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연재기획

알파라발, 열교환기 활용 지속가능성 확보③

가스켓 열교환기, 보일러 ‘보험’
‘AHRI’ GPHE, ROI ‘1년’ 충분

가스켓 열교환기, 보일러 ‘보험’ 역할
사무 및 생활공간에서 실내 난방과 온수를 공급해주는 보일러는 공동체 생활에서 중요한 부분이므로 보호가 필요하다.

보일러와 사용지점 사이에 가스켓 열교환기를 설치함으로써 오염물 축적, 이물질, 탄산칼슘, 주거공간의 산화된 물 등으로 인한 위험에서 보일러를 보호할 수 있다.

이러한 보호가 없으면 보일러의 열전달 표면에 형성되는 탄산칼슘층이 연료비를 증가시키고 배출되는 배기가스를 늘리며 환경에 부정적인 영향을 미친다. 탄산칼슘은 보일러의 뜨거운 표면에 부착돼 열전달을 방해하며 약 1mm 의 탄산칼슘층만 생겨도 연료비의 12%가 증가한다.

이물질, 녹입자, 고형물, 탄산칼슘은 보일러의 관이나 열교환기에 침투해 유로를 막아 펌프가 소모하는 전력과 그에 따른 전기비용을 증가시킨다. 이는 접근 및 유지보수가 어려운 캐스케이드 보일러열교환기의 작은 유로에서 특히 우려되는 현상이다.

탄산칼슘은 일체형 주조보일러의 경우 튜브내부에, 캐스케이드 타입 보일러의 경우 열교환기의 좁은 통로 사이에 축적돼 연료비를 증가시킨다. 그러나 더욱 우려되는 점은 수년에 걸쳐 두꺼워지는 탄산칼슘층이 1,000℃의 높은 화염온도로 돌처럼 단단하게 변하고 열팽창과 수축으로 스테인레스 스틸 열교환기에 균열이 발생하는 것이다. 센물이 공급되는 지역의 경우 설치된 보일러의 약 40%가 수년 내 교체를 필요로 한다. 고층 건물은 보일러가 견뎌야 하는 높은 정압을 생성한다.

가스켓 열교환기를 적용함으로써 빠르고 손쉬운 개방을 통한 세척, 이물질을 제거할 수 있다. 특히 알파라발 Curve-Flow™ 기술이 적용된 가스켓 열교환기는 플레이트 전면에 걸쳐 유체가 흐름으로써 탄산칼슘이 훨씬 덜 축적된다. 또한 알파라발 가스켓 열교환기는 건물 쪽에서 최대 25bar, 보일러 쪽은 최저 설계압력으로 작동할 수 있어 정압차단기 역할도 한다. 보일러제작에 사용되는 소재에서 CAPEX가 절약된다.

산소가 침투하면 물이 산화돼 공장장비 부식의 원인이 된다. 산소는 사용지점에서 라디에이터를 세척하거나 환기할 때 시스템에 들어가는데 물을 산화시켜 보일러 도관이 산화철로 부식되는 원인이 돼 시스템의 어떠한 부분도 철 성분을 함유하지 않도록 주의가 필요하다.

알파라발 가스켓 열교환기의 판은 316합금 스테인레스 스틸 소재로 제작돼 산화된 물로 인한 부식을 쉽게 견딜 수 있다.

이에 따라 바닥난방에 산소 차단기능이 없어도 25% 저렴한 PEX(PolyethyleneCrosslink) 파이프를 사용하는 것이 가능하다.

알파라발 가스켓 열교환기를 이용해 보일러를 보호하는 것은 보일러를 위해 보험에 가입하는 것과 비슷하다. 보일러를 해로움으로부터 보호하면 보일러가격의 10% 정도로 평생 새 제품과 같이 작동할 수 있다.

이와 함께 평형탱크를 설치하지 않아도 되기 때문에 투자비용을 낮추는 효과도 얻게 된다.

