KDS 설계기준 314005 냉동냉장설비 일반사항

2024년 07월 21일 건설엔지니어

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1. 일반사항

1.1 목적

본 기준은 건축물이나 건물의 특정 공간에 냉동작용을 이용하여 특정 보관온도로 유지하는 냉동 및 냉장 설비와 생산시설에 관한 설계기준을 규정한다. 본 기준서에 기재된 이외의 사항은 환경보호와 안전에 필요한 각종 규제와 국제협약에 따른다.

1.2 적용 범위

본 기준은 고압가스 안전관리법을 비롯한 건축법, 소방법 등 관계법령에 해당되는 동결되지 않은 상태의 저온도로 보관되는 냉장설비와 동결된 상태로 보관되는 냉동설비설계에 관한 것으로써 냉동냉장창고, 저온저장물류창고, 제빙저빙기기, 쇼케이스 및 물류시스템에 적용하는 설비와 기기설계에 적용한다.

1.3 고려사항

냉동냉장설비란 특정한 밀폐된 공간에서 정해진 보관기간 안에 보관품의 부패를 방지하고 보관품의 품질을 유지하기 위하여 필요한 온도, 상대습도, 공기의 순환, 출고온도 등을 조절하는 장치로써 일반적으로 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창시스템과 배관설비 및 자동제어장치 등으로 구성한다. 모든 냉동냉장설비는 지구온난화 문제에 따른 국제협약에 의거한 냉매를 선택하여야 하며 에너지의 효율적인 이용을 고려하여 설계되어야 한다.

1.4 용어의 정의

본 기준에서 의미를 정확하게 할 필요가 있는 용어를 다음과 같이 정의한다.

