응축보일러

Condensing boiler

응축 보일러는 가스나 기름에 의해 연료가 공급되는 온수기 입니다. 이들은 배기 가스의 수증기를 응축시켜 고효율(일반적으로 높은 난방값의 90% 이상)을 달성하므로, 그렇지 않았다면 폐기되었을 수증기의 잠재열을 회수한다. 이 응축된 증기는 배수구를 통해 시스템을 액체 형태로 남긴다. 많은 나라에서, 콘덴싱 보일러의 사용은 의무적이거나 재정적 인센티브와 함께 장려된다.

작업원리

기존 보일러에서는 연료가 연소되고 뜨거운 가스가 열교환기를 통과해 열량이 상당 부분 물로 전달돼 수온이 상승한다.

연소 과정에서 발생하는 뜨거운 기체 중 하나는 수증기(스팀)로 연료의 수소 함량을 연소하면서 발생한다. 응축 보일러는 이 수증기를 액체로 응축하여 폐가스로부터 추가 열을 추출하여 기화 잠재열을 회복한다. 일반적인 효율 증가는 10-12%[citation needed]에 이를 수 있다. 응축 공정의 효과는 보일러로 돌아가는 물의 온도에 따라 달라지지만 적어도 비응축 보일러만큼 효율은 항상 높다.

생산되는 응축수는 약간 산성(3-5 pH)이므로 액체가 있는 곳에 적합한 재료를 사용해야 한다. 알루미늄 합금과 스테인리스강은 고온에서 가장 흔히 사용된다. 저온 영역에서는 플라스틱이 가장 비용 효율적이다(예: uPVC와 폴리프로필렌).[1] 또한 응축수를 생산하기 위해서는 열교환기 응축수 배수시스템을 설치해야 한다. 일반적인 설비에서는 이것이 응축 보일러와 비응축 보일러의 유일한 차이점이다.

콘덴싱 보일러의 열 교환기(설치 시 관리 가능)를 경제적으로 제조하기 위해서는 최소의 실제 크기의 콘덴싱 보일러를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 접근방식은 연소 측면 저항이 높은 열 교환기를 초래했으며, 좁은 통로를 통해 제품을 이동시키기 위해 연소 팬을 사용해야 하는 경우가 많았다. 배출된 연소 가스가 보통 100 °C(212 °F) 미만이고, 따라서 공기에 가까운 밀도를 가지며 부력이 거의 없기 때문에 이는 연도 시스템에 에너지를 제공하는 이점도 있었다. 연소 팬은 배기가스를 외부로 펌프하는 것을 돕는다.

사용법

콘덴싱 보일러는 이제 유럽에서는 국내 중앙 난방 시스템에 전력을 공급하기 위한 전통적인 설계인 초기 설계를 대체하고 있다. 네덜란드는 그들을 광범위하게 채택한 첫 번째 나라였다.[2][3] 유럽에서, 그들의 설치는 에너지 사용량 감소와 관련된 압력 단체와 정부 기관들에 의해 강하게 지지되고 있다. 예를 들어, 영국의 경우 2005년 이후 영국과 웨일스에 장착된 모든 새로운 가스 중앙 난방 보일러는 예외적인 상황이[citation needed] 없는 한 고효율 응축 보일러여야 한다. 2007년 4월부터는 석유 화력 보일러에도 동일한 규정이 적용된다(온풍 중앙 난방 시스템은 이 규정에서 제외된다). 미국에서는 콘덴싱 보일러 설치와 일부 주의 전력회사로부터의 추가 리베이트에 대한 연방세액공제가 있다. 서부 캐나다에서는 현재 에너지 공급업체가 이러한 시스템이 공동주택에 설치되면 에너지 리베이트를 제공한다. 북미의 천연가스 가격 하락으로 기존 보일러 설비의 응축 설비가 개선된 것으로 나타났다[citation needed].

효율성

콘덴싱 보일러 제조업체들은 기존 설계(연료의 높은 난방 가치 기준)에 비해 최대 98%[4]의 열효율을 달성할 수 있다고 주장한다. 일반적인 모델은 약 90%의 효율을 제공하며, 이는 대부분의 콘덴싱 가스 보일러를 에너지 효율을 위해 사용 가능한 가장 높은 범주에 포함시킨다. 영국에서는 이것이 SEDBUK([5]영국 국내 보일러의 계절적 효율) 밴드 A의 효율 등급인 반면, 북미에서는 일반적으로 에코 로고 및/또는 에너지 스타 인증을 받는다.

