냉각탑 백연

백연이란

냉각탑 백연은 배기 공기 속 수증기가 응결되어 보이는 흰색 기둥이다.

증발한 물 자체는 순수한 물이므로 백연은 오염 물질이 아니라 응결 현상이다.

발생 원리

백연의 출발점은 증발 냉각이다. 물이 증발하면서 나머지 물의 열을 빼앗는다.

그 결과 배출 공기는 수증기로 가득 찬 포화 상태가 되어 배출구에서 나온다.

포화된 배기가 차가운 외기와 섞이면 혼합 상태가 노점온도 이하로 떨어진다.

이때 응결한 미세 물방울이 빛을 산란시켜 흰 기둥으로 보인다.

혼합 온도 계산

혼합 상태는 두 공기 상태를 잇는 직선 위에 놓인다. 온도는 질량 비율로 가중 평균해 구한다.

외기 질량 비율을 m이라 하면 혼합 온도는 두 온도의 가중 평균이 된다.

외기 5℃와 배출 공기 30℃를 m = 0.5로 섞으면 혼합 온도는 17.5℃가 된다.

혼합 온도가 두 온도 사이에 있으면 계산이 타당하다. 실제 설계는 절대습도 혼합도 함께 계산한다.

백연 방지 방식

백연 방지는 배출 공기의 상대습도를 낮추는 것이 핵심이다. 대표적으로 두 가지 방법이 있다.

첫째는 토출공기 가열이다. 배출 공기를 데워 포화도를 낮추지만 에너지 소비가 늘어난다.

둘째는 대기 가열 혼합이다. 건식부 가열 공기를 배기와 섞어 상대습도를 낮춘다.

건식 냉각탑은 증발 없이 현열로 냉각해 백연이 없지만 냉각수 온도 접근성이 떨어진다.

환경 영향

백연은 한때 미관 문제로 여겨졌지만 이제는 민원과 안전 문제다.

도심 옥상 냉각탑이 늘면서 주변 건물 창과 도로에 시정 저하를 일으킨다.

겨울철에는 결빙과 구조물 젖음이 생겨 환경영향 평가에서도 중요하게 다뤄진다.

정리

정리하자. 백연은 포화된 토출공기가 외기에 냉각되어 수증기가 응축된 가시 현상이다.

원인은 높은 습도의 토출 공기와 낮은 외기 온도다. 방지는 토출공기 가열과 대기 가열혼합이다.

흔한 실수는 백연을 비산으로 설명하는 것이다. 백연은 증발한 수증기가 응축된 것이다.