냉 · 난방 시스템 자료

1. 냉·난방 시스템자료

2. 냉방의 개요 • 정 의 • 냉방이란 물체로부터 인위적으로 열을 제거하여 그 물체 온도를 주위의 온도보다 낮게 유지하는 조작장치 • 원 리 • 상업용 냉동기의 대부분은 증발열을 이용하여 냉방시스템을 구현한다 • 구 분 • 냉각기(CHILLER): 상온으로부터 0℃까지 온도를 낮추는 기계 • 냉동기(Refrigerator) : 상온으로부터 빙점이하까지 온도를 낮추는 기계

3. 게이지압 (atg) 정압 표준대기압 진공도(0%) 부압 게이지압(부압) 또는 진공도 대기압(Po) 절대압(ata) 절대압(ata) 절대진공(ata) 진공도(100%) 기본용어 설명(1) • 온도(T) • 섭씨(tc), 화씨(tf), 절대(T)온도가 쓰이며 • tc= 5/9(tf-32), tf = 9/5(tc + 32), T=tc +273.15 • 압력(P) • 물체의 단위면적에 수직으로 작용하는 힘을 압력이라 정의하며,절대압력, 대기압, 진공도 등으로 나누어 사용. • 1 bar = 1.0197kgf /㎠= 1atm = 760mmhg =1.03323 kg/㎠ = 101,325pa = 10.3323mAq = 1013.25mbar = 14.7psi

4. 기본용어 설명(2) • 냉동톤(Refrigeration ton : RT) • 냉동톤(RT)란 표준기압에서 순수 1ton을 24시간동안에 0℃의 물을 0℃의 얼음으로 만드는 냉동기의 능력으로 미터제 냉동톤(RT)와 미국냉동톤(usRT)이 있다. • 1RT = 1000(kg)×79.68(kcal/kg)/24(h) = 3,320(kcal/h) • usRT=2,000(lb)×144(Btu/lb)/24(h)=12,000(Btu/h)=3,024(kcal/h) • 냉각톤(RT : 3900kcal/h) • 냉각톤이란 1RT의 냉동톤의 능력을 발휘하기위해 대기중으로 배출하여야할 열량(1냉각톤=냉동톤 + 냉동톤당 전기입력의 열(1KW=860Kcal/h ) = 3,024+860=3,884Kcal/h≒3,900Kcal/h • 냉각수온 37℃ 물이 1Kg증발하면 약 577Kcal/h 의 잠열 흡수 • 3,900÷577≒6.76kg/h이 공기중으로 증발 • 순환수량 = 냉각열량 ÷ 온도차 = 3,900 ÷ 5 = 780 ℓ/RT.h로서 • 냉각탑에서 RT당 780ℓ/h로 순환되고 6.76Kg/h(0.86%)가 증발소모 • 토출공기량에 비해 비산수량은 1~2%로 순환수량의 3%정도의 물을 항상 보급(보충)필요함

5. 전기구동식 냉난방기

6. 냉동기의 작동원리(기기) 실내 실외 팽창밸브 증발기 응축기 찬공기 토출 실내공기흡일 실외공기흡일 더운공기 토출

7. P 5 1 4 T1 3 a c 2 q2 Aw q2 h h4 h3 h1=h2 냉동기의 작동원리(사이클)도

8. 냉매증기의 T-s선도 및 P-h선도클 s=C K P T P=C K s=C T=C v=C v=C T=C P=C h=C x=C T=C h=C X=C S h

9. 이상사이클과 실제냉동사이클 이상냉동 싸이클 팽창기(단열팽창) 증발기(등온증발) 압축기(단열압축 응축기(등온응축 T K 실제냉동 싸이클 P=C 4 팽창밸브(교축팽창) 증발기(정압증발) 압축기(단열압축 응축기(정압응축) P 1 b 5 1 5 4 h=C 2 c 3 T1 a 3 a c 2 q2 Aw q2 3’ 1’ 2’ S h h4 h3 h1=h2

