| 예제
10
-
순환 수량, L1: 16,000 GPM
- 냉각탑 입구 수온, HWT1: 105oF
- 냉각탑 출구 수온, CWT1: 85oF
- 냉각탑 입구 공기의 습구 온도, WBT1: 75oF
- 냉각탑 입구 공기의 MASS FLOW, G1: 115,900 LB/MIN
dry air
- 냉각탑 특성값의 기울기, m: - 0.6
계산
-
R6 = R1 = 20
- L6 = L1 = 16,000 x 8.345238 = 133,523.8
LB/MIN
- D6 = D1 = 133,523.8 x 20 = 2,670,476 BTU/MIN
- G1 = 115,900 LB/MIN dry air
- (L/G)1 = (L1 / G1) = 133,523.8 / 115,900
= 1.152
- G6 = 57,950 LB/MIN
- (L/G)6 = (L6/G6) = 133,523.8 / 57,950
= 2.304
앞서의
예제들과 동일한 요령으로 APPROACH를 계산하는 방법을 사용한다.
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hw |
ha |
1/(hw-ha) |
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WBT + Approach
+ 0.1 * R |
51.3120 |
ha1 + 0.1
* L/G * R |
24.8682 |
0.03644 |
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WBT + Approach
+ 0.4 * R |
60.6969 |
ha1 + 0.4
* L/G * R |
38.6922 |
0.04544 |
|
WBT + Approach
+ 0.6 * R |
67.0494 |
ha1 + 0.6
* L/G * R |
47.9082 |
0.05224 |
|
WBT + Approach
+ 0.9 * R |
77.9211 |
ha1 + 0.9
* L/G * R |
61.7322 |
0.06177 |
|
SUM |
0.19590 |
NTU
= S (1/hw-ha)
/ 4 x RANGE = 0.19590 / 4 x 20.0 = 0.9795
따라서
(NTU)6= (KaV/L)6 만족하는 APPROACH는 35.28oF를
얻게 되고, (CWT)6 = WBT + APPROACH = 50.0 +
35.28 = 85.28oF, (HWT)6 = (CWT)6
+ (RANGE)6 =85.28 + 20.00 = 105.28oF를
얻게 된다. |
8) 공기의
습구 온도: 이는 냉각탑의 설계와 운전에 있어 지극히 중요한 변수이며, 매일 그리고
계절적인 자연 현상에 따라 냉각수 출구 온도를 조정하고 냉각탑 초기 설계의 기본 자료이다.
습구 온도의 단위 변화에 대한 냉각탑 출구 온도의 변화량은 냉각 범위, L/G 값,
냉각탑 특성치, 그리고 물 흐름의 형태 등과 같은 변수들에 따라 폭 넓게 변한다.
| 다음의
예제 11은 예제 7의 TOWER CHARACTERISTIC을 사용하여,
RANGE가 24oF 그리고 L/G가 0.600, RANGE가30oF
그리고 L/G가 3.0일 때 각각의 경우에 대해 습구 온도가 40, 50,
60, 70, 80 그리고 90oF으로 변할 때 출구
온도를 예측하여 본다.
예제 11 의 계산
예제 7에서 구한 TOWER
CHARACTERISTIC의 C = 1.6162값을 이용하여 상기 조건에서의
THERMAL CAPACITY (KaV/L)를 계산하고 동일한 조건에서
접근 온도 값을 미지수로 하여 THERMAL DEMAND (NTU)와 같은
값이 될 때 얻어 지는 것이 얻고자 하는 접근 온도이다. 다음은 중간 계산
결과는 생략하고 그 결과 즉 주어진 조건에서의 접근 온도 값들을 정리한
것이다. 상세한 계산 과정을 원하면 저자에게 연락을 하기 바람. 계산은
SPREAD SHEET의 SOLVER 함수로 일원 고차 방정식을 훌륭히
계산할 수 있다.
