빙박리형(Dynamic ICE Harvesting Type) 빙축열 방식 설치사례

설치 사례

1.건물명 : 쌍용 자동차 기술연구소

2. 빙축열 방식 : 빙박리형 ( DYNAMIC ICE HARVESTING TYPE )

3. 건물 개요가. 위 치 : 서울 강남구 도곡동 448-2나. 규 모 : 연면적 21,147M2 ( 6,500평 ), 냉방면적 15,405M2 (4,660 평), 지하 7층, 지하 4층다. 용 도 : 사무실(1~7층), 연구실(지하 1층)라. 준공일자 : 1992년 5월 30일

4. SYSTEM 설계가. 빙축열 공조 SYSTEM의 도입 배경당초 냉온수기를 이용한 공조시스템으로 설계하였다가 빙축열 시스템과의 장단점 및 경제성 분석을 통하여 빙축열 시스템으로 설계 변경되었다.

나. 설계시 고려사항(1) 건물의 부하특성- 일 냉방시간- 시간대 별 냉방부하(2) 축열조 설치 위치 및 크기- 옥내 기계실하부설치, 기계실 상부설치, 지하 구조물 이용- 옥외(3) 응축 방법 및 응축 온도- WATER COOLED TYPE(수냉식)- AIR COOLED TYPE( 공냉식 )- EVAPORATIVELY COOLED TYPE( 증발식 )

다. SYSTEM 설계(1) 부하계산

(가) 외기조건( 사단법인 공기조화, 냉동공학 제 14권 제 4호)계 절건구온도습구온도상대습도절대습도 Kg/kg'엔탈피Kcal/Kg'비고하 계33.5℃26.2℃57.0%0.018519.5동 계-12.7℃-13.6℃65.1%0.00082-2.57(나) 실내 조건계 절실 명건구 온도상대 습도절대습도 Kg/Kg'엔탈피Kcal/Kg'하 계전산실22℃50%0.008210.3사무실26℃50%0.010512.6전지실26℃50%0.010512.6식 당26℃`55%0.011613.3연구실20℃60%0.008710.1(다) 냉방부하표[단위 :TON-Hr]시 각월화수목금토비 고09:00483.6483.6483.6483.6483.6483.610:00426.7426.7426.7426.7426.7426.711:00457.1457.1457.1457.1457.1457.112:00480.3480.3480.3480.3480.3480.313:00259.8259.8259.8259.8259.814:00511.4511.4511.4511.4511.415:00597.1597.1597.1597.1597.116:00522.7522.7522.7522.7522.717:00466.6466.6466.6466.6466.618:00413.0413.0413.0413.0413.0계4,618.34,618.34,618.34,618.34,618.31,847.7

(2) 빙축장비 용량산정- 일냉방부하 : 4,618.3 Ton-Hr/Day

(가) 장비 용량∴ IGC 160 SC 모델 선정 제빙용량 : 161.8RT 냉각용량 : 241.8RT

(나) 축열조 용량- 161.8RT X 14h =2,265.2 Ton-Hr/Day- 2,265.2 Ton-Hr X 0.093 M3 / Ton-Hr = 210.7M3 (실제 축열조 용량은 미래부하가 증가에 대비 276M3 설치)

(다) 냉각수펌프 선정- 유 량 = 3,900 LPM- 양 정 = 34 M (응축기 방열량으로 부터 계산)- 모 터 = 50 HP- 선정 형식 : 편흡입 단단보류트3,900LPM X 34M X 50HP X 2대 ( 1대는 예비용 )구경 : SΦ 150 X DΦ 125전원 : 380V / 3PH / 60HZ / 4P

(라) COOLING TOWER 선정- 냉각수 유량 = 3,900LPM- 선 정 : 300RT 급 X1대 선정( 대향류형 )

(마) 순환수펌프 선정유량은 추천유량 범위내에서 결정하고 열량과의 관계식에서 온도차를 구할수 있다.- 유량 = 4,430 LPM

- 양 정 =배관 저항 60M X 0.03 MAQ/M X 1.5= 2.7M실양정= 3.0M열교환기압력손실= 5.4MNOZZLE 손실수두= 2.4MSAFETY FACTOR( 10% )= 1.3M14.8M=<;15M

