냉동기의 VSD적용과 부분부하운전 성능

냉동기의 VSD적용과 부분부하운전 성능

 

1. 가변운전장치(Variable Speed Device)란?

 

Variable speed device (VSD), variable frequency drive (VFD) 또는 adaptive frequency drive (AFD) 는 전력을 이용하여 구동하는 회전체의 회전수를 변환하는 장치를 일컫는 동일한 의미의 용어들입니다. 

 

2. 왜 원심식 냉동기는 VSD를 적용하는가?

 

전기기술의 발달과 함께 VSD 기술도 발전하여 펌프, 팬, 냉동기 등과 같은 HVAC시스템에 대한 적용 범위도 넓어졌습니다.  펌프와 팬에 VSD를 적용하면 부분부하 운전 시 유체의 운반 에너지를 획기적으로 절감할 수 있습니다. 특히, 특별한 이유로 인하여, 단단압축방식 (Single-stage Compressor)을 이용하는 원심식 냉동기에서는 부분부하운전 시 냉매의 작동압력을 낮추어 서징현상을 예방할 수 있게 되었습니다. 하지만, 다단압축방식 (Multi-stage Compressor)을 이용하는 원심식 냉동기 에서는 장비의 성능에 영향을 끼치는 중요한 기술이 될 수 없습니다. 원심식 냉동기에 VSD를 적용할 경우, VSD의 인버터의 전력사용과 열손실 등의 이유로 전부하(Full-load) 운전 시에는 오히려 효율이 떨어지는 현상이 나타납니다.  이러한 현상 때문에 VSD를 이용하여 얻은 효율 상승을 상쇄하는 현상도 아울러 발생합니다.

 

3. 어떤 경우에 VSD를 쓰면 효과적인가?

• 냉방부하가 저부하 상태에서 대단히 심하게 변화하고, 저부하 운전 시간이 길 때
• 냉각수 온도가 19°C 이하에서 부분부하 운전 될 경우.
• 전력 기본요금이 대단히 비쌀경우

단순히 외기온도변화를 냉방부하 변화 조건으로만 간주하는것은 위험합니다. 그림1.은 거주자와 내부부하가 어떤 영향을 끼치는지  보여줍니다.

아주 드물게 냉각수 온도가 19°C이하로 내려 가지만, 거의 일정하게 유지됩니다.

4. ARI Standard의 IPLV 또는 NPLV

 

IPLV를 냉동기 부분부하 운전효율의 단하나의 수치로 고려하는 것은 여러대의 냉동기를 운전하는 냉동기 설비에서 전체 설비 효율의 심각한 오해를 불러올 수 있습니다. 예를들어, IPLV가 좋은 VSD냉동기를 사용했을 때, 오히려 년간 에너지 사용은 증가 할 수 있습니다. ARI는 좀 더 정확한 시스템의 효율을 예측하기 위해서 시뮬레이션 프로그램 사용을 권장하고 있습니다.

 

 

5. 냉동기-냉각탑 최적화 운전

 

HVAC시스템의 효율은 냉동기의 효율뿐만 아니라 냉각탑, 펌프 같은 장비의 효율에 의해서 결정됩니다. 따라서 시스템 효율은 이들 장비들 간에 효율균형이 고려되어야 합니다. 그리고 시스템 효율을 최대화 하기 위해서 냉동기와 냉각탑을 연계한 적절한 제어가 필요합니다.