고효율기기
LED 조명기기
- 감축기술 개요
- LED(Light Emitting Diode)는 전류를 흘리면 빛이 발생하는 반도체로, 발광 다이오드라고도 불리고 있고, p-n 접합부에서 전자와 양공(hole)이 재결합할 때 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 원리에 의해 발광하는 것임.
- LED 조명기기는 기존 광원(백열전 구, 형광램프) 대비 효율이 높아 전력 소모가 낮고 수명이 길고, 조명의 소형화가 가능하고 광원의 광특성 및 전기적 특성이 우수하여 다양한 기능 개발로 인간 친화 조명 기기의 특징을 가질 수 있음.
- 높은 에너지를 낼 수 있는 pn 접합 반도체 소자를 찾기 위한 발광 다이오드 개발이 진행되어, 최초의 재료로서 비소갈륨(GaAs)을 사용한 발광 다이오드가 개발되었고, 이어 갈륨비소인(GaAsP)에 의한 오렌지색(주황색), 인화갈륨(GaP)에 의한 녹색, 황색의 발광 다이오드가 개발되어왔음.
- 감축기술 특징
- LED 조명설비 장단점
1) (에너지절약)백열전구 60W를 동급의 LED 8W로 대체가 가능하며 소비전력은 약 1/7임.
2) LED의 40,000시간에 비하여 미니 할로겐전구가 약 2,000시간이므로 약 20배이이며 이처럼 긴 수명의 장점을 살려서 교체, 보수가 어려운 장소나 높은 곳, 위험한 장소에도 사용됨.
3) 다운라이트나 스포트라이트 등 콤팩트한 기구도 있고, 기구로서 존재감을 최소한으로 억제하여 빛만을 강조한 설계도 할 수 있음.
4) 열선(적외선)이 포함되어 있지 않음. 또 자외선도 포함되어 있지 않으므로 저유충 (低誘虫)이며, 벌레가 다가오지 않는 장점이 있음.
5) 형광램프처럼 저온에서의 효율 저하를 볼 수 없으므로 한랭지나 저온실에서의 사용을 기대할 수 있음.
6) 백열전구와 같은 지금까지의 광원은 기구 조합 시 일부의 빛을 유효하게 이용할 수 없지만, LED에서는 지향성이 강한 렌즈를 사용하여 대부분의 빛을 유효하게 이용할 수 있음.
- 설비 도입 시 고려사항
■ 전통적인 공장 투광등인 메탈등을 친환경 LED 조명으로 교체하고자 하는 수요가 나날이 증가하고 있으나 LED 조명의 전기광학적 특성과 작업현장의 설치환경에 최적의 공장 투광등을 선정하는 것이 중요함.
■ 조명 선정시 고려사항은
1) 단위가격, $/W(소비전력당 가격)보다 $/lm(루멘 단위 광량당 단가)를 비교.
2) 배광각도(배광각이 작을 수록 바닥조도 증가) 고려.
- LED 조명설비의 수명
■ LED의 고출력화와 긴 수명화를 실현하고 있는 것은 방열 설계 기술과 장수명 전원 설계 기술이 핵심이며 전기적 접합을 위한 프린트 기판과 방열을 위한 구리 기판을 잇는 고방열 기판에 저열 저항 패키지가 조합되어 있음. 따라서, 종래에 비해 방열성을 대폭 향상시켜 결과적으로 고출력화 할 수 있게 되었고, 동시에 50,000시간의 긴 수명화를 실현시키고 있음.
■ 램프가 사용 시간에 따라 서서히 조도가 떨어지는 것을 자주 경험할 수 있는데. 조명용 광원의 수명은 필라멘트가 단선되어 점등하지 않거나, 램프의 초기 광속이 70%로 감퇴한 시점 중 빠른 쪽을 수명으로 하며, LED의 수명도 여기에 준하여 정의하고 있음.
■ 패키지에 사용되는 에폭시 수지가 열화해서 빛의 투과율이 저하하거나, 형광체의 열화에 의해 광변환 효율이 저하하거나, LED 광출력이 저하되는 것이 수명에 큰 영향을 줌.
■ 전원설계 기술, 특이 전해 커패시터가 수명에 미치는 영향 기술임.
- LED 조명기기의 종류
■ LED 조명시장은 고객군 및 시장 특성에 따라 일반조명, 건축조명, 공공조명, 상업조명, 특수조명 등 5개 영역으로 구분 할 수 있으며, 산업용 조명에서는 휴대폰 부문, 자동차 부문, 조명 부문, 디스플레이 부문으로 볼 수 있음.
- 휴대폰 부문
■ 현재 LED의 최대 응용 시장은 휴대폰, PDA 등 모바일 기기에 사용되는 제품이며 특히 휴대폰은 다양한 LED 제품이 적용되고 있음. BLU 의 광원으로는 Side-view LED가 주로 사용되고, Top LED는 주로 keypad용으로 사용되며, BLU제품에 비해서는 휘도가 떨어지는 저가 제품에 사용됨. 마지막으로 최근 수요가 증가하고 있는 제품은 Flash LED로서 카메라 플래쉬용으로 사용되고 있으며, 초기 고휘도 LED 시장의 성장을 주도하고 있는 휴대폰 부문에서는 평균적으로 BLU부문에 3.2개, 키패드 및 기타 부문에 16.5개, 플래쉬 부문에 1개의 LED가 장착되고 있음.
