빙축열 냉방시스템

빙축열 냉방시스템

■ 빙축열 냉방시스템의 개요저렴한 심야전력을 이용하여 냉열을 저장하고 주간에 이 열을 이용하여 냉방에 이용하는 것으로 주간의 전력피크를 심야로 이전하는 전력 평준화를 목적으로 한 시스템이다.현재 이용되고 있는 용도로는 일반 공조용, 공장공조용 등으로도 널리 사용되고 있으며, 아픗로도 기술 개발이 진행됨에 따라 지역냉방을 열원, 가스터빈발전기 입구공기 냉각 등 다방면으로의 이용이 기대되는 시스템.

■ 빙축열 냉방시스템의 원리물을 냉각하면 온도가 내려가 O ℃가 되며 이를 더욱 더 냉각하면 얼음이 되고 액체에서 고체로 상변환될 때 응고열은 얼음 1㎏에 대해서 80㎉가 방출되며 빙축식 냉방시스템에서는 이 잠열을 이용하는 것으로, 물은 상변환시 많은 열을 저장하는 특성 때문에 단위체적당 축열밀도가 높아 탱크의 크기가 작아지므로 옥상, 옥외, 지하 등 설치장소 선정이 자유롭고, 열손실이 적으며 시공상 유리하다. 다만 제빙시 냉동기는 저온으로 운전되므로 효율이 저하되는 단점이 있다.

■ 빙축열 시스템의 사용 냉매빙축열 냉방시스템의 냉동기에 사용되고 있는 냉매는 주론 HCFC-22(R-22)를 사용한다. 수소를 포함하지 않는 특정 프레온(CFC)과 비교하면 오존 파괴 계수(ODP)는 약 1/20정도로 작지만 HCFC도 오존층 파괴원인이 염소를 포함하기 때문에 규제 대상이 되지만, 원칙으로 우리나라의 경우 2030년에 HCFC 냉매가 생산중지 되도록 되어 있다. 하지만 HCFC-22(R-22)를 사용한 기기의 사용을 금지하고 있는 것은 아니어서 계속 사용은 가능하다. 현재로서는 신대체 냉매로서 염소를 포함하지 않는 냉매 HFC-134a(R-134a)를 사용한 기기가 생산되고 있고 일부는 기타 대체냉매를 사용한 기기도 개발중에 있으며 일부 업체에서는 시운전단계에 있다.

■ 빙축열 냉방시스템 설계시 고려사항(1) 설계 부하로서 기본적으로는 냉방 주체형.(2) 냉방 부하 피크가 주간에 발생하고 야간의 냉방 부하가 없든지 또는 주간보다 작은 것이 바람직하다.(위 두 조건을 만족하지 않는 경우에는 복합 시스템이나 부분 축열을 채용할 수 있다.) 또한, 다음 조건에 충족이 되면 빙축열 시스템을 채용하는 메리트는 증대한다.① 저온송수방식(7℃ 미만의 냉수를 사용하는 경우)② 저온송풍방식(10℃ 이하의 냉풍을 사용하는 경우)③ 급속취출방식(3∼4시간 이하의 급속 취출하여 사용하는 경우)·홀, 회의장, 이벤트 회장 등 단시간 사용 경우·비상용, 스텐바이용④ 대온도차 송수방식(5℃ 이상의 대온도차에서 송수하는 경우)⑤ 장기간 냉방 부하가 있는 용도의 건물·백화점, 슈퍼마켓, 쇼핑센터·전산 센터, 인텔리전트 빌딩(3) 건물 규모, 용도와 기타 필요조건으로부터 다음 항목을 결정한다.① 냉방부하: 냉방부하 패턴, 또는 피크부하1와 평균부하율2② 난방부하: 난방부하 패턴, 또는 피크부하3와 평균부하율주1) 간이계산시에는 건물의 용도별 단위면적당 냉방부하(Kcal/h㎡)를 사용한다.[예] 사무소 빌딩(80∼120Kcal/h㎡)주2) 불명확한 경우나 간이계산시에는 100%를 사용한다.주3) 일반적으로 냉방부하의 40∼80%정도이다.(4) 축냉방식의 선정: 건물의 냉방은 크게 분류해서 축냉시스템

만을 사용하는 단독열원방식과 다른 냉방기를 함께 사용하는 복합열원방식이 있다.① 건물 규모② 건물 용도(사무소빌딩, 홀, 호텔, 병원, 점포 등)③ 공조 방식(팩키지 공조방식, 중앙공조방식의 선택, 통상의 7℃ 송수방식, 저온 송수방식, 저온 송풍방식, 대온도차 송수방식 등)④ 1일당 축냉식 운전시간(통상 8∼10시간)

