

1.091 

1.120 

1.151 

1.183 

1.218 

1.256 

1.296 

37.6 

32.0 

1.077 

1.104 

1.133 

1.164 

1.196 

1.232 

1.269 

1.310 

37.7 

32.0 

1.089 

1.116 

1.145 

1.176 

1.209 

1.245 

1.283 

1.324 

38.0 

32.0 

1.125 

1.153 

1.182 

1.214 

1.247 

1.283 

1.322 

1.364 

38.1 

32.0 

1.137 

1.165 

1.194 

1.226 

1.260 

1.296 

1.335 

1.377 

38.3 

32.0 

1.160 

1.188 

1.218 

1.250 

1.284 

1.321 

1.360 

1.402 

36.0 

31.0 

1.209 

1.247 

1.289 

1.334 

1.383 

1.436 

1.495 

1.560 

39.0 

32.0 

1.235 

1.265 

1.296 

1.329 

1.364 

1.402 

1.442 

1.486 

41.0 

32.0 

1.421 

1.453 

1.486 

1.521 

1.559 

1.599 

1.642 

1.688 

40.0 

32.0 

1.334 

1.364 

1.396 

1.430 

1.467 

1.506 

1.548 

1.593 


냉각수 수질기준 (필름형 충전재용)

수질항목

냉각수

보급수

pH

6.5-8.0

6.5-8.0

전기전도율 (㎲/㎝)

800 이하

200 이하

염화물 이온 (㎎ Cl­/ℓ)

200 이하

50 이하

황산 이온 (㎎ SO₄²­/ℓ)

200 이하

50 이하

산 소비량 (㎎ CaCO₃/ℓ)

100 이하

50 이하

칼슘경도 (㎎ CaCO₃/ℓ)

150 이하

50 이하

탁도 (도)

20 이하

5.0 이하


 

5. 냉각탑의 배치방법

  냉각탑의 냉각매체는 공기이나 대기이므로 배치는 가능한 넓게 할수록 재순환과 간섭, 바람의 속도와 방향등에 따른 잠재적 성능저하를 최소화 할 수 있다.  그러나, 실제적으로는 배치면적이 협소할 뿐 아니라 여유가 있는 경우라도 주차장 등 다른 용도로 활용할 면적을 넓히기 위해 가능한 좁혀서 배치되는 실정이다.  또한, 미관적인 고려에서 위치가 결정되고 장애물이 설치되는 경향이 있으나 성능저하를 최소로 하는 간격배치와 주위장애물의 영향을 알고 배치를 검토하여야 한다.


  ● 장애물과의 이격거리 : 장애물은 주변의 높은 건물, 옥상의 난간 그리고 냉각탑을 가릴 목적의 팬스 등이다.  장애물의 높이가 냉각탑보다 높을 경우에는 항상 심각한 재순환이 일어날 수 있으며 2면 이상일 경우 치명적인 성능저하로 나타난다.  장애물과 냉각탑 흡입구와의 이격거리는 냉각탑 높이만큼을 추천한다.  직교류형에서는 공기흡입구 높이로 완화할 수 있다.  협소한 배치현장의 경우 장애물에 루바를 가능한 설치하도록 한다.


  ● 냉각탑간의 거리 : 바람에 의한 간섭영향을 줄이도록 배치되어야 한다. 저항 및 후류가 없는 횡방향 배치간격은 냉각탑 길이 만큼을 추천하고 있다. 흡입구가 마주 놓일 경우에는 냉각탑 높이의 2배 만큼, 직교류형에서는 공기흡입구 높이의 2배로 완화시킨다.


  ● 공기유동제한 : 배치간격의 최소치 개념은 공기 저항을 더 일으키지 않도록 공기흡입구 정미면적만큼의 공기 유동의 자유면적을 확보하는 것이다. 냉각탑 하부에 골조를 세워 배관 공간 및 공기 유도의 면적으로 사용하면 성능저하를 줄일 수 있다.

  ● 바람방향과 기타 : 적은 면적의 냉각탑면이 마주치게 하는 것이 좋다. 배관 및 자동제어방식에 따라서도 배치방법이 달리 고려되어야 한다.

  주변여건에 따라 장애물이 많거나 높은 경우 혹은 협소한 경우에는 설계 입구공기 습구온도를 높혀서 보상해야한다.


6. 냉각탑의 위치선정과 설치방법

  냉각탑의 성능유지를 위한 배치방법을 고려하는 것 이외에도 냉각탑의 위치선정이 잘못되면 환경오염원이 될 수 있으므로 주의를 요한다.

  소음은 냉각탑 민원문제로 빈번히 발생한다.  충분한 사전 검토가 없이 설치를 한 다음 방음대책을 세울 경우 엄청난 비용을 감수해야 한다.  거리감쇠로 민원대상과 멀리 떨어지게 설치하는 것이 우선이고 밀집지역에서는 초저소음형의 선정으로 소음원을 줄이는 것이 경제적이다.  팬 구동부와 냉각수의 소음대책은 사전계획이 가장 중요하다.  차후의 방음시설은 어떠한 경우라도 성능을 저하시키거나 막대한 비용부담을 안게 된다.  목표지점에서의 소음예측은 소음원, 거리, 반사벽, 장벽, 대기상태 및 방향성에 따라 이론식과 다소의 차이를 가지므로 주의를 요한다.

  소음문제가 예상되는 설치위치는 백연문제도 함께 발생한다고 생각되어지므로 백연방지형의 선택여부를 검토한다.

