3-4. 냉동창고 계획시 검토사항(구체적으로 건축, 기계, 공조 등)과 부하계산 절차와 내용을 설명하시오.

냉동 창고는 특정 온도를 안정적으로 유지하여 식품, 의약품 등 온도에 민감한 물품의 품질을 보존하는 중요한 시설입니다. 효율적이고 안정적인 냉동 창고를 계획하기 위해서는 건축, 기계, 공조 등 다양한 분야에 걸쳐 면밀한 검토가 필요하며, 정확한 부하 계산을 통해 적절한 용량의 설비를 선정해야 합니다.

 

1. 냉동 창고 계획 시 주요 검토사항

 

가. 건축 (Architecture)

• 단열 (Insulation): 냉동/냉장 창고 계획의 가장 핵심적인 부분입니다. 벽체, 지붕, 바닥에 요구되는 온도 조건에 맞는 충분한 두께와 성능의 단열재(경질 우레탄폼, EPS 패널, 글라스울 패널 등)를 선정하고 시공해야 합니다. 열교(Thermal Bridge) 발생을 최소화하도록 구조체 연결 부위 상세를 고려해야 합니다.
• 방습층 (Vapor Barrier): 온도 차이에 의한 수증기 압력 차이로 인해 따뜻하고 습한 외부 공기의 수증기가 단열재 내부로 침투하여 결로 및 얼음(Ice) 생성을 유발할 수 있습니다. 이는 단열 성능 저하 및 구조체 손상으로 이어지므로, 단열재의 따뜻한 면(외부 또는 실온 측)에 연속적이고 완벽한 방습층을 시공하는 것이 매우 중요합니다.
• 바닥 동상 방지 (Floor Frost Heave Prevention): 냉동 창고 바닥 하부의 토양이 얼어붙으면서 부피가 팽창하여 바닥 구조를 밀어 올리는 동상 현상을 방지해야 합니다. 바닥 단열을 강화하거나, 바닥 하부에 히팅 케이블을 설치하거나, 통풍 가능한 공간을 두는 등의 대책이 필요합니다.
• 출입문 (Doors): 냉동/냉장 창고 전용의 단열 성능과 밀폐성이 우수한 도어를 선정해야 합니다. 빈번한 출입이 예상되는 곳에는 고속 자동문이나 에어 커튼, 전실(Vestibule) 설치를 고려하여 외부 공기 유입을 최소화해야 합니다. 문틀 및 가스켓에 히팅 장치를 설치하여 얼어붙는 것을 방지해야 합니다.
• 구조 (Structure): 저온 환경에 의한 구조체의 수축/팽창 등 열 응력 변화를 고려해야 하며, 단열재나 방습층이 구조체와 어떻게 연결되는지 상세하게 계획해야 합니다. 또한, 보관 물품의 무게, 랙(Racking) 시스템, 지게차 등의 하중을 충분히 견딜 수 있도록 바닥 및 구조체 강성을 확보해야 합니다.
• 내부 마감: 저온 및 습기에 강하고 청결 유지가 용이하며 위생적인 자재를 선정해야 합니다.

나. 기계 / 냉동 설비 (Mechanical / Refrigeration)

• 냉동 시스템 선정: 증기 압축식 냉동 시스템이 일반적이며, 요구 온도에 따라 1단 압축, 2단 압축 또는 캐스케이드(Cascade) 시스템 등을 선정합니다. 시스템 용량 및 운전 효율을 고려하여 압축기, 응축기, 증발기(유니트 쿨러) 등의 주요 장비를 선정합니다. 시스템 안정성을 위해 예비기 용량 확보를 검토합니다.
• 냉매 선정: 요구되는 온도 범위, 시스템 효율, 환경 규제(오존층 파괴 지수 ODP, 지구 온난화 지수 GWP) 및 안전성(독성, 가연성)을 고려하여 적절한 냉매를 선정합니다.
• 제상 방식 (Defrosting): 증발기 표면에 쌓이는 성에(서리, 얼음)는 열교환 효율을 저하시키므로 주기적인 제상이 필요합니다. 핫가스 제상, 전기 제상, 에어 제상 등 다양한 방식 중 창고 온도 및 운전 조건에 적합한 방식을 선정하고 제상 주기 및 시간 등을 계획합니다.
• 배관 (Piping): 냉매 배관 재질 선정(동관, 강관 등), 적절한 배관 경로 설정, 압력 손실 최소화를 위한 관경 선정 등이 중요합니다. 특히 저온부 배관은 결로 및 에너지 손실 방지를 위해 충분한 두께의 단열재를 사용하고 방습 처리를 완벽하게 해야 합니다.
• 열원 및 열 부하 처리: 냉동기 응축기에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 냉각탑(Water Cooled) 또는 공랭식 응축기(Air Cooled) 등의 용량 및 배치 계획을 수립합니다.

다. 공조 / 공기 순환 및 습도 제어 (HVAC / Air Circulation & Humidity Control)

• 공기 순환: 창고 내부의 온도를 균일하게 유지하고 물품의 온도 편차를 줄이기 위해 유니트 쿨러(증발기)의 배치 및 송풍량을 고려한 공기 순환 계획이 중요합니다. 물품 적재 방식과 공기 흐름의 간섭을 최소화하도록 계획해야 합니다.
• 습도 제어: 특히 냉장 창고나 가공실 등에서는 높은 습도로 인해 물품 표면에 결로가 생기거나 바닥에 성에가 쌓일 수 있습니다. 이를 방지하고 적절한 습도를 유지하기 위해 제습기(흡착식 제습기 등) 설치를 검토할 수 있습니다. 침기(Infiltration)로 인한 습도 부하 관리가 중요합니다.
• 최소 환기: 냉동 창고는 일반적으로 외부 공기 유입을 최소화하지만, 인체 활동이 있는 작업 공간이나 특정 물품 보관 시에는 최소한의 환기가 필요할 수 있습니다. 또한, 외부와 내부 압력 차이 조절을 위한 압력 조절 댐퍼 등을 설치합니다.

