반도체·디스플레이 · 냉동시스템 · 전기

COP 기반 냉동기 우선가동과 월별 운전 시나리오 수립

과거 시간단위 냉동기 운전데이터에서 호기별 COP, 실제 가동대수, 냉수 출구온도와 펌프 운전조건을 분석하고, 계절부하와 크린룸 제습조건을 반영하여 고효율 냉동기 우선가동·월별 Set Point·펌프 운전기준을 수립한 사례입니다.

반도체냉동기COP우선가동냉수온도펌프최적화

01 · CHALLENGE

현장에서 확인한 주요 과제

하절기를 제외한 계절에는 설치 냉동기 수 대비 실제 필요 가동대수에 여유가 있어 어떤 냉동기를 우선 가동할지에 대한 운영기준이 필요
동일 용량의 냉동기라도 호기별 COP 차이가 존재하여 경험 위주의 순번운전보다 성능기반 우선가동이 필요한 상황
냉수 출구온도와 냉수·냉각수 펌프 유량이 호기별로 달라 냉동기 자체 성능을 동일 조건에서 비교하기 어려움
반도체 생산시설은 계절부하뿐 아니라 고습기 크린룸 제습조건을 함께 고려해야 하므로 월별 운전계획과 Set Point 기준의 표준화가 필요

02 · DATA

분석에 사용한 데이터

5℃·12℃ 냉동기 계통의 설비 사양과 냉수·냉각수 계통 운전조건
2017년 시간단위 운전데이터를 월별로 집계한 필요 가동대수와 실제 가동대수
냉동기별 COP, 냉수 출구온도, 냉수펌프·냉각수펌프 소비동력
냉수·냉각수 펌프 유량과 계절별 운전패턴
AHRI 기준 냉수 순환량과 현장 운전데이터를 이용한 펌프 유량 표준화 기준

03 · BASELINE / MODEL

냉동기 성능순위 및 월별 운전 시나리오

냉동기 COP 성능순위COP = 냉동능력 / 냉동기 소비전력

방법: 과거 시간단위 데이터를 월별로 분석해 냉동기별 COP를 비교하고 성능우위 기기를 우선가동 후보로 선정
성능·해석: 보고서 집계값 기준으로 호기별 COP 편차가 확인되어 동일 계통에서도 고효율 기기 우선가동의 필요성이 확인됨

필요대수 vs 실제 가동대수운전여유 = 실제 가동대수 - 필요 가동대수

방법: 월별 냉방부하에 필요한 대수와 실제 가동대수를 비교해 비하절기 운전여유와 과다가동 가능성을 검토
성능·해석: 하절기 외 다수 기간에서 설치·가동 여유가 확인되어 월별 우선가동 순서를 적용할 수 있는 기반을 확보

냉수 출구온도 Set Point운전원칙: 냉수 출구온도 상향 시 냉동기 효율 개선

방법: 과거 월별 냉수 출구온도와 크린룸 제습조건을 함께 검토해 계절별 설정온도 기준을 수립
성능·해석: 보고서는 통상 냉수 출구 설정온도 1℃ 상향 시 냉동기 에너지 약 2% 절감 가능성을 운전 원칙으로 제시하되, 고습기에는 제습조건을 우선하도록 함

펌프 유량 표준화냉수 기준유량 = 0.545m³/RT · 1,000RT 기준 545m³/h

방법: 가동 중인 냉수펌프 유량을 AHRI 기준 수준으로 맞추고 냉각수펌프도 동일 조건으로 조정하여 냉동기·냉각탑 성능비교 조건을 표준화
성능·해석: 펌프 운전조건 편차를 줄여 호기별 냉동기 COP 비교와 냉각탑 성능평가의 신뢰도를 높이는 운전기준 제시

