개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 공기냉각 및 가열코일 — 코일 설계와 송풍기 동력 계산
코일은 공기와 냉온수를 열교환시키는 부품이고, 송풍기는 그 공기를 보낸다. 코일 설계에서는 온도차와 유속을, 송풍기에서는 풍량과 정압, 효율을 넣어 동력을 계산한다.
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뜻
공기냉각코일과 가열코일은 관 안의 냉온수나 냉매와 관 밖의 공기를 열교환시킨다. 코일의 성능은 열전달량으로 평가하며, 열전달량은 대수평균온도차에 비례한다. 따라서 효율적인 설계를 위해서는 대수평균온도차를 크게 잡는다. 이를 작게 한다는 설명은 설계 원리와 반대다.
공기와 물의 흐름 방향도 성능을 좌우한다. 열전달 효율을 높이려면 두 흐름을 역류에 가깝게 배치한다. 병류로 두면 평균 온도차가 줄어 열효율이 낮아진다.
관내 물의 속도는 일정 범위로 제한한다. 냉수코일에서 물의 속도는 일반적으로 0.5~2.0m/s 정도로 설계하며, 5~15m/s처럼 빠르게 잡으면 소음과 마모가 커져 적절하지 않다. 입출구 온도차와 냉수 온도, 풍속도 함께 맞춘다.
공기 세정기는 물을 분무해 공기를 씻어 내는 장치다. 분무 노즐이 미세한 물방울을 만들려면 충분한 수압이 필요하므로, 작동 수압을 일반적으로 200~500kPa로 잡는다. 20~50kPa는 분무 효율이 크게 떨어지는 저압 구간이다.
수분무식 가습은 물이나 온수를 직접 공기 중에 분사하는 방식이다. 원심식과 초음파식, 분무식처럼 물을 미세 입자로 흩뿌리는 장치가 여기에 든다. 가습팬식은 물을 분사하는 것이 아니라 공기를 가습 매체에 통과시키는 간접 방식이므로 수분무식과 구분한다.
송풍기의 소요동력은 풍량과 정압, 효율로 계산한다. 풍량 Q(m³/min)와 정압 H(mmAq)의 곱을 6120과 효율 η로 나눈 값이 동력(kW)이 된다. 풍량 450m³/min, 정압 50mmAq, 효율 50%이면 (450×50)/(6120×0.5)로 약 7.35kW다. 효율을 분모에 두어야 실제로 더 큰 동력이 필요하다는 점을 반영할 수 있다.
회전수를 바꾸면 동력은 세제곱으로 변한다. 풍량 600m³/min, 정압 60mmAq, 회전수 500rpm, 효율 50%인 송풍기의 초기 동력은 (600×60)/(6120×0.5)로 약 11.76kW다. 회전수를 600rpm으로 올리면 회전수 비 1.2의 세제곱인 1.728을 곱해 약 20.3kW가 된다.
냉각탑에는 축류식 송풍기 가운데 프로펠러형이 주로 쓰인다. 풍량이 많고 구조가 간단하기 때문이다.
예제
선지 판단은 냉수코일의 대수평균온도차를 크게 잡는 것이 효율적이라고 보는지, 공기와 물을 역류로 배치하는 것이 유리하다고 보는지, 관내 물 속도를 0.5~2.0m/s로 보는지, 공기 세정기 분무 수압을 200~500kPa로 보는지, 가습팬식을 수분무식으로 분류하는지, 송풍기 동력을 (풍량×정압)/(6120×효율)로 계산하는지에서 갈린다. 대수평균온도차를 크게 하고 역류 배치를 택한 선지, 물 속도 범위를 바르게 적은 선지, 분무 수압을 200~500kPa로 본 선지, 동력 7.35kW나 20.3kW를 얻은 선지가 맞고, 대수평균온도차를 작게 잡는 선지와 가습팬식을 수분무식으로 넣은 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 냉수코일의 열효율을 높이려면 어떻게 설계하나요?
- 대수평균온도차를 크게 잡고, 공기와 냉수의 흐름을 역류에 가깝게 배치합니다. 관내 물 속도는 0.5~2.0m/s 범위로 제한해 소음과 마모를 줄입니다.
- 공기 세정기의 분무 수압은 얼마인가요?
- 일반적으로 200~500kPa입니다. 미세한 물방울을 만들려면 충분한 압력이 필요하며, 20~50kPa는 분무 효율이 크게 떨어지는 저압 구간입니다.
- 송풍기 소요동력은 어떻게 계산하나요?
- (풍량×정압)/(6120×효율)로 계산합니다. 풍량 450m³/min, 정압 50mmAq, 효율 50%이면 약 7.35kW입니다. 회전수를 바꾸면 동력은 회전수 비의 세제곱에 비례해 변합니다.
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