10. 전기구동식 냉동기의성능개량

11. 냉난방기의 조합

12. 건물의 난방공급 시스템

13. 건물의 냉방공급 시스템

14. 건물의 냉난방 공급 장치도

15. 공조장치 상세도도

16. 냉방부하의 처리도 h2 h3 h1 환기 1 2 R h5 외기부하 SHF C x2 실내부하 4 3 5 h4 외기 2 3 재열부하 x3 C H 1 냉각코일 x1 재열기 x4 4 5 t4 t5 t1 t3 t2

17. 빙축열 시스템 개 요 • 빙축열 시스템은 심야시간에 냉동기를 가동하여, 얼음의 형태로 냉열을 저장하였다가 주간의 냉방에 활용하는 시스템[물을 냉각하면 온도가 내려가 0℃가 되며 더 냉각하면 얼음으로 상변환될 때 얼음 1kg에 대해서 응고열 79.68kcal를 저장되며, 반대로 얼음이 물로 변할 때는 융해열 79.68kcal/kg가 방출]

18. 빙축열 시스템의 구분

19. 빙축열시스템의 구성도

20. 빙축열시스템의 해빙/제빙도

21. Ice Slurry System

22. Ice Harvest System

23. 흡수식 냉동기 역사 • 1777 (프랑스) Nain 흡수식 사이클 이론 정립 • 1860 (프랑스) 암모니아 흡수식 냉동기 개발 • 1968 (일본) 가와사끼 2중효용 흡수식 개발 • 1987 (국내) 가스흡수식 냉동기 본격 보급

24. 흡수식 냉난방기 원리 • 흡수식 냉방원리 • 냉매로서 물은 대기압 중에서 100。C로 가열하면 비등 증발한다, 그러나 지배되는 압력상태에 따라서 증발온도가 변화하여 대기압보다 압력이 낮은 상태(진공상태)에서는 증발온도가 100。C보다 낮아진다 • 흡수식 냉동기에서는 내부공기를 외부로 배제시켜 직접 냉수를 만들어 내는 증발기를 6~7mm Hg정도의 진공상태로 유지하여 냉매인 물을 약 5。C정도에서 비등 증발시켜 냉각효과를 발생.

25. 흡수기 • 증발기에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아져 그 분압에 상당하는 만큼 증발온도도 상승하여 요구하는 냉수의 온도를 얻을 수 없게 된다 • 따라서 LiBr수용액을 넣은 용기(흡수기)를 증발기와 연결하면 증발된 냉매가 LiBr수용액에 흡수되어 증발 압력 및 온도는 일정하게 유지된다. 일반적으로 흡수능력은 흡수제농도가 높을수록, 온도가 낮을수록 높으므로 이를 위해 농도를 높이기 위해 재생기를 설치하여 농도를 높여주고, 흡수기 내부를 냉각수를 흘려 온도를 낮추는 일이 필요하게 되어 흡수기 내부에는 전열관이 설치된다. 또한흡수기에는 불응축가스가 다량 축적되므로 추기장치가 설치된다

26. 증발기 • 밀폐된 용기의 내부에 냉매를 넣고 전열관을 설치하여 냉수를 통과시킴 • 용기내부를 6.5mmHg의 진공으로 유지하면 냉매는 5℃에서 증발 • 증발열에 의해 전열관 내부의 냉수는 냉각되어 냉방열원으로 사용 • 증발효과를 향상시키기 위해 증발기 하부의 냉매액을 냉매펌프로 압송하여 증발기 상부에서 노즐로 전열관 상부에 분사시킨다. • 증발기내 냉수가 통과하는 튜브는 튜브표면에 냉매가 산포되는 관수형을 주로 사용하며 • 이 방식은 동체하부에 냉매펌프를 설치해 냉매순환량의 10 - 15 배의 냉매를 튜브 상부에 분무해 튜브면을 충분히 적셔 열전달을 높인다