  비산은 작은 물방울이 토출공기와 함께 배출되어 낙하됨으로 인근보행자에게 불쾌감을 주지 않도록 냉각탑 위치를 조정해야 하고, 비산이 레지오넬라균의 이동경로이므로 중앙식 공기조화기의 외기취입구로 바람에 의한 이송이 되지 않도록 해야 한다.  특히, 병원에서는 공조기의 멸균장치로만 이에 대비하는 경우가 많은데 저항력이 약한 환자에게 비산되지 않도록 출입로 및 산책로 등을 고려하고 고층에 설치하거나 병동과는 별도로 설치하여야 마땅하다.

  진동은 운전중량에 대한 구조설계시 함께 고려되어야 하며 가능한 다른 공조기와의 공진 여부도 살펴야 한다.  기둥과 주보에 하중이 전달되도록 설치가 계획되어야 하며 기초 및 슬래브의 강도 확보가 중요하다.

  냉각기기보다 낮은 위치에 설치하는 경우, 냉각탑 하부수조를 충분히 크게 할 필요가 있다.

  진입로, 양중방법, 통로 및 작업면적이 확보되어야 하며 보수 및 교체시에도 문제가 없는지 확인한다..

  지상 설치시에는 나뭇잎 등의 이물질의 유입을 방지하여야 한다

  배수, 오버후로우 등을 위해 냉각탑 주변에 배수로가 설치되어야 하며 안전을 위한 접근방지 팬스와 경고문, 소화전 및 소화기의 배치를 추천한다.



7. 냉각탑의 배관

냉각탑 하부수조의 운전수위보다 높은 위치에 있는 배관라인을 가능한 줄여야 한다.  특히 수평배관을 줄이지 않으면 냉각수 순환펌프의 시동시 하부수조의 수위가 과도하게 낮아져 공기가 유입되고 펌프 정지 시에는 수위가 과도하게 높아져 냉각수가 넘친다.

  다수의 셀로 구성된 냉각탑이 여러대가 설치되어 하나의 배관으로 연결하는 경우에는 역환수배관(reverse return system)을 고려할 수 있으나 통상적으로 대부분 필요하지 않다.  냉각탑의 하부수조는 수로나 균압관(equalizing pipe)으로 연결시켜야 하며 반드시 수력계산에 의하여 확인하여야 한다.  모든 라인의 수압손실을 계산하되 설계와 달라질 수 있는 현장오차를 충분히 감안하여 수압차이를 상쇄시킬 수 있는 조정밸브를 설치하여야 한다.

  냉각수량 분배오차는 최대 10% 이내로 설계하면 적합하다.  조정된 상태에서는 최대 20% 분배오차까지 냉각성능은 거의 영향을 받지 않도록 냉각탑을 설계하는 것이 일반적이므로 냉각수 분배오차에 따른 성능저하는 크지 않다.

  냉각탑과 연결되는 모든 배관은 개폐기능을 포함하는 밸브와 플렉시블 조인트를 장착한다.  배관라인의 수축 및 팽창이 영향을 미치지 않는가를 검토하여 필요시 익스펜션 조인트를 설치한다.  또한, 냉각수가 순환하면 운전중량이 변화하고 방진스프링의 쳐짐이 더해짐으로 배관연결 부분의 응력에 문제가 없는지를 검토하고 배관작업 시 이를 유의하여야 한다.



 

가. 화재

냉각탑의 화재는 상상외로 빈번하게 발생하고 있으며 소재와 구조 특성상 화재시 짧은 시간에 전소하며 소화가 어렵다.

(1) 화재사고 사례

  (가) K사의 대형화재는 냉각탑 상부에서 배관시공자의 작업도중 용접불똥이 충진재에 떨어지며 인화되어 전소되었다.  건설완료 단계이었으므로 전체 공정의 차질과 금전적 손실이 컸다.

  (나) H사의 건설시, 냉각탑 완료직전 상부에서 산소 절단작업을 하던 중 수조분배구멍을 통해 충진재에 떨어진 절단조각에 의해 인화되어 전소함.

  (다) 서울 B사에서는 기존 냉각탑의 보수작업중 소화수를 비치하였는데도 불구하고 충진재에 부착된 발화성 먼지에 의해 불길이 확산되어 전소함

  (라) 기 인지된 20여건의 실제 화재는 모두 가연성 소재, 미경험자에 의한 작업/관리, 용접 및 절단작업 금지수칙 무시 등에 기인하는 공통점을 갖고 있다.


(2) 화재 대책

  (가) 설계시(발주사양) : 소재를 가능한 난연성으로 한다.  충진재가 플라스틱일 경우 PVC(자기소화성)로 한다.  FRP는 난연성 수지를 사용할 수 있으며 목재는 방염처리를 고려할 수 있다.  필름형 충진재를 폴리프로필렌이나 폴리스티렌으로 할 경우 화재의 위험성은 상존한다.

  여러 셀의 경우 방화벽을 설치하고 수조동결방지히타는 수위안전스위치 또는 과열차단기를 부착하며 주변을 금속으로 한다.  또한, 냉각탑 양측에 계단 또는 대피용 사다리 설치를 의무화한다. 

  (나) 설치 및 보수 작업 : 현장에서 용접 및 절단은 금한다.  특히 가연성 부품 설치 후에는 반입조차 금한다.  배관은 사전 제작하여 조립하는 시공순서를 갖는다.  부득이한 경우, 가연성 자재 철거, 소화기 준비 및 감시조를 편성하여 작업에 임한다.

  기존 냉각탑에서는 용접 및 절단작업을 허용해서는 안된다.  철거시에도 모든 가연성 물질을 제거한 후 실시한다.


