공랭식 냉각기와 작동을 이해합니다

냉각기는 액체, 일반적으로 물 또는 물-글리콜 혼합물을 식히기 위해 냉장 사이클을 사용하여 공간이나 공정에서 열을 옮기는 장치로, 냉각을 제공하기 위해 순환됩니다. 공랭식 냉각기는 특히 수원과의 독립성으로 평가되므로 냉각탑에 접근 할 수없는 건조 기후, 도시 환경 또는 시설에 적합합니다. 이들은 중소 규모의 상업용 건물, 데이터 센터 및 제조 공장에서 일반적이며, 대형 공장의 경우 사무실의 경우 0.5 톤에서 500 톤 범위의 용량이 있습니다. 이들의 작업은 프로세스에서 환경으로 열을 효율적으로 이동하여 HVAC, 서버 냉각 및 산업 공정과 같은 응용 분야의 안정적인 온도를 보장하는 폐쇄 루프 공정 인 Vapor 압축주기를 기반으로합니다.

공랭식 냉각기의 작동 방식

공냉식 냉각기는 4 개의 주요 단계를 포함하는 증기 압축 냉장주기를 통해 작동합니다. 아래는 예와 기술적 인 세부 사항에 의해 뒷받침되는 자세한 고장입니다.

압축

• 사이클은 전기 모터로 구동되는 압축기로 시작하여 저압 냉매 가스를 고압 고온 상태로 압축합니다.
• 일반적인 압축기 유형에는 스크롤 (최대 60 톤의 단위) 및 나사 (100 톤 이상의 더 큰 하중의 경우)가 포함되며 효율을위한 가변 옵션이 포함됩니다.
• 이 압축은 시스템 부하에 따라 냉매 온도 (66 ° C) 이상으로 종종 150 ° F (66 ° C) 이상을 높입니다. 예를 들어, 50 톤 냉각기는 스크롤 압축기를 사용하여 시간당 60 만 BTU의 냉각 하중을 처리 할 수 ​​있으며, 이는 작은 창고를 냉각하는 것과 같습니다.

응축

• 뜨겁고 고압 냉매 가스는 응축기로 흐르며, 이는 표면적을 최대화하기 위해 알루미늄 핀이있는 구리 튜브로 만든 열교환 기입니다.
• 종종 900 rpm에서 회전하는 큰 축 팬은 응축기 코일 위로 주변 공기 (예 : 95 ° F 또는 35 ° C)를 날려 냉매에서 열을 당깁니다.
• 냉매가 공기로 열을 잃을 때, 고압 액체로 응축되며, 일반적으로 약 110 ° F (43 ° C)로 냉각됩니다. 팬들은 단위 크기에 따라 분당 10,000 ~ 50,000 입방 피트 (CFM)의 공기를 밀어 내면서 열이 추방됩니다.
• 예를 들어, 사무실 건물의 100 톤 냉각기에서 응축기는 85 ° F에서 공기로의 열을 거부하여 냉매가 효율적으로 응축 될 수 있습니다.

확장

• 그런 다음 고압 액체 냉매는 팽창 밸브를 통과합니다. 정밀 장치 인 정밀 장치는 갑자기 압력을 줄입니다.
• 이 압력 강하는 냉매가 팽창하고 2 ° C (2 ° C)로 극적으로 팽창하여 냉각하여 액체와 가스의 차갑고 저압 혼합물로 전환합니다.
• 온도 조절 또는 전자 일 수있는 확장 밸브는 냉각 수요와 일치하도록 동적으로 조정하여 에너지 효율을 보장합니다. 예를 들어, 부분 하중 중에는 전력을 절약하기 위해 흐름을 스로틀 할 수 있습니다.

증발

• 차가운 냉매는 증발기 인 또 다른 열교환기로 들어가서 공정 유체 (예 : 54 ° F 또는 12 ° C의 물)에서 열을 흡수해야합니다.
• 일반적인 증발기 설계에는 쉘 앤 튜브 (더 큰 시스템의 경우)와 브레이즈 플레이트 (소형 유닛)가 포함됩니다. 냉매는 튜브 주위로 증발하여 열을 흡수하고 물을 44 ° F (7 ° C)로 식히십시오.
• 그런 다음 냉수는 파이프를 통해 공기 취급 장치 (AHUS), 팬 코일 장치 (FCU) 또는 산업 공정으로 직접 펌핑되는 반면, 냉매는 이제 저압 가스로 압축기로 돌아와 사이클을 반복합니다.

