엔진펌프실,발전기실 발열과 환기량

디젤엔진의 경우 흡기온도가 올라갈 수록 엔진출력이 떨어지기 때문에 NFPA 20에서는 흡기온도를 최대 49도씨 이하로 제한하고 있습니다. 25도씨에서 최대출력이 나오며 5.6도씨 상승할 때 마다 출력이 1%씩 감소한다고 합니다. 이는 온도가 높을 수록 공기밀도가 낮아져 연소실로 유입되는 공기량이 적어지기 때문입니다. 그리고 해발고도가 높을 수록 공기가 희박해지기 때문에 출력에 영향을 받습니다.

 

온도에 따른 엔진출력의 감소

 

그렇기 때문에 엔진펌프나 발전기실의 경우에는 환기장치가 매우 중요합니다. 환기가 부족할 경우에는 엔진룸의 온도가 상승하여 발전기가 정상적인 출력을 낼 수 없으며 최악의 경우 과열로 운전이 정지될 수도 있습니다.

 

환기량 계산은 다음과 같습니다.(Caterpillar (CAT) 사의 "Engine Room Ventilation, Application & Installation Guide")

 

 

V: 필요 환기량 (m3/min 또는 cfm) *라지에타 냉각방식의 경우 냉각용공기를 추가로 더해야 함

H: 총 방열량 (엔진, 발전기 등) (kW 또는 Btu/min) *엔진표면을 통해 주변공기로 방출되는 열이며, 제조사에서 제공

D: 공기 밀도 (38°C 기준 1.099kg/m3 또는 0.071 lb/ft3 사용) * 엔진룸 최대허용 온도를 기준으로 정함

Cp​: 공기 비열 (0.017 kW⋅min/kg⋅°C 또는 0.24 Btu/LBS/°F 사용)

ΔT: 엔진룸의 허용 온도 상승치 (°C 또는 °F) * 10°C 정도를 기준으로 한다.

F: 경로 계수 (Routing Factor). 환기 공기의 흐름 경로 효율을 나타냅니다.

Combustion Air: 연소 공기량(대략0.1CMM/kW). 만약 연소 공기가 전용 덕트를 통해 외부에서 직접 공급된다면 이 항목은 계산에서 제외합니다.

 

발전기의 경우에는 발전기(Generator)의 발열도 계산해야 합니다. 

발전기(Generator)의 발열kW = 발전기출력kW x (1-효율)

 

위의 식에서 총방열량H는 엔진의 출력이 아닌 엔진표면으로 부터 방출되는 열입니다. 제조사에서 제공하여 받거나 어려울 경우에는 다음과 같이 계산합니다.

 

ex) 엔진의 출력이 100kW라면,

구동에 필요한 35%를 제외한 나머지 65%의 대부분은 엔진의 냉각과 배기관을 통해 외부로 배출되기 때문에 실제 펌프실과 발전기실에 방출되는 열은 엔진 출력의 10~15% 정도라고 합니다.

 

따라서 100kw x 0.15 = 15kW

 

위 식에 대입하여 계산하면(펌프실의 온도는 최대 38 °C 이하로 보고 온도상승 허용값은 10 °C로 봄)

 

V = [15 / (1.099 x 0.017 x 10) + 0.1 x 100] x 1.5 = 135CMM = 8100CMH

 

여기서 F는 환기효율인데 엔진펌프실의 규모가 클 경우에는 1.2 ~1.5 정도로 고려하면 되지 않을 까 생각합니다.

 

계산된 환기량은 열교환기 냉각방식의 엔진이며, 라지에타 방식(냉각팬)의 경우에는 냉각에 필요한 풍량이 환기량에 더해져야 합니다.

 

일반적으로 환기는 강제배출 자연유입방식으로 설계하며, 공기유입구의 크기가 작으면 엔진펌프실 내부에 과도한 부압이 걸려 문의 개폐가 어려워질 수 있으므로 NFPA 20에서는 최대 50Pa 이하로 제한하고 있다. 따라서 공기유입구의 크기는

 

Q = 0.83 x A x ΔP^0.5

A = Q / (0.83 x ΔP^0.5) = (8100/3600) / (0.83 x 50^0.5) = 0.39m2 이상의 면적이 필요합니다.