AHRI인증 GPHE, 1년 내 초기투자비 회수 
알파라발 가스켓 열교환기(GPHE)를 콘덴서와 냉각탑 사이에 설치해 개방형 냉각탑과 관련된 치명적인 문제로부터 콘덴서를 보호할 수 있다.



산업용 칠러는 HVAC, 일반제조, 식품가공, 제약 등 다양한 산업을 비롯해 포장재 및 플라스틱 제조 같은 응용분야에서 폭넓게 이용되고 있다. 칠러의 콘덴서는 물이나 공기를 이용하며 수냉식의 경우 냉각탑을 통해 냉각이 이뤄진다. 콘덴서의 오염물 축적과 비효율로 인해 일어나는 높은 응축압력으로 냉매 압축기 전기소비가 증가해 지속가능성을 위협하는요소가 된다.

개방형 냉각탑 용수(CTW)와 칠러 콘덴서에는 탄산칼슘이 콘덴서의 관 안쪽에 막을 형성해 열전달 효율을 저하시키며 이물질이 관을 막아 콘덴서로 가는 냉각탑 용수의 흐름이 줄어들어 효율이 한번 더 떨어진다.

또한 염화이온에 의한 관의 부식은 수동으로 청소해야 하며 열전달 면적과 효율을 저하시킨다. 이로 인해 발생하는 높은 응축온도와 응축압력은 압축기가 더 많은 일을 하도록 해 전기비용 상승으로 이어진다.

이러한 치명적인 효과는 수년에 걸쳐 축적되며 수동 혹은 화학적 세정으로도 나아지지 않는다. 관 안쪽에 탄산칼슘층이 1mm만 쌓여도 응축온도가 평균 3°C높아지며 이는 365일 칠러 운용 시 10%의 전기요금이 더 발생한다는 것을 의미한다.

이에 따라 칠러 콘덴서 보호를 위해 가스켓 열교환기는 성능이 인증된 제품을 사용하는 것이 무엇보다 중요하다. 성능이 입증되지 않은 가스켓 열교환기로부터 콘덴서로 전달되는 냉각탑 용수의 온도는 1년 내내 설계보다 1°C 높을 수 있다.

이로 인해 포화온도(Tsat)가 1°C 높아지고 이에 따라 냉매기체의 엔탈피 그래프에 따라 포화압력(Psat)도 높아진다. 성능이 미달되는 가스켓 열교환기는 칠러 콘덴서에서 응축온도가 높아지는 결과를 초래해 공장의 OPEX증가의 원인이 될 수 있다.

칠러는 대형 압축기의 냉각 주기 일부로서 냉매기체 압축을 위해 지속적으로 작동하므로 전기소모량이 크다. 많은 나라에서 콘덴서가 효율적으로 작동하고 전기사용을 낮추기 위해 매년 장치를 개방해 점검, 세척하는 모니터링법안을 제정하고 있다.

예를 들어 칠러로부터 얻어지는 최대냉각용량 4MW는 COP 5를 바탕으로 했을 때 압축기 전력소비 800kW와 같다. 계절적 조건으로 인해 연중 평균이 최대 부하의 25%라고 가정하면 1년에 200kW의 전기는 200kW×8,760h/y×0.10Euro/kW·h 즉 1년에 17만5,200Euro(약 2억5,000만원)의 칠러 전기요금을 의미한다. 성능이 떨어지는 가스켓 열교교환기로 인해 응축온도가 32.8°C에서 33.9°C로 1°C 증가하면 R134a 냉매의 응축압력이 7.34ba에서 7.60bar(3.6%) 증가한다.

AHRI 성능인증을 받은 알파라발 가스켓 열교환기가 설치된 경우 발생하는 평균 3.6%의 절감액(전력 소모가 압력 증가에 비례한다고 가정)은 해마다 17만5,200Euro×3.6%=6,318Euro(약 886만원)의 전기비용과 같다. 이것은 매해 반복된다.

성능을 인정받은 알파라발 가스켓 열교환기는 초기투자비용을 1년 이내에 회수할 수 있도록 도와준다.