보일러 성능은 열전달 효율을 기반으로 하며 보일러 크기/출력 및 이미터 크기/출력 의존도가 높다. 시스템 설계와 설치가 매우 중요하다. 보일러의 Btu/Hr 출력에 방사선을 일치시키고 방출기/라디에이터 설계 온도를 고려함으로써 공간 및 가정용 온수 난방 시스템의 전반적인 효율을 결정한다.

효율 강하의 한 가지 이유는 난방 시스템의 설계 및/또는 구현이 55°C(131°F) 이상의 보일러에서 환원수(열전달액) 온도를 제공하므로 열교환기에서 상당한 응결이 방지되기 때문이다.[6] 설치자와 소유자 모두의 더 나은 교육은 보고된 실험실 가치에 대한 효율성을 높일 것으로 예상된다. 캐나다[7] 천연자원부는 또한 공간과 물 난방 시스템을 결합하는 것과 같이 이러한 보일러를 더 잘 활용할 수 있는 방법을 제안한다. 일부 보일러(예: Potterton)는 63 °C(145 °F)와 84 °C(183 °F)와 같은 두 개의 유량 온도 사이에서 전환할 수 있으며, 전자의 온도만 "완전 응축"된다. 그러나 보일러는 일반적으로 가정용 온수 실린더가 60°C(140°F)로 가열되기 때문에 기본적으로 유량 온도가 높은 상태로 설치되며, 유량 온도가 3도만 높아도 이를 달성하는 데 시간이 너무 오래 걸린다. 그럼에도 불구하고 부분 응축도 기존 보일러보다 효율적이다.

대부분의 비응축 보일러는 단순한 제어 변경을 통해 응축될 수 밖에 없다. 이렇게 하면 연료 소비량은 상당히 줄어들지만 응축수의 부식성 특성 때문에 기존 고온 보일러의 연강 또는 주철 구성품이 빠르게 파괴될 수 있다. 이 때문에 대부분의 응축 보일러 열교환기는 스테인리스강이나 알루미늄/실리콘 합금으로 만들어진다. 외부 스테인리스 스틸 이코노마이저를 비응축 보일러에 개조해 응축 효율을 달성할 수 있도록 할 수 있다. 온도 조절 밸브는 보일러 내부의 열충격이나 결로를 방지하기 위해 열 공급용수를 리턴에 혼합하는 데 사용된다.

보일러 복귀 온도가 낮을수록 응축 모드에 있을 가능성이 높다. 귀환 온도가 약 55°C(131°F) 미만으로 유지될 경우 보일러는 여전히 응축 모드에 있어야 하므로 복사 바닥과 오래된 주철 방사기와 같은 저온 적용이 기술에 적합해야 한다.

대부분의 신규 가정용 콘덴싱 보일러 제조업체는 보일러가 초기 가열 시에만 콘덴싱 모드로 가동되고 그 후에는 효율이 떨어지는 기본적인 "올핏" 제어 시스템을 생산한다. 이 접근방식은 여전히 이전 모델의 접근방식을 초과해야 한다(Building Research Institute에서 발행한 다음 세 가지 문서 참조). 정보 문서 10-88 및 19-94; 일반 정보 리플릿 74; 다이제스트 339. 응용 프로그램 매뉴얼 AM3 1989: 건축 서비스 엔지니어 협회별 응축 보일러)를 참조하십시오.

컨트롤

가정용 콘덴싱 보일러의 통제는 그것이 가장 경제적이고 연료 효율적인 방식으로 작동하도록 하는 데 중요하다.

거의 모든 사람들이 변형 버너를 가지고 있다. 버너는 일반적으로 부하에 맞춰 버너의 출력을 제어하고 최고의 성능을 제공하기 위해 내장된 로직으로 제어된다.

신뢰성.

콘덴싱 보일러는 신뢰성이 떨어진다는 평판을 받고 있으며, 작동을 이해하지 못할 수 있는 설치자와 배관공들이 작업할 경우 어려움을 겪을 수도 있다.[8] 비신뢰성의 주장은 영국에 본사를 둔 건물연구소가 수행한 연구와 모순된다(건물연구설립 참조).

