한국설비기술협회규격

KARSE

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기계통풍식 냉각탑 시험방법

Performance Tests of Mechanical Draft Cooling Tower

KARSE B 0004 - 1996

한 국 설 비 기 술 협 회 규 격    KARSE

기계통풍식 냉각탑 시험방법      B 0004 -1996

Performance Tests of Mechanical Draft Cooling Tower

1. 시험일반

1.1 적용 범위

이 규격은 KARSE B 0003 (기계통풍식 냉각탑 제품규격)에서 규정하는 기계통풍식 냉각탑의 성능시험 방법에 대하여 규정한다.

※ 비고 : 이 규격 중에서 { }를 붙여 표시한 단위 및 수치는 공업단위계에 따른 것으로서 참고로 병기한 것이다.

1.2 시험의 종류

(1) 냉각능력시험

(2) 소음시험

(3) 비산손실시험

(4) 절연저항시험

1.3 주요 측정(시험) 항목

(1) 냉각탑 입구공기의 습구온도	(11) 절연저항

(2) 냉각탑 입구공기의 건구온도	(12) 소음

(3) 냉각수 입구온도(온수온도)        (13) 비산손실량

(4) 냉각수 출구온도(냉수온도)        (14) 보급수 유량 및 온도

(5) 순환수량	(15) 폐기수 유량 및 온도

(6) 공기유량	(16) 수질 (계약에 수질분석이 포함될 경우에 한함)

(7) 냉각탑 펌프수두	(17) 주위 풍속

(8) 팬소비전력	(18) 기압

(9) 팬운전전류	(19) 냉각탑 외부의 배관 및 펌프 등으로부터의 누수량

(10) 전압	(20) 구동부 진동

1.4  용어의 정의

이 규격에서 사용되는 주요 용어는 다음과 같이 정의한다.

(1) 시험용 제품

성능시험 대상이 되는 냉각탑.

(2) 레인지(range)

냉각수 입출구의 온도차.

(3) 어프로치(approach)

냉각수 출구온도와 입구공기 습구온도와의 차.

(4) 순환수량

냉각수의 단위시간당 순환량

(5) 공기유량

단위시간당 냉각탑의 열전달 영역을 통과하는 공기의 유동량.

(6) 정상상태

일정시간이 지난후 시험제품의 측정치가 평형에 도달한 상태.

(7) 비산손실량

냉각탑으로부터 방출되는 공기와 함께를 통해 날아가는 수량과 냉각탑의 루버 등을 통해 냉각탑 외부로 누출되는 수량을 합한 손실수량.

(8) 수공기비 (L/G)

냉각탑의 열교환 영역을 통과하는 물과 건공기의 질량비.

(9) 특성치(KaV/L)

냉각탑의 성능을 나타내는 전달단위수.

(10) 성능곡선

입구공기 습구온도를 횡좌표로 하고 냉각수 출구온도를 종좌표로 하며 레인지를 변수로 두어, 설계 순환수량의 90）, 100）, 110）를 적용하여 냉각탑의 성능을 표시한 곡선.

(11) 특성곡선

수공기비를 횡좌표로 하고 냉각탑 특성치를 종좌표로 하여 주어진 입구공기습구온도와 레인지에 대해서 대수그래프에 수공기비의 변화에 따른 냉각탑의 특성치을 표시한 곡선.

(12) 설계조건곡선

수공기비를 횡좌표로 하고 냉각탑 특성치를 종좌표로 하여 설계조건에 대해서 대수그래프에 수공기비의 변화에 따른 냉각탑의 특성치를 표시한 곡선.

(13) 폐기수

순환수에 함유되어 있는 염분 및 용존고형물의 농축을 완화시키기 위해 배출시키는 일정량의 물.

(14) 제동마력

모터 및 엔진 등 구동장치의 출력.

(15) 열지연시간

냉각탑 수조에 저수된 물을 순환시키어 일정한 수온을 얻는 데까지의 소요시간.

(16) 열부하

냉각탑의 열교환을 통해 순환수로부터 제거되는 단위시간당 총열량.

(17) 보급수

증발, 비산 또는 폐기수 등에 의한 손실량을 보충하여 주는 물.

(18) 설계농축비

설계시 보급수와 순환수에 용해되어 있는 용존물의 농축비율.

1.5  적용

이 시험방법에 규정된 시험조건을 만족시킬 수 없는 경우에는 제조자, 구입자 및 검사자측의 서면 동의가 있으면 시험 당시의 실제조건을 시험조건으로 사용할 수 있다.

1.6  기타 용도

본 시험규격은 주로 포괄적인 현장 성능 인수시험(acceptance testing)을 규정한 것이지만 기술된 다른 목적의 개별적 시험에도 본 규격의 일부 또는 전부를 사용할 수 있다. 또한 냉각탑의 제품계열의 성능인증 시험에도 본 규격을 사용할 수 있다.

1.7  부호와 단위

이 규격에서 사용되는 부호와 단위는 다음과 같다.

