냉각탑 보충수량 계산법: 증발·블로다운·비산을 따로 계산한 뒤 보충과 블로다운 방식을 정하자

냉각탑은 중앙 공조 시스템에서 물을 가장 많이 쓰는 설비 중 하나입니다. 보충수량을 적게 잡으면 수조 수위가 너무 낮아져 펌프가 공기를 흡입하기 쉽고, 많이 잡으면 수도 요금과 수처리 약품 비용이 헛되이 늘어납니다. 설계자, 운영팀, 발주처 모두에게 이 계산은 정확히 해 둘 가치가 있습니다. 보충수량은 증발 손실, 블로다운 손실, 비산 손실의 세 부분으로 구성됩니다.

1. 증발 손실: 온도차와 순환수량이 결정한다

냉각탑은 주로 물의 증발로 열을 배출합니다. 물 1kg이 증발할 때 약 2430kJ를 흡수하고, 순환수 1kg이 1℃ 내려갈 때 4.187kJ를 방출하므로 다음과 같은 추정식을 얻습니다.

E = L × Δt × 4.187 ÷ 2430 ≈ 0.0017 × L × Δt

여기서 E는 증발량(m³/h), L은 순환수량(m³/h), Δt는 냉각탑 입출구 수온차(℃)입니다. 이 식에 따르면 온도차 5℃일 때 증발량은 순환수량의 약 0.85%입니다.

계수는 계절에 따라 조정해야 합니다. 여름철 전부하에서는 0.0017, 겨울철에는 열의 일부가 현열로 방출되어 0.0010~0.0014까지 낮아질 수 있습니다. Δt도 실측값이나 설계 조건값을 써야 하며, 부분부하에서는 온도차가 더 작으므로 명판의 5℃를 그대로 적용해서는 안 됩니다.

2. 블로다운과 비산: 농축배수와 엘리미네이터가 결정한다

물은 계속 증발하지만 염분은 계통에 남기 때문에 수질 관리를 위해 블로다운이 필요합니다. 농축배수 N은 순환수와 보충수의 염류 농도 비입니다. 물질수지에서 다음 식을 얻습니다.

블로다운량 + 비산량 = E ÷ (N − 1)

비산 손실 W는 기류에 실려 탑 밖으로 나가는 물방울로, 냉각탑 형식과 엘리미네이터 품질에 따라 달라집니다. 엘리미네이터 상태가 양호하면 보통 순환수량의 0.005%~0.01%로 잡고, 노후 냉각탑은 0.1%를 넘기도 합니다. 따라서:

블로다운량 B = E ÷ (N − 1) − W；총 보충수량 M = E + B + W = E × N ÷ (N − 1)

N이 클수록 블로다운과 보충수가 줄지만 스케일과 부식 위험은 높아집니다. 실무에서는 보충수의 경도, 알칼리도, 수처리 방식에 따라 3~5배를 많이 쓰며, 절수를 위해 무작정 높여서는 안 됩니다.

3. 계산 예

순환수량 L=1000m³/h, 온도차 Δt=5℃, 농축배수 N=4, 비산을 순환수량의 0.01%로 가정하면:

• 증발량 E = 0.0017 × 1000 × 5 = 8.5 m³/h
• 비산량 W = 1000 × 0.01% = 0.1 m³/h
• 블로다운량 B = 8.5 ÷ 3 − 0.1 ≈ 2.73 m³/h
• 보충수량 M = 8.5 × 4 ÷ 3 ≈ 11.33 m³/h

전부하로 하루 연속 운전하면 약 272m³의 보충수가 필요합니다.

4. 실무 제안

• 보충수 배관경, 보충 펌프, 수조 용량은 피크 조건으로 선정하고 10%~20% 여유를 둔다.
• 보충수와 블로다운에 각각 유량계를 설치하고, 경험에 의존하지 말고 전도도 실측으로 농축배수를 확인한다.
• 블로다운은 정시 수동 배수 대신 전도도에 따른 자동 제어로 한다.
• 비산량은 작지만 엘리미네이터가 파손되면 몇 배로 늘 수 있으므로 일상 점검에 포함한다.