1. 냉각탑의분류와비교구분방법에따라다음과같이분류할수있으며하나의냉각탑에적용되는여러종류명을합하여호칭할수있다. 구분방법냉각탑종류비고 통풍방법 대기압식, 자연통풍식, 강제통풍식( 기계식), 팬보조자연통풍식 송풍방식 흡입식, 압송식 공기흐름 대향류형, 직교류형, 조합형 설치방법 공장조립형( 팩케이지형), 현장설치형, 모듈라 (Modular) 모양. 형상 사각형, 원형, 연결형 습식( 개방형), 건식( 공냉식), 습건식( 백연방지형), 열전달방법밀폐형충진재형태필름형, 비말형, 무필[ 無 Fill] 형(Spray Filled)* * 속칭 소음구분일반형( 표준형), 저소음형, 초저소음형규격제정재료별철재, 목재, 복합재료(FRP), 콘크리이트주자재. 골조 용도별 공조용, 산업용, 폐수용, 지하설치형, 백연방지형( 습건식), 통상호칭용 가. 열전달방법에따른구분 (1) 습식( 개방형) : 냉각수와공기가직접접촉하며냉각수의증발이수반되어열교환하는형태 (2) 건식( 공냉식, Dry Cooler) : 증발이없는감열냉각형태 (3) 습건식( 백연방지형) : 습식과건식을모두이용하는형태 (4) 밀폐형 : 냉각수와공기가간접접촉하여열교환하는형태 일반적인냉각탑은충전재를사용하는개방형이며증발잠열을이용하기때문에습구온도의영향을받아대기의건구온도보다낮은냉각수온을얻을수있다. 개방형은대기중의오염물질이냉각수를오염시켜열교환기등에부식과스케일의문제를일으킨다. 밀폐형은냉각수가폐쇄회로를순환하므로수질오염을방지할수있으나열교환코일외부에별도의물을살포하여증발잠열을이용하는형식이므로금액이비싸진다. 밀폐형은콘덴서등장비수명의연장과겨울철결빙문제가적은장점을가지고있다.
개방형은냉각수자체가증발하고밀폐형은살포수가증발하므로수질관리와보급수가필요해진다. 반면에드라이쿨러는감열만을이용하기때문에물의소모가전혀없으나냉각수온이높아지고시스템비용과운전비용이 6 배정도커지게된다. 고온다습한냉각탑토출공기가대기와부딪히면서냉각될때, 과포화수증기는응축되어가시화하며이백연이환경오염과민원의대상이될수있다. 백연방지냉각탑(Plume Abatement Tower) 은백연을감소시키기위하여토출공기를입구냉각수온에의해가열시키는장치를설치한다. 가열장치로핀튜브코일방식을사용해왔으나최근에는충전재만으로구성되어비용이저렴한방식이개발되고있다 [ 그림 1] 과 [ 그림 2] 는이천열병합발전소용으로동일용량의냉각탑이 1차습식으로건설되어민원이발생하여 2차는습건식으로건설되었다. [ 그림 4] 의냉각탑은인천국제신공항에건설된냉각탑으로총7 셀중 3 셀은습건식, 4 셀은습식으로건설되었다. [ 그림 1] 습식( 개방형) 냉각탑 [ 그림 2] 습건식( 백연방지냉각탑) [ 그림 3] 밀폐형냉각탑 [ 그림 4] 습식및습건식
[ 표 1] 냉각탑비교표 - 열전달방법에따른구분 습식건식습건식밀폐형 1. 구분 냉각수와공기가직접접촉하며증발잠열을이용 증발이전혀없는감열냉각방식 습식과건식을모두이용 냉각수와공기가간접접촉하며증발잠열을이용 - 범용적인형태로가장저렴하다. 백연방지용이나 - - 대기의건구온특별한경우의냉회로를순환하므로 - 낮은냉각수온도를이용하므로각수절약용으로사수질오염을방지하을얻을수있다. 냉각수온이높다. 용된다. 므로값비싼장비 2. 특징, 의수명을연장시적용및장. 단 - 수질오염에따 - 건식시스템의 - 시설비용이습킨다. 점른부식과스케일시설비와운전비식의 2~3배에달을방지하기위한용이습식의 5~6 한다. - 시설비용이습수처리시설과비배에달한다. 식의 5~6배에달용이필요함. 한다. - 냉각수가 폐쇄 3. 초기투자비용 1 6 ( 시스템) 3 5 4. 운전비용 1 6 ( 시스템) 1.2 2 4. 기타 - 보편적으로용됨. - 60도이상의프 - 국내열병합발 - 반도체제조시사로세스냉각에이전소에주로적용설및정보통신시용한다. 함설등에적용함. 5. 총괄 1. 백연이민원발생의원인이되는경우를제외하면습식으로선정하는것이통상적이며타당함.