가스 쿨러(gas cooler): CO2를 냉매로 하는 초임계 시스템에서 열을 제거하기 위해 설계된 열 교환기를 말한다.
가압 장치(pressure imposing element): 냉매 압력을 증가시키는데 사용되는 모든 장비 혹은 장비의 일부를 말한다.
가용전(fusible plug): 냉동장치에 부착한 안전장치의 일종으로 납, 주석 등으로 만든 저용융의 합금이다. 응축기나 수액기에 장착하는 안전장치로 냉동장치의 이상고압 발생 시 가용전 내의 저융합금이 용해되어 냉매를 대기 중으로 유출시켜 냉동장치의 파손을 방지하는 역할을 한다. 합금을 포함한 플러그로써 지정된 온도에서 녹아 해당 압력용기 또는 열교환기의 압력을 낮추는 장치를 말한다.
간접 냉동 시스템(refrigerating system, indirect): 간접 냉동 시스템은 냉동 시스템에 의해 열 교환된 2차 냉매가 공기 또는 다른 물질과 접촉해 냉각 또는 가열하는 시스템을 말한다.
릴리프 밸브(pressure relief valve): 유체의 이상 압력 상승을 막기 위하여 사용되고, 상류쪽 유체의 압력이 설정한 소정의 값 이상이 되면, 그 압력의 상승에 따라서 자동적으로 열리게 되는 기능을 가진 밸브를 말한다.
릴리프 장치(pressure relief device): 설정 압력 초과 시 자동으로 감압되도록 설계된 압력 조절 밸브 또는 파열 장치를 말한다.
강제 오일 급유 시스템(forced feed oil lubrication): 기계의 내부 또는 외부에 설치된 오일 펌프에 의해 오일이 강제로 급유되는 시스템을 말한다.
고압부(highside): 응축기 또는 가스 쿨러 압력인 응축 압력으로 유지되는 냉동시스템의 부분을 말한다.
고압부 플로트 밸브(highside float valve): 냉매 혹은 오일의 흐름을 조절하는 제어 밸브로써 밸브 전단의 액체 냉매의 레벨에 따라 밸브가 제어된다.
고압 조절용 냉각수 조절 장치(refrigerant-pressure-actuated condenser water regulator): 고압부의 압력이 설정 압력보다 올라가면 열리도록 설정된 냉각수 유량 조절 장치를 말한다.
공기 덕트(air duct): 공기를 운반하기 위해 사용되는 원형 또는 각형 관을 말한다.
공냉식 과열저감기(air-cooled desuperheater): 압축기로부터 토출된 냉매가스를 응축기로 들어가기 전에 냉각시키기 위하여 설치하는 것으로써 튜브 안의 증기 냉매를 냉각시키기 위해 과열저감기 코일 외부 표면에 공기를 강제순환 시키는 장치를 포함한 것을 말한다.
공냉식 응축기(air-cooled condenser): 응축 튜브 표면 위를 흐르는 공기를 통해 열을 흡수 또는 제거하는 냉매 응축기를 말한다.
공비 혼합 냉매(azeotropic mixtures): 서로 다른 두 개의 순수물질을 혼합하였는데도 등압의 증발 또는 응축과정 중에 기체 및 액체의 성분비가 변하지 않으며, 순수 냉매처럼 온도기울기가 동일한 혼합 냉매를 공비 혼합 냉매라고 한다.
과냉각도(subcooled): 해당 압력의 포화온도보다 더 낮은 온도를 말한다.
과열도(superheat): 해당 압력의 포화온도보다 더 높은 온도를 말한다.
과열저감기(desuperheater): 냉매 증기가 압축기에서 압축된 후 응축기로 유입되기 전에 과열된 증기 냉매의 현열 냉각시키는 장치를 말한다.
기계실(machinery room): 압축기와 냉매 펌프, 압력용기 등을 수용하도록 안전하게 설계된 공간을 말한다.
기계장비(machinery): 냉동시스템을 구성하는 냉동 기기로써 압축기, 응축기, 수액기, 증발기, 배관 등을 포함하는 기본 구성품으로 된 것이다.
냉동 시스템(refrigerating system): 냉각을 위해 저압부에서 열을 흡수하여, 고압부에서 열을 제거하는 냉매의 순환을 형성하는 폐회로로 상호 연결된 구성품의 조합을 말한다.
냉매(refrigerant): 냉동 시스템에서 열전달을 위해 사용되는 유체를 말한다. 냉매는 저온, 저압에서 열을 흡수하여 고온, 고압에서 열을 배출한다. 일반적으로 상변화를 수반한다.
냉매 감지기(refrigerant detector): 냉매 증기의 유무를 감지할 수 있는 장비를 말한다.
냉매 펌프(refrigerant pump): 폐회로 냉동시스템에서 액체 냉매를 이송하는 기계 장치를 말한다.
다단 냉동 시스템(multistage refrigerating system): 냉매를 두 단계 이상으로 압축하는 냉동 시스템을 말한다.
배압(back pressure): 안전 밸브 등 릴리프 밸브의 토출 부분 압력으로 인해 출구 방향에 존재하는 정압을 말한다.
설계 압력(design pressure): 냉동 시스템의 특정 부분에 작용하는 최대 상용 압력을 말한다.
설정 압력(set pressure): 감압장치 또는 압력제어장치가 작동하도록 설정한 압력을 말한다.
수액기(liquid receiver): 응축기에서 응축된 냉매액을 저장하는 용기로써 입구, 출구 배관으로 연결된 냉동 시스템의 압력용기를 말한다.
