빙축열 냉방시스템 - www.simya119.co.kr의 기술자료

빙축열 냉방 시스템

시스템 개념 : 심야전기에 얼음(빙축열) 또는 냉수(수축열)를 생산.저장하였다가 이를 낮시간 냉방에 이용하는 설비

1. 보급 목적

2. 축냉시스템 분류에너지 저장방법- 열 저장 : 현열(예: 수축열, 자갈, 세라믹) | 잠열(예: 빙축열, 공융염, 포접화합물)- 기계적 저장 : 위치에너지(예: 양수발전) | 압축에너지(예: 압축 공기) | 운동에너지(예: 플라이 휠)- 화학적 저장 : 가역화학반응열(예: 생성회 ↔ 소석회) | 흡착열(예: 금속수소화합물, 제올라이트, 실리카겔)- 전.자기적 저장 : 전장이나 자장이용(예: 초전도체)

가. 에너지 형태에 의한 분류- 현열 축열 방식 : 발열물체의 단순한 온도차를 이용하여 열을 저장하는 방식- 잠열 축열 방식 : 물질의 상변화과정시 많은 열이 수반된다는 물리적 현상을 이용한 방식으로 현열방식에 비해 단위 체적당 열을 더 저장할수 있음.

▶잠열 매체의 조건화학적으로 안정되고 취급이 용이할 것 열의 입출이 용이할 것 상태변화점( 융점, 비중 등)이 목적의 축열상태에 가까울 것 축열용량이 클 것 가격이 저력하고 대량구입이 가능할 것 나. 축열매체에 의한 분류수축열 방식(Cool Water Storage) 빙축열 방식(Ice Storage) 잠열축열 시스템(PCM Storage) : Clathrate, 공융점( Eutectic Salt )

3. 빙축열시스템의 원리 및 시스템 구성도제빙방식 : 관외착빙형(Ice on Coil) | 빙박리형(Ice Harvest) | 캡슐형(Ice Ball, Ice Lens)

가. 관외착빙형(Ice on Coil)축열조 내에 동관 또는 폴리에스틸렌과 코일을 설치하고 물을 채운뒤 코일의 내부에 저온의 브라운 또는 냉매를 순환 시켜 코일 주위에 얼음을 얼렸다가 방냉시에 축열조내의 냉수를 공조기측으로 순환 또는 브라인을 순환시킴으로써 냉방에 이용하는 방식

나. 빙박리형( Ice Harvest )축열조 상부에 제빙기를 설치하여 제빙판 내부에 냉매를 흐르게 하고 제빙판 외부에 물을 분사하여 얼음을 착빙시킨 후 냉매가스를 역순환시켜 착빙된 얼음을 제빙판에서 분리함. 이러한 동작을 반복하여 축열조에 저장함. 냉방시에는 축열조내의 물을 공기측으로 순환시켜 조내의 얼음을 녹여 냉방에 이용하는 방식

다. 캡슐형(Ice Ball, Ice Lens)축열조내에 캡슐( Ice Ball 또는 Ice Lens)을 채우고 캡슐의 주위로 브라인을 흐르게 하여 캡슐내부의 물을 얼렸다가 방냉시에는 축열조내의 브라인을 공조기측으로 순환시킴으로써 얼음을 녹여 냉방에 이용하는 방식

4. 빙축열시스템의 주요 구성 기기가. 저온 냉동기( Brine Chiller )심야시간에는 얼음을 얼리기 위하여 영하의 온도로 가동(제빙운전)되며 주간시간에는 일반냉동기와 동일한 상태(냉수운전)로 운전됨.

나. 냉각탑(Cooling Tower)냉동기 가동시 고온의 냉매가스를 응축하기 위해 응축기에 일정한 온도의 냉각수를 공급하며 냉동기와 연동으로 운전됨.

다. 빙축열조(ice Storage)낮시간에 필요한 냉방부하를 심야시간에 얼음의 형태로 저장하는 저장조로서 제빙방식에 따라 관외착빙형, 캡슐형, 빙박리형 등이 있고 그 용량과 특성에 따라 용적 및 형태가 다름.

라. 교환기( Heat Exchanger )1차 냉열원의 브라인과 2차 냉방부하측의 냉수를 서로 열교환시켜 필요한 냉방열량 공급 장치로서 대부분 전열성능이 우수한 판형 열교환기를 사용함.

마. 자동밸브( 3-Way V/V)냉방부하 조건에 따라 축열조에서 방출되는 브라인 또는 냉수유량을 자동으로 조절하여 부하측으로 공급되는 냉수온도를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 축열운전과 방열운전 등 각각의 운전상태에 따라 빙축열 시스템의 운전을 자동 제어함.

5. 빙축열시스템의 특성가. 경제성값싼 심야전력을 이용하므로 일반전기식에 비해 냉방비율을 크게 절감(1/3~절반이하)할수 있음. 다만, 설치비가 다소 증가되나 각종 지원제도가 적용되므로 실제로는 초기투자비 증가가 거의 없거나 미미.

나.운전 및 운용의 신축성빙축열 시스템은 축열조를 갖추고 있으므로 건물 전체중의 일부냉방이나, 이용시간이 각각 다른 곳의 냉방 공급이 자유로움. 날로 다양화.전문화되는 사무용 건물의 추세에 비추어 최적의 기능발휘

다. 비상시 대체냉방 가능기존 냉동기와 혼합하여 사용할 경우에는 기존설비가 고장나거나 정전될 경우에도 축열에 의해 축적된 에너지를 즉시 사용할수 있으며 냉방수요가 급격히 증가할 때나 향후 건물이나 시설을 증축할 경우에도 유리

라. 고효율 운전얼음에 의한 축열능력이 뛰어나고 공조이용 온도차가 다소 크므로 기존기기 보다도 냉동기 및 부속기기(펌프, 송풍기, 덕트 등)의 용량 및 크기가 축소되어 운전의 효율성이 대폭 향상됨

마. 자동제어 운전빙축열 시스템은 운전원리상 자동제어반에 의한 자동운전,예측운전 등이 가능해져 조작이 간단하고, 경제적인 운전 유지 가능

바. 설계 및 시공 용이축열조의 형태 및 시공조건이 간단하여 설계가 용이하며 운반.반입.설치등 현장제작이 가능하여 기존 어느 건물에도 쉽게 적용 가능.