27. 응축기 • 재생기에서 증발한 냉매증기는 응축기로 보내지고 응축기 전열관 내부로 흐르는 냉각수에 의해 완전히 냉각·응축된다. • 응축된 냉매액은 U자 트랩이나 오리피스를 통과하여 감압된 후 증발기로 돌아간다. • 증발기로 돌아온 냉매액은 다시 증발하여 냉동작용을 계속하게 된다. • 응축기는 불응축가스가 축척되므로 배기구를 설치하기도 하며 • 회사에 따라서는 고온수를 가열원으로 하는 경우 튜브, 또는 확관부위에 누수가 있으면 관내 압력이 상승하므로 파열판을 설치하기도 한다. • 응축수가 응축기 하부에서 증발기로 복귀하는 방식은 ⓐ 교축에 의한 방식(응축기 하부와 증발기를 가는 배관 및 오리피스로 연결) ⓑ U 자관에 의한 방식(응축기 하부와 증발기를 U 자관으로 연결)방법 등이 사용된다.

28. 발생기 • 흡수작용을 계속하면 LiBr수용액은 점점 묽게 되어 흡수작용을 계속할 수 없으므로 • 흡수기의 묽은 용액을 용액순환펌프로 압송하여 재생기로 보내 연료연소열, 스팀, 온수 등의 외부 열원으로 가열하여 농축 한다. • 농축된 농용액은 열교환기를 거쳐 다시 흡수기로 보내져 흡수작용을 계속하게 된다. • 발생기의 전열관은 증발기, 흡수기와는 달리 만액형이 사용 • 발생기는 온도가 가장 고온이므로 관과 동체의 열팽창차에 의한 열응력과 응력에 의한 부식을 피할수 있도록 해야 한다. • 발생기 상부에는 액적(수증기에 포함된 물방울)방지를 위해 스테인레스의 엘리미네이터를 설치한다. 만일 액적이 냉매순환로에 들어가면 비점상승을 일으켜 동일 증발압력일지라도 증발기관군 상부에 확산되는 냉매온도가 높게되므로 냉수출구온도가 상승하게 된다

29. 흡수식의 분류

30. 흡수식 냉동기 1중효용 구성

31. 흡수식 냉동기 1중효용 사이클

32. 흡수식 냉동기 2중효용 구성

33. 흡수식 냉동기 2중효용 사이클

34. 흡수식 냉온수기(냉방)

35. 흡수식 냉온수기(난방)

36. 흡수식, 압축식 특성 비교

37. 동체의 구성

38. 냉 매 흐 름

39. 진공관리 중요성 • 흡수기에서의 흡수작용은 용액과 냉매의 포화증기 압력차에 의해 이루어진다. 흡수액의 평균 농도를 62％, 농도를 40℃, 냉매의 증발온도를 5℃라고 하면 증기 압력차는 1㎜Hg정도로 된다. • 이 압력차를 구동력으로 하여 증발기에서 증발한 냉매증기가 흡수기로 이동하게 된다. 만약, 어떠한 이유로 공기가 기내로 침입하여, 그 양이 진공 마노미터로 1㎜Hg정도 되면 냉동기는 냉동능력을 거의 발휘하지 못하게 된다. • 따라서운전중인 기계의 기밀성 여부를 마노미터로 점검한다는 것은 거의 불가능하므로 현장에서 흡수식 냉동기가 설계당시의 최적효율을 유지하기 위하여는 적정진공을 유지하는 것이 관건이다. • 기내에는 냉매와 흡수액, 부식억제제 및 계면활성제이외의 어떠한 물질(불응축가스)도 산입되지 않도록 추기장치의 관리에 최대의 노력을 기울여야하며, 냉방 운전시의 추기운전은 냉동기를 고성능을 유지하기 위하여 매일 냉방 운전시작 5분 후 정도부터 약 20분간 추기운전을 실시한다. 또한 추기탱크의 압력이 50mmHg (50∼100mmHg)이상으로 상승 할 때 추기펌프를 운전하여 추기탱크에 모인 불응축성 가스를 추출하여야 한다