- 모 터 = 30 HP- 선정 형식 : 편흡입 단단보류트4,430LPM X 15M X 30HP X 2대 ( 1대는 예비용 )구경 : SΦ 150 X DΦ 125전원 : 380V / 3 PH / 60HZ / 4P

(3) 장비규격(가) 냉동기 성능표

MODELCOMPRESSORWATERTONSK WTHRGPMIGC 1605H120 X 2대(캐리어제품)32161.8155.52,632.7816-1,630 36182.6160.62,919.340224.9164.73,249.044241.8166.83,459.450268.0170.03,789.8

WATER : 증발기판에 공급되는 물온도(℉)THR : 응축기의 총 방출열량( MBTU/H )GPM : 순환수 펌프 유량( GPM )TON : 냉동톤(3,024 Kcal/Hr )

(나) 빙축열 냉동기구분표 준 사 양비 고제품사양1) 형 식 : DYNAMIC HARVEST 형2) 냉동 능력 : 제빙 능력 : 161.8USRT냉각용량 : 241.8USRT3) MODEL : IGC 160SWC4) 수 량 : 1대미국 TURBO사구성품사양1. 압축기1) 형 식 : 왕복동냉동기2) 전동기 입력 : 제빙시 - 155.5 Kw냉각시 - 166.8Kw3) 기동방식 : ACROSS THE LINE 기동4) 모델 : 캐리어 사5) 법정 냉동톤 : 105.4 USRT모터용량 125HP X 2대2. 응축기1) 형 식 : SHELL & TUBE 형2) 냉각수 입구 온도 : 32℃출구 온도 : 37℃3) 냉각수량 : 3,900LPM4) 냉각수 접속구경 : 200A5) 냉각수 관경 : 주관 - 200A6) 압력손실 : 6.48 m Aq냉각탑 300RT3. 증발기1) 형식 : PLATE 형2) 순환수 출/입구온도 - 제빙시 : 0℃ / 0℃- 냉각시 : 0℃ / 7℃3) 순환수 수량 : 4,430 LPM4) 순환수 접속구경 : 150 A5) 순환수 관 경 : 200ASUS 3044. 냉 매1) 종류 : R-222) 충진량 : 1,000Kg5. 전 원1) 동력전원 : 380V / 3PH / 60Hz2) 조작전원 : 115V / 1 PH / 60Hz / 5KVA6. 용량 제어1) 온도제어2) 운전시간제어3) 축빙제어7. 보호 장치1) 고저압 압력스위치2) RELIEF VALVE3) 유압보호 스위치4) 과전류 계전기5) LIQUID LEVEL 스위치8. WATERDISTRIBUTION PAN1) 재질 : SUS 3049. 케이싱1) 보냉재 : 50m/m 우레탄2) 외 양 : 알루미늄판10. 분리형DIMENSION 1) EVAP : L 7,070 X W 2,743 X H 2,310 ( 1EA )2) COMP : L 4,655 X W 2,743 X H 2,310 ( 1EA )운전중량 : 29,400Kg/EA운전중량 : 16,000Kg/EA

(4) 자동제어 구성빙축열시스템의 자동제어는 심야전력시간대에 축열을 하기 때문에 야간근무자가 없는 경우를 고려한 무인 자동운전을 하는 것이 바람직하다. 또한 순환수온도를 정확히 유지시켜 축열량의 적절한 방열을 유지하는 최적의 운전제어 기능과 운전방식 변경이 용이하게 이루어져야 한다.

