지역난방시스템 열교환기

1. 개 요 지역난방은 열병합 발전소에서 전기와 열을 동시에 생산 함으로 에너지 이용효율이 2배가량 높아 국가차원에서 에 1. 개 요 지역난방은 열병합 발전소에서 전기와 열을 동시에 생산 함으로 에너지 이용효율이 2배가량 높아 국가차원에서 에 너지를 크게 절감하고 입주민에게는 관리비가 절감되는 실질적인 경제적 이익을 창출할 뿐만 아니라 중앙난방 및 개별 난방과 비교하여 대기오염 물질(CO2, NOx, SOx등) 이 약 46% 감소하는 환경친화적 설비입니다.

1. 개 요 지역난방 공급 현황은 1987년 여의도, 동부이촌동, 반포 1. 개 요 지역난방 공급 현황은 1987년 여의도, 동부이촌동, 반포 지역에 지역난방 열 공급을 개시한 이래 2001년까지 백만 호를 돌파하였으며 한국지역난방공사, GS POWER(주) 및 서울 도시개발공사등의 집단에너지 사업자 주도로 서 울, 수원, 대구, 해운대 일산, 부천, 분당등 13개 대도시 및 신도시 택지개발 지구에 보급되었으며 지속적으로 보급률 이 상승되고 있습니다.

2. 컴팩트 유니트 계통도 급탕 2단 열교환기의 순간가열 급탕방식 제어회로도

2. 컴팩트 유니트 계통도 급탕 일반열교환기의 순간가열 급탕방식 제어회로도

3. 컴팩트 유니트 장비 설계기준 1) 판형열교환기 판형 열교환기 - 설 계 압 력 : 16 BAR - 설 계 온 도 : 150℃ - 전열판 재질 : STS316 - 가스켓 재질 : EPDM - 가스켓 형상 : EASY HOOK TYPE

2) 펌 프 펌 프 - 난방용 : 병렬운전시 유량의 합이 설계유량의 100%를 만족하는 대수제어 방식 또는 회전수 제어방식을 적용한다. 펌프의 양정 및 동력은 여유값을 배제 하는 것이 바람직하다. 펌프는 In-Line, Dual In-Line 등을 사용 하며, 최근에는 에너지 절약 차원에서 Inverter 펌프를 사용하는 추세이다. - 급탕용 : 펌프의 유량은 설계 급탕유량의 30~40% 기준으로 산정한다.

TCV(Temperature Control Valve) - 설 계 압 력 : 16 BAR 이상 - 설 계 온 도 : 150℃ 이상 - 유량조절비 : 50:1 이상 - EQUAL PERCENTAGE 유량제어특성 - 밸브압력손실 : 0.3 BAR 이내 - 밸브차단허용최소차압 : 3 BAR 이상 - 고장시 수동조작레버로 긴급대처가 가능 동작전원 AC 24V AC220V 콘트롤신호 0~10Vdc 4~20mA 3 POSITION

4) 자동제어 자동제어 - 목적 : 계절별, 시간대별 외기온도 보상설정등 열부하 변동에 따라 자동온도조절밸브(TCV) 및 펌프를 최적으로 제어하여 월활한 난방/급탕 공급 및 에너절감을 실현하고자 함. - 난방제어기기 : 1) 외기온도 보상기능 2) 난방열교환기 2차측 난방공급온도에 따른 1차측 중온수 유량 조절기능 3) 절약모드등 운전프로그램 입력기능 4) 2차측 회수온도에 의한 난방순환펌프의 연속난방운전 5) 부하변동에 따라 유량제어가 가능한 대수제어기능, 회전 수제어기능 과 자동교대운전 제어기능 - 급탕제어기기 : 1) 급탕열교환기 2차측 급탕공급온도에 따른 1차측 중온수 2) 2차측 급탕온도 임의 설정기능 3) 급탕 과부하시 난방을 일시 차단하는 기능 4) 급탕회수온도에 의한 급탕순환펌프의 자동운전 제어기능

5. 설비 계통도(3D) 급탕 2단 열교환기의 순간가열 급탕방식

5. 설비 계통도(3D) 급탕 일반열교환기의 순간가열 급탕방식

6-1. 펌프 대수제어에 따른 유량변화 1. 개요 2. TEST 펌프 사양 보고서명 : 지역난방시스템에서의 난방순환펌프 대수제어에 따른 유량변화 보고서 작성자 : 태봉산업기술㈜ 기술영업부 보고서 작성을 위한 현장 : 인천 도림동 주공아파트 (지역난방시스템 채택) 현장 점검 일자 : 2003년 10월 16일 2. TEST 펌프 사양 판형열교환기 용량 : 525,000 kcal/hr 2차측 난방순환수 유량 : 583 LPM (병렬운전시 기준에 적합한 유량의 합) 선정펌프 : 240 LPM X 21H(양정) 3대 (약 41% 3대로 설계) 펌프 제조사 : 대영파워펌프 2.2kW DLP200-50 인라인펌프(380V/60Hz/3PH/4P)