■ 빙축열 시스템의 설계절차(1) 설계 조건 확인(a) 공조 부하 설정: 시각별 냉방 부하와 부하율(b) 공조 시간의 설정: 예<; 08:00∼22:00(c) 축냉 시간의 설정: 예<; 22:00∼08:00(d) 냉수 온도의 설정: 예<; 출구온도7℃, 입구온도12℃(e) 축냉 시스템의 설정: 축냉과 다른 열원과의 분담-초기비용과 운영비의 밸런스를 고려하여 가장 경제적인 분담을 결정-축냉방식의 설정은 각 메이커의 특징을 참조.(2) 기종 선정① 일량부하의 설정(USRT·h, ㎉)② 냉동기의 선정(제빙시 및 추가운전시)③ 축냉용량의 설정(USRT·h, ㎉)④ 기타기기의 설정(펌프, 밸브 등)(3) 제어① 제빙시 - 냉동기의 운전시간, 온도- 축냉조의 얼음량② 해빙시 - 축냉조의 빙량, 온도, 운전시간- 냉동기의 운전 시간, 온도- 2차측 기기와의 연동③ 기타 - 펌프, 밸브 등과의 연동- 동결 방지(4) 경제성의 검토① 축냉시스템과 빙축열시스템과의 비교② 초기비용과 운영비에 의한 투자비 회수기간의 산출③ 각종 지원제도의 이용

■ 초기비용의 절감 방안빙축열 냉방시스템은 초기설치비용이 높다는 이미지가 강하지만 계획시나 설계 단계부터 검토한다면 충분히 다른 빙축열 시스템과 경합할 수 있을 정도로 진보하여 오고 있다.(1) 계획시 고려해야 할 사항① 과대한 설계가 되지 않도록 하는 시스템으로 한다.② 무리하게 전량 축열하기보다 부하 특성에 맞는 축냉시스템을 채용한다.③ 콤팩트하고 단순한 시스템이 운전관리도 용이하다.④ 현지공사가 적은 시스템을 채용한다.(2) 각종 지원제도의 이용, 한전의 설치비 무상지원, 세제감면 및 설치비 저리융자 등의 지원제도가 있으므로 이를 적극 활용한다.

[설치공간] 빙축열 시스템은 축냉조를 설치하기 때문에 일반적인 냉동기에 비해서 설치 공간이 더 필요하다. 축냉조의 체적은 축냉방식에 따라 차이가 있지만 보통 1TON-HR당 0.01㎥이 필요하고, 기계실의 점유 면적은 축냉조, 냉동기, 열교환기, 부속기기 등을 포함하여 평당 0.036㎥정도가 소요된다. 실제 소요공간은 축냉방식이나 냉방용량에 따라 차이가 있으므로 축냉설비의 계획, 설계 및 변경시에는 주의할 필요가 있다.

■ 피크이전 운전일반적으로 냉방 부하는 외기 온도에 영향을 받아 계절에 의한 변동이 크고 여름철의 단지 몇 일간만 최대 부하가 발생하고 있다. 더욱이 일부하를 보더라도 외기 온도가 높아지면 건물 내부의 활동이 활발하여 발열량이 커지므로 주간에 냉방 부하가 최대가 된다. 하루 중에서 얼마 안되는 시간, 그것도 여름철 몇 일간만 발생하는 피크부하에 대응하기 위해 과대한 냉동기와 수전설비를 설치하고 대부분의 기간을 부분 부하로 운전하고 있는 실태이다. 부하가 없거나 또는 부하가 적은 야간에 냉동기를 운전하여 축열하고 주간의 피크 부하시에는 냉동기는 정지하고 축냉조에 저장해 둔 냉열을 순환시켜 냉방하는 방식을 피크이전운전이라 한다. 따라서 최대 부하에 맞는 냉동기를 설치하지 않아도 저장된 냉열을 사용하여 최소한의 설비로 냉방이 가능하다.

■ 실내 부하 변동시 효율적인 운전방법축냉식 냉방시스템을 효율적으로 운전하면 운전비용의 절감에 크게 기여할 수 있다. 그 운전 종류로는 다음의 2가지가 있고 부하의 변동에 따라 제어된다.① 냉방운전 종료시에 얼음이 남지 않도록 사용 ⇒축열한 얼음을 전부 사용② 냉방운전 시간 내에 얼음이 부족하지 않도록 사용 ⇒주간 냉동기의 추가운전을 조합한 운전제어가 필요축냉시스템은 연중 최대부하를 기준으로 설계되어 있다. 따라서 경부하시에는 냉동기의 가동을 줄이고 가능한 야간에 저장된 냉열로 냉방하여야 운영비를 줄일 수 있다. 다른 냉방기와 함께 복합열원을 구성한 경우도 축냉식을 우선하여 운전하는 것이 경제적이다. 참고로 심야전력의 기본요금은 월간 총 사용전력량중 주간에 사용한 전력량이 적을수록 전기요금이 적은 구조로 되어있기 때문이다.