2. 냉동 창고 부하 계산 절차 및 내용

냉동 창고의 냉동 부하 계산은 냉동기, 증발기 등 주요 설비의 용량을 결정하는 가장 기본적인 절차입니다. 정확한 계산을 위해서는 다양한 열 발생 요인을 모두 고려해야 합니다.

가. 부하 계산 절차:

1. 설계 조건 설정:
   • 냉동 창고 내부 유지 온도 및 습도 설정 (예: 냉동 -20°C, 냉장 5°C, 상대 습도 80%)
   • 외부(옥외) 설계 조건 설정 (하절기 외기 온도, 습도 등)
   • 인접 실의 온도 설정 (관리실, 전실, 다른 창고 등)
   • 보관 물품의 종류, 입고량, 입고 온도, 출고량, 출고 온도, 비열, 잠열 등 물품 관련 정보 수집
   • 장비 가동 시간, 인원 출입 빈도 등 운영 조건 설정
2. 각 부하 항목 산정: 아래 나.항의 각 부하 요인별 열량 계산
3. 총 순간 부하 계산: 산정된 모든 부하 항목의 최대 발생량을 합산
4. 여유율 및 운전 부하 고려: 총 순간 부하에 설비의 기동, 제상, 운전 시간 등을 고려한 여유율 또는 운전 부하율을 적용하여 실제 설비 선정 용량 결정

나. 부하 계산 내용 (주요 부하 요인):

• 관류 부하 (Transmission Load):
  • 정의: 내외부 온도 차이로 인해 벽체, 지붕, 바닥, 문 등을 통해 내부로 유입되는 열량.
  • 산정: 각 면(벽, 지붕, 바닥 등)의 면적(A), 열관류율(U, 단열 성능 지표), 내외부 온도차(ΔT)를 이용하여 계산 (Qtrans​=U×A×ΔT). 방습층 불량 시 침투 수증기의 응축/동결열까지 고려해야 더 정확하지만, 일반적으로 U값 산정 시 포함되거나 별도의 침기 부하로 계산됩니다.
• 물품 부하 (Product Load):
  • 정의: 창고에 입고되는 물품을 보관 온도까지 냉각하거나 동결시키는 데 필요한 열량. 입고 시 현열 부하와 동결 시 잠열 부하로 구성됩니다. 신선 농산물의 경우 호흡열도 포함됩니다.
  • 산정: 물품의 종류, 입고량, 입고/보관 온도, 물품의 비열(현열 계산 시), 응고 잠열(동결 계산 시) 등을 이용하여 계산합니다. 단위 시간당 처리량을 기준으로 산정합니다.
• 침기 부하 (Infiltration Load):
  • 정의: 출입문 개방이나 구조체 틈새를 통해 외부의 뜨겁고 습한 공기가 내부로 유입되면서 발생하는 열량(현열 + 잠열). 냉동 창고 부하 중 상당 부분을 차지할 수 있습니다.
  • 산정: 창고 크기, 출입문 크기 및 개방 빈도, 내부/외부 압력 차이 등을 고려하여 침기되는 공기량을 추정하고, 내외부 공기의 엔탈피 차이를 이용하여 계산합니다 (Qinfil​=V˙air​×ρair​×Δh). 정확한 추정이 어렵기 때문에 창고 용적당 시간당 환기 횟수(Air Change per Hour, ACH)를 적용하거나 경험적인 표를 이용하는 경우가 많습니다.
• 내부 발생 부하 (Internal Load):
  • 정의: 창고 내부에서 발생하는 모든 열원.
    • 조명 부하: 조명 설비의 소비 전력(W를 J/s로 환산)
    • 장비 부하: 지게차, 컨베이어, 팬 모터 등 내부에서 운전되는 장비의 소비 전력
    • 인체 부하: 작업하는 인원 수 및 활동량에 따른 발열량
  • 산정: 각 열원의 소비 전력 또는 발열량을 합산합니다.
• 제상 부하 (Defrost Load):
  • 정의: 제상 과정에서 증발기 코일에 가해지는 열량(전기 히터, 핫가스 등)으로, 제상이 끝난 후 냉동기가 다시 제거해야 하는 부하입니다.
  • 산정: 제상 방식, 제상 주기, 제상 시간 등을 고려하여 총 제상 시간 동안 발생하는 열량을 계산하고, 이를 제상 주기 전체 시간으로 나누어 평균 부하로 반영하거나 별도로 고려합니다.
• 팬 부하 (Fan Load):
  • 정의: 증발기(유니트 쿨러) 팬 모터의 운전에 의해 공조기 내부에서 발생하는 열량. 송풍된 공기에 전달되어 냉동 부하의 일부가 됩니다.
  • 산정: 팬 모터의 소비 전력을 계산합니다.

정확한 냉동 창고 계획 및 부하 계산은 경험이 풍부한 전문가의 기술적인 검토와 함께, 사용될 물품의 특성 및 예상 운영 패턴에 대한 건축주/운영자의 정확한 정보 제공이 필수적입니다. 이를 통해 에너지 효율적이고 안정적인 냉동 창고 시스템을 구축할 수 있습니다.