04 · DIAGNOSTIC FINDINGS

월별 냉동시스템 운전 가이드

운전 항목	기존 분석	운영 시나리오	효과·판단
고효율 냉동기 우선가동하절기를 제외한 기간의 가동여유를 활용해 성능이 우수한 냉동기를 우선 선택	호기별 COP 편차가 존재하고 운전순서가 성능순위와 반드시 일치하지 않음	계통별 COP 상위 냉동기를 기본 우선순위로 설정하고 필요부하에 따라 순차 추가 가동	효율기반 운전
계절별 냉동기 가동대수생산부하와 계절부하를 반영한 월별 필요대수 중심의 운전계획	월별 필요대수와 실제 가동대수에 차이가 발생	5℃ 계통은 저부하기에 약 2~3대, 피크 하절기에 최대 6~12대 범위 / 12℃ 계통은 저부하기에 약 2~3대, 하절기 약 5~6대 범위로 월별 계획	과다가동 억제
냉수 출구온도 월별 Set Point고습기에는 크린룸 제습 성능을 우선하여 설정값을 보수적으로 운용	호기·월별 냉수 출구온도 편차가 존재	5℃ 계통은 계절에 따라 약 5.5~7.0℃ 수준, 12℃ 계통은 12℃ 수준을 기본 운영값으로 설정	냉동효율 개선
냉수·냉각수 펌프 운전조건 표준화냉동기 자체 COP와 냉각탑 성능을 상대적으로 명확하게 평가하기 위한 운전기준	호기별 펌프 유량·소비동력 편차로 냉동기 성능의 직접 비교가 어려움	냉수는 AHRI 상당 유량을 기준으로 조정하고 냉각수도 가동 호기간 동일 조건으로 맞춤	비교조건 표준화

검증 조건

본 사례는 과거 운전데이터 분석을 바탕으로 다음 연도의 월별 냉동기 가동대수, 우선가동 순위, 냉수 출구온도와 펌프 운전기준을 수립한 운영 시나리오입니다. 보고서에는 해당 시나리오 적용 후의 연간 확정 절감량이 제시되어 있지 않으므로, 홈페이지에서도 절감실적으로 표시하지 않습니다. 실제 적용 시에는 냉동부하(RT), 총 냉동시스템 전력, 외기조건, 생산·크린룸 조건을 보정하여 적용 전·후 COP와 kWh를 비교하는 M&V가 필요합니다.

자료 기준: 2019 월별 냉동기 가동계획(시나리오) 보고서 기반 · 고객사명·사업장명·브랜드·내부 설비번호·제작사 정보 비식별 처리

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배경·기술적 맥락

냉동기 성능은 정격점만으로 판단하기보다 실제 부하분포와 부분부하 효율을 함께 보아야 하며, 시스템 운전에서는 냉동기·펌프·냉각탑의 상호작용을 함께 고려하는 것이 유효하다.

Engineering Interpretation

냉동기는 부하와 외기·냉각수 조건에 따라 효율이 달라지므로 개별 COP뿐 아니라 운전대수와 보조설비를 포함한 시스템 효율을 함께 보는 것이 중요하다.

응용 가능 분야

반도체·디스플레이·데이터센터·대형건물·공정냉각 등 냉수 부하가 변동하는 설비군에 응용할 수 있다.

M&V 실무 고려사항

향후 성과검증에서는 냉방부하와 냉동기 운전대수뿐 아니라 외기조건, 냉수·냉각수 온도 및 보조설비 운전상태를 함께 기록하는 것이 적절하다. 부하조건이 다른 기간을 단순 전력량으로 비교하지 않고 동일한 부하조건에서 시스템 효율을 비교하는 구조가 유리하다. 이는 일반적인 후속 M&V 설계 제안이다.

Consultant's Point

냉동기 성능은 정격효율만으로 판단하기 어렵다. 실제 부하와 운전대수, 냉수·냉각수 조건을 함께 보아야 설비효율과 운전최적화 효과를 구분할 수 있다.

AI·데이터 활용 확장

시계열 계측데이터가 충분히 축적되는 경우 부하예측, 이상운전 탐지 또는 운전조건 추천을 후속 적용으로 검토할 수 있다. 이는 향후 확장 가능성에 대한 제안이며 원래 CASE에서 AI를 적용했다는 의미는 아니다.

International / External Reference

U.S. Department of Energy, Federal Energy Management Program의 「Purchasing Energy-Efficient Electric Chillers」는 이 CASE와 관련된 시스템 효율화의 일반적 기술 배경을 제공한다. 이 자료는 원래 CASE의 현장 실적이나 Evidence가 아니라 외부 참고자료이다. Reference