건축물에너지 소비량 절감을 위한 대온도차 냉동기의 냉수 온도조건 설계 (Design of Chilled Water Temperature Condition of Large Temperature Differential Chiller for Saving Building Energy)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 2호 / 90 ~ 98페이지
· 저자명 : 진정탁, 석윤진, 조홍재, 최슬건, 황동곤

초록

본 연구에서는 건축물 에너지 소비량 절감을 위한 냉수 대온도차 냉동기 시스템을 소개하고 표준 온도조건의 냉동기와 대온도차 냉동기의 성능과 경제성을 비교, 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.
(1) 냉동기 선정 시 냉수 입/출구 온도조건에 따라 소비전력 및 COP가 변경되므로 이를 고려하여 냉동기를 선정해야 한다. 또한 열교환기(증발기) Pass 수는 장비의 배치, 입/출구 방향, 장비의 마찰손실 등에 영향을 주므로 반드시 장비 선정 단계에 확인해야 한다. 또한, 냉방부하는 건물의 용도, 규모, 운영시간 등에 의해 달라지므로 반드시 이를 반영하여 냉동기 냉수온도조건을 결정하여야 한다.
(2) 팬코일 유닛 선정 시 냉수 입/출구 온도조건에 따라 코일의 전열, 현열 처리량, 마찰손실, 등에 영향을 주므로 반드시 제조사에 데이터를 제공받아 설계에 반영하여야 한다. 또한, 팬코일 유닛으로 냉수 공급온도가 너무 낮은 경우 취출 시 결로가 발생할 수 있으므로, 배관 및 기기 단열에 대한 검토가 필요하다.
(3) 냉수 입구 온도를 높여 대온도차를 구성하는 경우(ALT-2) 냉동기 및 냉수펌프의 소비전력은 감소하지만 공조설비의 열교환 효율이 감소하므로 팬코일 유닛의 수는 증가한다. 하지만 소비전력이 가장 적으므로 초기투자비 보다는 적은 운영비를 우선 시 하는 현장에 적용하는 것을 권장한다.
(4) 냉수 출구 온도를 낮추어 대온도차를 구성하는 경우(ALT-3) 냉동기 소비전력은 증가하지만 냉수펌프 소비동력 감소한다. 또한 운전조건에 따른 공조설비의 열교환 효율 향상으로 팬코일 유닛의 수를 줄 일 수 있으므로 공조설비의 설치면적이 제한적인 곳에 적용하는 것을 권장한다.
(5) 냉수 출구 온도를 낮추고, 입구 온도를 높여 대온도차를 구성하는 경우(ALT-4) 냉동기 소비전력이 증가하고 공조설비의 열교환 효율이 감소하여 팬코일 유닛의 수가 증가한다. 하지만 펌프 소비전력과 배관 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있으므로, 기계실과 공조설비의 거리가 먼 대규모 건물에 현장에 적용하는 것을 권장한다.
(6) 대온도차 냉동기는 냉수온도 조건에 따라 팬코일 유닛의 토출공기 상태가 변하므로 온도조건에 따라 팬코일 유닛에서 처리할 수 있는 전열 및 현열부하를 반드시 검토하여 설계에 반영해야 한다.
(7) 본 연구에서는 전기요금과 배관경 감소와 관련된 부분만 검토하였으나 Pass 수 증가에 따른 냉동기 열교환기 추가비용, 냉수순환펌프 유량감소에 따른 펌프 및 배관경 설치비 절감, 저온 수송에 따른 배단 단열재 변경 등을 복합적으로 고려한 경제성 평가에 대해서는 추후 진행할 예정이다.
설계 초기 단계부터 대온도차 냉동기 시스템과 같은 저에너지 고효율 시스템을 적용하여야 제로에너지 건축물과 탄소중립 2050과 같은 정부정책에 부응할 수 있으며, 운영단계에서 건축물에너지 소비량 절감을 구현할 수 있다. 따라서 본 연구를 바탕으로 건축물의 용도, 규모, 운영시간 등 건물 특성을 검토하여 대온도차 냉동기의 냉수온도 조건을 선정할 때 참고자료로 활용하길 기대한다.

영어초록

The purpose of this study was to determine chilled water temperature. Conventionally, a design of chilled-water temperature differential across cooling coils of 5℃ was used, which resulted in a flow rate of 2.6 L/min per kW. In recent years, due to increasing demand for zero-energy building, carbon neutrality 2050 has led to a reexamination of the design used in selecting chiller system with a goal to reduce energy consumption. Large temperature differential chiller is considered by MEP Engineers. The chiller system is designed by reducing circulation water with a chilled-water temperature differential above 7℃. Increasing temperature differential can reduce circulation water by the law of conservation of energy. Reducing chilled-water flow rates can save energy, operating cost, and pipe installation cost.

참고자료

· 없음