6. 빙축열 시스템 운전 및 제어운전방식구분: 축열운전.해빙단독운전.동시운전.냉동기 단독운전축열율 구분운전방식 - 전량축열방식( Full Storage Type )-부분축열방식(Partial Storage Type ) 부하평준화 운전방식(Load-Levelling), 수요제한 운전방식( Demand-Limited)

가.운전방식1)축열운전축열조내에 얼음을 얼리는 과정으로 냉동기는 저온(-4.4℃이하)으로 가동되며 그리고 냉동기, 브라인펌프, 냉각수펌프가 가동되며 열교환기측과 축열조 By-Pass측으로는 브라인이 흐르지 않는다.

[ 그림 ] 축열운전시 운전 계통도

2) 해빙단독운전제빙된 얼음을 해빙시켜서 냉방을 수행하는 과정으로 브라인펌프와 냉수펌프가 가동되지 않으며 열교환기의 By-Pass 측으로는 브라인이 흐르지 않는다. 순환되는 Brine 온도는 축열조 By-Pass 측으로 흐르는 브라인의 양을 조절함으로써 유지된다.

[ 그림 ] 해빙단독운전시 운전계통도

3) 동시운전부분축열시스템에서 사용되는 운전과정으로서 전체 냉방부하는 축열조 해열량과 냉동기 생산열량으로 담당한다. 1차적인 온도조절은 축열조 내에서 행하고 최종적인 온도조절은 냉동기를 통하여 이루어진다.

[그림] 동시운전시 운전 계통도

4) 냉동기단독운전이는 축열조의 방열을 늦게 시작하거나 혹은 축열조의 방열이 완료되었을 때와 같이 특별한 목적으로 사용되는 운전과정이며, 이때 내부로는 브라인이 흐르지 않는다.

[ 그림 ] 냉동기단독운전시 운전계통도

나. 축열율 구분 운전방식1) 전량 축냉방식건물의 최대냉방부하량을 만족할 수 있을 만큼 저장하는 시스템이다. 즉, 축냉과정이 Off-peak 시점에서 시행되어야 하기 때문에 이 방식은 축냉 시간이 주간운전 시간에 비해 상대적으로 길어도 무관한 경우에 적합하며 피크전력절감 효과와 운전비용의 대폭절감효과를 가져오나 많은 양의 축냉을 시행해야 하므로 재래식 냉동기용량과 비교해서 뚜렷한 소형화를 가져오지는 못한다.

2) 부분 축냉방식 심야축냉과 주간냉방가동을 적절히 배분하여 적용하는 시스템으로 전량축냉방식에 비해 더 많은 가동시간을 필요로 하나 축냉필요량이 감소되므로 축열조등 관련기기의 용량이 축소되어 투자비를 절감할수 있다.가) 부하평준화방식( Load-Levelling )부하평준방식은 건물부하중 냉방부하를 평준화하는데 목적이 있다. 주간 피크시 직접 냉동기의 운전과 축냉으로 냉방소요량을 충족하는데 이때 축냉용량은 냉동기가 공급치 못하는 냉방부하를 담당할 수 있어야 한다.

나) 수요제한( Demand-Limited )피크부하시간대(13:00~16:00)는 직접 냉동기운전을 피하며 전량축냉운전 방식과 같이 냉방을 실시하며 그외 시간등에는 직접 또는 축냉열량으로 냉방을 충족하는 발전된 운전방식이다.이 방식은 일 최대축냉요구량을 예측할 수 있는 Monitering System이 필요하며 운전을 유지하는 데에는 많은 시간과 경험을 요한다. 또한 주간 냉방가동시간이 비교적 짧아 심야축냉시간을 길게 잡을 수 있는 경우에 적합하며 관련기기 용량은 부하평준화방식과 중간 정도의 용량이다.

다. 제어방법축냉식냉방시스템은 건물의 부하변동에 대응하지 않고 열원기기가 운전될 수 있기 때문에 냉열을 효율적으로 생산하며 경제성 높은 운전 및 제어방식이 채택될 수 있다.일반 건물의 공조부하는 하계를 통하여 피크열부하가 발생하는 시간이 적어 대부분 부분 부하운전으로 효율이 감소되나 축냉시스템에서는 1일 필요량을 심야시간에 전부하운전이가능하며 이는 결국 기기의 고효율 운전과 값싼 심야전력 적용으로 경제적 운전이 되기 때문에 심야가동율을 높일 수 있도록 제어 되어야 한다.이러한 운전은 축열량을 고려하면서 심야시간대 최적 축열운전과 심야전력을 유효하게 이용하는 외에 공조부하예측에 의한 운전제어, 냉동기입구 혼합 3방밸브제어, 외기 온도에 의한 댓수제어 등 열원의 고효율 운전방법이 있다.

패턴(1) 피크부하일(열원기기운전 20시간/일 예)

[ 그림 ] 피크부하일 운전

패턴(2) 부분부하일(일부하량 <; 축열가능량)

[ 그림 ]부분부하일 운전-1

패턴(3) 부분부하일( 일부하량 >; 축열가능량 )

[ 그림 ] 부분부하일 운전-2

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