특히 콘덴싱 보일러의 조기 설치로 '플럼핑' 문제가 발생했는데, 콘덴싱 보일러는 배출구 연도에서는 응축된 증기의 흰색 플럼(마이너스 분말)이 보인다. 보일러 작동에는 중요하지 않았지만, 눈에 보이는 매화는 콘덴싱 보일러에 많은 반대를 초래한 미학적 문제였다.

더 중요한 문제는 응축수 액체의 산도가 경미하다는 것이다. 특히 얇은 알루미늄 시트의 경우 보일러의 열 교환기와 직접 접촉하는 경우, 기존의 비응결 보일러보다 더 빠른 부식을 야기할 수 있다. 오래된 보일러도 응답 시간 상수가 느리지만 순 질량에 의해 부식에도 내성이 있는 시트 대신 두꺼운 주조 열 교환기를 사용했을 수 있다. 응축수의 산도는 일부 재료만 사용할 수 있음을 의미한다. 스테인리스강과 알루미늄은 적합하고 연강, 구리 또는 주철은 적합하지 않다.[9] 설계 또는 시공 표준이 좋지 않아 일부 초기 응축 보일러의 열 교환기가 수명이 길지 않았을 수 있다.

알루미늄 또는 스테인리스강 열 교환기를 사용하는 응축 보일러의 초기 시험과 연간 열전달 유체의 모니터링이 적극 권장된다. 약간 알칼리성(pH 8~9) 액체를 부식방지 및 완충제로 유지 관리하면 알루미늄 열교환기의 부식을 줄일 수 있다. 일부 전문가는 열교환기의 연소면에 생성되는 응축수가 알루미늄 열교환기를 부식시켜 보일러 수명을 단축시킬 수 있다고 믿는다. 알루미늄 열교환기가 장착된 응축 보일러를 충분히 오랫동안 사용하지 않았기 때문에 통계적 증거를 아직 구할 수 없다.

건축연구시설

영국의 주요 건축산업 연구기관인 건축연구소가 국산 콘덴싱 보일러에 대한 리플릿을 제작했다. 건물 연구소에 따르면:

  • 현대식 콘덴싱 보일러는 표준 보일러만큼 신뢰할 수 있다.
  • 콘덴싱 보일러는 더 이상 수리하기가 어렵지 않으며, 더 자주 수리할 필요도 없다.
  • 서비스 비용이 비싸지 않다. 유일한 (비싼) 추가 작업은 응축수 배수구의 올바른 기능을 점검하는 것이다.
  • 콘덴싱 보일러는 설치가 어렵지 않다.
  • 모든 작동 조건에서 콘덴싱 보일러는 항상 표준 보일러보다[10] 효율적이다.

배기

응축 보일러에서 배출되는 응축수는 산성이며, pH는 3~4이다. 콘덴싱 보일러는 작동 중 생성된 콘덴세이트를 위한 배수관이 필요하다. 이는 배기 가스가 건물 안으로 배출되는 것을 방지하기 위해 증기 트랩이 있는 짧은 길이의 폴리머 파이프로 구성된다. 응축수의 산성 성질은 주철 배관, 폐관 및 콘크리트 바닥에 부식될 수 있지만 탑승자에게 건강상의 위험은 없다. 일반적으로 대리석 또는 석회암 골재로 채워진 플라스틱 용기 또는 "칩"(알칼린)으로 구성된 중화제를 설치하여 pH를 허용 가능한 수준으로 올릴 수 있다. 중력 배수구를 사용할 수 없는 경우, 적절한 배수구로 들어올릴 수 있도록 소형 응축수 펌프도 설치해야 한다.

1차 열 교환기와 2차 열 교환기는 일반적으로 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 산성도에 견딜 수 있는 재료로 구성된다. 응축 보일러의 최종 배기가스는 38°C(100°F) 대 204°C(400°F)의 배기가스보다 온도가 낮기 때문에 절연이나 콘이 없는 저온 배기관(일반적으로 국내용 PVC)을 사용할 수 있다는 추가적인 이점과 함께 항상 배기가스 팬을 배출해야 한다.내연 굴뚝 요구 사항 실제로, 특정 모델에서는 특수 등급의 스테인리스강과 알루미늄을 제외하고, 일반적인 석조 굴뚝 또는 금속 연도 제품의 부식성 특성 때문에 사용이 특별히 금지된다. 북미에서 사용할 수 있는 대부분의 콘덴싱 보일러에 대한 선호/공통 환기구 재료는 PVC이며 ABS와 CPVC가 그 뒤를 잇는다. 폴리머 벤팅은 지붕의 불필요한 관통부를 절약하는 sidewall 벤팅을 포함한 설치 위치의 유연성의 추가적인 이점을 제공한다.