부 호	설 명	단 위	부 호	설 명	단 위
ｅ A CL D G Gd Gt h h1 h2 ha hw △h K KaV/L L La Ld LP Lt L/G (L/G)c (L/G)d	냉각탑의 단위체적당 열전달표면적 루버 한쪽면의 면적 냉각수의 비열 냉각탑 하부수조 상단면에서 냉각수 입구배관 중심까지의 수직거리 공기유량 설계공기유량 시험공기유량 엔탈피 입구공기의 엔탈피 출구공기의 엔탈피 습구온도에서의 포화 공기 엔탈피 냉각수 온도에서의 포화공기 엔탈피 엔탈피 차이 총 질량전달계수 냉각탑 특성치 순환수량 조정순환수량 설계순환수량 예측순환수량 시험순환수량 수공기비 환산수공기비 설계수공기비	1/m m2 kJ/□℃ m kg건공기/h kg건공기/h kg건공기/h kJ/kg건공기 {kcal/kg건공기} kJ/kg건공기 kJ/kg건공기 kJ/kg건공기 kJ/kg건공기 kJ/kg건공기 kg/m2h· (kg물/kg건공기) - m3/h, kg/h m3/h, kg/h m3/h, kg/h m3/h, kg/h m3/h, kg/h - - -	(L/G)t n Ps Pd Pt Pc S T T1 T2 T2,t Twb Twb,c Tdb v vd vt V Vb W Wd Wt xd xt □ □d □t	시험수공기비 상수, 측정점 최소 개수 시험정압수두(냉각수 입구중심선기준) 시험동압수두(냉각수 입구중심선기준) 시험펌프수두 보정펌프수두 열지연 시간 수온 냉각수 입구온도 냉각수 출구온도 시험 냉각수 출구온도 입구공기 습구온도 시험 습구온도 입구공기 건구온도 공기 비체적 설계 공기 비체적 시험 공기 비체적 유효 냉각탑 체적 시험중 수조내의물체적 팬동력 설계팬동력 시험팬동력 설계공기 절대습도 시험공기 절대습도 냉각탑 능력비 설계공기밀도 시험공기밀도	- - m m m m h ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ m3/kg건공기 m3/kg건공기 m3/kg건공기 m3 m3 kW kW kW kg/kg건공기 kg/kg건공기 % kg/m3 kg/m3

1.8  시험임무의  공정성

시험기관이 시험을 실시할 때 편파적이거나 불필요한 영향력을 행사해서는 안된다. 시험기관은 제조자 또는 구매자와의 어느 일방을 유리하게 하는 직접적인 관계를 가져서는 안된다. 시험기관은 본 규격을 완전히 이해할 수 있어야 하며, 시험과 평가를 독립적으로 수행할 수 있는 자격이 있어야 한다.  따라서 시험에 참관하는 제조자, 구매자 및 시험기관은 완전하고 공정한 당사자들이어야 한다.

1.9  시험입회와 당사자의 권리

시험은 공인 시험기관이 독립적인 절차에 의해 실시하여야 한다. 제조자 및 구입자가 원하는 경우 시험에 입회할 수 있으며, 성능보장이 관련된 시험의 경우에는 제조자 및 구입자측 모두가 입회하는 것이 바람직하다. 제조자는 시험 대상물을 사전 검사하고 시험준비를 할 수 있는 권리를 갖는다. 입회자들은 시험자료 수집의 모든 단계에 입회할 수 있는 권리를 갖는다. 어떤 경우라도 시험 당사자들을 시험현장에 접근하지 못하도록 막아서는 안된다. 냉각탑의 인수시험은 구입자와 제조자간의 계약에 의해 달리 규정되지 않는 한 냉각탑 설치후 12개월 이내에 실시하여야 한다.

2. 시험방법

2.1  냉각능력시험

냉각능력시험은 시험용 제품을 부속서 1의 방법으로 시험하고, 특성곡선법 또는 성능곡선법에 따라 성능을 평가한다.

2.2  소음시험

소음시험은 시험제품을 KS B 6364 부속서 2의 방법으로 시험 및 평가한다.

2.3  비산손실시험

비산손실시험은 시험제품을 KS B 6364 부속서 3 또는 CTI CODE ATC-140 (isokinetic drift test code)의 방법으로 시험 및  평가한다.

2.4  절연저항시험

절연저항시험은 냉각능력시험 직전과 직후에 500V 의 절연저항계로 충전부와 접지될 염려가 있는 비충전 금속부 사이의 절연저항을 측정한다.

부속서 1. 냉각탑능력 시험방법

1. 시험조건

1.1  시험용 제품의 조건

시험 당시 냉각탑은 양호한 운전조건에 있어야 하며 특히 다음 사항을 사전에 확인하여야 한다.

(1) 급수계통을 막히게 하거나 정상적인 물 흐름을 방해할 수 있는 이물질이 없어야 한다.

(2) 팬 날개는 전연(前緣)과 후연(後緣)이 정위치에서 올바른 방향으로 회전되어야 하며 설계 동력 부하의 ±10% 이내에서 균일한 각도를 유지하여야 한다. 또한 원심팬일 경우에는 팬 내부에 이물질이 없어야 하고 팬 날개는 축에 적절히 고정되어 있어야 한다.

(3) 비산방지판에는 정상적인 공기흐름에 방해를 줄 수 있는 이물질이 없어야 한다.

(4) 충전물에는 오일, 타르(tar), 녹, 물때(scale), 조류(algae) 등 이물질이 없어야 한다.

(5) 냉각수조의 수위는 정상운전 수위로 하며 충전물에 적절한 공기흐름을 주기 위하여 시험기간동안 일정한 수위를 유지하여야 한다.

(6) 보급수 및 폐기수는 다른 시험상태 요건에 지장을 주지 않는 범위 내에서 시험시 유동을 중단할 수 있다.

1.2  운전조건

시험은 다음과 같은 제한조건 내에서 실시되어야 한다.

(1) 습구 및 건구온도는 규정하는 위치에서 측정되어야 하며 냉각탑 입구측에서 측정된 값이어야 한다.

(2) 풍속은 시험절차에 따라 측정되어야 하며 다음의 값을 초과해서는 안된다.

(a) 시험중 평균 풍속 ………………………………………………………………  4.5 m/s

(b) 1분간 평균 풍속  ………………………………………………………………  6.7 m/s

(3) 설계조건으로부터 다음의 범위를 초과할 수 없다.

(a) 입구공기 습구온도………………………………………………………………  ± 5  ℃

(b) 입구공기 건구온도………………………………………………………………  ± 10 ℃

(c) 레인지   …………………………………………………………………………  ± 20 ）

(d) 순환수량   ………………………………………………………………………  ± 10 ）

(e) 열부하   …………………………………………………………………………  ± 20 ）

(f) 기압 ………………………………………………………………………………  ± 0.3 mAq

※ 다수 셀 냉각탑의 경우, 운전되고 있는 각 셀로 공급되는 순환수가 상기의 한계 내에 있으면 1개 이상의 셀을 정지시켜도 된다.

