게시판 > 질답게시판 > 경제성이 있는지 알수 있을까요?

Stefano

08-09-03 11:34

(0) Pond의 물은 처음엔 낮은 온도를 유지하지만 점점 온도가 올라가기 때문에 덥혀지는 속도와 자연증발하여 냉각되는 속도가 평형을 이루는 온도에서 일정한 온도를 유지하게 됩니다.

연속적으로 온도유지가 가능한지 먼저 검토한 후라야 경제성 여부를 검토할 수 있습니다.

(1) 에너지수지

고온 유체를 냉각시키기 위한 열량 Q1 = M C1 (32- t)...................(1)
M=고온유체유량=1220*(밀도, kg/m3), C1=고온유체비열

Pond의 승온에 의해 가열되는 열량 Q2 = W C2 (dT/dθ)................(2)
W=Pond내 물의 전체무게,kg C2=물의 비열, (dT/dθ)=온도상승속도
이 수식은 Pond의 온도가 T1~T2까지 상승될 때까지만 적용가능합니다. T1=초기온도, T2=평형온도

Pond 용량 51.1 m3 (W=51,100) kg이라고 하고 28도까지 온도가 상승한다고 하면 지탱시간은 아래의 수식으로부터 계산할 수 있습니다.
51100*Cp*(28-T1)=51100*(28-T1) kcal = 1220*(밀도)*(비열)*(지탱시간) kcal .....(3) Cp=1 가정
(지탱시간)=(Pont 질량,51100)*(28-T1)/ {(고온유체 유량 1220)*(고온유체밀도)*(고온유체비열)}........(3a)

Pond의 온도가 평형온도 T2까지 도달후 평형을 유지하면서 냉각되는 경우
Pond에서 증발됨으로써 빼앗아가는 열량 Q3 = m * λ...................(4)
m=증발속도, kg/h λ =증발잠열, kcal/kg

Q1=Q3, 따라서 M C1 (32- t) = m * λ ....................................(5)
Pond에서 증발되어야 할 유량, m = M C1 (32- t)/ λ ......................(5a)

위의 계산식(5a)에 의해 계산되는 m만큼씩 매시간 물이 증발되지 않으면 (3a)식으로 계산되는 지탱시간밖에 사용할 수 없습니다.

(2) 열전달 계산

Pond에 조용히 머물러 있는 물에 열교환용 Tube를 삽입하여 냉각할 경우 총괄열전달 계수의 계산은 생각보다 복잡합니다. 왜냐하면 Tube 밖의 개별열전달계수의 계산이 복잡하기때문입니다.

Q = Q1= Q3 = U * A * (LMTD) = M C1 (32- t) = m*λ ...............(6)

총괄열전달계수 U = 1/{1/ho + 1/hi + x/k + 1/hod + 1/hid}...........(7)
ho,hi=Tube 외부,내부 열전달계수, x=Tube 두께, k=Tube의 열전도도; hod, hid=외부 내부의 오염물질의 열전달계수

총괄열전달계수를 정확히 구하고자 한다면 열전달 관련서적이나 열교환기 설계관련 서적을 참고로 하세요
여기서는 임의로 U = 200 kcal/h로 가정해서 계산해 봅니다.

소요전열면적은 A로부터 계산할 수 있습니다.

(3) 경제성

경제성이라는 것이 의미하는 것이 아주 추상적이기기도 하고 광범위한 뜻을 가지고 있기는 하지만 간단히 "투자한 돈으로부터 회수할 수 있는 수익이 같은 금액으로 원금이 보장되는 안전한 금융권에 돈을 맡겨 받을 수 있는 이자보다 높다"고 한다면 투자수익율을 은행의 장기 수신금리와 비교함으로써 경제성을 평가할 수 있을 것입니다.

만일 그 수익율이 기대에 미치지 못한다면 여러 투자방안을 놓고 상대비교하는 것도 경제성을 비교하는 또 하나의 방법입니다.