스톱 밸브(stop valve): 냉매 흐름을 차단하는데 사용되는 밸브를 말한다.
스트레이너(strainer): 냉매의 흐름에서 불순물 입자를 분리하기 위해 설치하는 배관 구성 요소를 말한다.
부스터 압축기(booster compressor): 고단 압축기의 흡입압력까지 냉매를 압축하는 승압용 압축기를 말한다.
시험 압력(test pressure): 압력 시험 또는 누출 시험 절차에 따라 장비 또는 시스템에 적용되야 할 압력을 말한다.
압력 용기(pressure vessel): 냉동 시스템에서 냉매가 포함된 모든 용기를 말하며 관련 법규에 따라 적용대상을 규정한다.
압력 제한 장치(pressure limiting device): 전자적 또는 기계적으로 압력을 받아 미리 설정 압력에서 자동으로 작동을 멈추도록 설계된 장치를 말한다.
압축기 유닛(compressor unit): 압축기와 원동기 및 부속기기를 포함한 유닛을 말한다.
엑추에이터(actuator): 힘 또는 움직임의 전달을 위한 기계장치를 말한다.
오일 배출 플로트 밸브(oil drain float valve): 오일의 배출을 조절하는 제어 밸브로써 수위에 따라 밸브가 제어된다.
온도식 팽창 밸브(thermostatic expansion valve): 냉동 시스템의 증발기로 들어가는 액체 냉매의 흐름을 조절하는 제어 밸브로써 증발기의 압력 변화와 증발기를 나가는 냉매 가스의 과열도에 따라 냉매 공급 유량을 제어한다.
용적식 압축기(positive displacement compressor): 압축기 내부 체적의 변화를 통해 증기압력을 증가시키는 압축기를 말한다.
응축유닛(condensing unit): 하나 이상의 압축기 결합 유닛으로 압축기, 응축기, 수액기 그리고 부속기기를 포함하는 유닛을 말한다.
응축기(condenser): 열의 제거를 통해 기체 냉매가 액화되는 냉동 시스템의 기기를 말한다.
응축기 코일(condenser coil): 압력용기로 밀폐되지 않은 튜브 혹은 파이프로 구성된 응축기를 말한다.
이원냉동 시스템(cascade refrigerating system): 두 개 이상의 냉매 사이클이 있는 냉동시스템으로 각각의 냉매 사이클은 가압 장치, 응축기, 증발기 등이 있으며, 한 사이클의 증발기는 그보다 온도가 낮은 다른 사이클의 응축열을 흡수한다.
이중 릴리프 밸브(dual pressure relief device): 한 부분이 폐쇄되어 있을 때 나머지 부분이 개방되는 삼방밸브에 장착되는 2개의 릴리프 장치를 말한다.
이차 냉매(secondary coolant): 상변화 없이 열전달에 사용되는 액체를 말한다.
저압부 플로트 밸브(lowside float valve): 증발기로 들어가는 액체 냉매의 흐름을 조절하는 제어 밸브로써 액체 냉매의 수위에 따라 밸브가 제어된다.
증발 압력 조절기(evaporator pressure regulator): 주로 증발기에서 증발 압력이 설정 값 이상으로 올라가면 밸브가 개방되어 증기 냉매의 흐름을 조절하여 증발 압력을 제어하는 기기를 말한다.
증발기(evaporator): 냉동기를 구성하는 기기의 하나로써 팽창밸브에 의하여 팽창한 액냉매를 증발시킴으로써 주위의 증발열을 빼앗아 공기, 물, 브라인 등의 다른 유체를 냉각하는 일종의 열교환기를 말한다
증발식 응축기(evaporative condenser): 튜브 표면 위로 산포되는 물과 공기의 흐름으로 관내 냉매와의 열교환을 냉매를 액화시키는 응축기를 말한다.
직접 팽창(direct expansion): 팽창 밸브 혹은 장치를 통해 냉매가 증발기에 바로 공급되고 증발기에서 액체 냉매가 증발되어 증기 상태로 증발기를 나가는 냉각시스템을 말한다.
체크 밸브(check valve): 한 방향으로만 유체가 흐르게 하여 역류를 방지하는 밸브를 말한다.
최저 가연성 한계(lower flammability limit): 냉매와 공기가 균질하게 혼합된 환경에서 발화되지 않는 냉매의 최소 농도를 말한다.
컴파운드 냉동 시스템(compound refrigerating system): 단일 냉매 사이클로 다단 압축 냉동 시스템을 말한다.
파열부(rupture member): 설정 압력에서 파열되어 냉매를 방출시키는 장치를 말한다.
파이럿 구동 릴리프 밸브(pilot-operated relief valve): 주 릴리프 장치에 결합되어있는 자체 작동식 보조 릴리프 밸브에 의해 제어되는 릴리프 밸브를 말한다.
포화 압력(saturation pressure): 주어진 온도에서 기체와 액체가 평형 상태로 존재하는 압력을 말한다.
플래시 가스 바이패스 밸브(flash-gas bypass valve): 냉매 압축을 위해 가스탱크에서의 플래시 가스를 처리하는 장치를 말한다.
플래시 가스 탱크(flash-gas tank): 증발기로 공급되는 액체로부터 기체 냉매의 분리를 위해 설치되는 탱크를 말한다.