나. 안전

(1) 안전사고 사례는 잘 보고되지 않으나 빈번하게 발생한다.  울산 D사에서 팬 보수 작업중 타인이 팬을 구동시켜 두명이 사상하는 사고가 있었다.  팬 날개의 파손사고는 종종 발생하며 인명피해도 줄 수 있으며 구동부 파손으로 이어진다.  미끄럼 사고는 작업판 미비, 비산수 고인 물 또는 결빙에 의해 발생한다.


(2) 안전사고 대비책은 다음과 같다.

  (가) 팬은 자동온도조절장치에 의해 자동으로 작동될 수 있으므로 팬에 무단 접근하는 것은 위험함을 인지시켜야 하고 팬 주변에 이에 대한 경고 스티커를 붙여야 한다.  또한 비 관계인의 접근을 물리적으로 제한될 수 있는 시설을 갖추어야 한다.

  (나) 팬 점검 및 보수 시 조작스위치의 타인 접근방지책을 확보해야하고 V-BELT 또는 구동축을 떼어놓고 작업한다.  

  (다) 팬 실린더 상부의 보호망은 금속으로 제작설치하고 실린더 높이가 1.8m 이상이면 설치하지 않도록 한다.

  (라) 과진동을 감지하여 전동기 전원을 차단실 수 있도록 진동스위치 부착을 고려한다.

  (마) 구동 축은 이탈방지 가드를 설치하고 노출된 회전체는 커버로 보호한다.

  (바) 작업 및 점검자의 통로 및 발판 등은 충분히 확보한다.

  (사) 바닥에 고이는 누수, 비산은 즉시 조치한다.

  (아) 구동부의 이상 소음/진동의 점검을 1일 1회 패트롤을 실시하고 정기적인 검사를 실시한다.


다. 민원

(1) 소음으로 인한 민원발생 : 소음은 환경법적으로 엄격히 규제되어 있으며 배출허용기준보다 소음이 작은 경우에는 민원이 제기되는 사례가 발생하고 있다.


(2) 비산으로 인한 민원발생

  (가) 재향군인회병의 레죠오넬라균이 냉각수내에 존재하며, 이동경로는 냉각탑의 가동시 비산으로 인해 비산수가 호흡기를 통하여 폐에 들어감으로써 발병하는 것으로, 비산이 많은 냉각탑에 대한 설치를 반대하는 민원이 자주 발생됨.

  (나) 비산수에 의한 물방울이 주변에 떨어질 경우 냉각탑 주변의 보행자(거주자 포함)에게 직접 영향을 줄뿐 아니라 주변에 주차중인 차량 및 인접 건물의 벽과 창문 등에 얼룩을 지게 하므로 민원이 발생됨.

  (다) 비산수가 바닥에 떨어져 고이게 되면 결빙되거나 이끼류 생성 등 주변이 오염됨.


(3) 백연발생으로 인한 민원발생

  (가) 주로 주거지역에 인접하여 냉각탑을 설치할 시 냉각탑에서 발생하는 백연으로 인해 시각적 장애 및 공해물질로 인식하여 민원을 유발시킴.

  (나) 저기압시 백연이 위로 올라가지 못할 경우 주변의 시야를 가려 교통사고 유발 등의 원인이 될 수 있음으로 민원 대상이 됨.

  (다) 화재로 오인 또는 공해물질배출 등으로 인식되어 B/D에 입주해 있는 회사 이미지와 연관시키게 될 수 있다.


(4) 민원발생에 따른 대책 방안

  (가) 소음 대책

  - 저소음/초저소음형 냉각탑과 저소음 팬을 사용하여 소음 원인을 없앤다.

  - 낙수 소음을 차단하기 위해 향류형보다 직교류형을 채택하거나 낙수소음판을 설치한다.

  - 보다 낮은 소음이 요구될 시 냉각탑 크기를 키우고 풍량을 줄이는 방향으로 설계한다.

  - 냉각탑 주변에 방음벽이나 소음기의 설치를 고려한다. (보다 큰비용이 수반됨)

  (나) 비산 대책

   - 고성능의 비산방지판(ELIMINATOR)을 설치하여 비산량을 줄인다. (동력은 증가함)

   - 저소음/초저소음형 냉각탑은 풍량과 풍속이 적어 상대적으로 비산이 적으며 백연방지냉각탑은 비산이 거의 없다.

  (다) 백연 대책

   - 백연방지형 냉각탑을 적용한다.


(5) 민원발생 사례

  (가) SK-부산 냉각탑 교체 : 주변의 민가에서 소음 및 비산 (아파트내 주차된 차량이 오염)에 의한 민원이 제기되어 향류형 냉각탑에서 초저소음 직교류형으로 교체함.

  (나) 현대건설(주)에서 시공한 구로동 냉각탑 신설 : 주변의 민가에서 소음 및 비산에 의한 레죠오넬라균 확산 등에 의한 우려로 냉각탑 신설 전에 민원 제기함.

  (바) 정부중앙청사(광화문) : 백연으로 인해 화재로 오인되어 소방차가 출동한 사례가 있으며, 중앙정부청사의 이미지상 백연방지 냉각탑으로 교체하고 별관청사(광화문)도 백연방지형으로 적용함.

  (아) 63B/D : 소음 및 비산량 과대로 민원 발생

  (차) 기타

  - 안양, 중동, 일산, 분당 등 신도시 아파트 밀집지역의 열병합발전용 냉각탑은 건설시부터 민원문제를 예상하여 백연방지형을 선택함.