40. 진공과 성능 • 불응축가스가 흡수기 및 증발기에 혼입되였을때의 영향을 파악하기위하여 질소가스를 사용한 실험 데이터로서 냉동능력에 미치는 영향이 크다는 것을 알수 있다. • 즉 냉동능력 1,950천kcal/h(약 645RT)의 흡수식냉온수 유니트에 중량30g(SN=9.5%)의 질소가스가 혼입되면 냉동능력은 약 1/2로 감소되는 것을 알수 있다. [그림-22]은 불응축가스의 존재시 냉동기에 미치는 영향을 블록다이아그램 화한 것이다.

41. 불응축 가스의 영향

42. 수질의 영향 ① 응축압력 상승 및 재생기 용액온도 상승으로 냉동용량의 저하. ② 증발 압력저하, 흡수기 용액온도 상승에 의해 용액농도의 증가 및 결정발생 ③ 스케일의 부분적 박리 및 전기 부식에 따른 부식발생 등. ④ 흡수식냉동기의 성능은 냉각수 온도가 정격온도보다 1。C 높을 때 그 성능저하가 10∼15%에 이르고, 3。C 정도 높게 되면 이상 정지하게 된다.

43. 연소관리 • 가스유량계산 Qo= Q×{273/(273+t}×{(10330+P1/10330)} ×√(△Po/△P1) ×√(△Po/△P1) ×√(△r1/△Po) P1= GAS압력(mmhg), △P1=Po-P-P’, Po=사양가스압, P’=스트레이너 압손, P=노내압 r1테스트 가스비중, ro=사양 가스비중 • 연소가스의 분석 기준 공기비(m) = 21/(21-O2) , m = CO2 max / CO2 m= 1.15 이하 O2 = 전부하 3~4%, 최소부하 7~8%(50%연소시) CO = 0%일수록 좋다.(100ppm이하), CO2 = 10%

44. 운전이상 시 조치사항 • 냉각수 온도가 내려가지 않을 경우 • 원인 추기불량, 공기의 유입, 냉각수계의 오염 등이 주원인 이외에 연소량부족, 흡수액 순환불량, 과부하등도 냉수온도가 내려가지 못하는 원인이 된다. • 재생온도 및 압력상승 • 추기불량, 공기유입, 냉각수계오염, 연소량 과대, 흡수액 순환불량등의 원인에 의해 발생 가능, 그 외에 냉각수 부족, 냉각온도 상승 등에 의해 발생. • 배기가스 온도상승 • 재생기내의 노통 및 연관스케일 및 끄으름 부착의 경우가 많고 그외 원인으로는 연소량과대, 흡수액 순환량 부족등에 의하여 바생할 수 있다. 또한 배기가 원할하지 않을 경우 국부적으로 배기가스가 높게 체류할 수 있다. • 재생기 액면저하 • 냉방시에는 연소량과대, 흡수액 순환부족이 주원인이며 난방시 재생기만 가동시는 재생기 흡수액 충진량 부족, 냉난방절환밸브 누설등이 있을수 있다. 재생기 액면은 액레벨 리레이 자체의 고장에 주의. • 냉수온도가 너무 내려갈 때 • 제어장치의 고장, 냉수유량 부족 , 급격한 부하변동 등이며 냉수온도가 설계치 이하로 내려가면 동결에 이르러 복구가 곤란하므로 운전중에는 냉수펌프중지, 냉수유량부족현상에 각별히 주의. • 실화 • 기동시 발생하는 예가 많으며 연소 및 연소장치의 고장, 파이롯트공연비조정불량, 가스압력의 변화, 통풍력의 변화등이 원인이 된다. 실화후 재가동시는 연소감시 릴레이를 리세트 시켜야 한다.