(4) 물은 가동 중인 모든 셀과 제조자가 권장하는 냉각탑의 모든 부분에 분배되어야 한다.

(5) 증발에 의해 순환수에 용해되어 있는 총용존고형물(total dissolved solids)의 함량은 다음 중 큰 값을 초과할 수 없다.

(a) 5000ppm

(b) 설계농축비의 1.1배

순환수에 함유된 오일, 타르, 지방성 물질은 10ppm을 초과할 수 없다.

1.3  시험조건의 불변성

유효한 시험을 위해서는 시험기간 중의 변동폭은 다음과 같은 한계 내에 있어야 한다.

(1) 순환수량은 5）

(2) 열부하는 5）

(3) 레인지는 5）

(4) 순간 입구공기온도는 변동될 수 있으나, 시험기간 중 평균 변동 온도 값은 다음의 한계를 초과할 수 없다.

(a) 입구공기 습구온도  ………………………………………………………………… 1.5℃/h

(b) 입구공기 건구온도  ………………………………………………………………… 3.0℃/h

1.4 시험기간

시험기간은 정상상태에 도달한 후 1시간 이상 되어야하며 열지연시간이 5분 이상일 경우 시험시간과 열지연시간을 합한 기간이 되어야 한다. 열지연시간 S는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

열지연 시간  [eqn: S~ =~ V_b~ /~L_t]  ………………………………………………………… [ 식 1 ]

1.5  측정횟수

측정은 일정한 시간 간격으로 실시하며 부속서1 표1과 같은 측정횟수와 유효숫자를 시험 기록지에 기록하여야 한다.

부속서1 표1 최소측정횟수와 유효숫자

측 정 항 목	측정점마다 시간당 최소 측정 횟수	단 위	유효 숫자
입구공기 습구온도 입구공기 건구온도 냉각수 출구온도 냉각수 입구온도 순환수량 냉각탑 손실수두 팬 구동입력 풍속 보급수온도 보급수유량 폐기수 온도 폐기수 유량 기압	12 12 12 12 3 1 1 6 2 2 2 2 1	℃ ℃ ℃ ℃ m3/h m hp m/s ℃ m3/h ℃ m3/h Pa{mAq}	0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 100{0.01}

1.6  시험의 정확도

전체적인 시험의 정확도는 각종 측정에 사용되는 계기의 종류와 수량 및 시험조건의 안정성에 의존한다.

2. 계기 및 측정

시험측정에 사용되는 모든 계기는 시험전에 시험기관에 의하여 검사되고 인가되어야 하며 시험전에 교정이 되어 있어야 한다.

2.1  물 유량측정

(1) 물 유량측정은 다음 계기(장치) 중 어느 것이라도 사용할 수 있다.

(a) 피토관(pitot tube / traverse)

(b) 오리피스(orifice)

(c) 벤튜리(venturi)

(d) 용적법(volumetric or bulk)

(e) 위어(weir)

(f) 유량노즐(flow nozzle)

(g) 터빈메터(turbine meter)

상기의 측정계기의 사용절차는 계기 제조자의 지침서 및 관련 계측기 규격과 표준에 따라야 한다. 그밖에 시험기관이 인정하는 다른 직접 측정법도 사용할 수 있으며 어느 방법이든지  정확도는 측정범위의 ±1.25） 이내로 기준 되어야 하며 측정방법과 측정위치의 선정은 시험대상 시설의 특성에 따라 달라질 수 있다.

(2) 다음과 같은 물의 유량이 측정되어야 한다.

(a) 순환수량

(b) 보급수 유량

(c) 폐기수 유량

(3) 피토관으로 순환수량을 측정할 경우 시험당사자간에 별도의 특별한 합의가 없는 한 공기가 물보다 위에 있는 도립형 마노메타를 사용하여야 한다. 시험직전에 단면 전부를 측정 (서로 90o인 두 축을 따라)하고, 시험기간 동안 중심점을 최소한 3회 이상 측정하여야 한다.

2.2  수온측정

수온은 공업규격 및 표준에 규정된 계기 (저항온도계 또는 유리관식 수은온도계 등)와 방법에 의해 측정한다. 계기는 0.1℃ 눈금단위로 표시된 것으로 사용한다. 온도 감지부는 물이 완전히 혼합되는 위치에 있도록 유의하여야 한다.

(1) 입구 순환수 온도는 냉각탑의 상부수조나 급수계통으로 들어가는 입구 입상배관의 토출구에서 측정한다.  다수 셀을 갖는 냉각탑의 경우에는 첫 번째 입상배관의 상류 측에 있는 급수 분배관에서 측정한다.  공급원의 온도가 다른 2개 이상의 유량이 혼합된 것일 때는 측정점에서 완전히 혼합된 것을 확인하고 유량과 온도를 충분히 측정하여 정확한 수온의 가중 평균온도를 산출하여야 한다.

(2) 출구 순환수 온도는 순환펌프의 토출구에서 균일한 유동 속에서 측정하고, 평균값에는 펌프로부터 발생된 열이 보정되어야 한다. 온도와 유속이 유동단면에 걸쳐 균일하지 않은 위치에서 측정할 경우에는 단면 내의 여러 위치에서 유량과 온도를 측정하여 정확한 물의 가중평균온도를 산출하여야 한다.

(3) 보급수의 수온은 가능한 보충수가 계통 속으로 들어오는 지점에서 측정한다.

(4) 폐기수의 온도는 가능한 물이 계통에서 배수되는 지점에서 측정한다.

2.3  입구공기 온도측정

냉각탑을 시험하기 위해서는 입구공기의 습구온도를 측정하여야 한다.

압입 통풍식 냉각탑에 대해서는 팬  입구의 공기밀도를 구하기 위하여 입구공기의 건구온도도측정하여야 한다.