  - 인천신공항의 경우는 공항 등급 문제로 백연방지형이 채택됨.

  - 주상복합B/D의 대부분은 초저소음 백연방지형으로 채택됨.

  - 서울시 지하철공사의 지하역사에는 백연방지형 냉각탑이 채택됨.

  - 최근 민가에 인접한 산업용 냉각탑은 민원대비형 채택


라. 기타

(1) 건축물의 구조안전 검토 : 초기 시공시에는 구조설계사에 의해 냉각탑의 운전중량과 배관 등을 고려한 설계가 이루어진다.  추후, 냉각능력을 확장하거나 냉각탑 위치를 이동하는 경우, 반드시 냉각탑 운전하중에 대한 지반과 연관된 건축물의 공인된 구조안전검토를 시행한다.


(2) 보수공사 : 냉각탑은 외부에 노출되어 있으며 냉각매체가 대기이고, 내부가 상온보다 높아 부식이 빠르며, 수명이 상대적으로 짧아 빈번한 보수공사가 이루어진다.  보수공사시에는 화재/사고 등을 대비한 보험에 가입하고 적합한 설비면허 보유자에게 보수시공을 시켜야하며 반출되는 폐기물에 대한 적법한 처리증명서를 확보해 두어야 한다.



 

가. 개요

  모든 산업 기기는 설계된 성능과 최장운전 수명을 유지하기 위하여 원활한 운전과 정기점검 및 정비가 필요하다.  특히, 냉각탑은 관리 상태가 나쁠 때 성능저하가 매우 심하고 프로세스의 기기에 영향을 주어 시스템 효율은 급격히 떨어뜨린다.  그러나 적합한 운전과 예방정비 활동으로 고장을 예방하고 진단하기가 비교적 수월하다.


나. 운전전의 점검

(1) 청소

  (가) 하부수조(COLD WATER TANK)의 냉각수를 배수(DRAIN)하고 수조내에 끼어있는 슬럿지나 이물질을 제거한다.

  (나) 스트레이너(STRAINER)와 노즐 등 기타 부분의 스케일이나 이물질을 깨끗이 제거한다.


(2) 급수 : 순환펌프(CIRCULATION PUMP)를 단속운전 시켜 배관내의 공기를 빼내고 물을 채운다.  이때, 하부수조의 수위가 낮아져 순환수 출구(COLD WATER OUTLET)로 공기가 흡입되지 않도록 주의한다.


(3) 점검

  (가) 팬(FAN)의 운전전, 냉각수 입구(RISER PIPE)측 밸브의 개폐를 확인, 밸브를 열어 노즐(NOZZLE), 분사(SPRAY)상태를 확인한다.

  (나) 루바(LOUVER) 비산방지판(ELIMINATOR)등 기타 부분에 이물질이나 스케일(SCALE)이 끼어 있지 않나 점검한다.

  (다) 모든 부분의 볼트와 낫트의 조임상태를 점검한다.

  (라) 도장(PAINTING) 부분과 도금 부분이 벗겨지거나 부식하지 않았나를 점검한다.

  (마) 기어/벨트 감속기(SPEED REDUCER)의 축정렬/장력조절상태 및 급유(GEAR OIL/GREASE) 충만 상태를 점검한다.

  (바) 팬보스(FAN BOSS) 조임 낫트의 조임상태 및 팬날개(FAN BLADE) 조립상태를 점검하고 팬은 손으로 돌려보아 원활히 회전되는지 확인하며 팬의 끝과 실린더(CYLINDER)와의 간격 상태를 점검한다.

  (사) 팬의 회전방향이 공기출구 측에서 보았을 때 시계 방향인가 확인한다.

  (아) 위 사항이 이상이 없을 때 운전을 시작하며 운전개시 후 전류를 측정하고 전동기 명판에 표기된 정격전류 범위 내에서 운전되고 있는지 확인한다.

    

다. 냉각탑의 가동

(1) 펌프 구동

  (가) 통수 계통의 전역에 물이 충분히 순환하는지 순환 PUMP 를 조금씩 회전시키며 배관내에 공기를 뽑아내어 맥동 현상을 미연에 방지시킨다.

  (나) 순환 펌프를 가동시켜, 분배배관-노즐/ 상부산수조 (DISTRIBUTION PANEL)의 수분배 상태를 점검하고, 전체 수량은 펌프 출구의 전 수량 조절 밸브로 조정한다.

  (다) 정상 운전에 들어가기 전 하부수조(COLD WATER TANK)에 물이 소정 수위까지 있는지 확인하고 펌프를 가동한다.

  (라) 운전 개시 후, 조정변을 서서히 열고 설계 순환수량에 맞도록 가동한다.


(2) 팬구동

  (가) 탑체 주변 또는 흡입구 및 토출구 부근에 이상이 있는지 확인 후, 팬을 구동한다.

  (나) 팬을 단속운전시켜 회전방향, 이상소음과 진동은 이상이 없는지 확인한다.

  (다) 정상 운전에 들어가기 전에 전류를 측정하고 전동기 명판에 표기된 정격 전류치의 범위내에서 운전하는지 확인한다. 


라. 운전중의 주의사항

  (1) 성능 : 냉각탑의 성능은 순환 수량의 증감에 영향이 있으므로, 항상 규정 수량을 유지토록 주의하고 탑내는 청결하게 하여 이끼나 스케일이 발생하지 않도록 주의한다.

  (2) 수위 : 하부수조에 있는 물 수위가 낮아질 경우, 공기가 유입될 우려가 있으므로 운전 수위에 항상 주의해서 바른 수위까지 급수를 해야한다.