나. 통풍방식에따른구분통풍방식에따라다음과같이구분할수있다. 1) 대기압식 2) 자연통풍식 3) 강제통풍식 4) 조합식대기압식냉각탑(Atmospheric tower) 은산업발전초기형태의것으로압력분무에따른공기유입으로역풍의영향을많이받는다. [ 그림 5] 자연통풍식냉각탑(Natural Draft Tower) 은외부공기와의밀도차이에의하여통풍구동력을갖으며설비비는높으나전력산업등에서유지관리비의비용차이를상당기간계상하면보상이될수있다. 상대습도가높은지역에서유리하다. 강제통풍식냉각탑과경제성비교는반드시냉각시스템전체를비교하여야한다. [ 그림 6] 강제통풍식냉각탑(Mechanical Draft Tower) 은주로전기모터로팬 (Fan) 을가동시키므로열성능의안정성이높고습증기등의변수에영향을덜받는다. 조합식냉각탑(Hybrid Draft Tower) 는자연통풍식과강제통풍식을조합하여여름철부하피크시에는내부팬을가동하고계절과부하축소에따라팬을정지하고자연통풍방식으로운전할때에너지를절감할수있다. [ 그림7] Fan-assisted natural draft tower [ 그림 5] 대기압식냉각탑(Atmospheric Tower) 과단면도
[ 그림 6] 자연통풍식냉각탑(Natural Draft Tower) 와단면도 [ 그림 7] 조합식냉각탑(Hybrid Draft Tower) 와단면도팬보조자연통풍식냉각탑 (Fan Assisted Natural Draft Tower) [ 그림 8] 흡입식냉각탑(Induced Draft Tower), 직교류형냉각탑(Cross Flow Tower)
다. 송풍방식에따른구분강제통풍식( 기계식) 냉각탑은송풍방식에따라다음과같이구분된다. (1) 흡입식 : 팬이냉각탑의공기출구측에위치해있는것 (2) 압송식 : 팬이냉각탑의공기입구측에위치해있는것흡입식[ 그림 8] 은광범위한용도로소용량에서대용량까지널리사용되고있다. 공기흡입속도가 3-4 m/sec 정도이며출구속도는 3-4 배빨라서재순환에의한성능저하가작고쉽게계량화가가능하다. 압송식[ 그림 9] 은냉각탑에공기를불어넣는방식으로공기흡입속도가빠르고출구속도가느리므로바람에의한재순환으로성능저하가쉽고크게발생한다. 운전동력과소음및겨울철운전에불리하나원심송풍기를사용하여높은정압에서도운전할수있어서지하설치용도에적합하다. [ 그림 9] 압송식냉각탑(Forced Draft Tower) 과재순환가능성
[ 표 2] 냉각탑비교표 - 흡입형 / 압입송풍형 비교기준흡입형압입송풍형 1. 2. 외관 성능 - 통상상부에축류팬이노출되어있다. - 토출/ 흡입공기속도비가커서바람에 의한재순환성능저하가적다. - 토출/ 흡입공기속도비가적어바람에 의한재순환성능저하가많아치명적일수있다. 3. 소음 - 비교적크다. 4. 보수, 정비 -FANPART는 WETSTREAM내에 있어서불편하고빈번한보수 점검이요구된다. - 점검 보수가불편하고운전중접근이불가하다. - 내부에압력이걸리므로누수주의가요망됨. 5. 운전비 - 압송식의특성상공기저항이크므로팬동력비가 40% 이상커진다. 6. 투자비 1.0 1.6 ~ 1.9 7. 용도 - 일반적인옥외형. - 공기유동저항이큰지하설치용에적합. 8. 총괄 1. 압입송풍형은미국에서 1940년대부터제작되었으며국내에서는 1980년대에활성화되었다가지금은지하설치용이외에거의사용하지않음 2. 일반적인옥외설치에있어서 FORCED DRAFT TYPE은바람의영향및재순환에의한심각한성능저하를예상해야한다.