(1) 입구공기 습구온도

입구공기 습구온도는 다음 요건에 맞는 계기로 측정하여야 한다.

(a) 지시계나 기록계의 눈금단위는 0.1℃ 또는 그 이하이어야 한다.

(b) 온도감지요소는 ±0.1℃까지 정확하여야 한다.

(c) 온도감지요소는 직사광 또는 다른 복사열로부터 차폐되어야 하며 차폐장치는 주위 건구온도의 ±1℃ 이내에 있어야 한다.

(d) 온도감지요소는 증류수원에서 계속적으로 공급받는 심지(wick)로 둘러싸여 있어야 한다.

(e) 심지를 적시는 데 사용되는 증류수의 온도는 측정하려고 하는 습구온도와 거의 같아야  한다.  이는 물을 공급받는 부분과 온도감지요소 사이에 적절한 통풍이 되는 심지를 두면 가능하다.

(f) 심지는 온도감지요소 위에 잘 맞아야 하며 그 요소를 지나 기둥에서 적어도 2□ 이상 연장되어 있어야 하며 심지는 깨끗이 유지된 상태에서 사용되어야 한다.

(g) 온도감지요소 위에 공기속도는 4.8∼5.3m/s 사이로 유지되어야 한다.

(h) 입구공기 습구온도 측정시 계기는 공기흡입구에서 1.2m 이내의 위치에 설치되어야 한다. 실제 입구공기 습구온도가 시험에서 얻은 평균값으로 정확하게 나타낼 수 있도록 충분한 측정점을 지정하여야 한다.

측정점의 최소 개소 n은 다음의 식에 따른다.

[eqn: n~=~0.5~(A)^0.4] ……………………………………………………………… [식2]

(i) 각 측정점에서 10초 간격으로 연속 3회를 측정한 평균값은 그 측정점에서 습구온도로  간주한다. 각 측정점에서 평균값들을 평균으로 하여 그 시험에서의 유효 습구온도를 구하고 시험기간 중 매 5분 간격으로 이와 같은 측정을 하여야 하며 이 시험의 산술평균을 입구공기 습구온도로 가정하여 결과를 평가하는 데 이용한다.

(2) 입구공기 건구온도

입구공기 건구온도는 다음 요건에 맞는 계기로 측정하여야 한다.

(a) 지시계나 기록계의 눈금단위는 0.1℃ 또는 그 이하이어야 한다.

(b) 온도감지요소는 ±0.1℃까지 정확하여야 한다.

(c) 온도감지요소는 직사광선 또는 다른 복사열로부터 차폐되어야 하며 차폐장치는 주위 건구온도의 ±1℃ 이내에 있어야 한다.

(d) 입구공기 건구온도 측정을 위한 계기의 위치, 측정점 개수, 측정횟수 및 측정평균값의 계산은 전항의 습구온도 측정방법에 따른다.

2.4  풍속 및 풍향

풍속 및 풍향은 기상학에서 사용하는 종류의 풍속계와 풍향계로 측정한다. 측정과 기록은 원격방식으로 하는 것이 바람직하다. 측정은 개방되어 있고 장애물이 없는 위치로 탑의 입구공기 접근속도의 영향을 벗어난 지점에서 실시한다.  풍향은 냉각탑의 설치방향과 함께 나침반 각도로 분명하게 기록하여야 한다.  냉각탑의 총높이가 6m 이하인 경우 풍속과 풍향은 가능한 한 탑으로부터 15∼30m 이내의 지점에서 냉각탑 하부수조상단 높이에서 1.5m 위인 곳에서 측정한다.

냉각탑의 총높이가 6m 이상인 경우 풍속과 풍향은 가능한 한 탑으로부터 30m 이상의 지점에서

냉각탑 총높이의 약 ½ 높이에서 측정한다.

2.5  냉각탑 손실수두

냉각탑 시험펌프수두는 다음 (1)과 (2)의 사항을 합산한 값이 되어야 한다.

(1) 냉각수입구 중심선에서의 살수압력.

(2) 냉각탑 하부수조 상단면에서 냉각탑입구 중심까지의 수직거리.

시험펌프수두와 보정펌프수두에 대한 식은 다음과 같다.

시험펌프수두:

[eqn: P_t~ =~ P_s~ +~ P_d~ +~ D~]  ……………………………………………………………… [ 식 3 ]

보정펌프수두:

[eqn: {P_c} =~ left[ ( P_s~ +~ P_d )~ left( L_d over L_t right) ^2 right] ~ +~ D~]  …………………………………………… [ 식 4 ]

2.6  팬 구동장치의 동력

냉각탑의 동력은 모터 또는 구동장치에 공급되는 입력동력으로 결정된다.  전기모터의 경우에는 입력동력의 전압, 전류 및 역률을 측정하거나 또는 입력전력을 직접 측정하여 구한다. 만일 성능이 보장된 구동장치인 경우에는  제조자가 제시한 효율을 사용할 수 있다.

2.7  수질분석

순환되는 물의 시료는 시험하는 기간에 채취되어야 한다. 순환수 상태에 대해 의문이 있는 경우에는 공인된 시험연구소에 시료에 대한 수질분석을 의뢰한다.

3. 시험결과 보고

3.1  범위

시험결과 보고서는 본 시험방법에서 요구되는 데이터 이외에 냉각탑의 설치방향과 주요 치수를  표시한 설명, 유량, 온도 및 기타 요구되는 측정위치가 표시된 측정도가 포함되어야 한다. 또한 시험대상 냉각탑 주변에 있는 건물, 장애물, 기타 장비와 냉각탑 주위에서 열이나 증기를 배출하는 다른 장비나 시설도 표시하여야 한다.

3.2  시험양식

시험에서 측정한 내용은 별도로 정하는 소정양식에 기입하여 제조자, 구매자 및 시험기관의 대표자가 서명함으로써 증명된 원본이 된다.