6-2. 펌프 대수제어에 따른 유량변화 3. TEST 결과 표 1. 펌프 대수제어시 유량 및 양정표 5분간격 10회 측정하여 최소 및 최대값을 제외하고 평균한 값 최대 부하를 가정하여 세대유량계 100% 열고 TEST 수행 유량측정은 배관에 설치된 Flow Meter로 측정 배관보온 해체 후 초음파 유량계로 측정시에도 큰오차가 없었음

6-3. 펌프 대수제어에 따른 유량변화 도 1. 펌프 대수제어시 유량 및 양정곡선

6-4. 펌프 대수제어에 따른 유량변화 4. 결론 설계양정이 21m이고 실제 양정이 23m 임을 감안하면, 펌프는 2대운전시에도 100% 만족할 것으로 사료됨. 3대 대수제어시 2대 및 3대 운전시 유량변화가 거의 없음. 따라서, 1대는 Stand-by 개념으로 활용됨. 대수제어 운전방식에서는 병합 성능 곡선표가 제시되어야 할 것으로 사료됨. (단, G-S 밸브 및 CHECK 밸브 구조와 펌프 헤드배관방식에 따라 유량값이 다소 차이가 있을 것으로 사료됨.) 정확한 양정 계산이 요구됨. 1대 운전시에도 설계유량의 약 80%가 순환됨으로 혹한기(약1~2주/년) 야간운전을 제외하고는 1대운전으로 난방부하를 만족할 것으로 사료됨. 1대 운전시 저양정 발생으로 설계치 2배이상의 유량이 순환됨으로 동력증가로 인한 과부하 발생으로 모타 및 베어링 손상이 예상됨. 참고로 WILO펌프를 설치한 타 지역난방 현장에서의 대수제어에 따른 유량변화값은 본 보고서와 거의 동일한 값이 도출됨. 난방순환펌프 대수제어시 과부하 방지 및 설계 유량 확보를 위하여 60% X 2대가 가장 이상적인 선택이다.

7-1. 인버터 펌프 차압설정 위치 검토서 도 2. 계통도

7-2. 인버터 펌프 차압설정 위치 검토서 도 3. 2차측 난방 순환수 압력 분포

7-3. 인버터 펌프 차압설정 위치 검토서 차압 측정 위치에 따른 장단점 DP1 : 1.9Kg/㎠ ( 펌프 전후 ) - 펌프 제조사 표준 제어방식 (WILO & GRUNFOSS) - 차압값이 크므로 차압측정오차가 다소 크더라도 유량제어가 일정하다 - 열교환기 및 펌프 주변기기의 오염에 따라 유량이 변동 할 수 있다 - 시공이 가장 쉽다. (WILO & GRUNFOSS 표준) DP2 : 1.4Kg/㎠ ( 기계실 말단 또는 컴팩트설비유니트 차단밸브 전단) - 열교환기, 배관 Scale 및 스트레이너 등 기계실 내부의 전체 배관 System의 오염에 상관없이 Setting 후 유량 변동폭이 적다 - 난방 부하에 따라 정확한 인버터 제어가 가능하다 - 시공이 용이하다 DP3 : 0.8Kg/㎠ ( 동지하 ) - 가장 정밀 제어가 가능하다 - 적은 차압 측정으로 오차에 따른 제어가 다소 힘들다 - 차압값이 적으므로 Sensor 측정오차가 클 경우 유량제어가 불규칙 할 수 있다 - 제어에 필요한 신호 전송 시공비가 증가한다 - 전송에 따른 오차율 우려가 있다 - 시공상 어려움이 있다 결론 : DP2에 차압센서 설정하는 것이 시공상,성능발휘상 가장 이상적인 선택이다

7-4. 인버터 펌프 용량 선정에 따른 비교표

7-5. 인버터 펌프 제어방법

TAIBONG INDUSTRIES INC. 감사합니다. 판형열교환기 Leader- 태봉산업기술(주) TAIBONG INDUSTRIES INC. 교육강사 : 이 재 화