대일아쿠아

참고로 CTI BLUE BOOK에 수록된 커브는 HWT로써 200^oF 까지, CWT에 대해서는 34^oF을 최소 온도로 하여 최대 100^oF 까지 의 냉각 범위에 대해 X축에 L/G 값을 Y 축에는 이에 상응하는 NTU 값을 TCHEBYCHEFF의 4개 지점 적분법에 의거 계산된 결과를 LOG 값으로 수록한 것이다. CTI BLUE BOOK에 수록된 CURVE는 화씨 온도를 사용하고 있어, 섭씨 단위를 사용하는 우리 나라 같은 지역에서는 대부분의 경우 그냥 사용이 불가능 하며, 반듯이 섭씨 온도를 화씨 온도로 단위를 환산한 다음 보간법에 의해 계산해야 되는 번거러움이 수반된다. 따라서, 수 작업에 의한 NTU 계산이 보다 편리하다. 참고로 CTI는 조만간 섭씨 단위로 환산된 BLUE BOOK을 발간할 예정으로 알려져 있다.

다음의 예제를 통하여 CTI BLUE BOOK에 의하지 않고 계산을 통하여 NTU 값을 계산하는 절차를 익히고, 아울러 설계 L/G의 값에 따라 NTU의 값이 어떻게 변화하는 가와 냉각탑에 유입되는 공기의 습구 온도 변화 그리고 냉각탑 입구 수온의 변화에 따라 NTU에 미치는 결과를 알아 본다.

예제 1
- 대기압: 29.921 INCH HG
- 냉각탑 입구 공기 습구 온도: 80.6^oF (27^oC) 
- 냉각탑 입구 공기 상대 습도: 80%
- L/G: 1.400 
- 냉각탑 입구 수온, tw2: 111.2^oF (44^oC)
- 냉각탑 출구 수온, tw1: 89.6^oF (32^oC)

계산
- 냉각탑 입구 습구 온도에서의 공기 엔탈피: ha1 = 44.3440 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 공기 엔탈피: ha2 = ha1 + L/G x Range = 44.3440 + 1.4 x 21.6 
= 74.5840 BTU/LB 건공기
- Dha = ha2 - ha1 = 74.5840 - 44.3440 = 30.240 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 습공기 온도: 101.54^oF (이 온도는 ha2에 해당되는 공기의 온도)

NTU값은 다음의 보조 계산 도구에 의하여 계산하면 매우 편리하다.

NTU = S (1/hw-ha) / 4 x RANGE = 0.29717 / 4 x 21.6 = 1.6047 다음은 상기 조건에 대한 접근 온도 9^oF에 대한 NTU CURVE를 작도한 것이다.

예제 2
- 조건은 예제 1과 동일하나 단 L/G만 1.2로 변경하였을 때

계산
- 냉각탑 입구 습구 온도에서의 공기 엔탈피: ha1 = 44.3440 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구 온도에서의 공기 엔탈피: ha2 = ha1 + L/G x Range = 44.3440 + 1.2 x 21.6= 70.2640 BTU/LB 건공기
- Dha = ha2 - ha1 = 70.2640 - 44.3440 = 25.920 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 습공기 온도: 99.16^oF (이 온도는 ha2에 해당되는 공기의 온도)

NTU = S (1/hw-ha) / 4 x RANGE = 0.26322 / 4 x 21.6 = 1.4214

상기 두개의 예를 통하여 L/G를 제외한 모든 조건이 동일할 때 NTU 값이 어떻게 변하는 지를 알아 본 것으로, L/G를 1.4에서 1.2로 줄였다는 것은 단위 시간당 동일한 물의 순환량 (MASS WATER FLOW, LB WATER/HR)에 대하여 단위 시간당 공기의 유입량 (MASS AIR FLOW, LB DRY AIR/HR) 을 늘렸다는 것을 의미이며, 이는 곧 공기량 증가로 인하여 건공기의 단위 무게 당 열을 전달 받는 열량 즉 엔탈피가 줄어 들어 물의 온도에서의 포화 습공기의 엔탈피 (물의 엔탈피라 칭함.)와 습구 온도에서의 포화 습공기 엔탈피 (공기의 엔탈피) 차가 커지는 결과가 되고 이의 역수인 1/(hw-ha)의 값이 줄어들었기 때문이다. 이들 예에서 주목해야 될 것은 L/G의 값이 상대적으로 큰 것은 작은 것에 비하여 냉각탑이 요구하는 전열 면적이 커진다는 것을 의미한다는 것이다. 달리 표현하면 NTU/(G/L) 값이 클수록 냉각탑의 열 전달부의 크기가 커진다는 것을 의미한다.

예제 3
- 냉각탑 입구 공기의 습구 온도를 82.4^oF (28^oC)로 하고 다른 조건은 예제 1과 동일할 때

계산
- 냉각탑 입구 습구 온도에서의 공기 엔탈피, ha1: 46.3624 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 공기 엔탈피, ha2: ha1 + L/G x Range = 46.3624 + 1.4 x 21.6 = 76.6024 BTU/LB
건공기
- Dha: ha2 - ha = 76.6024 - 46.3624 = 30.240 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 습공기 온도: 102.61^oF (이 온도는 ha2에 해당되는 공기의 온도)

예제 1과 예제 3을 비교하면 냉각탑에 유입되는 공기의 습구 온도가 27^oC에서 28^oC로 올라 감에 따라 공기의 엔탈피가 상승되어 물의 엔탈피와 공기의 엔탈피 차인 hw - ha값이 보다 적어져 이의 역수인 1/(hw - ha)가 커져 결과적으로 NTU값이 증가된 것이다. 다른 말로 표현하면, ENTHALPY DRIVING FORCE (hw - ha )가 적을 수록 보다 많은 열 전달 면적을 요구하는 냉각탑 설계가 되는 것을 의미한다. 즉 DRIVING FORCE가 점점 적어 질 수록 냉각시키기가 어려운 냉각탑 설계 조건이 됨도 알 수 있다.

예제 4
- 냉각탑 입구 수온을 104^oF (40^oC)로 하고 다른 조건은 예제 1과 동일할 때

계산
- 냉각탑 입구에서의 공기 엔탈피, ha1: 44.3440 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 공기 엔탈피, ha2: ha1 + L/G x Range = 44.3440 + 1.4 x 14.4 = 64.5040 BTU/LB
건공기
- Dha: ha2 - ha1 = 64.5040 - 44.344 0= 20.160 BTU/LB 건공기
- 냉각탑 출구에서의 습공기 온도, Exit Air Temp.: 95.73^oF (이 온도는 ha2에 해당되는 공기 온도)

NTU = S (1/hw-ha) / 4 x RANGE = 0.33047 / 4 x 14.4 = 1.1897

상기 예제 4는 냉각탑에 유입되는 물의 온도가 44^oC에서 40^oC로 내려가 냉각 범위가 12^oC에서 8^oC로 조건이 바뀌어졌을 때의 NTU가 1.6048에서 1.1898로 줄어 들었음을 비교하기 위한 것이다. 이는 곧 냉각 범위가 작을 수록 요구 전열 단위 수는 줄어 들게 된다는 것을 알 수 있다.