라. 공기흐름에따른구분 (1) 대향류형 : 충전부에서공기의흐름이수직상방향으로움직여냉각수와마주교차하며열교환되는형태 [ 그림 8] (2) 직교류형 : 충전부에서공기의흐름이수평방향으로움직여냉각수와직각으로교차하며열교환되는형태 [ 그림 10] (3) 조합형 : 대향류형과직교류형이조합된형태 [ 그림 11] 대향류형은소용량의경우, 직교류형보다냉각수분사압력과공기압손실이더커지므로냉각수순환펌프와팬의동력이크게되나대용량의경우에는저압의중력식물분배방식을사용하고충분한공간확보가가능하여직교류형과비슷하다. 설치면적과시설비용에있어서는대향류형이유리하고보수점검성과유지관리비용은직교류형이유리하다. 대향류형의발생소음은낙하수음이포함되어 3 dba 정도높게나타난다. [ 그림 10] 대향류형냉각탑(Counter Flow Tower) 과단면도 [ 그림 11] 조합형냉각탑과겨냥도
[ 표 3] 냉각탑비교표 - 직교류형 / 향류형 1. 소음 - 수적음이크다. 2. 보수, 정비 - 냉각탑각부의접근이용이하고점검 보수성이좋다. - 운전중에도수분배계통, 하부수조등의점검 보수및접근이용이하다. - NOZZLE 등수분배계통의점검및보수가불편하다. 냉각수의순환운전중에는수분배계통, 충진재, 하부수조보급수계통및스트레이너등의점검, 보수, 접근이곤란하다. 3. 투자비 1.2 ~ 1.3 1.0 4. 용도 - 수질이나쁠경우, 보수점검이좋으 므로적합함. - 공조용 : 소형이므로점검, 보수, 접근의용이성이가치가큰경우 - 저렴한초기투자비 5. 총괄 1. 과거의통상적인비교특징은더이상유효하지않으나여전히비교가치가있는것은다음사항이다. 1 점검 보수성 : CROSS FLOW 가좋음. 2 초기투자비용 : COUNTER FLOW 가좋음. 2. 따라서, 초기비용의면에서는 COUNTER FLOW 가유리하며, 수질이나쁘거나냉각탑이소형으로내부진입이어려운경우또는점검 보수성의가치가클경우CROSS FLOW 가유리하다.
마. 충전재종류에따른구분 (1) 필름형 : 표면적을넓힌수직형태의충전재를사용해서냉각수가그표면에얇은막을형성하며흘러내리도록한것 (2) 비말( 飛沫 ) 형 : 충전재를평행되게상하로교차시키는방법등으로, 물이표면을적시며반복적으로방해받아낙하하면서작은물방울로흩뿌려지게하는형식의것 [ 그림 5] (3) 무필( 無 Fill) 형 : 별도의충전재를삽입하지않는형식필름형충전재는열교환효율이뛰어난반면스케일이나슬라임에의해막힐수있으므로냉각수수질관리가필요하다. KS M 0077 냉각수수질기준에규정된수질유지는필름형을사용하는데전혀문제가없다. 비말형충전재는주변환경의문제등으로냉각수오염이심한경우에사용할수있으나열교환효율이필름형의 1/4 정도에불과하다. 무필형은폐수의냉각등슬럿지가과대한경우사용된다. 필름형(Film Type) 비말형(Splash Type) [ 그림 12] 충전재(Fill) 의형태
[ 표 4] 냉각탑충진재비교표 - 필름형 / 비말형 비교기준필름형충진재비말형충진재 1. 2. 3. 장점 단점 적용 - 단위체적당열교환능력이높아 고효율을나타내며소요면적이작다. (Ka : 19000 ~ 23000) - 냉각수의오염이심한폐수처리용등으로주로쓰인다. - 냉각탑을 FILM FILL로개선할경우 - 고온의냉각수에적용이가능하다. 통상 30~50% 의냉각능력을더키울 - CROSS FLOW 냉각탑의경우청소 수있다. 및유지보수가편리하다. - 화재대비자기소화성을가지고있다. - 단위체적당열교환능력이적으므로저열전달효율을나타내며소요면적이 크다. (Ka : 5000 ~ 7000) - 냉각수의오염이심한경우적용이 - 방부처리가불완전하게되었을경우불리하다. 부식이나미생물학적인파손이심해 - 고온의냉각수에적용이불리하다. 빨리파손되어냉각효과를떨어뜨린 - 수질관리가반드시필요하다. 다. - COUNTER FLOW에는 적합하지 않 다. - NEW TYPE으로높은열교환효율 - OLD TYPE으로낮은열교환효율을을갖고있어최근주사용품이며, 갖고있어사용이줄고있으며 COUNTER FLOW 및수질이양호한 CROSS FLOW 및고온의냉각수를저온냉각수 CROSS FLOW 냉각탑에사용하는냉각탑이나오염이심한냉주로사용된다. 각수의경우에주로사용한다. 4. 총괄 1. 폐수등특별한경우이외에는별도의수처리설비를갖추고 FILM FILL을사용하는것이바람직하다.
