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[용어 정리]

- HWT (tw2): 냉각탑 입구 온도 (HOT WATER TEMPERATURE)
- CWT (tw1): 냉각탑 출구 온도 (COLD WATER TEMPERATURE)
- RANGE: HWT - CWT
- ha2: 냉각탑 출구 공기의 엔탈피
- ha1: 냉각탑 입구 공기의 엔탈피
- NTU: 냉각탑 열량 전달 단위 수 (NUMBER OF TRANSFER UNIT) 또는 THERMAL DEMAND, 또는 TOWER DEMAND
- KaV/L: 냉각탑 특성값 (TOWER CHARACTERISTIC 또는 THERMAL CAPACITY)

(1) 임의의 냉각탑 토출 공기의 온도를 정하고 그 온도에서의 공기 엔탈피를 CTI자료를 이용하여 ha2값을 찾거나, 아니면 본 자료의 부록에 수록된 엔탈피 계산 공식에 의거 하여 ha2 값을 구한다. 일반적으로 냉각탑 출구 공기의 온도를 정하는 출발점은 (HWT - CWT)/2 이다.

(2) 다음은 L/G를 계산한다. L/G는 (ha2 - ha1)/(tw2 - tw1)의 식을 이용하여 구한다.

(3) 앞서 수 차례의 예제를 통하여 계산한바 있는 NTU를 계산한다. CTI BLUE BOOK을 이용하여 NTU 를 계산할 수도 있으나, 계산의 오차를 피할 수 없으므로 부록에 수록된 엔탈피 공식을 이용하여 각각의 엔탈피를 구하여, NTU = S(1/hw -ha) /4 x RANGE 수식을 적용하여 계산한다. (참고로 WATER SIDE 엔탈피와 AIR SIDE 엔탈피를 계산할 때는 상대 습도를 공히 100%로 한다. 단, AIR SIDE 엔탈피를 계산할 때 공기의 온도를 건구 온도로 할 때는 반듯이 설계 상대 습도를 적용하여야 한다.)

(4) 앞서 가정한 냉각탑 토출 공기 온도의 합당 여부를 판단한다. 냉각탑의 설계 L/G는 DEMAND CURVE의 X축 어느 지점을 택하여 설계할 수 있으나, 최적의 설계를 위해서는 L/G와 NTU 간에는 일정한 비가 존재하며, 그것은 바로 실험과 경험을 토대로 NTU 값이 1/3 x L/G <= 1/NTU <= 1/2 x L/G 또는 2 x 1/(L/G) <= NTU <= 3 x 1/(L/G)이 되도록 L/G 값을 선정하는 것이 경제적인 설계로 받아 들여 지고 있다.

NTU값이 2 x 1/(L/G) 값에 가까워 지거나 이 보다 적을 경우는 설계된 냉각탑은 전열 단위 수가 적고많은 공기를 필요로 하는 냉각탑임을 의미하며 공기를 끌어 들이기 위한 FAN의 동력을 많이 필요로 한다는 것을 의미하며 또한 전열 면적이 적은 냉각탑이 라는 사실을 의미하게 된다. 반대로, NTU값이 3x 1/(L/G)에 근접 하거나 또는 이 보다 클 경우는 상대적으로 적은 공기량을 필요로 하는 냉각탑이 되
어 FAN 동력이 적어짐을 의미하나, 전열 면적이 큰 냉각탑이 되어 경제적인 설계가 되지 못한다는 것을 의미하기도 한다.

만일 계산된 NTU값이 1/(L/G) x 2에 근접되어 있을 경우는 NTU 값을 늘여야 됨으로 S(1/hw-ha) 항의 ha 값 (즉 ha2)을 크게 하면 된다. 즉 냉각탑 출구 공기 온도를 보다 높게 잡으면 되는 것이다. 앞에서 살펴 보았듯이 L/G= (ha2 - ha1)/(tw2 - tw1)관계식에서 ha2를 제외한 항은 설계상 고정된 값이므로 ha2를 증가 시키면 L/G 값은 자연히 증가되는 것이다. L/G를 증가시킨다는 의미는 필요 공기량을줄인다는 것과 동일한 의미이며, 또한 L/G를 크게 할수록 냉각탑에서 토출 되는 공기의 온도는 상승되는 것을 의미한다.