시스템 자동제어 구성은첫째, 빙축열냉동기는 자체 PLC 및 MCS(MASTER CONTROL SWITCH)에 의한 자체 운전 제어에 의해 운전되고,둘째, 시스템 배관 각 POINT의 온도를 계측하여 중앙감시반에 설치된 COMPUTER와 CONTROL BOX의 통제로 축열량 및 방열량을 CHECK하고 각 부분의 온도를 표시하여 빙축열 시스템상의 MONITORING 운전을 가능하도록 구성한다.한미터보 빙축열 냉동기는 다음과 같은 장점이 있다.첫째, 무인 자동 운전이 가능하다.냉동기는 자체 PLC에 의한 운전제어로 제어순서와 LOGIC은 PLC와 제품제조사인 (미)TURBO에서 공급한 SOFTWARE에 의해 운전이 되고, 처음 SETTING치에 의해 제빙 및 냉각모드 자동전환 기능과 냉방부하에 따른 냉동기 ON-OFF제어 기능이 있다.둘째, 운전조작이 편리하다.MCS(MASTER CONTROL SWITCH)에 의한 KEY 조작으로 OFF/RESET, MANUAL, AUTOMATIC방식으로 조정하는 3-WAY SWITCH가 MAIN CONTROL에 설치되어 있다. 또한, PILOT LIGHT가 설치되어 장비의 이상 상태시 즉, 낮은 흡입압력, 높은 토출압력, 낮은 오일 압력, 높은 오일온도, 오일리시버 히터의 이상시 경고음 및 COMPUTER MONITOR상에 이상 경보를 표시하게 된다.셋째, 최적의 운전제어가 수행된다.제빙기 입구측에 설치된 WTT(WATER TEMPERATURE THERMOCOUPLE)가 제빙 및 냉각모드를 결정하여 축열량의 최적유지 및 방열량의 조절을 수행한다.또한, 주간 냉방 부하를 예측하여 TIMER에 의한 주간 냉동기 SCHEDULE운전으로 축여량을 최적으로 유지 운전제어를 수행한다.넷째, 시스템 운전방식 조정이 용이하다.주간 SCHEDULE TIMER에 의한 운전 모드 결정으로 시스템의 운전방식을 주간 전량 부분축열, 일일 전량 부분 축열으로 전환이 용이하다.

(5) 경제성 검토(가) 초기투자비 비교①터보 냉동기 + 증기보일러

기기명규 격수량KW가격(원)비 고터보 냉동기320RT2640174,600,000냉각탑350RT X 10HP21517,380,000대향류형냉각수 펌프4,500LPM X 34M X 60HP3908,163,000편흡입보류트증기 보일러2,500Kg/Hr2-62,000,000냉각수 배관Φ200 X 200M2식-16,156,000설치비포함수변전설비745Kw1식-104,300,000140,000원/Kw합계-745382,599,000

②냉온수기 + 증기 보일러

기 기 명 규 격수량KW가 격 (원)비 고냉온수기320RT232242,000,000냉각탑500RT X 15HP22224,800,000대향류형냉각수 펌프6,500 LPM X 34M X 75HP311222,239,000양흡입보류트증기 보일러1,000Kg/Hr2-40,542,000냉각수 배관Φ 250 X 200M2식-22,156,000설치비포함수변전설비166Kw1식-23,240,000140,000원/Kw합 계-166374,977,000

③빙축열냉동기 + 증기보일러

기기명규 격수량KW가격(원)비 고빙축열 냉동기제빙: 161.8 RT냉각: 241.8 RT1187310,000,000미 TURBO사IGC 160 SCR냉각탑300RT, 10HP17.57,800,000대량류형냉각수 펌프3,900LPM X 34M X 50HP2372,824,000편흡입보류트순환수 펌프4,400LPM X 15M X 30HP2223,388,000편흡입보류트냉수용열교환기2,100,000KCal/Hr1-18,000,000판형증기 보일러2,500Kg/Hr2-62,000,000냉각수 배관Φ200 X 200M1식-8,078,000설치비포함수변전설비254M31식-25,400,000100,000원/Kw축 열 조우레탄(50mm)+ FRP마감 1식-15,000,000합 계--253.5452,490,000※초기투자비 비교에서, 자동제어 비용 및 시운전비는 동액으로 간주 비교하지 않았음.

