[9차 : 축열식 냉동기]

축열시스템 : 열원장치에서 열을 일시적으로 축열장치에 저장하였다가 공급하는 시스템

[1] 축열시스템의 종류 (1) 수축열방식 (대용량에 적용)

열용량이 큰 물을 축열재료로 이용하는 방식, 건축기초부의 이중슬래브 내에 물을 저장하여 축열하는 방법 (2) 빙축열방식 (소용량에 적용)

냉열을 얼음에 저장하는 방법 (0℃ 얼음이 될 때까지 융해열 저장) 얼음의 융해열(냉열) 79.68kcal/kg(333.6kJ/kg)을 저장하는 방식 (3) 잠열 축열방식

물질의 융해 및 응고시 상변화에 따르는 잠열을 이용하여 축열하는 방식으로 빙축열도 이 방식의 일종이다.

(4) 구조체 축열방식

건물의 구조체인 콘크리트 등을 이용한 축열방식, 태양의 일사를 바닥 콘크리트 슬래브에 축열하여 난방에 이용하는 방법 (5) 토양 축열방식

토양의 단열성과 축열성을 이용하는 방식, 주택 등 태양난방시스템에 이용

[2] 수축열방식의 특징 (1) 시스템의 장점

① 열원용량의 절감 : 냉동기나 히트펌프 등의 열원을 야간에도 운전하여 축열조에 저장하였다가 주간에 사용가능 ② 부분부하 운전가능으로 열원기기의 운전효율 향상

③ 기계실 공간, 변전설비용량 절감 ④ 전력요금 절감

⑤ 열회수가 용이

⑥ 열원기기 고장시 대응이 가능 (2) 시스템의 단점

① 축열조 단열 및 방수 시공비 증가로 보수관리비 증대 ② 축열조에서의 열손실

③ 반송동력(펌프)의 증가 <-- 축열을 옮길 수 있는 펌프동력이 필요 ④ 온도제어/유량제어시스템이 필요, 야간운전을 위한 경비가 필요 ⑤ 수처리가 필요

[9차 : 축열식 냉동기]

[그림 8-13] 축열운전에 의한 전력요금의 절감

[3] 수축열방식의 분류 축열을 목적별로 분류하면, ① 주간전력 절감(열원의 용량감소) : 설비비의 절감, 전력 절약

② 기동부하용 : 아침 등의 기동부하를 축열분으로 보충 ③ 열회수용 : 냉방배열을 난방에 이용

④ 열원고장시 대응: 축열조의 열을 이용 ⑤ 시간외 대응 : 부분부하 운전가능

⑥ 냉동기 운전효율 향상 : 냉동기기가 소형으로 높은 전부하운전까지 가능

- 종류 : 개방식, 밀폐식

[그림 8-14] 축열목적별 분류

1) 개방식

축열조내 수면이 대기에 접해 있는 방식으로 2차측 배관에 직접 축열조의 물을 공급할 큰 펌프동력이 필요

2) 밀폐식

규모가 적은 시설에 적용(펌프동력을 작게 할 수 있어 수질 관리면에 유리함.) 축열조의 설치위치에 따라 탱크의 필요유압이 변하기 때문에 충분한 검토 필요

(a) 개방식 (b) 밀폐식 [그림 8-15] 개방식과 밀폐식 축열시스템

[3] 수축열방식의 용량산출

부하가 가장 높은 1일 냉방(난방) 열수요량을 계산한 후, 이에 대응하는 열원기기를 야간 축열운전 및 주간운전에 대응하도록 설계한다.

예) 야간축열운전 10시간, 주간운전 10시간이라면 열수요량은 50%으로 산정

여기서 여유율 : 1.05, 축열효율 : 0.8, 2차측 이용온도를 6℃(7∼13℃)라면, 1USRT=3024kcal 상당열량을 저장하기 위해서 축열조의 용량은?

즉, 1㎥당 약 1.5USRT 상당열량축열이 가능하게 된다.

축열조

작은 펌프 동력 (난방)

(축열보완)

큰 펌프 동력

[4] 빙축열방식 (1) 시스템의 특징

☞ 장점 :

③ 냉수온도가 낮기 때문에 열교환기를 이용하여 2차측 배관시스템을 밀폐식으로 가능 (소형으로 옥상설치가능) 단점 : ④ 제빙을 위한 냉동기 운전은 냉수취출을 위한 운전보다 증발온도가 낮기 때문에 COP가 나빠져 20∼30%

동력이 증가

⑤ 온수축열조로서 능력이 작기 때문에 난방시 축열대응에 제약이 있다.

(2) 빙축열방식의 종류

1) 정적제빙방식(static type) : (빙)축열조 내에 제빙파이프를 설치하여 파이프 바깥쪽 또는 안쪽에 얼음을 생성시키는 방식 2) 동적제빙방식(dynamic type) : 축열조의 외부에서 제빙하고 그 얼음을 축열조에 옮겨 축열하는 방식

[그림 8-16] 제빙방식의 차이에 따른 분류

저온습증기 팽창밸브

제빙시킴

(증발기) 증발

얼음, 물

얼음

물

(냉방)

얼음, 물 저온습증기

(외부) 빙

물

(냉방)

(증발기)

(3) 냉매방식

1) 직접팽창식 : 프레온 냉매를 직접 제빙부에 공급하는 방식

축열조 내에 코일을 설치하고 냉매를 증발시켜 코일 표면에 얼음을 형성시키는 것이지만 열펌프와 4방밸브를 이용하여 냉매회로를 바꿔 축열조 내의 코일을 응축기로 이용하면 빙축열조를 온수축열조로 이용할 수 있다.

(냉수펌프를 온수펌프로 이용)

2) 브라인 순환식 : 냉동기에서 냉각된 브라인을 제빙부에 공급하는 방식

- 증발기에서 냉각된 브라인(에틸렌글리콜)을 축열조내의 코일로 보내 얼음을 형성하고, 공조기에 축열조내의 냉수를 를 순환시켜 축열조 코일내의 브라인을 직접 공조기에 공급하는 방식

- 축열조 내에 냉매코일이 없기 때문에 시공과 운전관리가 용이하고 일반적으로 Chiller(냉각장치)를 그대로 사용할 수 있다.

- 열교환기를 이용하면 냉동기의 효율이 약간 떨어지는 단점과 브라인에 별도 쓰는 펌프동력이 여분으로 필요하다.

(4) 빙축열방식의 용량 산출 1) 냉동기

최대부하일의 1일 냉방부하를 야간 및 주간의 운전에 의해 대응하면,

단, 주간도 제빙운전을 하는 경우로, 냉수운전을 하는 경우는 냉동능력이 커지기 때문에 냉동기의 용량은 다음과 같다.

(여기서, k는 냉수운전시의 냉동능력을 제빙운전시의 냉동능력으로 나눈 값)

2) 빙축열조

- 축열용량 = 냉동기능력 × 야간 축열운전시간 (보통, 제빙온도를 고려하여 기기를 선정한다.)

[그림 8-17] 직접팽창식 빙축열시스템 [그림 8-18] 브라인 순환식 빙축열시스템

냉매 증발 증발된 브라인

프레온가스

* 실제로 배관 및 축열조의 열손실, 펌프가열 등에 의한 손실을 고려하여 냉동기의 용량을 크게 설정함