  (3) V-벨트 감속기 : 운전 개시 전, 벨트가 늘어나 있는 경우가 있으므로 운전 개시 초기에 벨트를 한번 점검하고 필요시에 조정하여야 하며, 그후에는 정기적인 기간 (1-2주)을 정해서 정기 점검 조정을 한다. 팬 벨트가 늘어날 것에 대비해 과도하게 당기게 되면  베어링과 축이 손상되니 주의한다.

  (4) 팬 : 팬은 2-3 시간 운전하면서 진동 또는 이상음이 있는지 확인하고 이상이 있을 때는 즉시 대책을 강구한다.

  (5) 기능

  - 운전중 진동음향 냉각수온 또는 전류 등에 주의하고 수시로 이상이 있는지 확인한다.

  - 진동음향의 발생원인은 주로 감속기, 전동기 또는 구동부에 있으므로 수시로 확인한다.

  - 적절한 배수(BLOW DOWN)로 순환수의 수질관리를 충분히 한다. 그렇지 않으면 냉각탑, 냉동기등 대상기기와 배관등에 슬러지가 생기게 된다.

  - 조그만 이상도 소홀히 하지 말고 그 원인을 규명하여 시정한다.


마. 정지시 점검 사항

  다음의 사항은 정지 시간 동안 검사가 수행되어야 한다.

  (1) 1주일 이상 정지시킬 경우 베어링의 부식 방지를 위해 적어도 1주일에 한번씩 10분간 기계부분을 운전 시켜야 한다.

  (2) 산수 노즐(SPRAY NOZZLE)은 이물질이 끼지 않았나 확인하고, 이물질이 끼어있으면 제거한다.

  (3) 모든 볼트와 너트의 조임상태를 확인하고 풀려진 것이 있다면 즉시 조인다.

  (4) 순환펌프 (CIRCULATION PUMP)를 단속운전시켜 배관내에 공기로 빼고 물을 채운다.  이때 하부수조의 수위가 낮아져 순환수 출구관 (Cold Water Outlet)으로 공기가 흡입되지 않도록 주의한다.

  (5) 전동기

  - 전동기의 고정볼트 조임 상태는 정지 시 점검되어야 한다.

  - 베어링에는 항상 깨끗한 구리스로 채워져 있어야 한다.

  - 일년에 한번씩 베어링을 분해해서 내부를 깨끗이 하고, 필요하면 베어링을 교체한다.

  - 베어링을 소제할 때는 히로셑 가솔린 혹은 사염화 탄소를 사용한다.


바. 동절기 운전

  동절기에는 대기 온도와 습구 온도가 설계치보다 훨씬 낮아지므로 냉각 효과가 크게 상승한다.  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 염두에 두어 팬을 운전하기 전에 스팀이나 더운물로서 결빙을 제거해야 한다.  만약 이 과정이 소홀히 취급될 경우 날개의 불균형이 생겨 큰 문제점이 발생하게 된다.  동절기에 냉각탑을 정지 시켰을 경우 파이프나 냉각수로의 물은 동파 방지를 위해서 전부 배수되어야 한다.


사. 냉각수 처리

  (1). 배수의 실시 : 설정한 수질과 농축배수에 맞추어 연속적인 배수(BLOWDOWN)를 실시한다.

  (2). 약품 처리 : 스케일, 부식, 미생물 방지를 위하여 약품처리를 추천하며 냉각수 수질을 제한 하기 위한 배수, 여과, 청소를 실시한다.

  (3). 거품 : 주로 물에 용해된 물질의 농축이나 거품을 일으키는 요소물에 의해 일어나며 배수를 통해 줄일 수 있고 거품을 없애는 약품을 투약 할 수 있다.


                   ** 냉각수 수질제한 조건 **

              

。 PH                     6.5 - 9.0

。 냉각수온                49℃

。 Silica                   150ppm as SiO2

。 Iron                     3ppm

。 Sulfides                  1ppm

。 Chlorine                잔류염소 1ppm,

                           연속투입시 0.4ppm

。 Chlorides                75ppm as NaCl

。 Sulfates                 1200ppm

。 TDS                    5000ppm

。 TSS                    25ppm

。 Calcium                 800ppm as CaCo3

。 Biological / Bacteria      10,000 CFU / mL

               * 본 수질표는 필름형충전재 냉각탑을 위한 것이며

                 프로세스내 냉각기기용은 별도 참조할 것


아. 냉각탑 점검표

  정비일정 및 점검표는 [표 1]과 [표 2]를 참조하여 활용한다.




[표 1] 냉각탑 점검 및 정비일정 (INSPECTION & MAINTENANCE SCHEDULE)

 

* 본 일정표는 일반적인 추천사항으로 더 잦은 주기의 점검 및

정비가 바람직함.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 홴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 전

 동

 기

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 감

 속

 기

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 엘

 리

 미

 네

 이

 터

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 충

 진

 재

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 하

 부

 냉

 각

 수

 조

 

 

 

 

 

 

 수

 분

 배

 시

 스

 템

 .

 노

 즐

 

 

 

 

 

 

 

 

 자

 동

 보

 급

 수

 밸

 브

 

 

 

 

 

 냉

 각

 수

 출

 구

 

 스

 트

 레

 이

 너

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 냉

 각

 탑

 골

 조

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 케

 이

 싱

 .

 루

 바

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 홴

 실

 린

 더

 

 

 계

 단

 .

 사

 다

 리

.

 점

 검

 문

 .