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냉각
범위 = 24 그리고 수공비 = 0.6 일 때의 출구 수온 |
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습구
온도 (oF) |
접근
온도 (oF) |
냉각탑
출구 수온 |
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40 |
16.83 |
습구
온도 + 접근 온도 |
40
+ 16.83 |
56.83 |
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50 |
12.77 |
50
+ 12.77 |
62.77 |
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60 |
9.17 |
60
+ 9.17 |
69.17 |
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70 |
6.13 |
70
+ 6.13 |
76.13 |
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80 |
3.71 |
80
+ 3.71 |
83.71 |
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90 |
1.90 |
90
+ 1.90 |
91.90 |
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냉각
범위 = 30 그리고 수공비 = 3.0 일 때의 출구 수온 |
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습구
온도 (oF) |
접근
온도 (oF) |
냉각탑
출구 수온 |
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40 |
55.76 |
습구
온도 + 접근 온도 |
40
+ 55.76 |
95.76 |
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50 |
47.66 |
50
+ 47.66 |
97.66 |
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60 |
39.88 |
60
+ 39.88 |
99.88 |
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70 |
32.48 |
70
+ 32.48 |
102.48 |
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80 |
25.58 |
80
+ 25.58 |
105.58 |
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90 |
19.27 |
90
+ 19.27 |
109.27 |
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9) 공기의
건구 온도: 습구 온도가 일정한 조건에서 냉각탑에 유입되는 건구 온도의 변화는 냉각탑
성능에 미치는 영향은 대단히 적다. 그 이유는 건구 온도의 일상적인 변화는 공기의
MASS FLOW RATE 변화량이 그렇게 많지 않기 때문이다. 예를 들면, 습구
온도가 70oF인 동일한 상태에서 상대 습도가 100%에서 줄어
들어 12.4%로 되면, 즉 건구 온도가 70oF에서 110oF로
상승되면, 엔탈피는 동일하나 비체적
(SPECIFIC VOLUME, FT3/LB dry
air)은 13.71에서 14.54로 증가되어 공기의 MASS FLOW (LB dry
air/MIN)가 줄어 들어 FAN의 축 동력 (BRAKE HORSE POWER)이
약간 줄어 들어 냉각 효율이 약간 상승되는 결과를 가져 다 준다.
10) 해발
고도: 냉각탑의 성능에 상당한 영향을 주는 변수 중의 하나다. 일반적으로 고도가 1000
피트 올라 갈 때마다 냉각 성능은 1 - 2% 정도 증가하나, 정확한 성능 증가율은
설계 계수에 따라 차이가 난다. 참고로, CTI BLUE BOOK은 해발 고도 기준에서의
대기압 29.921 INCH Hg를 기준으로 작성된 것이기 때문에 고도가 1000
피트 이상 되는 경우는 반듯이 보정 된 값을 적용 하여야 한다. 고도와 대기압의 관계식은
29.921 x (5.846 x LN((288 = 0.001785 x Altitude
in ft) / 288))이다.
11) 풍속
과 풍향: 풍속이 높으면 공기 흡입구 부근에서 공기압 손실을 가중시켜 FAN 성능을
저하시키고, 공기와 물의 분배를 저하 시켜 냉각탑의 성능에 영향을 미친다. 직교류형의
냉각탑은 상대적으로 공기 흡입구의 면적이 크기 때문에 바람의 영향에 매우 민감하여
공기와 물 분배에 많은 영향을 주게 되어 항상 바람이 부는 지역에서는 직교류형의 냉각탑은
적합하지 못하다.
12) 공기
흐름의 저항: 냉각탑에 사용되는 LOUVER, FILL, DRIFT ELIMINATOR,
PLENUM, FAN STACK 등과 같은 모든 자재는 공기의 흐름에 최소의 저항을
유발하면서 그들 고유의 기능을 잘 수행하도록 설계한다. 그러나, FILL과 DRIFT
ELIMINATOR등과 같이 냉각수가 통과하는 지역에 놓인 부품은 침전물의 축척으로
공기의 통로를 좁히는 결과를 초래하여 공기 흐름에 저항이 높아지게 된다. 만일 FAN
효율이 변하지 않는 다고 가정하면 FAN 법칙에 따라 풍량은 저항의 증가율에 반 비례하여
줄어 들게 되고, 냉각탑의 전체 열적 성능은 (1/저항 증가율)1/3로
감소한다. 그러나 실제는 저항이 증가되어 FAN 효율이 떨어 지게 되므로 열적 성능은
보다 많이 감소한다.
13) PLENUM:
이미 앞에서 간단하게 나마 언급한 바 있으나 PLENUM 설계에 따라 냉각탑의 성능이
크게 좌우된다는 것이다. 설계의 기본 원칙은 1) DRIFT ELIMINATOR을
통과하는 공기가 고르게 전 면적에 걸쳐 나오도록 하고, 일정한 공기의 속도를 유지하면서
고른 공기 밀도를 가진 공기가 FAN에 유입되도록 설계를 해야 됨은 물론, 2) DRIFT
ELIMINATOR 및 물 분배 계통의 세척 또는 유지 보수를 위하여 >작업자가 들어가
작업하기에 충분한 높이를 고려해야 된다는 것이다.
일반적으로 PLENUM
높이에 대한 설계 기본은 CELL의 대각선 길이에 FAN의 직경을 뺀 길이를 4로
나누고 여기에 SAFETY MARGIN으로 2 - 3 피트 정도 합한 값으로 한다.
단, 이식의 적용은 냉각탑 CEL의 가로 세로 비가 같고, FAN COVERAGE가
30% 이상이고, DRIFT ELIMINATOR를 통과하는 공기의 유속이 3.0M/SEC
이하이고, 그리고 물 분배 계통의 LATERAL PIPE 상단과 DRIFT ELIMINATOR
하단과의 간격이 최소 2 피트 이상 떨어진 경우에 한 한다. 이러한 조건을 벗어나는
경우는 적당한 보정 계수를 적용하여야 한다.
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