공기 압축기 열 변환 효율 계산 공식

공기압축기의 열변환율의 기본 의미

공기 압축기는 운전 중에 전기에너지가 입력되면 압축, 마찰, 윤활유 루트를 통한 열 방출 및 냉각 시스템 등의 과정을 거쳐 열로 변환된다. 열 변환 효율을 논할 때는 일반적으로 회수 가능한 열과 입력 에너지 간의 비율에 주목한다. 이 지표는 폐열 회수, 기계실 냉방 또는 온수 생산 등 에너지 절감을 위한 다양한 적용 사례를 평가하는 데 활용될 수 있다.

일반 계산 공식

열 변환율 = 회수 가능한 열량 ÷ 입력 에너지 × 100%

시간 주기로 계산할 경우, 투입 에너지는 해당 시간대에 공기 압축기가 소비한 전력량으로 산정할 수 있으며, 회수 가능한 열은 냉각 매체가 이탈시켜 운반하고 활용 가능한 열량으로 정의된다. 이에 대한 식은 다음과 같이 표현될 수 있다:

• 열 변환 효율 η = Q회수 ÷ Ein × 100%
• Ein = P × t, 여기서 P는 입력 전력이고 t는 운전 시간이다.
• Qrecover는 열풍, 온수 또는 기타 열교환 방식을 결합하여 각각 별도로 산정해야 합니다.

계산 시 단위를 일관되게 유지해야 하며, 예를 들어 모두 줄 또는 킬로와트시로 환산해야 한다.

온수 회수 시나리오의 계산

공기 압축기의 폐열을 온수 가열에 활용할 경우, 수질 유량, 비열 및 입·출수 온도차를 통해 회수 열량을 계산할 수 있다.

Q물 = m × c × ΔT

• m: 가열되는 물의 질량, 또는 단위 시간당 질량 유량
• c: 물의 비열은 공학에서 일반적으로 사용되는 물성치를 기준으로 취한다.
• ΔT: 출수 온도와 입수 온도의 차이

단위 시간당 열출력을 계산하려면 질량을 질량유량으로 대체하여, 단위 시간 내에 회수되는 열량을 구할 수 있다.

열풍 회수 시나리오의 계산

회수 대상이 냉각용 열풍인 경우, 공기 유량, 공기 밀도, 정압 비열 및 온도 차를 이용하여 추정할 수 있다:

Qair = ρ × L × cp × ΔT

• ρ: 공기 밀도로, 온도와 압력의 영향을 받음
• L: 체적 유량
• cp: 공기의 정압 비열
• ΔT: 배기 공기 온도와 유입 공기 온도의 차이

열풍 회수는 주로 전산실 환기, 겨울철 난방 또는 공정 예열에 활용되며, 실제 이용 가능한 열량은 송풍로의 저항, 혼합 손실 및 열교환 효율의 영향을 받는다.

입력 에너지의 결정 방법

입력 에너지는 실측 데이터를 기준으로 해야 하며, 일반적인 방법으로는 전력계, 전력 계측기 또는 제어 시스템의 에너지 소비 기록을 읽는 것이 있다. 이론적 추정만 수행할 경우에는 설비의 정격 출력과 부하 상태를 참고할 수 있으나, 실제 소비 전력을 단순히 만재 출력으로 대체하는 것은 피해야 하며, 그렇지 않을 경우 결과에 편차가 발생할 수 있다.

열전환율에 주요한 영향을 미치는 요인들

• 공기 압축기의 유형, 부하율 및 운전 조건
• 냉각 방식, 예를 들어 공랭, 유랭 또는 수랭
• 폐열 회수 장치의 설치 위치와 열교환 경로
• 배관 보온, 유체 유량 및 온도 차 안정성
• 열량이 연속적으로 이용 가능한지 여부와 열원 측의 적합성

사용 권장 사항

에너지 절감 산정 시, 열 변환 효율을 이론적 발열 비율, 회수 가능 비율, 실제 이용 비율로 구분하여 각각 분석하는 것을 권장합니다. 프로젝트의 검사 또는 에너지 절감 개조 평가에 활용하는 경우에는 운전 시간, 전력 소비량, 유량, 입·출구 온도 등 현장 데이터를 기록하고, 검증을 위해 계산 과정도 반드시 보관해야 합니다.