이 연속 루프는 냉각기가 대상 영역에서 열을 제거하고 50 톤 장치를 사용하여 주변 공기로 소산 할 수 있도록합니다. 예를 들어, 여러 방의 열 하중을 처리하기에 충분한 시간당 600,000 btus를 제거하여 작은 창고를 냉각 할 수 있습니다.

주요 구성 요소와 그 역할

공냉식 냉각기는 효율성과 신뢰성을 위해 엔지니어링 된 여러 중요한 구성 요소로 구성됩니다.

압축기

• 냉매 가스를 압축하여 냉장 사이클을 구동합니다. 스크롤 압축기는 더 작은 단위 (최대 60 톤)의 경우 조용하고 효율적이며 나사 압축기는 부분 하중에 대한 가변 속도 옵션으로 더 큰 하중 (100 톤)을 처리합니다.
• 예를 들어, 30 톤 냉각기는 스크롤 압축기를 사용할 수 있으며, 공장의 200 톤 장치에는 VSD가있는 나사 압축기가있을 수 있습니다.

콘덴서

• 냉매가 주변 공기로 열을 방출하는 핀 코일, 종종 큰 단위로 10-20 피트 길이이며 열 거부를 위해 2-6 축 팬이 있습니다.
• 팬은 가변 속도로 작동하여 냉각 수요와 일치하여 가벼운 날씨 동안 에너지 효율을 15-20% 향상시킬 수 있습니다.

확장 밸브

• 응축기에서 증발기로 냉매 흐름을 조절하여 냉각 압력을 줄입니다. 온도 조절 팽창 밸브 (TXV)는 온도에 따라 조정되는 반면 전자 밸브는 동적 하중의 정밀도를 제공합니다.

증발기

• 대형 시스템의 쉘 앤 튜브 (예 : 500 톤) 또는 소형 유닛 (예 : 10 톤)의 브레이즈 플레이트와 같은 설계로 공정 유체의 열을 흡수합니다.
• 데이터 센터에서 쉘 앤 튜브 증발기는 물을 44 ° F로 식히고 68 ° F (20 ° C)에서 서버를 냉각시키는 데 순환 할 수 있습니다.

팬

• 축 방향 팬은 작은 유닛의 경우 10,000 CFM에서 큰 용량의 경우 50,000 CFM 범위의 용량으로 응축기 위의 공기를 불어 넣어 효과적인 열 소산을 보장합니다.
• 가변 속도 드라이브 (VSD)는 부하에 맞게 팬 속도를 조정하여 소음 및 에너지 사용을 줄입니다.

통제 수단

• 마이크로 프로세서는 압력, 온도 및 팬 속도와 같은 시스템 매개 변수를 모니터링하여 센서 및 릴레이를 통해 성능을 최적화합니다.
• 예를 들어, 컨트롤은 컴프레서 속도를 조정하여 44 ° F 출구 물을 유지하여 부분 하중 동안 효율을 보장 할 수 있습니다.

경제화 (사전 냉각 냉매) 또는 핫 가스 바이 패스 밸브와 같은 추가 기능은 다양한 조건에서 용량을 미세 조정하여 효율을 10-15% 증가시킬 수 있습니다.

공냉식 냉각기의 이점

공랭식 냉각기는 몇 가지 장점을 제공하여 산업 전반에 걸쳐 인기있는 선택입니다.

물 의존성이 없습니다: 냉각탑이나 수원이 필요하지 않으며, 수냉식 시스템에 비해 물 인프라가없는 건조 기후 또는 시설에 이상적입니다.

쉬운 설치: 사전 조립 및 독립적 인 자물쇠는 추가 펌프 룸이나 타워가 필요없는 전력 및 배관, 설치 시간 및 비용 절감이 필요합니다.

공간 효율: 별도의 냉각탑이 필요하지 않기 때문에 발자국이 더 작아서 도시 환경, 옥상 또는 우주 시설에 적합합니다.

유지 보수가 낮습니다: 유지 보수에는 수식 시스템에 비해 수처리 또는 타워 청소가 필요하지 않고 응축기 코일을 청소하고 팬을 점검해야합니다.