제빙 관련 용어:

각빙 제조 설비: 아연도 철판으로 만들어진 네모난 통속에 물을 넣어 얼리는 캔(can) 아이스방식의 제조설비를 말한다.
빙관: 원료수를 넣어 얼음을 얼리는 장방형 관
캔그리드(can grid): 여러 개의 빙관을 동시에 제빙조로부터 꺼내기 위해 사용되는 빙관 걸이
제빙조: 제빙조는 일종의 물탱크와 같은 것으로 제빙조 내에는 -7~-12℃정도로 냉각된 염화칼슘 용액인 브라인이 들어 있고, 이 브라인 중에 원료수(제빙용 원수)를 담은 빙관(ice can)을 넣어 두면 빙관 중의 원수는 외부의 브라인에 의해 냉각되어 첨차 동결된다.
양빙기: 제빙조에 있는 빙관을 탈빙하기 위해 끌어 올리거나 제빙원수를 채우기 위해 빙관을 이동할 수 있는 주행식 크레인이 포함된 양빙기
용빙조: 얼음이 빙관의 표면으로부터 쉽게 이탈하도록 빙관이 잠기도록 상온수가 채워진 탱크
탈빙기: 용빙된 빙관을 기울려 얼음이 미끄러져 밖으로 나오게 하는 장치
주수조: 탈빙이 끝난 빙관에 다시 얼음을 만들기 위해 넣을 원료수를 저장하는 탱크
심수: 원료수가 동결되는 과정에서 빙관 중앙부에 모이는 불순물이 포함된 물
심수처리장치: 불순물을 포함한 심수를 신선한 물과 교환하는 장치
브라인: 제빙조를 채우고 있는 2차냉매로 브라인 냉각용 증발기에 의해 낮은 온도를 유지한다.
브라인교반기: 제빙조 내에서 증발기와 브라인, 브라인과 빙관과의 열교환이 잘되게 브라인을 일정한 방향으로 순환시켜주는 교반기
예냉조: 심수를 뽑아낸 후 보급수에 의해 얼음이 갈라지는 것을 막기 위해 원료수를 5℃이하로 유지하는 수조
송풍장치: 투명빙을 제조할 목적으로 빙관내 원료수를 교반하여 원료수에 포함된 공기가 방출되도록 한다. 이때 원료수를 교반할 목적으로 공기를 공급하는 장치를 송풍장치라 한다.
저빙고: 얼음을 수요기에 대비하여 제빙장치의 가동률을 높이기 위해 제조한 얼음을 비교적 장기간 저장하는 창고
가치실: 당일 제조한 얼음을 일시 저장하는 창고
쇄빙기: 저빙고에 보관한 얼음을 빙장용 얼음으로 공급하기 위해 얼음을 적당한 크기로 파쇄하는 장치

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

내용 없음.

4. 설계

4.1 냉동냉장창고 부하계산

부하계산은 냉동, 냉장, 제빙 및 저빙 등의 건축물 또는 공간에 설치되는 냉동 장치등을 선정하고 이에 따른 부속기기를 설계하기 위하여 수행한다.
냉각부하는 외부침입열, 환기열, 물품의 냉각열, 고내 발생열 등으로 결정된다. 냉각시간은 24시간을 기준으로 하고 냉동냉장창고의 운영특성에 맞게 조정할 수 있다.

4.2 냉동냉장 설계기준

냉동냉장창고의 보관온도, 보관품의 특성에 따라 설비시스템을 구성하는 장비의 종류와 용량선정 방향을 제시한다.
냉동냉장기기는 냉동기, 응축기, 증발기, 냉각탑, 냉매 및 냉각수 펌프 등으로 이에 대한 용량의 선정을 제시한다.

4.3 제빙저빙 설계기준

제조하는 얼음의 형태에 따라 각빙제빙장치와 기타 제빙장치로 구분하고 각 시스템을 구성하는 장비의 종류와 용량선정 방향을 제시한다.
각빙제빙장치는 제빙조, 아이스 캔, 캔 그리드, 브라인 교반기, 공기 압축기, 용빙조, 탈빙조, 원수충진조, 원수펌프 및 저빙용 기기 등과 냉동 열원기기 등으로 이에 대한 용량의 선정을 제시한다.
자동제빙기는 플레이트아이스(plate ice), 플레이크아이스(flake ice), 튜브아이스(tube ice) 등의 형태로 각 장비에 대한 용량의 선정을 제시한다.

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