3.3  배포

시험완료후 시험결과서는 제조자 및 구매자가 사본을 각 1부씩 보관하고 원본은 시험기관에서 보관한다. 시험기관은 모든 중요자료와 냉각탑 성능을 기재한 요약서 1부를 제조자와 구입자에게 우송한다.

3.4  보안

모든 시험에 대한 정보는 제조자, 구매자 및 시험기관에만 제공한다.

3.5  제한

본 시험방법에서 정한 습구온도, 건구온도, 냉각범위, 순환수량 등에 대한 제한조건을 준수하면 시험조건의 안정성과 정확도에 상응하는 시험결과를 얻게된다.  규정된 제한을 벗어나는 시험조건일 때는 다음과 같은 원인으로 오차가 발생될 수 있다.

(1) 다음과 같은 변수들이 설계치에서 크게 벗어날 경우

(a) 순환수량

(b) 수온

(c) 공기유량

(d) 입구공기 습구온도

(e) 입구공기 건구온도

(2) 강한 바람이나 돌풍인 경우

(3) 공기 및 물 분배가 부적합한 경우

3.6  냉각탑 능력비

냉각탑 능력비는 본 시험방법에 따라 실시한 시험에 의해 산출된 열성능 결과이다. 냉각탑 능력비는 시험조건에서 측정된 순환수량(또는 시험수공기비)과  조정된 순환수량 (또는 설계수공기비)의 비로 정의되며 ）로 표시된다.

4. 시험결과의 평가 방법

4.1 특성곡선법 (characteristic curve method)

본 규정에서는 특성곡선을 이용하여 시험자료로부터 기계통풍식 냉각탑의 성능을 평가하는 방법의 개요 및 과정을 설명하고 부속서1에서 실제 계산예를 나타낸다.

(1) 제조자의 데이터

제조자는 시험평가에 사용될 설계수공기비를 지정하여 냉각탑 특성치와 수공기비의 관계를 나타내는 냉각탑 특성곡선을 제공하여야 한다.  이 관계는 설계치의 ±20% 범위에 드는 수공기비 값을 포함하여야 한다. 특성곡선을 사용하는 경우 최소 정밀도로 냉각탑 특성치가 구해질 수 있도록 그래프에 눈금을 표시하여야 하며, 냉각수 입구온도와 출구온도, 입구공기 습구온도와 건구온도, 팬 동력, 팬 모터효율, 설계기압 및 고도 등 설계조건의 일람표와 함께 설계수공기비를 확인하여야 한다.

(2) 설계조건곡선의 결정

설계조건곡선은 설계조건곡선 자료집(KARSE B 0004)에 준하거나 또는 아래와 같은 계산과정을 거쳐 구한다.

설계조건곡선은 L/G값을 가정하고 다음 방정식을 사용하여 그에 상응하는  KaV/L 값을 계산하므로써 정해진다.

[eqn: Delta h`=` C_L`pmatrix{L over G}(T_1 ``- T_2`)]       …………………………………………………… [ 식 5 ]

[eqn: DELTA h] 는 공기가 얻은 전체 열용량을 나타내며 우변항은 물의 온도가 감소하여 잃은 열용량을 나타낸다. [식5]를 사용하여 출구 온도 T2에서의 공기 엔탈피 h2는 다음과 같다.

[eqn: {h}_{2}= { h}_{1 }+` C_L`pmatrix{L over G}(T_1 ``- T_2`)] …………………………………………………… [ 식 6 ]

[eqn: KaV/L = INT FROM T_2 TO T_1 {C_L ``` dT} over{ h_w~ -~ h_ｅ}]      …………………………………………………… [ 식 7 ]

여기서  [eqn: h_w~ , ~h_a] 는 각각 냉각수 온도에서의 포화공기엔탈피와 습구온도에서의 포화공기엔탈피이며 현장고도에 따라 보정한 값을 사용하여야 한다.

설계조건곡선은 직선이 아니므로 최소한 3개의 L/G 값에 대한 KaV/L 값을 계산하여 곡선화한다. [식6]의 환산에는 적분이 필요하므로 근사적으로 아래 방법에 따라 적분한다.

[eqn: KaV/L = INT FROM T_2 TO T_1 {C_L ``` dT} over{ h_w~ -~ h_ｅ}= {C}_{ L}({T}_{1} - {T}_{2 })( { 1} over {4 } SUM from { { i}=1} to 4 { 1} over { { h}_{wi }- { h}_{ai } } )]	……… [ 식 8 ]

적분 구간인 T2 와 T1 사이의 온도사이를 10%, 40%, 60% 및 90%인 4개 구간으로 구분하면 각 소구간의 중앙온도는 T2+0.1(T1-T2), T2+0.4(T1-T2), T1-0.4(T1-T2) 및 T1-0.1(T1-T2)가 된다. 따라서 냉각수 온도에서의 포화공기 엔탈피 hwi는 상기 4개 온도에서 구하여진다. 습구 온도에서의 포화 공기 엔탈피인 ha 의 환산을 위해서도 T1에서의 엔탈피 h1 과 T2 에서의 엔탈피 h2 사이를 위와 같이 4개 구간으로 구분하여 각 소구간의 중앙에서의 값인  h1+0.1(h2-h1), h1+0.4(h2-h1), h2-0.4(h2-h1) 및 h2-0.1(h2-h1)를 hai 로 선정한다.

(3) 설계수공기비의 결정

냉각탑 제조자에 의해 제출된 특성곡선과 위 [식6]과 [식8]의 계산에 의해 얻어진 설계조건곡선과의 교차점에서의 L/G 값이 설계수공기비인 (L/G)d가 된다.

(4) 시험수공기비의 결정

시험수공기비의 값은 다음 식에 의해 계산된다.