위의 (6)식으로부터 전열면적을 구할 수 있지만 근본적으로는 정상상태가 연속으로 유지되어야 하기 때문에 물의 온도가 일단 올라간 후 증발하는 속도와 같은 냉각속도가 유지되어야 시스템을 계속사용할 수 있을 것입니다. 즉

U * A * (LMTD) = m*λ 로부터 필요한 전열면적이 구해져야 하며 이 수식으로 계산되는 냉각속도는 증발속도 이상으로 용량을 낼 수 없을 것입니다. 따라서

A = m*λ /(U*LMTD).............(7)

위의 (7)식은 고온유체를 사용하여 Pond의 물이 증발속도와 같은 속도로 Pond의 물을 가열하는데 필요한 전열면적이 됩니다. 물이 증발되는 속도는 바람과 대기의 습도에 의해 결정됩니다.

이 전열면적을 갖는 시설을 갖추기 위해 투자한 설비비와 같은 금액이 같은 금액을 은행에 예치하였을 때 받을 수 있는 이자수익과 같은지 비교를 해야 "경제성"이 검토 되는데 "정량적" 판단을 내리기에 앞서 냉가탑과 같은 효율좋는 냉가기가 있는데 Pond의 물이 자연 증발하는 속도로 냉각매체로 사용한다는 것은 "정성적"으로 무리가 있어 보입니다.

(그 이유는 물의 증발 속도를 늘여 냉각 용량을 늘이려면 공기와 물이 접촉하는 면적을 늘여주어야 하는데 Pond의 잔잔한 물의 표면 만으로는 "너무 비효율적"이 될 것이고 땅값이 비싼 우리나라와 같은 실정으로는 면적이 적게 소요되고 물방울을 뿌려주면서 증발표면적을 넓혀주는 "냉각탑"이 훨씬 "값싸고", "공간(토지면적)"도 적게 소요될 것이기 때문입니다.)

더구나 정체되어 있는 Pond는 별로 쓸모가 없습니다. 온도가 상승하고 나면 더이상 냉각능력을 상실합니다 .

(0) Pond의 물은 처음엔 낮은 온도를 유지하지만 점점 온도가 올라가기 때문에 덥혀지는 속도와 자연증발하여 냉각되는 속도가 평형을 이루는 온도에서 일정한 온도를 유지하게 됩니다.

연속적으로 온도유지가 가능한지 먼저 검토한 후라야 경제성 여부를 검토할 수 있습니다.

(1) 에너지수지

고온 유체를 냉각시키기 위한 열량 Q1 = M C1 (32- t)...................(1)    
M=고온유체유량=1220*(밀도, kg/m3), C1=고온유체비열

Pond의 승온에 의해 가열되는 열량 Q2 = W C2 (dT/dθ)................(2)
W=Pond내 물의 전체무게,kg   C2=물의 비열,  (dT/dθ)=온도상승속도
이 수식은 Pond의 온도가 T1~T2까지 상승될 때까지만 적용가능합니다.  T1=초기온도, T2=평형온도

Pond 용량 51.1 m3 (W=51,100) kg이라고 하고 28도까지 온도가 상승한다고 하면 지탱시간은 아래의 수식으로부터 계산할 수 있습니다. 
51100*Cp*(28-T1)=51100*(28-T1)  kcal = 1220*(밀도)*(비열)*(지탱시간) kcal .....(3)    Cp=1 가정
(지탱시간)=(Pont 질량,51100)*(28-T1)/ {(고온유체 유량 1220)*(고온유체밀도)*(고온유체비열)}........(3a)

Pond의 온도가 평형온도 T2까지 도달후 평형을 유지하면서 냉각되는 경우 
Pond에서 증발됨으로써 빼앗아가는 열량  Q3 = m * λ...................(4)     
m=증발속도, kg/h   λ =증발잠열, kcal/kg

Q1=Q3,   따라서  M C1 (32- t) = m * λ  ....................................(5)
Pond에서 증발되어야 할 유량, m = M C1 (32- t)/ λ ......................(5a)

위의 계산식(5a)에 의해 계산되는 m만큼씩 매시간 물이 증발되지 않으면 (3a)식으로 계산되는 지탱시간밖에 사용할 수 없습니다.

