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  냉각수 순환계 펌프 설계 문의(토출압 차이로 인한 역류/흐름방해 가능성)
  글쓴이 : KHKUN   고유ID : pjb4888     날짜 : 23-01-31 11:12     조회 : 173    
안녕하세요. 항상 많은 도움을 받고 있습니다.
아직 배우는 단계에 있다보니 선임들에게도 항상 도움을 받고는 있지만, 좀 더 자세한 설명을 받을 수 있을까 하여 다시금 여기 방문하여 도움을 요청드리게 되었습니다.
궁금한 사항은 냉각수 순환계 펌프를 낮은 헤드를 가진 펌프와 높은 헤드의 펌프를 분리함으로써 에너지세이빙 효과를 기대할 수 있는지 여부입니다.
냉각수 순환계 펌프의 헤드는 건물 고층에 설치된 열교환기까지 보낼 수 있고, 리턴되는 냉각수는 다시 냉각탑까지 도달할 수 있도록 충분한 여유를 가지도록 설계된 것으로 알고 있습니다.
여기서 1층에 위치한 열교환기에까지 높은 헤드의 성능을 가진 펌프로 냉각수를 공급할 필요가 있을까하여 study를 하고 있습니다.
해당 열교환기의 냉각수 요구량이 상당하다보니 다음과 같은 디자인을 고려하여 전력절감을 예상하고 있습니다.
 1) 고효율 펌프의 적용(기존펌프는 30년된 노후설비) 2) Lower head 펌프 적용
여기서 궁금한 사항은 다음과 같습니다.
1) 문제 : 낮은 헤드의 펌프에서 나간 냉각수가 다시 기존 리턴 냉각수 배관에 합류할 때 문제가 되지 않는지 여부
    판단 : 리턴 냉각수 압력을 실측하여 열교환기 dP를 고려한 head를 적용할 경우, 생각보다 높은 head를 적용해야할 것으로 판단.
    효과 : 만일 냉각탑 높이가 12m이고,   냉각수 리턴압력이 1.6kg/cm2라고 하면 1층 열교환기 높이가 기껏해야 6~7m로 불구하고 head를 20m정도로 높게 설계해야해서 절감효과가 크지 않을 것으로 판단됩니다.
    궁금증 : 저층 리턴 냉각수이다보니 위치에너지에 따른 압력효과도 크지 않은 상태에서, 리턴합류부 압력보다 작은 압력으로는 못밀고 들어가므로 역류 혹은 체크밸브 설치시 흐름이 불량하여 무조건 최소 냉각수 리턴합류부 압력이상으로는 냉각수가 배출되도록 해야할까요?
2) 궁금증 : 기존 펌프 네트워크에서 각 높이에서 리턴되는 냉각수는, 높이가 달라 열교환기 후단에서의 냉각수 압력은 다르더라도 다시 높이에 따라 위치에너지 혹은 수두로 압력이 보상되어 냉각수 리턴배관에 합류시 역류의 문제등은 없는 것인가요?
항상 감사드리며, 내용상 이상한 부분이 있다면 알려주시기 바랍니다.

Stefano    23-01-31 14:01
냉각탑이 건물의 옥상층에 설치되어 있고 냉각수 펌프는 지하실에 설치되어 있는 경우가 대부분입니다.  마찬가지로 냉각수 저장탱크 액면는 냉각탑 바닥에 설치됩니다. 

이때 냉각수 펌프가 공급해 주어야 할 차압은 (흡입관의 압력손실+배출관의 압력손실+냉각수 사용기기의 압력손실+냉각수 저장탱크액면과 냉각탑 분수배출관 간의 정압차)가 됩니다.  설치위치에 따른 정압 차이는  이중 마지막 항에 의한 정압차이일 뿐이므로  냉각기 설치위치를 크게 고려할 필요는 없습니다.  관길이 증가에 따른 마찰손실 증가와는 별개의 사항이 됩니다. 

따라서 냉각기가 어느 위치에 설치되더라도 고압펌프 저압펌프 굳이 구분할 필요가 없습니다.  윗줄에서 배관내 압력손실을 무시하면 대부분<사용기기의 압력손실>과  <냉각수 저장탱크액면과 냉각탑 분수배출관 간의 정압차>이고  배관길이 증가에 따른 정압차는 없고 단순히 약간의 <관길이 증가분의 관내마찰손실 차이>만 늘어나기 때문입니다.

질문내용의 궁금증2에서 언급한 내용이지만 보충설명하자면... 냉각기 사용기기의 흡입측 압력과 배출측의 정압에의한 압력의 차이는 냉각기의 설치위치와 관계없이 <냉각탑분배관과 냉각수탱크 액면간의 높이차이>로 일정합니다. 

고압펌프를 두던 저압펌프를 두건 그 정압차이는 동일하고  여기에 흡입/배출관에서의 압력손실, 냉각기 마찰저항과  불과 1~2m의 여유치만을 가지는  펌프면 됩니다.  더 이상의 고압펌프는 필요하지 않습니다.   

(그리설치하는 경우는 없을 터이지만, 만일 냉각수탱크가 지하실에 있는 경우라면  냉각기 위치에 따라 정압차이에 의한 펌프 배출압력이 크게 달라지기 때문에 동력절감을 위해 고압/저압 펌프를 구별해 두어야 할 수도 있습니다.)
김앙꼬 kimangkko   23-03-16 02:34
1) 크기나 양정을 보았을 때, centrifugal pump에 해당하여 병합운전시 각 펌프의 Min. flow(통상 정격유량 30% 이상)가 나오는지 보셔야 합니다. 두 배관의 합지점에서의 압력분배(energy balance)에 따라 흐르는 량이 달라지기에 Iteration 계산을 해야 해서 통상 비슷한 글을 인터넷 게시판 등에 많이 올려주시는 것을 보았습니다.  질문 글을 적어주셨는데 구성을 명확히 이해할 수 없어 상세 답변은 하기가 어렵겠습니다.

*언뜻 읽어보면 냉각탑 높이가 12m인데, 냉각수 return 압력이 1.6kg/cm 라고 적어두신 것을 보면 압력단위가 Gauge인지, 아니면 가압식 (공기탱크나 Bladder고무탱크 )가 있는 타입인지요. 12m높이에서 대기압 return 되는 시스템이라면 압력수치가 이상합니다.


2) _ 이 부분에 대한 답변을 달기 위해 댓글을 적습니다.

 역류까지는 아니더라도 정상적으로 유량 분배가 안되면 펌프 운전에 문제가 생길 것입니다. 구성으로 볼 때 Pump Min. recirculation등의 펌프 보호장치가 없는 듯 합니다. (HVAC 공조설비쪽엔 주로 없었던 경험으로... ) 그렇다면 상세 검토를 해 보셔야 합니다.
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