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앞서 열거한 것은 주어진 냉각탑의 설계 온도 조건들에 대한 냉각탑 요구 열량을 계산하는
절차에 대한 것이었다. 다음은 이 요구 열량을 만족하는 냉각탑을 결정하기 위한 냉각탑의
특성 (TOWER CHARACTERISTIC, 일명 THERMAL CAPABILITY)에
대해서 알아 본다.
아래의 관계식으로
표현되는 냉각탑 특성은 THERMAL CAPACITY를 말하며 KaV/L로 표기한다.
냉각탑 요구 열량을 NTU 대신 KaV/L로 표기하나 이는 냉각탑 특성 KaV/L과는
다른 의미를 갖는다. 혼돈을 피하기 위해서는 냉각탑 요구 열량에서 구한 KaV/L을
NTU로 표기하고 THERMAL CAPACITY를 KaV/L로 표기할 것을 권장한다.
냉각탑 특성값
(TOWER THERMAL CHARACTERISTIC) =
여기서,
C: L/G = 1.0에서의 특성 곡선과 마주치는 점의 KaV/L값
m: FILL의 특성에 따라 시험 자료로 부터 얻어 지는 지수로 -0.5에서 -0.8
사이이며, SPLASH FILL의 경우는 - 0.5에서 -0.6 정도며, FILM
FILL의 경우는 -0.7에서 -0.8 사이임.
앞서의 곡선은
예제1에 대해 SLOPE = - 0.600 일 때의 냉각탑 특성 곡선이며, 다음의
곡선은 냉각탑 열량 요구량 (NTU)과 냉각탑 특성 (TOWER CHARACTERISTIC
)을 동시에 작도한 것이다.
특성 곡선은
L/G 와 KaV/L에 대해 로그-로그 커브상에서 마이너스 경사의 직선으로 표시되는
것으로 다음의 유도식으로 부터 알 수 있다.
LOG (KaV/L)
= LOG (C (L/G)m) = LOG ( C ) + m x
LOG (L/G) .......(11)
이 식은 절편값
"C" 로 하고 기울기가 m인 일차 함수와 동일하다. 따라서 로그-로그
커브에서 기울기인 m이 음수이므로 마이너스 경사로 표시되는 것이다.
냉각탑 특성
곡선은 FILL의 종류가 정해지면 기울기 m이 정해지는 것으로 정확한 FILL 성능
자료가 없을 경우 SLASH FILL은 -0.600 그리고 FILM FILL은 -0.800을
적용한다. 주어진 설계 조건에 대해 설계 L/G값이 일단 정해 지면 그에 상응하는
NTU값이 정해 지게 되는데 이때의 L/G에 대한 KaV/L 이 냉각탑의 특성 지점인
것이다. NTU = KaV/L = C x (L/G)m 관계로 부터
C = NTU / (L/G)m값이 얻어진다.
상수C는 설계 조건이
변경되었을 때 변경된 조건에 대한 냉각탑 출구 수온을 계산하는데 사용되는 매우 중요한
설계 자료이다. 4 장에서 여러 예제를 통하여 다양하게 변경된 설계 조건에 대한 출구
수온을 예측하는 경험을 익힐 것이다. 또한 특성 곡선은 다음의 3 가지 방식에 의해
정해질 수 있다.
a.
-
FILL 제조 회사에서 제시하는
특성 값: 냉각탑 특성 곡선은 FILL 제조 회사에서 제시하는 것으로 일명
FILL PERFORMANCE CURVE라 하며, 냉각탑 설계자는 이 자료를
이용하여 설계 L/G 값과 설계 NTU를 만족하는 FILL의 높이와 FILL을
통과하는 공기의 속도를 찾은 다음 CELL당 설계 L/G로 부터 설계 풍량을
구한 값을 FILL PERFORMANCE CURVE로 부터 구한 공기의 속도로
나누면 CELL의 면적을 얻게 되어 주어진 조건을 만족하는 냉각탑을 얻게 되는
것이다.
b.
- FIELD TEST에 의해 하나의
특성 지점을 찾고 그 지점을 통해서 원래의 특성 커브에 나란히
특성 커브를 그린다.
c.
- FIELD TEST를 거쳐 서로
다른 L/G 값들에서 적어도 두개의 특성치를 찾아 서로 그 사이를 이으면 특성
곡선이 된다. 그러나, 이 경우 역시 설계 예상치 범위 내에 있어야 된다.
냉각탑 특성
곡선은 습구 온도, 냉각탑 출구 공기 온도, 냉각탑의 입구 및 출구 수온을 측정하여
실험적으로 정해지는 것이며, 이것이 정해진 다음 L/G을 다음과 같이 계산하여 도표로
제작한 것이다.
a.
-
냉각탑에서
배출되는 공기는 포화 되어 있다고 안전하게 가정될 수 있으므로, 토출 공기의
건구 온도는 습구 온도와 같다고 볼 수 있다. 공기 흡입 측에서 습구 온도를
알고 있다면, 공기의 엔탈피 증가는 습공기 선도로 부터 쉽게 구할 수 있다.
공기와 물의 유량들은 냉각탑에서 일정한 흐름을 유지하기 위해서는 적당한 범위
내에 있어야 된다.
b.
-
HEAT
& MASS BALANCE로 부터 냉각탑의 L/G 값은 *ha /C
(tw2 - tw1)으로 부터 계산될 수
있다.
그 다음 L/G에
대응하는 KaV/L은 DEMAND CURVE로 부터 성립될 수 있다.
한편, 냉각탑
특성 곡선은 냉각탑의 열적 성능 시험을 위하여 제작자가 냉각탑 발주처에 커브를 제출해야
되는 주요한 자료로 설계치 L/G에 ± 20%의 범위를 만족하도록 커브를
준비하여야 한다. TEST L/G 값은 다음과 같은 절차에 의해 구해진다.
(L/G) TEST
= (L/G) DESIGN x (TEST WATER FLOW / DESIGN WATER
FLOW) x (DESIGN HP / TEST HP)1/3 x
(TEST EXIT AIR DENSITY/ DESIGN EXIT AIR DENSITY)1/3
x (TEST EXIT AIR SPECIFIC VOLUME / DESIGN EXIT
AIR SPECIFIC VOLUME)
L/G TEST
값을 구한 다음, 냉각탑 입구 및 출구 온도 그리고 습구 온도의 평균 값을 사용하여
KaV/L 구하고 이들 L/G 와 KaV/L 값을 제작자가 제시한 특성 곡선에 평행하게
그려서 냉각탑의 실질적인 용량 (CAPA. = L/G INTERSECTION / L/G
DESIGN X 100%)을 계산하여 합부 판정을 하는 것이다. 다음 도표는 설계
TOWER CHARACTERISTIC 값과 FILED에서 실제로 냉각탑 성능을 측정한
결과를 분석한 것으로 분석에 대한 중간 과정에 대해서는 첨부 자료를 참고하기 바람.
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