(나) 냉방기기 전부하상당 운전시간 추정

월 별일가동시간가동일수월가동일수비고64.07h25102h76.36h25159h86.40h25160h92.87h2572h계4.93h100493h※생산기술연구원 실증시험 분석자료 인용

(다) 년간 냉방운전비 비교

시스템별 구분터보 냉동기냉온수기빙축열 냉동기비 고전기요금종별일반용전력 고압A일반용전력고압A심야전력(을)계약 용량745KW166KW254KW전기요금기본요금39,067,8008,705,0402,536,320사용요금26,834,3106,285,16016,207,030소 계65,902,11014,990,20018,743,350가스요금-21,331,030-합 계65,902,11036,321,23018,743,350* 년간 운전비는 냉방설비중 열원기기 부분 운전비만 비교하였음.( 난방 및 부하측 운전비용은 동액 간주)* 첨부 : 연간 운전비 산출 내역

(라). 경제성 검토비교표

구분터보냉동기냉온수기빙축열냉동기비고초기투자비(A)382,599,000374,977,000452,490,000한전무상지원금(B)--43,640,000추가소요비용(D)비교-26,251,000(ΔA - ΔB - ΔC)비교대상33,873,000연냉방운전비65,902,11036,321,23018,743,350연절감액(ΔE)비교대상-47,158,760-비교대상17,577,880단순투자비회수기간비교대상-0.56년(F = D/ΔE)-비교대상1.93년※참고 도면 및 사진

산출근거빙축열 시스템 계통도공사공정표기술연구소단면도쌍용자동차기술연구소단면도II실사진쌍용자동차기술연구소축열조축열조 보냉공사FRP마감벽면천정보관 보냉 계통도진공펌프 계통도자동제어 계통도시공상문제점

III)운전 부문1. 운전 계획부하의 처리 : 건물전체 부하를 빙축열 시스템으로 처리운전 - 전자동 무인운전 및 PC에 의한 DATA 출력으로 운전실적 분석- 심야시간 운전위주

2. 운전 방법다음과 같은 기본개념을 통하여 지동운전 시킨다.

① 축빙운전 - 18:00~08:00 - 증발기 입구 수온 >; 2.2℃ 이하② 방냉운전 - 08:00~18:00 - 증발기 입구 수온 <; 3.0℃ 이하③ 운전비 절약운전 - 14:00 현재의 잔존 축열량을 CHECK하여 14:00이후 주간시간의 냉동기 가동여부를 결정

3. 운전 실적

가. 장비 가동 시간 및 사용 전력심야 : 250h/월 (226Kw X 250 h/월 = 56,500 Kw/월 )기타 : 258h/월 (234Kw X 258 h/월 = 60,372 Kw/월 )

나. 냉방부하 및 가동 시간 비교

(1992년 8월 운전실적)시간일냉방부하빙축장비가동시간원심력 냉동기 가동시간(추 정)비 고심 야기 타12,827.01055.52----34,277.810118.3644,277.810118.3654,519.610128.864,036.010107.8874,277.810118.3683,068.81066.009----104,277.810118.36114,277.810118.36124,277.810118.36134,519.610128.8144,519.610128.815---16---174,519.610128.8184,277.810118.36194,277.810118.36204,277.810118.36214,036.010107.88223,068.81066.023----244,277.810118.36254,519.610128.8264,761.410139.3274,519.610128.8284,277.810118.36292,827.01055.530----314,036.010107.88합계-250H258H200.7

다. 냉동기 용량- 빙축열 냉동기 심야 : 226 Kw X 161.8 RT기타 : 234 Kw X 241.8 RT- 원심식 터보 냉동기 : 745Kw X 640 RT

라. 운전비에 따른 경제성 분석

빙축열 냉동기원심력 터보 냉동기비고사용전력심야 전력(을)일반전력 고압A계약용량 254Kw심야 : 226Kw기타 : 234Kw745Kw전기요금기본요금787,250원9,766,950원사용요금787,250원11,483,250원합계6,177,100원(100%)21,250,200원(344%)

www.shop-dwg.co.kr