암모니아

미국에 본사를 둔 전력 연구소(EPRI)는 기존 순환수식 에어컨 시스템을 저충전 암모니아(R717) 냉각기와 CO2(R744) 대류 루프로 교체하면 비용, 에너지 사용 및 온실가스 배출을 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다.

EPRI는 유틸리티 회사인 SCE(Southern California Edison) 및 일본 HVAC&R 제조업체인 Mayekawa와 제휴하여 프로토타입을 개발하고 개념을 테스트했습니다. "CO2 대류 루프에 결합된 암모니아 증기 압축의 개발 및 평가"라는 연구 결과는 5월 15~18일 시카고에서 열린 제14회 IEA 열 펌프 컨퍼런스에서 EPRI의 프로그램 관리자인 Ron Domitrovic에 의해 발표되었습니다.

연구에 따르면 이 개념은 기술적으로 실현 가능한 것으로 입증되었으며 "시스템의 실행 가능성"이 성공적으로 입증되었습니다.

합성 냉매에 대한 제한이 증가함에 따라 EPRI의 연구는 천연 냉매, 특히 암모니아와 CO2가 상업용 에어컨 응용 분야에 어떻게 사용될 수 있는지에 중점을 두었습니다.

Domitrovic은 "우리는 대형 건물의 에어컨용 냉매와 [워터 루프 시스템]을 사용하는 냉각기를 교체하는 방법을 구체적으로 조사하고 있었습니다."라고 설명했습니다. "이 아이디어는 CO2 분배 시스템에 암모니아 냉각 장치를 결합한 슈퍼마켓 시스템에서 가끔 수행되는 작업을 모방하는 것이었습니다."

"이 아이디어는 암모니아 냉각 장치를 CO2 분배 시스템과 결합한 슈퍼마켓 시스템에서 가끔 수행되는 작업을 모방하는 것이었습니다."

그는 이 응용 분야에 사용하기 위해 프로젝트 팀이 높은 압력과 CO2 루프의 온도를 고려하고 있다고 언급했습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 훨씬 낮은 온도에 사용됩니다.

테네시주 녹스빌에 있는 EPRI 연구소에서 개발 및 테스트된 프로토타입 에어컨 시스템은 증기 압축을 위한 28kW(8TR) Mayekawa 암모니아 냉각기, CO2 대류 루프 및 3개의 실내 원격 공기 처리 장치(AHU)로 구성됩니다.

Domitrovic에 따르면, 기성품 냉각기는 물이 아닌 CO2 냉각과의 호환성을 보장하기 위해 열교환기를 채택했습니다.

이 시스템은 최초의 시스템이기 때문에 모든 구성 요소를 쉽게 사용할 수 있는 것은 아니라고 그는 설명했습니다.

"적절한 팽창 밸브가 없었기 때문에 대신 니들 밸브를 사용했습니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 또한 이러한 조건에서 CO2를 펌핑하는 능력에 대한 확신이 제한적이었지만 더 높은 온도와 압력에도 적합하다고 생각되는 [저온] 펌프를 발견했습니다."

CO2를 이용한 에어컨에 적합하도록 AHU용 특수 코일도 제작되었다고 그는 덧붙였습니다.

안전 관점에서 볼 때 냉각 용량 kW(1lb/TR)당 암모니아 함량이 130g 미만인 낮은 냉매 충전량과 냉각기가 실외에 설치되어 있다는 사실이 결합되어 암모니아 누출 위험을 제한하는 데 도움이 된다고 Domitrovic은 말했습니다.

CO2 루프는 31~38bar(450~550psi)에서 작동하며 시스템이 훨씬 더 높은 압력을 견딜 수 있도록 하는 기술이 사용되었다고 덧붙였습니다.

Domitrovic은 "이 시스템은 상대적으로 간단하고 설치도 상대적으로 쉽습니다."라고 말했습니다.

전통적인 냉각기 및 물 루프 시스템과 비교하여 암모니아 기반 냉각기 및 CO2 대류 루프를 사용하면 여러 가지 이점을 제공한다고 Domitrovic은 프레젠테이션에서 말했습니다. 비용 절감, 효율성 향상, GWP 감소, 유연성 향상 등의 이점이 있습니다.

잠재적인 비용 절감은 배관, 설치 및 에너지에 대한 지출 감소에서 비롯되며, 이 모든 것은 물에 비해 상변화 CO2의 열용량이 더 높기 때문에 가능하다고 그는 설명했습니다.

펌핑 요구 사항이 줄어들면 에너지 사용이 5배 감소한다고 그는 덧붙였습니다.

분석에서는 설치 용량 단위당 자본 비용 측면에서 암모니아 또는 HFC 기반 냉각기 사이에 차이가 거의 없다고 가정하지만, 연구원들은 저충전 암모니아가 고GWP 냉매보다 저렴한 대안을 제공한다고 말했습니다.

연구팀은 “CO2 대류에 필요한 배관의 크기가 작아지면 재료 및 설치 비용을 절감할 수 있어 이 새로운 유형의 장비에 대한 자본 프리미엄을 상쇄하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 말했습니다.