 난

 간

 

 

 

 

 

 홴

 가

 드

.

 구

 동

 부

 지

 지

 대

1. 막힘 여부 점검

 

 

 

M

M

 

W

 

W

 

 

 

 

 

2. 이상소음 및 이상진동 점검

D

D

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 키이, 키이홈, 고정나사의 검사

S

S

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 구리스 주유 및 점검

 

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 수질 분석

 

 

 

 

 

W

 

 

 

 

 

 

 

 

6. 홴 날개 간극 점검

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. 수위 점검

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

8. 누수 점검

 

 

 

 

 

Q

Q

Q

 

 

 

 

 

 

9. 일반상태 점검

Q

Q

Q

Q

Q

S

Q

S

Q

Q

Q

Q

Q

Q

10. 볼트풀림 점검 및 조임

Q

Q

Q

 

 

 

 

 

 

Y

R

Q

 

Q

11. 청소, 소제

R

R

R

R

R

Q

R

R

R

 

 

 

 

 

12. 도장

R

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. 재 바란싱

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. 벨트 장력 및 상태 점검

 

 

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. 안전점검 및 보수

W

 

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

Q

        D-매일;  W-매주;  M-매월;  Q-매3개월;  S-매6개월;  Y-매년;  R-필요시




[표 2] 냉각탑 검사 점검표 - 1/2


회사명                                              검사일                                     

냉각탑 구분 표시                                    검사자                                      

설치위치                                            제조업체                                    

사용용도                                            설치일                                      

셀   수                                             모델번호                                    

설계조건  순환수량          m3/h    HW           ℃    CW           ℃   WB          


검사상태  :  1 - 양호    2 - 감시필요    3-즉각조치필요


                                                            

1

2

3

  상태설명

 

구조재

케이싱                               

 

 

 

 

골  조                             

 

 

 

 

탑상면                             

 

 

 

 

계단 :             재질 :          

 

 

 

 

사다리 :           재질 :          

 

 

 

 

난  간 :           재질 :          

 

 

 

 

내부발판 :         재질 :          

 

 

 

 

하부수조 :                         

 

 

 

 


수분배 시스템

형    식                             

 

 

 

 

상부수조                           

 

 

 

 

수분배 배관                        

 

 

 

 

노    즐                           

 

 

 

 

수분배 상태                        

 

 

 

 


열교환부

충진재                               

 

 

 

 

충진재 지지대                      

 

 

 

 

엘리미네이터                       

 

 

 

 

엘리미네이터 지지대                

 

 

 

 







[표 2] 냉각탑 검사 점검표 - 2/2


검사상태  :  1 - 양호    2 - 감시필요    3-즉각조치필요

                                                   

                                             

1

2

3

 

구동부

 감속기

     감속단수                   감속비                   벨트형식, 길이, 수량                

     베어링 형식, 번호, 수량                                                                  

     주유 구리스/오일                     상품명                  이전주유일              

볼트조임상태 

 

 

 

 

축 정렬상태

 

 

 

 

V-벨트 마모/장력상태

 

 

 

 

베어링 상태 (소음, 온도)

 

 

 

 

이상 소음 및 진동

 

 

 

 


   제조자                     형식                     직경                   날개수          

  날    개                           

 

 

 

 

  허    브                           

 

 

 

 

  허브카바                           

 

 

 

 

  날개고정볼트                       

 

 

 

 

  간    극                        mm

 

 

 

 

  진 동 치                           

 

 

 

 

홴실린더                           

 

 

 

 

구동부 지지대                      

 

 

 

 

자동보급수 밸브                    

 

 

 

 

기타 부품                          

 

 

 

 


전동기

   제조자                명판마력                  HP      회전속도                   RPM 

   상수                 전압           V    F.L 전류                A    S.F                

   주유필요 ?                  주유구리스/상품명/이전주유일                                   

  이상소음

 

 

 

 

  이상진동

 

 

 

 

  이상과열

 

 

 

 







 

가. 개요

  표준적인 개방형 냉각탑의 제어를 위한 일반적인 사항이므로 각 현장의 특성과 비용을 고려하여 선택적으로 적용해야하며 적절한 운전방법과 제어 시스템 구성에 참조가 되도록 한다.


나. 냉각탑 제어목적과 기본사항

  (1) 냉각계통 운전상태 감시를 통하여 프로세스의 전반적인 운전에 연계한다.

  (2) 적정한 온도의 냉각수를 공급하고 유지한다.

  (3) 운전 인력비용을 절감하고 냉각탑 팬의 동력 절감을 이룬다.  운전비용은 냉각탑 팬 보다 프로세스측의 절감효과가 더 크므로 이에 합당하도록 냉각수온 제어가 선행되어야 한다.

  (4) 운전실의 위치, 냉각계통 및 프로세스 시설과 자동제어 수준, 요구사항 등 현장 시스템과 연계하여 검토되고 적정하게 선정되어야 한다.


다. 냉각탑 제어의 일반적인 조건

  (1) 냉각수의 출구수온을 제어목표치로 설정하여 냉각탑 FAN을 제어한다.  출구수온의 셋팅치는 냉각탑 설계조건보다 4-5℃ 낮추어 프로세스의 냉각효율을 최대로 한다.

  (2) 팬의 제어방법이 ON-OFF 일 때는 절환이 너무 잦아 기계적 수명이 문제되지 않도록 적절한 시간지연 제어가 수반되도록 한다.

  (3) STEP 제어는 단계가 많을수록 절감효과가 크고 냉각수온의 변화가 적으므로 시스템이 안정적이다.