(2) 열전달 계산

Pond에 조용히 머물러 있는 물에 열교환용 Tube를 삽입하여 냉각할 경우 총괄열전달 계수의 계산은 생각보다 복잡합니다.   왜냐하면 Tube 밖의 개별열전달계수의 계산이 복잡하기때문입니다.

Q = Q1= Q3 = U * A  * (LMTD) = M C1 (32- t)  = m*λ   ...............(6)

총괄열전달계수  U = 1/{1/ho + 1/hi + x/k + 1/hod + 1/hid}...........(7)
ho,hi=Tube 외부,내부 열전달계수,  x=Tube 두께, k=Tube의 열전도도; hod, hid=외부 내부의 오염물질의 열전달계수

총괄열전달계수를 정확히 구하고자 한다면 열전달 관련서적이나 열교환기 설계관련 서적을 참고로 하세요
여기서는 임의로  U = 200 kcal/h로  가정해서 계산해 봅니다.

소요전열면적은 A로부터 계산할 수 있습니다.

(3) 경제성

경제성이라는 것이 의미하는 것이 아주 추상적이기기도 하고 광범위한 뜻을 가지고 있기는 하지만 간단히 "투자한 돈으로부터 회수할 수 있는 수익이 같은 금액으로 원금이 보장되는 안전한 금융권에 돈을 맡겨 받을 수 있는 이자보다 높다"고 한다면 투자수익율을 은행의 장기 수신금리와 비교함으로써 경제성을 평가할 수 있을 것입니다.

만일 그 수익율이 기대에 미치지 못한다면 여러 투자방안을 놓고 상대비교하는 것도 경제성을 비교하는 또 하나의 방법입니다.

위의 (6)식으로부터 전열면적을 구할 수 있지만 근본적으로는 정상상태가 연속으로 유지되어야 하기 때문에 물의 온도가 일단 올라간 후 증발하는 속도와 같은 냉각속도가 유지되어야 시스템을 계속사용할 수 있을 것입니다.  즉

U * A  * (LMTD) = m*λ  로부터 필요한 전열면적이 구해져야 하며 이 수식으로 계산되는 냉각속도는 증발속도 이상으로 용량을 낼 수 없을 것입니다.    따라서

A = m*λ /(U*LMTD).............(7)

위의 (7)식은 고온유체를 사용하여 Pond의 물이 증발속도와 같은 속도로 Pond의 물을 가열하는데 필요한 전열면적이 됩니다.    물이 증발되는 속도는 바람과 대기의 습도에 의해 결정됩니다.

이 전열면적을 갖는 시설을 갖추기 위해 투자한 설비비와 같은 금액이 같은 금액을 은행에 예치하였을 때 받을 수 있는 이자수익과 같은지 비교를 해야 "경제성"이 검토 되는데  "정량적" 판단을 내리기에 앞서 냉가탑과 같은 효율좋는 냉가기가 있는데 Pond의 물이 자연 증발하는 속도로 냉각매체로 사용한다는 것은  "정성적"으로 무리가 있어 보입니다.

(그 이유는 물의 증발 속도를 늘여 냉각 용량을 늘이려면 공기와 물이 접촉하는 면적을 늘여주어야 하는데 Pond의 잔잔한 물의 표면 만으로는 "너무 비효율적"이 될 것이고  땅값이 비싼 우리나라와 같은 실정으로는 면적이 적게 소요되고 물방울을 뿌려주면서 증발표면적을 넓혀주는 "냉각탑"이 훨씬 "값싸고", "공간(토지면적)"도 적게 소요될 것이기 때문입니다.)

더구나 정체되어 있는 Pond는 별로 쓸모가 없습니다.  온도가 상승하고 나면 더이상 냉각능력을 상실합니다 .