비용

콘덴싱 보일러는 영국과 미국의 기존 형식보다 구입 및 설치 비용이 최대 50% 이상 비싸다. 그러나 2006년 현재 영국 가격에서 기존 보일러 대신 응축기를 설치하는 추가 비용은 연료 사용량을 낮추어 약 2~5년 내에 회수해야 한다(검증은 건물 연구소에서 발행한 다음 세 가지 문서 참조). 정보 문서 10-88 및 19-94; 일반 정보 리플릿 74; 다이제스트 339; 응용 프로그램 매뉴얼 AM3 1989: 차타드 건축 서비스 기술자 협회의 콘덴싱 보일러)의 사례 연구 및 미국 가격에 2-5년을[citation needed] 참조하십시오. 정확한 수치는 원래의 보일러 설치의 효율성, 보일러 이용 패턴, 새로운 보일러 설치와 관련된 비용 및 시스템의 사용 빈도에 따라 달라질 것이다. 이들 보일러는 정부가 시행한 대량 도입이 발효되고 제조사가 노후·효율성이 떨어지는 모델을 철수하면서 원가가 떨어지고 있지만 콘덴싱 보일러가 복잡해 노후형보다 생산원가가 높다.

응축보일러의 복잡성이 증가되는 경우는 다음과 같다.

  • 열 교환기의 크기 증가 또는 두 번째 열 교환기의 추가 (열 교환기는 "중요한" 연도 가스의 산성 공격에 내성을 갖도록 설계되는 것이 중요하다)
  • 팬 보조 연도 필요성(냉방 연도 가스는 부력이 낮기 때문에). 그러나 많은 비응축 보일러도 이 기능을 가지고 있다.
  • 차가운 연도 가스가 응축수를 생성하기 때문에, 이것은 배수되어야 한다. 그래서 보일러는 자두로 매립되어 쓰레기나 배수구가거나 배수구가 된다.

현대식 보일러에 대해서는 응축식 보일러와 비응축식 보일러 사이에 다른 차이가 없다.

신뢰성은 초기 비용 및 효율성뿐만 아니라 총 소유 비용에도 영향을 미친다. 영국의 한 독립된 배관공 회사는 2005년에 콘덴싱 보일러를 수리하기 위해 수천 건의 콜아웃을 했고, 밴에서 나오는 온실 가스 배출은 아마도 환경을 의식하는 보일러로의 전환으로 생긴 비용보다 더 클 것이라고 말했다.[8] 그러나 일부 설치업체와 함께 난방온수정보위원회가 현대식 콘덴싱보일러가 표준 보일러만큼 신뢰성이 높다는 사실을 밝혀냈다는 점도 같은 기사다.

갤러리

  • 응축보일러

  • 응축 보일러 배기 증기

  • 응축보일러

  • 응축수를 포함한 스테인리스강 배기 가스

참고 항목

참조

  1. ^ Day, Anthony; et al. (2003). "Flues for condensing boilers". Heating systems: plant and control. Oxford, England: Blackwell. p. 161. ISBN 0-632-05937-0.
  2. ^ "Application of condensing boilers in the Netherlands". Archived from the original on 15 April 2014. Retrieved 30 September 2012.
  3. ^ 네핏 B.V.
  4. ^ 비에스만 가스 연소 보일러
  5. ^ 세드북
  6. ^ "Carbon Trust Micro-CHP Accelerator". Archived from the original on 28 March 2014. Retrieved 18 July 2012.
  7. ^ Office of Energy Efficiency, Canada, 2006년 2월 23일 웨이백 기계에 보관
  8. ^ a b 가디언 신문: 열띤 논쟁을 일으키고 있는 새 보일러. 2005년 4월 2일
  9. ^ Jason R. Funk. "Boiler Basics" (PDF). Hughes Machinery. pp. 50–51. Archived from the original (PDF) on 21 April 2016. Retrieved 7 April 2016.
  10. ^ "GIL74 - Domestic Condensing Boilers: the benefits and the myths". Building Research Establishment.

외부 링크