바. 설치방법에따른구분 (1) 공장조립형 : 공장에서조립되어완제품으로공급되는형태 (2) 현장조립형 : 사용할장소에서주요조립작업을하는형태일명팩케이지형이라고불리는공장조립형은공장에서완전조립상태또는운송수단이허용하는제한크기이내로분할된부분조립상태에서출하되는형태를말하며큰용량은셀단위로조립하여현장에서이어붙여설치한다. 제조공장에서사전조립검사와시운전이가능하므로안정된품질과설치기간의단축을기대할수있다. 현장설치형은대용량발전산업및화학. 제철산업용에주로쓰인다. 사. 모양에따른구분 (1) 사각형 : 평면상탑의형체가사각인것 (2) 원형 : 평면상탑의형체가둥글거나 8각형이상의다면체형태 (3) 연결형 : 셀을계속이어붙여갈수있는형태냉각탑몸체가원통형을이루면바람으로인한재순환영향을작게받는다. 반면, 사각형은바람에방해정도가크므로후면쪽에압력이낮은후류가형성되어토출공기의재순환이더많다. 대용량의경우에냉각탑을이어붙여설치하는연결형으로설계하게되며여름철주된바람의방향과냉각탑연결길이방향을일치시키는것이재순환방지에유리하다. 아. 소음에따른구분 (1) 일반형 : 저소음기준치이상의것 (2) 저소음형 : 저소음기준치미만의것 (3) 초저소음형 : 초저소음기준치이하의것소음기준은한국설비협회단체규격 KARSE B-003으로제정하였으며일본냉각탑협회(JCI) 규격과동일하나소용량의공장조립형에적용한다.
[ 표 5] 냉각탑비교표 - 공장조립형 / 현장설치형 비교기준공장조립형현장설치형 1. 2. 특징 구조 -SHOP에서조립시운전후출하하므로설치기간이짧고설치작업이간단하며설치비용이적게들고완벽한성능을보장한다. - SHOP 에서부분조립후출하하여, 설치장소에서조립시운전하므로설치기간이길고설치작업이복잡하여, 설치비용이많이들고, 성능보장에어려움이있다. - 통상하부에자체의냉각수조와보 - 통상하부의냉각수조는별도의콘급수조정구및스트레이너등을포함크리트토목공사에의한다. 한다. 3. 보수, 정비 - 셀수가커지므로관리대상숫자가많다. 보수 정비는낮은수준으로쉽게할수있다. - 관리대상숫자는적으나중보수 정비수준이요구된다. 4. 운전비 - 시스템이세분화되고독립적인경우분할및 STEP 운전이용이하여좋으 나, 단일시스템의중앙집중식의경우운전비가커질수있다. - INVERTER CONTROL 하다. 등이가능 5. 투자비 1.2 ( 냉각수조포함) 1.0 ( 별도냉각수조 : 0.8) 6. 용도 - 공조용/ 냉동, - 전자/ 통신 냉장용 - 제철/ 발전/ 화학 7. 총괄 1. 공장조립형은납기가빠르고옥상설치가가능한장점을갖고있다. 또한, 냉각탑의이동, 재배치가용이하다. 2. 공장조립형은재순환과보수 정비성에서불리하다.
자. 기타 [ 표 6] 냉각탑골조재비교표 - 목재 / 철재 / FRP / 콘크리트 WOOD STEEL F.R.P CON'C 1. 수명 15년 10년 30년 40년이상 2. 특징및보수정비성 - 냉각탑은약 7~8년주기로 INFILL 부분교체및대부분의부품들의교체또는정비가필요하며이에따른정비보수시에어려움이크다. - 변형또는부분부식등이발생될수있다. - 냉각탑은약 7~8년주기로 INFILL 부분교체및대부분의부품들의교체또는정비가필요하며이에따른정비보수시에어려움이크다. 변형또는부분 냉각탑은약 - 부식발생이없 - 다. 부식등이발생될수있다. - 7~8년주기로 INFILL 부분교체및대부분의부품들의교체또는정비가필요하며이에따른정비보수시에어려움이크다. - 보수정비가매우용이하다. 3. 초기투자비용 (FRAME 금액 ) 4. 기타 - 상용화됨. 0.85 1 1.25 1.3~1.4 - 상용화됨. - 국내적용단계 - 상용화됨. - 문제점( 부식등) - 문제점( 부식등) 이도출됨. 이도출됨. - 중, 소형의용량 - 중, 소형의용량 - 중, 소형의용량 - 중, 대형의용량의경우에는적합의경우에는적합의경우에는적합에적합 5. 총괄 1. FRAME 부재는 WOOD/STEEL에서 FRP 를선호하는추세임. 2. CONCRETE 는타부재에비해중량이상당히커짐.
공장조립형현장조립형/CONC. 골조/ 대향류형 BACK TO BACK 현장조립형/WOOD 골조/ 대향류형현장조립형/CONC. 골조/ 원형 현장조립형/FRP 골조/ 대향류형 현장조립형/CONC. 골조/ 습건식 BACK TO BACK 화성열병합 [ 그림 13] 냉각탑