[eqn: {(L/G)_t}~=~left(L_t over L_d right)~ left(W_d over W_t right)^1/3~ left(rho_t over rho_d right)^1/3~ left( v_t over v_d right)~ (L/G)_d~] …………………………… [ 식 9 ]

여기서 건공기 비체적 [eqn: v] 와 습공기 비체적 [eqn: rho] 는 압송식인 경우에는 냉각탑 입구에서의 값이며, 흡입식인 경우에는 냉각탑 출구에서의 값이다.  순환수량 제한조건에 따라서 냉각탑의 셀을 하나 이상 정지시키고 시험할 때에는 설계된 물의 유량과 팬 동력은 운전되고 있는 셀에 대한 설계값을 사용하여야 한다.

(5) 냉각탑 특성치의 결정

시험수공기비 값에서의 냉각탑 특성치를  [식6]과 [식8]을 사용하여 구한다.

(6) 환산수공기비의 결정

위에서 계산된 시험수공기비에서의 특성치를 나타내는 점이 시험점이 된다. 이 시험점을 지나면서 제조자의 냉각탑 특성곡선에 평행한 직선과 설계조건곡선과의 교점의 L/G 값이 환산수공기비 (L/G)c이다. 제조자가 여러 개의 특성곡선을 제출한 경우에는 시험조건에 대해 적용할 수 있는 특성곡선에 맞추어 설계수공기비를 조정 및 적용하여야 한다.

(7) 냉각탑능력비의 결정

설계 순환수량을 퍼센트로 나타내는 냉각탑 능력비는 위에서 결정된 환산수공기비 (L/G)c와 설계수공기비 (L/G)d를 이용하여 [식10]에 의해 결정된다.

[eqn: varphi ~ Ａ~ (L/G)_c over (L/G)_d{ }_{ } ~ ×~ 100]    ……………………………………………………………[ 식 10 ]

4.2 성능곡선법 (performance curve method)

본 절에서는 성능곡선을 이용하여 시험 데이터로부터 기계통풍식 냉각탑의 성능을 평가하는 방법의 개요 및 과정을 설명하고 부속서1에서 실제 계산예를 나타낸다.

(1) 제조자의 성능곡선

제조자는 조당 3개의 곡선으로 이루어진 3조 이상의 성능곡선군을 제출하여야 한다. 각 조는 설계 냉각수 유량의 90）,  100）, 그리고 110）를 포함하여야 한다. 또한 각 조는 입구 공기 습구온도에 대한 냉각수 출구 온도의 변화를 나타내며 몇가지 레인지의 경우에 대한 곡선 군으로 나타낸다. 선택되는 레인지는 설계 레인지 값에 추가하여 설계값의 대략 (0.5℃까지 정확한 값) 80）와 120）에 해당하는 레인지 값이다. 이때 냉각수 입구 및 출구온도, 입구공기의 습구 및 건구온도, 팬 동력, 팬 모터효율, 설계수공기비, 설계 기압 및 고도 등의 설계점 조건과 함께 해당 곡선 상에 설계점을 표시하여야 한다.

(2) 조정순환수량의 결정

조정순환수량이란 실제의 장비 능력을 산출하기 위해 공기유동 또는 팬 동력의 변화에 의해 야기되는 시험 열성능 변화에 대해서 조정되어지는 순환수량을 나타낸다.

조정순환수량 La는 시험 냉각수량 Lt에 의하여 다음식으로 결정된다.

La = [eqn: L_t~~ left( W_d OVER W_t right) SUP 1/3~ left( rho_t OVER rho_d right) SUP 1/3]…………………………………………………………[ 식 11 ]

(3) 예측순환수량의 결정

시험 입구공기 습구온도에서의 냉각수 출구온도를 제조자의 성능곡선으로부터 구한다. 이 값들을 이용하여 순환수량에 따른 레인지와  냉각수출구온도 사이의 관계를 그래프로 나타낸다. 이 그래프로 부터 시험레인지에서의 각 순환수량에 대한 냉각수출구온도 값을 구한다. 이 값들을 순환수량을 횡축 그리고 냉각수 출구온도를 종축으로하는 그래프에 나타내어 시험 냉각수출구온도에 해당하는 예측순환수량 LP를 결정한다.

(4) 냉각탑 능력비의 결정

냉각탑 능력비는 위에서 결정된 조정순환수량 La와 예측순환수량 LP를 이용하여 다음과 같이 결정된다.

[eqn: varphi ~=~( { L_a} over L_P )~×~100] …………………………………………………………………[ 식 12 ]

부속서2. 냉각탑능력 시험결과평가 예

현장시험조건이 냉각탑의 설계조건과 같은 경우는 극히 드물다. 따라서 시험자료를 가지고 주어진 냉각탑용량이 설계조건에 충분히 부합되었는지 여부를 곧 알 수 없는 경우가 많다. 실제성능과 요구되는 성능간의 차이가 어느 정도인지 판단하기는 더욱 어렵다. 따라서 다음 두가지 경우에 대하여 부속서2 표1과 같은 설계 및 시험자료 예를 가지고 부속서1의 시험결과평가에 따른 냉각탑의 성능을 정량적으로 구하는 방법을 기술하고자 한다.

1) 특성곡선을 이용하는 경우

2) 성능곡선을 이용하는 경우

부속서2  표1 설계 및 시험자료 예

	설계조건	시험자료
순환수량, L (m3/h) 냉각수 입구온도, T1 (℃) 냉각수 출구온도, T2 (℃) 레인지, T1 -T2(℃) 입구공기 습구온도, Twb (℃) 입구공기 건구온도, Tdb (℃) 입구공기 절대습도, □(kg/kg건공기) 입구공기 비체적, □( m3/ kg건공기) 어프로치, T2 - Twb (℃) 팬동력, W(kW)	3000 45 30 15 25 28 0.019 0.879 5 115	2800 44 28.5 15.5 22 25 0.0155 0.866 6.5 100

1. 특성곡선법

(1) 제조자의 특성곡선

특성곡선이 냉각탑 제조자에 의해 아래의 부속서2그림1에 도시된 바와 같이 제출되었다고 가정한다.

부속서2 그림1 특성곡선

(2) 설계조건곡선의 결정

설계조건곡선을 그리기 위해 아래의 설계조건에 대하여 수공기비가 80%, 100%, 120%인 경우에 대하여 KaV/L값을 구한다.

