냉동기 인버터 운전방식에 따른 에너지 절감효과 연구 = A study on the energy saving effects of the compressor inverter operating system

국문 초록 (Abstract)

냉동기 인버터 운전방식에 따른 에너지
절감효과 연구

A Study on the Energy Saving Effects of the Compressor Inverter Operating System




신 현 태



한양대학교 공학대학원


2019년 8월
석사학위논문


냉동기 인버터 운전방식에 따른 에너지
절감효과 연구

A Study on the Energy Saving Effects of the Compressor Inverter Operating System


지도교수 이 주

이 논문을 공학 석사학위 논문으로 제출합니다.


2019년 8월

한양대학교 공학대학원

철도시스템 공학전공

신 현 태
국문요약

냉동 공조장치는 산업의 발달로 생활수준의 향상과 더불어 사용범위가 급격히 증가하고 있다.지난 2011년 정전대란 이후 정부는 전력의 총 사용량만을 측정하던 기존의 방식과는 다르게 전력 사용량을 15분마다 점검해 최대 2.5배의 전기요금을 부과하는 전력 피크제를 시행하고 있다.정부는 2013년 8월‘전력 피크’에 따른 정전이 우려되자 한국전력공사와 월 5000kw 이상을 쓰기로 계약한 업체에 의무 절전량을 지정했다. 전력 피크가 잦은 오전 10시에서 11시, 오후 2시에서 5시 사이에 전력 사용량을 3~15%씩 줄이게 했다. 절전 목표치를 채우지 못하면 하루에 50만원씩 과태료를 물게 하고 또한 가정에서도 전기요금 누진제로 전기 사용량을 규제하고 있다.이와 같은 규제로 인해 각 공장 및 대형건물(백화점, 상업용 빌딩) 에서는 별도의 관리 인원을 배치해 전기 에너지 절약에 총력을 다하고 있다.이와 같이 전기 에너지 절약이 기업의 생존 전략이 됨으로서 절전형 제품을 찾는 소비자가 늘면서 새로이 출시되는 냉동기는 인버터를 내장한 에너지 절약형제품이 출시되고 있다.
그러나 기존 설치된 냉동기는 인버터가 없는 시스템으로 제작되어 많은 에너지 소비의 주범으로 인식되고 있으며 에너지 절약에 대한 대책이 시급한 실정이다. 기존의 냉동 시스템은 고정 된 속도로 압축기를 ON/OFF 가동하는 방식이다. 이 방식은 온도 헌팅이 심하고 잦은 기동/정지로 인해 기계적 스트레스도 심하며 소음도 많다.스트레스로 인하여 고장이 많아 생산에 차질이 많이 생기고 기계적 마모로 인하여 수명도 짧아져 잦은 설비 교체로 기업에 부담이 크다.
요즘 출시되는 가정용 에어컨은 인버터시스템을 적용하여 가정에서의 전기요금 부담을 크게 줄이고 있으며 10년 무상 A/S 등 고품질 제품으로 가정의 가계비용 부담을 크게 줄여주고 있다.
기업에서는 큰 용량의 냉동기가 많아 인버터냉동기로 교체하는 비용부담 때문에 쉽지 않은 것이 현실이다.이에 기존 냉동기에 인버터를 별도로 설치하여 전기에너지 소비를 어느 정도 절약할 수 있는지 연구한다.
결과적으로 많은 소음을 내고 많은 에너지를 소비하는 냉동기에 인버터를 설치지 전기요금 절약으로 인한 투자비 회수기간, 온도 정밀도 등을 시험하여 데이터로 기록한다.
인버터 기술은 산업 전반에 다양하게 사용되고 있다. 특히 전기에너지 절약에 관심이 집중되고 있고 정부 정책자금으로 지원도 많이 하고 있다
인버터 장치는 실내 온도를 낮추거나 가열하는 데 필요한 용량을 기준으로 압축기 속도를 점차 높이고 낮춘다.인버터 시스템은 원하는 온도를 일정하게 유지하기 위해 압축 용량을 제어하여 최적의 온도를 유지시켜 에너지 소비량을 30%정도 절약 할 수 있다고 한다. 따라서 기존에 인버터 설치가 안된 냉동기에 인버터를 설치하여 운전할 때 문제점은 없는지 실험을 통하여 연구한다.

목차 (Table of Contents)

• 차 례
• 국문요약 ⅰ
• 차 례 iii
• 표 차 례 v
• 그림차례 vi
• I. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구의 범위 및 방법 4
• 1.2.1 연구의 범위 4
• 1.2.2 연구 방법 5
• Ⅱ. 냉동시스템의 기초 이론 및 구조 6
• 2.1 냉동의 기초이론 6
• 2.1.1 냉동기의 역사 6
• 2.1.2 냉동의 개요 및 종류 8
• 2.2 냉동 시스템의 구조 및 구성품 11
• 2.2.1 냉동시스템의 구조 11
• 2.2.2 냉동시스템 구성품의 역할 및 종류 12
• Ⅲ. 냉동기 동작 방식에 따른 효율특성 25
• 3.1 기존 냉동기 ON/OFF 운전방식에 따른 효율특성 25
• 3.2 냉동기 가변속(용량제어) 운전 방식에 따른 특성 25
• 3.2.1 왕복동 압축기 25
• 3.2.2 Screw 압축기 26
• 3.3 제안하는 인버터 운전 방식에 따른 특성 및 장점 26
• 3.3.1 비례제어(P제어) 26
• 3.3.2 비례, 적분 제어(PI제어) 27
• 3.3.3 비례, 적분, 미분 제어(PID제어) 28
• 3.3.4 냉동기 인버터 제어(PID제어)의 장점 29
• Ⅳ 제안된 기존 냉동기 인버터 장착에 따른 특성 시험 및 검증
• 30
• 4.1 시험세트 구성 30
• 4.1.1 Chiller System 30
• 4.1.2 전력 분석계 31
• 4.1.3 Chiller System Control Panel 32
• 4.1.4 Touch Screen 33
• 4.1.5 PLC 34
• 4.2 시험 방식 35
• 4.2.1 압축기 ON/OFF 운전 35
• 4.2.2 압축기 인버터 운전 35
• 4.3 시험 결과 및 에너지 소비 분석 37
• 4.3.1 직입(ON/OFF)운전 37
• 4.3.2 인버터(PID)운전 42
• 4.3.3 직입(ON/OFF)운전/인버터(PID)운전 비교 47
• Ⅴ. 결론 50
• 참고문헌 52
• 영문초록 (Abstract) 53
• 감사의 글 56