냉동기 성능시험

개요와 정의

냉동기 성능시험은 정상운전 상태에서 냉동능력과 소비동력을 측정하는 시험이다.

쉬운 말로 하면 냉동기가 설계 성능만큼 냉수를 만드는지 숫자로 확인하는 것이다.

결과는 설비 인수, 성능 보증, 정기 점검, 에너지 진단의 근거로 쓰인다.

냉동능력 산정

냉동능력은 증발기에서 냉매가 흡수하는 열량이다. 냉수 측에서는 유량과 온도차로 구한다.

이 식은 ρ·Q·c_pw·Δt를 60으로 나눈다. 분모 60은 분을 초로 바꾸는 값이다.

예를 들어 2050 L/min은 2.05 ㎥/min이다. 입구 12.6℃, 출구 7.4℃면 Δt는 5.2℃다.

계산하면 냉동능력은 742.4 kW가 된다. 단위는 kW로 맞춘다.

성적계수 COP

성적계수는 냉동능력을 소비동력으로 나눈 무차원 값이다. 클수록 적은 동력으로 냉동한다.

냉동기만의 COP는 압축기 동력만 분모에 쓴다. 742.4를 175.3으로 나누면 4.24다.

시스템 COP는 펌프와 팬 동력까지 모두 더한 값을 분모로 쓴다.

보조 동력을 합하면 247.8 kW이고, 시스템 COP는 3.00이다. 값이 더 작아진다.

에너지평형 검증

에너지평형은 냉각수 측 방열량이 냉수 측 냉동능력과 압축기 동력의 합과 같은지 본다.

냉각수 측 열량은 952.6 kW이고, 냉매 측 방열량은 917.7 kW다.

두 값의 차이를 기준 열량으로 나눠 백분율로 쓴다. 오차 3.8%는 상식 범위 안에 있다.

시험에서는 COP의 분모 경계를 먼저 확인해야 한다. 직접 풀어 보자.

문제 정답과 동력 구성

정답은 압축기 동력이다. 냉동기만의 COP는 펌프와 팬 동력을 분모에 넣지 않는다.

측정 예에서 압축기 동력은 175.3 kW다. 나머지 보조 동력을 합하면 72.5 kW다.

시험 문항에서는 어느 동력까지 포함하는지 경계를 먼저 밝혀야 한다.

시스템 COP의 분모는 247.8 kW다. 이 경계를 혼동하면 답이 틀린다.

흔한 실수와 시험 방식

실수는 대부분 단위 변환, 동력 범위, 온도차 부호에서 나온다.

먼저 단위다. 분 단위를 초로 바꾸지 않으면 결과가 60배 어긋난다.

다음은 동력 범위다. 냉동기 COP는 압축기만, 시스템 COP는 보조 동력을 포함한다.

온도차 부호도 확인한다. 냉수는 입구에서 출구를 빼고, 냉각수는 반대로 뺀다.

시험은 열량법과 동력법으로 나뉘며, 두 결과가 맞아야 신뢰된다.

정리

정리하면 측정, 냉동능력, COP, 평형 검토 순서로 시험을 진행한다.

냉동능력은 냉수 측 유량과 온도차로, COP는 동력으로 나눠 구한다.

정상운전과 측정 불확도를 함께 적어야 시험 결과가 신뢰된다.