- 자동차 부문
■ 자동차에 LED가 장착되기 시작한 것은 오디오 표시등, 계기 표시 등이었으나 점차 계기판 백라이트, 실내등의 내부용으로 범위가 넓어지고 있음. 최근에는 외부의 후미등, 방향등도 LED를 사용하고 있으며, 전조 등의 경우 휘도의 문제로 사용이 어려웠으나 2007년부터 일부 고급기 종에 적용되고 있음. LED는 기존의 전구형 램프에 비해 수명이 길고, 내구성이 좋으며 저전력이라는 장점이 있어서 점차 성장 할 것으로 보임.
- 조명 부문
■ 조명부문에서는 현재 건축조명, 환경조명, 간접조명 등 특수용도에 주로 사용되고 있으나, 점차 응용범위를 넓혀가고 있음. 일반 조명용 LED가 효율 및 가격측면에서 완벽한 상용화 단계에 진입하지 못하였으나 유지보수 비용의 절감과 다양한 표현이 가능하다는 측면에서 산업용 조명으로는 가격 경쟁력을 가지고 있기 때문임. 기존 전구는 다양한 요인에 의한 제품 파손 및 수명 도달에 따른 교체 비용이 들어가지만 LED는 반영구적이기 때문에 유지보수 비용이 거의 들지 않는다는 것이 매력적인 요인으로 작용하고 있음.
- 디스플레이 부문
■ LED BLU는 노트북을 중심으로 CCFL에서 LED로의 전환이 본격화 될 것으로 전망되며 CCFL에 비해 색재현성이 좋고, 반응 속도가 빠르며, 환경 친화적이고 수명이 길다는 장점이 있음.
- 도입효과
- 에너지 절감으로 인한 비용 감소
- CO2 배출 저감
- 온실가스 감축 효과 산정 방식
- 조명 설치 후 에너지 절감
팬/펌프 시스템
- 감축기술 개요
- 유체기계는 펌프, 팬 등 회전차를 통하여 유체와 기계 사이에 에너지를 연속적으로 변화하여 전달하는 기계로, 즉 유체 에너지를 기계적 에너지로 또는 기계적 에너지를 유체 에너지로 변환해주는 기기를 유체기계라 총칭함.
- 취급하는 유체의 종류에 따라서 작동유체가 물, 기름 등의 액체를 취급하는 기계일 경우에는 수력기계라 하고, 공기, 가스 등의 기체를 취급하는 기계일 경우에는 공기기계라고 분류할 수 있으며, 작용원리에 따라서는 터보기계, 용적식 기계, 특수유체기계 등으로 분류할 수 있음.
- 감축기슬 특징
- 증기(steam) 사용설비에서 증기는 총에너지의 70∼80%가 열전달 하는데 사용되고, 나머지 20∼30%는 포화수 상태로 응축됨. 이러한 응축수는 차압에 의하여 작동되는 스팀트랩에 의하여 배출되며, 응축수 회수시스템을 거쳐 보일러용 급수원으로서 회수하여 이용하는 것이 일반적임.
- 응축수 회수율이 높아 급수온도가 상승하면 케비테이션 현상으로 인해 펌프의 효율이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위해 고온의 응축수를 바로 사용하지 못하고 온도를 낮춰 사용함으로써 연료소비가 증가하게 됨.
- 고온 응축수 회수펌프는 100℃ 이상의 고온수를 보일러에 직접 급수가 가능하기 때문에 연료절감으로 인한 에너지절감효과가 상당함. 일반적으로 보일러의 경우 급수온도 6℃ 상승할 때마다 연료절감효과는 1% 정도로 알려져 있음.
- 일반적인 펌프에 적용된 폐쇄형 임펠러(closed impeller)는 임펠러 양면에 덮개가 있어 거품이나 가스가 임펠러로 유입되면 내부에 체류하여 펌핑에 방해를 일으키고 공회전이 발생하는 케비테이션 현상이 발생함. 이를 방지하기 위해 고안된 개방형 임펠러는 중고속 펌프의 성능 및 효율을 증진시키기 위해 덮개(Shroud)를 제거함으로써 임펠러에 유입된 거품이나 가스의 체류를 방지하고 공기방울을 잘게 부수어 유체 속에 용해되어 유체의 이동을 자연스럽게 하여 효율성을 증진시킨 설비로 일반 펌프에 비해 에너지 절약형임.
- 설치 사례
- 온실가스 감축 효과 산정방식
- 조명기기 설치 후 에너지 절감량
■ 펌프의 전기 사용량이 일정 기간 동안 측정된 데이터를 활용하는 경우 가동시간을 감안하여 연간 값으로 계산되어야 함. 가동시간은 교체 후 실제 가동시간, 측정 구간 동안의 가동시간 또는 에너지사용자와 협의된 시간을 활용할 수 있음.