NTU와 1/(L/G)의 비를 고려하여 1/(L/G) x 2 <= NTU <= 1/(L/G) x 3 의 범위를 만족하지 않으면, 상기 절차를 반복한다. (참고로, 일부 냉각탑 관련자들 중 동일한 설계 온도 조건에서 공기량을 늘리면 토출 되는 공기의 온도가 증가되는 것으로 잘못 이해하고 있다. 이것은 잘 못된 것이다.)

(5) L/G와 NTU가 결정되었으면 이를 만족하는 FILL을 선정한다. FILL은 FILM TYPE과 SPLASH TYPE으로 분류되며, FILL 재질에 따라 목재, PVC, CERAMIC 그리고 PP등으로 분류된다. FILL 선정의 기본 요소는 냉각수의 수질, 냉각수의 최대 온도 등이다. FILL 선정은 냉각탑의 크기는 물론 구동부의 크기를 결정하는 중요한 변수임은 물론 FILL 사용 수명에도 직접적으로 관련되므로 냉각탑 설계자는 충분한 검토를 거친 다음 FILL 종류를 선정하여야 한다.

FILL의 종류가 정해졌으면 FILL 제조 회사가 제시하는 FILL CHARACTERISTIC CURVE (일명 FILL PERFORMANCE CURVE)를 이용하여, 앞서 구한 L/G와 NTU를 만족하는 FILL의 높이와 공기 유속을 찾으면 된다. CELL의 길이와 폭은 G = L / (L/G)로 부터 구한 공기의 무게에 FILL에서의 평균 비체적을 곱하면, 즉 AIR FLOW = AIR MASS x AVERAGE SPECIFIC VOLUME으로 부터 풍량이 계산된다.
계산된 풍량에 FILL에서 구한 공기의 평균 유속을 나누면 CELL의 면적을 얻게 된다. 이 면적을 적당히 조정하면 CELL의 길이와 폭을 구하게 된다.(참고로 FILL에서의 평균 비체적은 FILL 입구에서의 비체적을 부록의 SPECIFIC VOLUME 계산식에 의거 구하고, 공기의 토출 온도에서 SPECIFIC VOLUME을 구하여 평균한 값이다.

(6) 냉각탑 CELL의 길이와 폭이 정해 졌으면 BY-PASS WATER % 와 FILL OBSTRUCTION을 계산한 후 다음 요령에 따라 열량 설계를 다시 시작한다.

이러한 새로운 조건에서 NTU를 구한 다음, 앞서 기술한 냉각탑 입구 수온에 대한 MERKEL CORRECTION FACTOR를 곱하여 수정된 NTU를 얻는다.

(7) 다음은 냉각탑에서의 공기의 압력 손실 (PRESSURE DROP, 일명 STATIC PRESSURE 정압 손실)을 계산한다. 공기압 손실은 마찰을 고려하지 않을 경우 공기의 흐름 방향이 바뀌는 곳에서 일어난다.
대향류형의 냉각탑에 있어서 공기압 손실이 발생되는 곳은 다음과 같으며 정확하게 계산을 하여야FAN의 축 동력이 계산되어 올 바른 모터 용량을 선정될 수 있다.

• ●  냉각탑 공기 입구(AIR INLET 또는 AIR INLET LOUVER)에서의 공기압 손실
• ●  FILL에서의 공기압 손실
• ●  물 분배 계통을 포함한 DRIFT ELIMINATOR에서의 공기압 손실
• ●  냉각탑 FAN 지지 구조물에 의한 공기 흐름 장애로 발생되는 공기압 손실을 포함한 FAN 입구부
  에서 공기 유로가 좁아 들면서 발생되는 공기압 손실 등으로 구분할 수 있다.

정확한 계산 근거 없이 냉각탑에서의 공기압 손실을 막연히 추정하는 것은 매우 위험한 것으로 여기에기술되는 내용을 참고하여 주기 바란다. 공기압의 손실은 동압에 압력 손실 계수 (PRESSURE DROP COEFFICIENT, K)를 곱하여 구하게 되며 다음식으로 표기된다.

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