45. 냉동시스템 진단방법(1) • (1)고효율 냉동기를 채택하였는가? • (2) 사용목적에 맞는 냉동기 형식이 채택되어 있는가? • (3) 냉동기의 운전성능(COP)을 체크하고 있는가? • (4) 냉동기가 부하변동에 적절히 연동운전 되고 있는가? • (5) 냉동기의 구동에너지원의 교체는 가능한가? • (6) 축냉설비의 도입이 경제적이지 않는가? • (7) 에너지원별 구동에너지는 어떤 방식이 가장 저렴한가? • (8) 설비의 Peak설비의 부착이 가능하지 아니한가? • (9) 냉동기의 대수제어는 가능한가? • (10) 냉열사용처에 적합한 증발 및 응축압력을 유지하는가?

46. 냉동기 진단방법(2) • (11) 팽창밸브의 선정 및 작동은 적절한가? • (12) 냉동기에서 액압축이 발생하고 있지는 아니한가? • (13) 냉매는 용도 및 목적에 맞는 것을 선택하였는가? • (14) 냉매가 부족하거나 과다충진 되어있지는 아니한가? • (15) 냉매배관의 보온상태는 절절히 유지되고 있는가? • (16) 다단압축의 냉매 중간압력 설정은 적정한가? • (17) 저단 사이클과 고단사이클의 냉매 순환비는 적절히 유지되고 있는가? • (18) 냉열원과 냉동기 브라인의 열교환 방식은 적절한가? • (19) 냉열교환이 다단일 경우 열교환 단수의 감소가 가능한가? • (20) 냉수의 배관은 적절한 상태로 보온되어 있는가?

47. 냉동기 진단방법(3) • (21) 냉수펌프와 냉각수 펌프는 적절히 연동되어 있는가? • (22) 냉수펌프의 용량 및 양정은 적절한가? • (23) 냉수온도 제어방식이 입구제어로 변경이 가능한가? • (24) 냉각수의 순환수량은 적절한가? • (25) 냉각수의 수처리 및 블로우다운은 적절히 시행하는가? • (26) 냉각탑의 풍량은 적절히 유지되고 있는가? • (27) 냉각탑의 제어가 적절한가? • (28) 냉각탑의 충진재가 소손되지는 않았는가? • (29) 냉각탑의 냉각수 분사노즐이 폐색되지는 않았는가? • (30) 전기에너지의 종별선택은 올바른가? • (31) 모자계량 방식이 유리하지는 아니한가.? • (32) 브라인의 농도는 적절히 유지되고 있는가? • (33) 밸브류(2-Way/3-Way)의 작동상태는 정확도를 유지하는가?

48. 냉동기 진단사례(1) • (1) 3-Way Valve 오작동으로 인한 순환불량 • (2) 펌프의 불량으로 냉각수 순환 불량 • (3) 냉각수 필터의 폐색으로 인한 압력증가 • (4) 팽창밸브의 불량을 액백이 발생하여 이상고압 발생 • (5) 냉각탑 분사느즐의 막힘으로 인한 냉동기 고압상승 • (6) 팽창밸브의 오작동 • (7) 냉동기 저온 온도설정 오류로 인한 미축열 발생 • (8) 결로발생으로 인한 배관손실 증가 • (9) 냉각공기의 재흡입 • (10) 적정 냉매량 및 압력 유지 필요

49. 냉동기 진단사례(2) • (11) 냉수온도관리 및 부하율 관리 • (12) 냉각탑 관리(철저한 수질관리로 응축기 및 배관망에 Slime 발생을 억제) • (13) 축열조의 순환불량으로 인한 축열율저하 • (14) 저부하영역에서 계속적인 운전으로 효율감소 • (15) 연통관의 미설치로 인한 순환불량 • (16) 중간압력의 부적절로 동력증가(중간압력(P)=√(P1,P2)) • (17) 운전모드의 설정치 잘못으로 축열량부족(매년 축냉시스템을 운전시는 초기 운전조건을 비교하여 운전타임 및 센서값을 재조정). • (18) 과대 일사량에 의한 냉각능력 감소 • (19) 냉각팬 및 펌프 제어 순서 오류로 동력증가.