고속 터보 블러워
- 감축기술 개요
- 송풍기는 기계적인 에너지를 기체에 주어 압력과 속도 에너지로 변환시키는 장치로 일반 건축물의 급배기용 및 공기조화용에서부터 산업체의 제조 공정용, 보일러 및 발전설비의 연소공기 공급용, 광산지하철 터널 등의 급배기용까지 광범위하게 사용되는 유체기계임.
- 송풍기는 사용하는 목적에 부합되는 설계와 선정 또는 설치, 운영 등을 통하여 에너지를 많이 절약할 수 있는 가능성을 갖고 있음.
- 최근에는 에너지절약 뿐만 아니라 작업현장에서의 송풍기에서 발생하는 소음 및 진동을 감소시키기 위한 연구도 요구되고 있으며, 전반적으로 송풍기에 관련된 문제들이 새로운 시각에서 취급되고 있음.
- 감축기술 특징
- 송풍기의 구분
■ 사용하는 압력에 따라 1,000mmAq 미만의 것은 팬(fan), 1,000∼10,000mmAq을 블로워(blower)로 통상적으로 분류하며, 10,000mmAq 이상인 것은 압축기 (compressor)에 해당이 됨. 또한 형상에 따라 일정한 용적에 의해 흡입되는 기체를 흡입 및 압축하는 용적식 송풍기와 날개의 원심력 또는 양력을 이용하여 속도와 압력을 주는 원심식 송풍기로 구분할 수 있음
- 고속 터보 블로워의 종류
- 루츠 블로워(Roots Blower)
■ 두 개의 로터가 맞물려 회전하여 공기를 흡입·압축하는 용적식 송풍기로 토출압력에 관계없이 항상 일정한 풍량 공급이 가능함. 구조가 단순하고 견고하여 폐수처리장과 같은 열악한 사용 환경에도 적용이 가능하지만 효율이 45% 내외로 낮고 소음과 진동에 불리함.
- 터보 블로워
■ 원심송풍기는 공기가 임펠러 반경 방향으로 이송되면서 공기량과 압력을 발생시키는 송풍기로서 임펠러 깃의 형상과 설치 각도에 따라 특성이 변함.
■ 원심식 송풍기는 날개(blade)의 형태에 따라 그림과 같이 회전방향이 앞쪽으로 굽은 전 곡형(forward curve), 뒤쪽으로 굽은 후곡형(backward curve), 방사형(radial)이 있음. 특히, 후곡형은 효율이 높고 고속에서도 비교적 정숙한 운전을 할 수 있는 것으로 터보형 송풍기에 적용이 됨.
■ 터보 블로워는 임펠러의 회전에 의해 공기의 유동을 일으키는 송풍기로 압축효율이 60∼75%로 우수하고 임펠러의 회전수 조절에 의해 풍량 조절이 가능함. 또한, 정풍량, 정압운전 등 다양한 운전제어가 가능하고 유지보수가 용이하지만 상대적으로 고가이고 주변 환경에 취약한 단점이 있음.
- 감축기술 원리
- 에너지 절약 원리
■ 블로워 자체의 고효율 설계로 기존 루츠 블로워 대비 송풍전력의 30% 이상 절전 가능하고, 인버터를 기본적으로 채용하여 부하변동에 따른 효율적인 운전으로 추가적인 절감 가능함.
- 에너지 절약 효과
■ 일반적인 폐수처리장의 폭기조나 제조공정의 제품 이송용으로 루츠 블로워를 사용하는 현장이 많아 에너지손실은 물론 소음/진동/분진 등으로 인한 환경문제가 많이 발생함. 시간당 300톤의 폐수를 처리하는 하수종말처리장에서 루츠 블로워를 터보 블로워로 교체시 약 40∼60%의 전력절감효과를 기대할 수 있으며 2년 이내 투자비 회수가 가능하며 또한, 유지보수가 쉽고 수처리 약품비 절감도 기대할 수 있음.
- 온실가스 감축효과 산정방식
- 고효율 터보블로워 교체 후 전기사용 절감량
■ 블로워의 전기 사용량이 일정 기간 동안 측정된 데이터를 활용하는 경우 가동시간을 감안하여 연간 값으로 계산되어야 함. 가동시간은 교체 후 실제 가동시간, 측정 구간 동안의 가동시간 또는 에너지사용자와 협의된 시간을 활용할 수 있음.
설치사례 분석
- 설치 사례 문헌조사
- 고효율기기 관련 감축기술 사례 6건을 조사한 결과 감축률 최대·최소 구간이 32%∼85%로 나타났으며 전체 평균 감축률은 58%로 나타났음.
- 설치 사례 현장조사
- 고효율기기를 이용한 감축사례를 분석한 결과 감축률 최대·최소 구간이 0.04%∼16.46%로 나타났으며 전체 평균 감축률은 1.6%로 나타났음. 단, 개선 전 온실가스 배출량은 명세서의 적용 배출시설의 전체 배출량을 사용했으므로 적은 감축률이 나타났고, 실제 감축률은 더 높을 것으로 추정됨.
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