T1	=  45℃	hw1	=  214.16  kJ/kg건공기

T2	=  30℃	hw2	=  100.01  kJ/kg건공기

Twb	=  25℃	h1	=   76.50  kJ/kg건공기

Tdb	=  28℃	CL	=    4.186 kJ/℃kg건공기

여기서 hw1,  hw2 는 각각 냉각수 입구 온도 및 출구온도에서의 포화공기 엔탈피를 나       타내며 h1는 입구습구온도에서의 포화공기 엔탈피를 나타낸다.

L/G = 0.8 로 가정한 경우의 출구온도 T2에서의 공기 엔탈피 h2는 [부속서1 식6] 으로부터 다음과 같이 계산된다.

h2 - h1= L/G×CL×(T1 - T2) = 0.8×4.186×(45-30) = 50.23 kJ/kg건공기

h2	= 76.50 + 50.23 = 126.73 kJ/kg건공기

이를 토대로  [ 부속서1 식8]을 이용하여 특성치 KaV/L을 계산하면 다음과 같다.

T(℃)	hW (kJ/kg건공기)	ha (kJ/kg건공기)	1/(hW-ha)
T2+ 0.1(T1-T2)=31.5 T2+ 0.4(T1-T2)=36.0 T1- 0.4(T1-T2)=39.0 T1- 0.1(T1-T2)=43.5	108.17 136.21 158.50 198.59	h1+0.1(h2-h1)= 81.52 h1+0.1(h2-h1)= 96.59 h2-0.4(h2-h1)=106.64 h2-0.1(h2-h1)=121.71	0.0375 0.0252 0.0193 0.0130
	601.48	406.46	0.0950

[eqn: sum 1over{h_w -h_a } =0.0950]

[eqn: KaV over L =(4.186) LEFT ( 45-30 over4 RIGHT ) (0.0950)=1.4912]

같은 방법으로 L/G = 1.0 로 가정한 경우의 출구온도 T2에서의 공기 엔탈피 h2는 [부속서1 식6] 으로부터 다음과 같이 계산된다.

h2 - h1	=  1.0×4.186×(45-30)	=  62.79 kJ/kg건공기

h2	=   76.50 + 62.79	= 139.29 kJ/kg건공기

이를 토대로  [ 부속서1 식8]을 이용하여 특성치 KaV/L을 계산하면 다음과 같다.

T(℃)	hW (kJ/kg건공기)	ha (kJ/kg건공기)	1/(hW - ha)
T2+ 0.1(T1-T2)=31.5 T2+ 0.4(T1-T2)=36.0 T1- 0.4(T1-T2)=39.0 T1- 0.1(T1-T2)=43.5	108.17 136.21 158.50 198.59	h1+0.1(h2-h1)= 82.78 h1+0.1(h2-h1)=101.62 h2-0.4(h2-h1)=114.17 h2-0.1(h2-h1)=133.01	0.0394 0.0289 0.0226 0.0152
	601.48	431.58	0.1061

[eqn: sum 1over{h_w -h_a } =0.1061]

[eqn: KaV over L =(4.186) LEFT ( 45-30 over4 RIGHT ) (0.1061)=1.6655]

같은 방법으로 L/G = 1.2 로 가정한 경우의 출구온도 T2에서의 공기 엔탈피 h2는 [부속서1 식6] 으로부터 다음과 같이 계산된다.

h2 - h1	=  1.2×4.186×(45-30)	=  75.35 kJ/kg건공기

h2	=   76.50 + 75.35	= 151.85 kJ/kg건공기

이를 토대로  [ 부속서1 식8]을 이용하여 특성치 KaV/L을 계산하면 다음과 같다.

T(℃)	hW (kJ/kg건공기)	ha (kJ/kg건공기)	1/(hW - ha)
T2+ 0.1(T1-T2)=31.5 T2+ 0.4(T1-T2)=36.0 T1- 0.4(T1-T2)=39.0 T1- 0.1(T1-T2)=43.5	108.17 136.21 158.50 198.59	h1+0.1(h2-h1)= 84.03 h1+0.1(h2-h1)=106.64 h2-0.4(h2-h1)=121.71 h2-0.1(h2-h1)=144.31	0.0414 0.0338 0.0272 0.0184
	601.48	456.70	0.1208

[eqn: sum 1over{h_w -h_a } =0.1208]

[eqn: KaV over L =(4.186) LEFT ( 45-30 over4 RIGHT ) (0.1208)=1.8962]

위에서 계산된 수공기비 L/G=0.8, 1.0, 1.2의 설계조건점으로부터 얻어진 설계조건곡선이 부속서2 그림2에 나타나 있다.

부속서2 그림2 특성곡선 및 설계조건곡선

(3) 설계수공기비의 결정

부속서2 그림2에 나타난 바와 같이 설계조건곡선과 부속서2 그림1의 특성곡선과의 교차점 위치인 0.870이 설계수공기비, (L/G)d가 된다.

(4) 시험수공기비의 결정

시험수공기비는 아래 과정에 의해 구한다.

주어진 설계조건에서의 공기 비체적 및 절대 습도를 습공기 선도에서 구하면 각각 다음과 같다.

[eqn: v_d` =0.879,~x_d` =0.019]

이 값으로부터 습공기 밀도 [eqn: rho_d`]를 다음식에 의해 구한다.

[eqn: rho_d` = 1+x_d over v = 1+0.019 over0.879 =1.159]

같은 방법으로 시험조건에서의 공기 비체적 및 절대 습도를 습공기 선도에서 구하면 각각 다음과 같다.

[eqn: v_t` =0.866,~x_t` =0.0155]

이 값으로부터 습공기 밀도 [eqn: rho_t`]를 다음식에 의해 구한다.

[eqn: rho_t` = 1+x_t over v = 1+0.0155 over0.866 =1.173]

시험수공기비는 부속서2 표1의 시험자료 및 위 자료와 [부속서1식9] 로부터 구한다.