  (4) 어떠한 자동제어 방법이라도 수동제어를 할 수 있어야 하며 현장에서 점검 및 보수를 위한 기동.정지 스위치와 중앙제어식인 경우에는 절환스위치가 구비되어야 한다.

  (5) 냉각수온의 과냉방지를 위한 알람을 설정하고 필요한 경우에는

TRIP POINT 설정을 고려한다.


라. 냉각탑의 일반적인 제어방법

  (1) 수동제어 : 표시되는 냉각수온을 육안으로 확인하며 수동으로 팬을 ON/OFF 시킨다.

  (2) TIC 제어 : LOCAL에 TIC를 두어 냉각수온을 설정하여 팬을 자동으로 ON/OFF 시킨다.  TIC 수 만큼 STEP 제어 효과를 얻는다.

  (3) STEP 제어 : LOCAL에 TIC와 STEP 콘트롤러를 두어 자동으로 팬을 STEP 제어한다.

  - STEP 한계가 6개인 일반적인 형태가 경제적이나 중앙제어나 감시를 원할 경우 PLC를 LOCAL에 설치하면 비교적 많은 수의 대상을 제어할 수 있다.

  - 중앙에 DDC를 설치하고 STEP 제어하는 방법은 비용이 크나 프로세스와 연계하여 제어하기가 쉽고 프로그래밍 수정이 쉽다.

  - 자동제어 시스템에 따라 중앙에서 DCS 제어할 수 있다.

  (4) 인버터 제어 : STEP 제어가 냉각탑을 ON/OFF 운전하는데 반해 팬의 속도를 제어하기 때문에 유리하며 SOFT START 효과를 얻는다.  비교적 큰비용이 수반되며 냉각수온의 일정온도 유지가 필요한 공정용에는 반드시 설치한다.

  (5) 기타 : 비용의 문제가 있을 경우 등 상기방법을 병합하여 제어할 수 있다.  여러 대의 경우 50%는 수동으로 50%는 자동으로 하여 일교차에 의한 수동제어를 24시간 이내에 필요로 하지 않도록 구성하는 방법 등을 고려한다.  또한, 팬 전동기의 극수 변환으로 STEP 단계를 늘이는 방법은 겨울철 운전 냉각탑에 효과적이다.


마. STEP 제어 추천 방안

  (1) STEP 제어의 개요 : 냉각탑출구수온을 설정하고 이에 맞는 운전모드를 자동으로 DCS에서 제어한다.  운전모드는 셀 별 팬의 ON/OFF로 구성할 수 있다.

  (2) 구성

  - 냉각탑 출구수온의 감시 : 센서는 냉각수순환펌프 출구측에 위치시킨다

  - 냉각탑 출구수온의 제어목표설정

  - 냉각탑 팬의 감시(상태/FAULT), ON/OFF 명령 및 자동/수동 선택

  - STEP 제어 LOGIC

  (3) STEP 제어 LOGIC 목표 : 냉각탑출구수온(PV)을 설정수온(SV)과 비교하여 모드를 순차제어한다.  모드의 순차제어는 자동으로 설정된 팬에 한정한다.  빈번한 모드 변경 또는 과도한 응답지연을 방지하기 위하여 필요한 제어 설정값을 변경할 수 있도록 한다.

  (4) 팬의 기동방법 : SOFT 기동을 추천하며 비용의 문제시 1대만 MCC에 설치하여 기동 시에만 사용하고 BY-PASS 시키는 구조로 설계한다.  직기동방식은 감속기와 V-벨트 등 구동부의 심한 마모가 예상되므로 피해야 한다.


바. 기타

  냉각탑 제어용 각 설정치는 센서의 위치와  감응정도에 따른 냉각수 온도변화의 지연 등이 수반되며, 냉각수 순환계통 및 프로세스 시스템의 특성이 관여하므로 현장 운전특성과 제어 특성에 따라 적절하게 조정하고 변환할 수 있도록 한다.


냉각탑의 성능요소


습구온도(Wet-Bulb Temperature) : 증발식 냉각탑 설계의 기본요소는 유입되는 공기의 습구온도이다.  습구온도는 젖은 헝겊으로 싸여진 수은구(球)에 공기를 유동시켜 측정한다.  설계 입구공기 습구온도는 냉각탑이 설치될 현장의 것이어야 하며, 최대부하에서 최적의 냉각수를 얻을 수 있도록 선정되어야 한다.  현장에서 가까운 지역의 기상청 실측자료로부터 시스템의 중요성, 현장여건 특히 재순환에 따른 보정, 간섭 등의 요소를 참조하여 결정한다.


 


건구온도와 상대습도(Dry-Bulb Temperature & Relative Humidity) :
자연통풍식, 드라이쿨러, 백연방지형에서는 반드시 필요하고 증발형 냉각탑에 있어서 증발의 절대비율을 알고자 할 때 필요하다.  설계조건의 선정개념은 습구온도의 경우와 동일하며 항상 설계조건으로 설정할 것을 권장함.


● 열부하(Heat Load) : 실제적인 열부하는 자체는 시스템에서 부과되며 온도조건이 같다면 냉각탑의 크기와 비용은 열부하에 비례한다. 그러므로 정확한 열부하의 결정이 이루어지는 것은 기본적으로 중요한 일이다.





 

 














순환수량, 입출구수온차(Range), 어프로치(Approach) : 동일한 열부하는 순환수량과 입출구수온차의 무한조합으로 이루어지며 다음의 식과 같다.


