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서울에너지드림센터는 국내최초 에너지자립 공공건축물로 다양한 에너지 관련된 체험프로그램을 운영하고 있습니다. 직접보고, 느끼고, 만져보고~즐거운 교육! 드림센터가 만들어갑니다.

녹색생활TIP

 제목   [기획 연재ㅣZOOM in SEDC TECH] 자기부상열차? 드림센터에는 자기부상냉동기가 있습니다.
 작성자   관리자  등록일   2018-11-14
 이메일   [email protected]  조회수   97

[ZOOM in SEDC TECH]
자기부상열차? 드림센터에는 자기부상냉동기가 있습니다.

 

지난 ‘SEDC TECH’에서 드림센터의 열원설비는 지열시스템을 기본으로 한다고 말씀드렸습니다.

오늘은 보조 ()열원 설비인 무급유 터보냉동기(Oil-free Centrifugal Chiller)에 대하여 이야기하고자 합니다.

 

드림센터는 시민에게 열려있는 공간으로 방문 인원을 정확하게 예측하거나 제한하기 어렵습니다. 또한, 행사나 세미나가 개최되면 평소보다 많은 사람이 센터를 방문하게 되는 경우도 빈번합니다. 사람의 몸은 성별, 나이, 체격, 작업상태(활동량), 실온에 따라 80~330kcal/h의 열량을 방출하기 때문에, 센터 재실자 수의 변화는 건물의 냉난방에 영향을 미치게 됩니다.

추운 한겨울 여러 사람이 함께 있으면 방이 곧 훈훈해지는 것과 같이 사람의 몸에서 방출되는 열은 난방에 도움을 줍니다. 그러나 여름에는 재실자가 많아질수록 냉방을 통해 제거해야 할 열량 또한 증가하기 때문에 더 많은 냉방을 요구하게 됩니다. 이와 같이 드림센터에서는 지열시스템에서 공급할 수 있는 용량보다 더 많은 양의 냉방이 요구될 때, 보조 ()열원 설비인 무급유 터보냉동기를 가동하게 됩니다.

 

 

그림 1. 서울에너지드림센터의 무급유 터보냉동기 

 

<냉동기의 구조>

냉동(refrigeration)은 물체를 그 주위의 대기 온도 이하로 냉각하는 것으로, 냉동을 하는 데는 여러 가지 방법이 있으나, 보통 냉동 장치에는 증발하기 쉬운 액체를 증발시켜 그 잠열을 이용하는 방법이 사용된다. 냉동기는 압축기(compressor), 응축기(condenser), 팽창밸브(expansion valve), 증발기(evaporator)로 구성되며, 계통 내에 일정량의 냉매가 연속적으로 순환하면서 흡열과 방열을 반복하는 것을 냉동 사이클이라고 합니다.

 

압축기 : 증발기에서 넘어온 저온 저압의 냉매 가스를 응축 액화하기 쉽도록 압축하여 응축기로 보냄

응축기 : 고온, 고압의 냉매액을 공기나 물을 접촉시켜 응축 액화시킴

팽창 밸브 : 고온 고압의 냉매액을 증발기에서 증발하기 쉽도록 하기 위해 저온 저압으로 팽장치키는 역할을 함

증발기 : 팽창밸브를 지난 저온 저압의 냉매가 실내 공기로부터 열을 흡수하여 증발함으로 냉동이 이루어짐

그림 2. 냉동 계통도 

 

냉동기는 냉동방식에 따라 압축식과 흡수식으로 구분되며 터보냉동기, 스크류냉동기, 왕복동식냉동기 등 종류가 다양합니다. 냉동기의 성능은 냉동기를 가동하기 위하여 소비되는 에너지의 열량 환산값에 대한 냉동효과를 나타낸 성적계수(COP: Coefficient of Performance)로 나타내며, 냉동효과는 냉동능력으로서 냉동톤(ton of refrigeration)으로 표시됩니다. 1 냉동톤은 0의 물 1ton24시간 동안 0의 얼음으로 만드는 능력을 말하며, 3320kcal/h의 열량을 냉각하는 능력이라고 할 수 있습니다.

 

냉동기에 대한 보다 자세한 내용은 아래의 링크를 참고해주세요.

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1076009&cid=40942&categoryId=32354

 

<서울에너지드림센터의 무급유 터보냉동기>

서울에너지드림센터에는 일반 냉동기와 비교하여 평균 성적계수(COP)가 약 50% 이상 높으며, 소음발생이 적은 무급유 터보냉동기(Oil-free Centrifugal Chiller)가 설치되어 있습니다. SMARDT(Canada)의 수냉식 터보냉동기는 쉘 앤 튜브타입 증발기(shell and tube type evaporator), 쉘 앤 튜브타입 응축기, 2단 터빈 원심형 압축기 등으로 구성되어 있으며, 기본 사양은 아래와 같습니다.

 

제조사 : SMARDT (Canada)

용량 : 214 kW

냉매 : R-134a

냉동능력 : 28.3 RT

 

앞서 이야기 한 자기부상냉동기의 실체는 2단 터빈 원심형 압축기라고 할 수 있습니다. 일반 압축기는 내부 모터의 회전시 기기 내 마찰로 인하여 소음이 발생되고 회전효율이 저하되며, 이를 위하여 윤활유를 주입하게 되지만, 이에 따른 오일 계통 관련부품이 증가, 기기의 마모, 윤활유의 유출 등 유지관리 상 어려움이 발생합니다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 압축기 내부 모터의 회전축을 전자기력을 활용하여 마그네틱 베어링으로 지탱하는 것이 자기부상냉동기의 핵심이라고 할 수 있습니다. 마그네틱 방식의 비접촉식 베어링을 적용하면, 윤활유 주입이 필요 없어지면서, 소음 저감, 효율향상, 유지관리비용 저감 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 드림센터 냉동기에 적용된 Turbocor 변속 자기 베어링 압축기는 그림 3과 같은 외관와 단면을 갖고 있으며, 각 부의 명칭은 그림 4와 같습니다.

그림 3. 2단 터빈 원심형 압축기(자기부상 압축기)

그림 4. Turbocor 압축기의 구성


드림센터가 계획되고 시공되던 2010년의 전후에는 국내에 무급유 터보냉동기가 개발되지 않아 국외의 설비를 수입하여 설치하였습니다

그러나 지금은 여러 기업에서 다양한 제품을 개발하여 시판하고 있습니다.

 

어린 시절 TV 만화 속에서 바닥에서 뜬채로 빠르게 움직이는 자기부상열차를 본 적이 있습니다. 몇십년 전 상상 속의 이미지가 현실이 되어 기차뿐 아니라 실생활에 다양하게 적용되고 있다는 것이 참 신기하고 반가운 마음이 듭니다. 여러분은 지금 어떤 상상을 하고 계신가요? 그 상상 또한 곧 현실이 되겠지요?

 


 

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