■ 기기의 유지관리(1) 일상점검: 일상점검은 사용자가 행하는 것으로 점검결과는 대장에 기록하여 관리한다.① 전압, 전류값(열원기 및 기기류)② 고압, 저압, 유압(유면)③ 냉각수온도, 냉온수온도, 브라인온도(입구, 출구)④ 운전음, 이상진동 유무(2) 정기점검: 냉동기를 효율 좋게 경제적으로 운전하기 위해서는 정기적인 점검 및 부품교환 등의 정기정비가 필요하다. 정기점검은 유지보수계약 등에 의해 전문가가 행하고, 공조기를 정지 또는 운전하면서 각부의 점검, 조정, 청소, 주유, 부품의 점검, 브라인 농도 점검 등으로 점검 간격은 1개월, 6개월, 1년(시즌마다)으로 실시할 수 있다. 자세한 점검항목은 메이커의 사양서, 취급설명서에 따라서 하는 것이 현명한 방법이다.① 냉동기: 냉매 충전여부 확인, 소모성 부품의 점검 및 교환, 증발기와 응축기의 정기적인 세관으로 효율저하 방지, 오일의 점검교환 및 보충② 브라인: 일정농도 유지(에틸렌 글리콜 25%), 정기적인 교환(4-5년 주기), 브라인 누설 점검③ 배관: 냉각수와 브라인 배관의 일정압력 유지 확인, 냉각수 배관 세관(2년 주기), 브라인 교체시 브라인 배관의 세관(4-5년 주기)④ 제어장치: 자동제어밸브, 유량 스위치, 센서 등의 작동상태 확인, 펌프와 냉각탑 온도 등의 제어상태확인

■ 빙축열 시스템의 내구연한빙축열 유니트의 내용년수는 관리상태에 의해서 크게 달라지지만 일반적으로는 냉동기와 동등한 15년 기준으로 하고 있으며, 각 유니트의 수명을 연장하려면 메이커가 추천하는 보수점검항목을 정기적으로 실시하는 것이 중요하다. 특히 유니트는 구조 및 냉각체(브라인, 냉매)와 피냉각체(얼음, 물)의 종류에 따라 유지관리방법이 다르기 때문에 메이커에 문의한다.

■ 에너지 절약 운전을 위한 유의사항(1)과대 설계하지 않을 것: 냉동기, 펌프 등의 기기를 크게하면 부분부하 운전시간의 증가나 설계한 대로 온도차를 얻을 수 없고, 축열된 열량이 충분히 사용되지 않는 등의 현상이 발생하여 에너지 절약 운전에 반하게 된다. 이 때문에 기기 선정에 있어서 여유율을 지나치게 크게 하지 않는등 적정 용량의 선정이 중요하다.(2) 적절한 시공을 할 것: 냉동기 상호간, 건물이나 차음벽과의 이격거리를 적절하게 취할 것, 제어기기의 설정치가 적정할 것, 효율이 최대로 발휘 하도록 시공하는 것이 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.(3) 야간 축열 운전을 충분히 할 것.야간시간대는 외기온도가 저하하여 성적계수(COP)가 증가된다. 이 때문에 냉방부하가 큰 기간뿐만 아니라 기기운전 전 기간을 통하여 축열운전을 최대한으로 이용하는 것이 중요하다.(4) 축열을 공조시간대에 하지 않을 것.축냉시스템은 공조시간 종료 시에는 축열된 열량이 제로 상태가 될 때 가장 효율이 좋도록 설계되어 있으므로 이 때문에 주간 추가운전을 적절히 하여(과대한 추가운전을 하지 않음) 잔빙향을 발생시키지 않도록 한다. 특히 관외착빙형의 경우 브릿지 현상방지를 위하여도 충분히 유의할 필요가 있다.(5) 점검 보수를 적절히 실시할 것.점검보수에는 일상적으로 하는 항목과 정기적으로 하는 항목이 있다. 이를 적절하게 하는 것이 기기의 열화를 방지하여 성능저하를 방지하고 기기의 수명도 연장된다.

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