열부하(kcal/h) = 순환수량(m3/h) * 입출구수온차 (℃ 입구수온-출구수온) * 밀도(=1000 kg/m3) * 비열(=1 kcal/kg.℃)


어프로치(Approach, 냉각된 물의 온도, 즉 출구수온과 입구공기 습구온도의 차이)는 냉각탑 크기에 지대한 영향을 미친다.  어프로치가 작아짐에 따라 냉각탑 크기는 기하급수적으로 커지게 된다.  어프로치가 2.8 ℃ 보다 작아지면 냉각탑의 성능을 보증할 수 없다.  순환수량과 입출구수온차는 동일한 열부하를 처리하기 위해서 무한조합으로 이루어질 수 있으나 순환수량을 줄이고 입출구수온차를 크게 하면 냉각탑의 크기와 냉각수 펌프와 라인을 줄이게 된다.



간섭 효과(Interference) : 냉각탑 상류의 열원은 흡입공기의 습구온도를 높여 냉각탑 성능저하로 나타난다.  새로운 냉각탑의 설치장소는 이미 설치되어있는 탑의 바람이 불어가는 쪽을 피하고 열 배기구와는 간격을 유지해야 한다.  대용량 냉각탑의 경우, 백 미터 정도의 이격거리에도 불구하고 1.5℃정도의 습구온도 상승을 가져오기도 한다.



재순환(Recirculation) : 입구공기습구온도는 탑에서 배출된 공기의 일부가 다시 탑의 흡입구로 들어오는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.  재순환의 가능성은 기본적으로 바람의 힘과 방향과 관련이 있으며 바람의 속도 증가와 비례하여 증가하는 경향이 있다.  재순환의 기본적 요인은 바람이지만 옥상 파라핏이나 팬스등의 장애물이 주요한 성능저하 역할을 하게 되며 냉각탑의 모양이나 방향 결정에 따라서도 재순환의 크기가 달라진다.  탑보다 높은 장애물은 피하고 탑의 좁은 면이 바람의 방향과 마주하도록 배치를 한다.

냉각탑의 배출공기 속도가 빠를수록 재순환은 줄어든다.  압송식이 경우 느린 배출속도로 재순환이 상당하다.  팬실린더의 높이가 높을수록, 간격이 클수록 재순환은 줄어든다.


 


 

 



● 공기유동제한 : 팬스등의 장애물은 탑과 적정한 거리를 유지하고 냉각탑 흡입면적 만큼의 장애가 없는 흡입면적을 탑 흡입구 맞은편에 두어 공기유동에 제한이 없도록 한다.


    
  
 

      [장애물 영향 : Velocity distributions of air]


 

냉각탑 기술요소


1. 냉각탑 용량표시 :
냉각탑의 용량은 표준냉각능력 톤으로 한다. 영문단위표기는 CRT(Cooling-tower Refrigeration Ton)로 한다.

표준냉각능력은 표준설계조건에서 순환수량이 0.78㎥/h (13lpm)일 때 1톤으로 한다.  표준설계조건은 냉각수 입구온도 37℃, 냉각수 출구온도 32℃, 입구공기 습구온도 27℃이다.

표준설계조건과 다를 경우, 표준냉각능력의 산정은 제조업체별로 다를 수 있다.  설계냉각 열부하를 표준냉각능력 1톤(CRT)의 냉각열량인 3,900 kcal/h로  나누어 계산하면 오산이 된다.  열량과 비례하지 않으므로 카탈로그의 변환계수를 활용하거나 전산프로그램으로 계산해야한다.

또한, 냉각탑에서는 “효율”의 표시와 개념은 사용하지 않음에 유의한다.



2. 냉각탑의 표준냉각능력 산정(예)


냉각탑 표준냉각능력(CRT) = 순환수량(㎥/h) * 1/0.78 * 변환계수(표 참조)


표 - 냉각탑 표준냉각능력 변환계수

냉각수온도 ℃

냉각탑 입구공기 습구온도 ℃

입구

출구

27

27.2 

27.4 

27.6 

27.8 

28.0 

28.2 

28.4 

37.0 

32.0 

1.000 

1.026 

1.053 

1.083 

1.114 

1.148 

1.185 

1.224 

37.4 

32.0 

1.052 

1.079 

1.107 

1.137 

1.170 

1.205 

1.242 

1.282 

37.5 

32.0 

1.065 

1.091 

1.120 

1.151 

1.183 

1.218 

1.256 

1.296 

37.6 

32.0 

1.077 

1.104 

1.133 

1.164 

1.196 

1.232 

1.269 

1.310 

37.7 

32.0 

1.089 

1.116 

1.145 

1.176 

1.209 

1.245 

1.283 

1.324 

38.0 

32.0 

1.125 

1.153 

1.182 

1.214 

1.247 

1.283 

1.322 

1.364 

38.1 

32.0 

1.137 

1.165 

1.194 

1.226 

1.260 

1.296 

1.335 

1.377 

38.3 

32.0 

1.160 

1.188 

1.218 

1.250 

1.284 

1.321 

1.360 

1.402 

36.0 

31.0 

1.209 

1.247 

1.289 

1.334 

1.383 

1.436 

1.495 

1.560 

39.0 

32.0 

1.235 

1.265 

1.296 

1.329 

1.364 

1.402 

1.442 

1.486 

41.0 

32.0 

1.421 

1.453 

1.486 

1.521 

1.559 

1.599 

1.642 

1.688 

40.0 

32.0 

1.334 

1.364 

1.396 

1.430 

1.467 

1.506 

1.548 

1.593 





3. 냉각탑의 구성요소