다재: 0 ° F ~ 120 ° F (-18 ° C ~ 49 ° C)의 광범위한 기후에서 작동하며 겨울 운영을위한 제상 키트와 함께 다양한 환경에 적응할 수 있습니다.

예를 들어, 호텔 지붕에있는 100 톤의 공냉식 냉각기는 물을 44 ° F로 식히고 객실 팬 코일로 순환 할 수 있습니다.

도전과 고려 사항

공냉식 냉각기는 효율적이지만 몇 가지 한계에 직면합니다.

더운 기후에서의 열 거부: 주변 기온, 변형 능력이 높기 때문에 효율은 100 ° F (38 ° C) 이상으로 1-2% 감소 할 수 있습니다. 더운 기후에서는 단열 프리 쿨링 (코일에 물 안개 사용)과 같은 추가 전략이 필요할 수 있으므로 효율성이 20%증가 할 수 있습니다.

소음 수준: 최고 속도의 팬은 수냉식 장치보다 더 큰 70-80 DBA를 생성 할 수 있으며, 근처 주거 지역과 같은 도시 또는 소음에 민감한 지역에서 사운드 배플이 필요합니다.

크기와 무게: 더 큰 장치의 무게는 10,000 파운드 (4,500kg) 이상으로 안전에 필요한 구조적 지원으로 옥상 설치에 어려움을 겪을 수 있습니다.

에너지 소비: Compressors는 전력 사용량의 60-70%를 차지하여 가변 속도 유동과 같은 효율성 업그레이드가 특히 캘리포니아와 같은 고 에너지 비용 지역에서 2025 년에 0.30 달러를 기록했습니다.

성능 최적화

공냉식 냉각기가 효율적으로 작동하도록하려면 다음과 같은 전략을 고려하십시오.

정기점검: 청정 응축기 코일은 매년 먼지와 잔해를 제거하여 공기 흐름과 효율을 10%줄일 수 있습니다. 핀 손상을 피하기 위해 부드러운 브러시 또는 압축 공기를 사용하십시오.

팬 제어: 가변 속도 드라이브 (VSD)를 사용하여 냉각 수요와 일치하는 팬 속도를 조정하여 하중이 낮을 때 온화한 날씨 동안 에너지를 15-20% 절약합니다.

냉매 충전: 계절적으로 냉매 수준을 확인하십시오. 5% 저하가 용량을 8% 줄여 냉각에 영향을 줄 수 있습니다. 압력 게이지 또는 시력 안경을 사용하여 확인하고 필요에 따라 위로 위로 위에 올리십시오.

놓기: 장치 주변에 6-10 피트의 클리어런스로 설치하여 열이 쌓이고 공기 흐름을 보장합니다. 벽이나 장애물 근처에 배치하지 않으면 열을 가두고 응축기 온도를 높일 수 있습니다.

스마트 컨트롤: 실시간 모니터링 및 예측 유지 보수를 위해 IoT 센서를 활용하여 비 효율성을 조기에 식별하여 가동 시간을 15% 향상시키고 에너지 비용을 줄입니다.

예를 들어, 공장은 300 톤의 냉각기와 VSD 팬과 짝을 이루어 특히 애리조나와 같은 더운 기후에서 스마트 공기 흐름 조정을 통해 연간 5,000 달러의 여름 비용을 줄일 수 있습니다.

결론

공냉식 냉각기는 기존 공기를 사용하여 증기 압축 사이클을 통해 열을 소산하는 신뢰할 수 있고 효율적이며 다재다능한 냉각 시스템입니다. 사용자의 작동, 응축, 확장 및 증발을 이해함으로써 사용자는 편안하고 생산적인 환경을 유지하는 데있어 그들의 역할을 이해할 수 있습니다. 쉬운 설치, 물 의존성 및 유지 보수가 낮은 이점으로 소규모 사무실에서 대형 산업 공장에 이르기까지 다양한 환경에 이상적입니다. 그러나 더운 기후 및 소음 수준의 열 거부와 같은 문제는 전략적 관리가 필요합니다. 정기적 인 유지 보수, 스마트 컨트롤 및 최신 업그레이드를 통해 성능을 최적화함으로써 에어 냉각 식 냉각기는 2025 년 이후 냉각 요구를위한 현명한 선택입니다.