[eqn: left( L overG right)_t =left( 2800over3000 right)left( 115over100right)^{1over3} left(1.173over1.159 right)^{1over3} left( 0.866over0.879 right)(0.870)=0.841]

(5) 냉각탑 특성치의 결정

아래의 시험조건에 대하여 시험수공기비에 대한 KaV/L값을 아래 과정을 거쳐 구한다.

T1 =  44℃	hw1 = 203.70  kJ/kg건공기

T2 =  28.5℃	hw2 =  92.43  kJ/kg건공기

Twb =  22℃	h1 =  64.66  kJ/kg건공기

Tdb =  25℃	CL =   4.186 kJ/℃kg건공기

시험수공기비에 대한 출구온도 T2에서의 공기 엔탈피 h2는 [부속서1 식6] 으로부터 다음과 같이 계산된다.

h2 - h1	= 0.841×4.186×(44-28.5) =  54.57 kJ/kg건공기

h2	=  64.660 + 54.57	= 119.23 kJ/kg건공기

이를 토대로  [ 부속서1 식8]을 이용하여 특성치 KaV/L을 계산하면 다음과 같다.

T(℃)	hW (kJ/kg건공기)	ha (kJ/kg건공기)	1/(hW - ha)
T2+ 0.1(T1-T2)=30.05 T2+ 0.4(T1-T2)=34.70 T1- 0.4(T1-T2)=37.80 T1- 0.1(T1-T2)=42.45	100.27 127.52 149.23 188.54	h1+0.1(h2-h1)= 70.12 h1+0.1(h2-h1)= 86.49 h2-0.4(h2-h1)= 97.40 h2-0.1(h2-h1)=113.77	0.0332 0.0244 0.0193 0.0134
	565.56	367.78	0.0902

[eqn: sum 1over{h_w -h_a } =0.0902]

[eqn: KaV over L =(4.186) LEFT ( 44-28 over4 RIGHT ) (0.0902)=1.463]

(6) 환산수공기비의 결정

시험수공기비 0.841과 이 값에 해당하는 냉각탑 특성치 1.463에 의하여 시험점이 결정되며 이 시험점을 부속서2 그림2에 로 나타내었다. 시험점을 지나며 특성곡선에 평행한 직선을 구한후 이 직선과 설계조건곡선이 교차하는 (L/G)c값, 즉 0.817이 환산수공기비가 된다.

(7) 냉각탑 능력비의 결정

냉각탑 능력비는 [부속서1 식10]에 의해 얻어진다.

[eqn: varphi (%)= 0.817over0.870 times100 =93.90]

2. 성능곡선법

부속서2 표1의 설계 및 시험자료 예의 경우에 대해 성능곡선을 사용하여 냉각탑 성능을 평가한다.

(1) 제조자의 성능곡선

부속서2 그림3에 도시된 성능곡선이 제조자에 의해 제출되었다고 가정한다.

(2) 조정순환수량의 결정

[부속서1 식11]에 의해 조정순환수량(adjusted flow rate)은 다음과 같이 계산된다.

[eqn: L_a =(L_t )left( W_d overW_t right)^{1over3}left( rho_t over rho_d right)^{1over3}=(2800)left( 115over100 right)^{1over3}left(1.173 over 1.159right)^{1over3} =2945m^3 /h]

(3) 예상순환수량의 결정

22℃ 시험습구온도에서의 냉각수출구온도는 부속서2 그림3의 성능곡선으로부터 판독된다. 부속서2 그림3의 그림에서 구한 시험습구온도에서의 예상 냉각수출구온도는 부속서2 표2와 같다.

부속서2  표2  입구공기 습구온도 22℃ 에서의 예상 냉각수출구온도

L (m3/h) T1 -T2(℃)	2700 3000 3300
12 15 18	27.62 28.16 28.73 28.19 28.69 29.33 28.70 29.24 29.89

부속서2 표2의 자료를 그래프로 나타내면 부속서2 그림4의 곡선을 얻는다.

이 그림으로부터 15.5℃의 시험냉각레인지에서의 냉각수출구온도가 판독된다. 이 값을 부속서2 표3에 나타내면 다음과 같다.

부속서2  표3  시험습구온도 22 ℃, 시험레인지 15.5 ℃ 에서의 냉각수출구온도

순환수량 L (m3/h)	냉각수 출구온도 T2(℃)
2700 3000 3300	28.27 28.78 29.42

끝으로 부속서2 표3의 자료를 좌표에 그려서 부속서2 그림5에 곡선으로 나타낸다. 시험냉각수출구온도에 해당하는 예상순환수량을 이 곡선으로부터 알 수 있으며 냉각수출구온도 28.5℃ 에서 2830 m3/h 이 된다.

(4) 냉각탑 능력비의 결정

냉각탑능력비는 [부속서1 식12]에 의해 다음과 같이 결정된다.

[eqn: varphi (%)= 2945over2830 times100 =104.06]

< 부표관련규격 >

CTI code tower specifications ATC 105

(Acceptance test code for water cooling towers)

CTI bulletin TPR-121

(The evaluation of cooling tower performance from field test data)

CTI code tower specifications ATC 128

(Measurement of sound from water cooling towers)

British water cooling towers standards BS-4485. Part 2.

(Methods of test and acceptance testing)

CTI code ATC 140 (Isokinetic drift test code)

KS B 6364   : 강제통풍식 냉각탑 시험방법

KSCP-B-1027 : 냉각탑 설계 및 시험 기술 기준

기계통풍식 냉각탑 시험방법 제정위원 명단

성 명	근 무 처	비 고
윤재호	생산기술연구원 냉동공조연구팀장	위원장
박만홍	KOPEC기술연구소 책임연구원	위 원
서종대	범양냉방공업(주) 부장	〃
소헌영	(주)경인기계 이사	〃
최영기	중앙대 기계공학과 교수	〃
홍희기	경희대 기계공학과 교수	〃