Fan Flow Control of Cooling Tower with Water-side Economizer for Free Cooling Period Expansion

Yu-Jin Kim; Young-Hak Song; Hwan-Yong Kim

doi:10.22696/jkiaebs.20230013

Preview

Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 30 June 2023. 157-165
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20230013

Fan Flow Control of Cooling Tower with Water-side Economizer for Free Cooling Period Expansion

Water-side economizer의 Free cooling 운전 기간 확대를 위한 냉각탑 Fan 풍량 제어에 관한 연구

Yu-Jin Kim¹

Young-Hak Song²

Hwan-Yong Kim³^*

김 유진¹

송 영학²

김 환용³^*

¹Graduate Student, Graduate School, Department of Architectural Engineering, Gyeongsang National University, Jinju, Korea

²Professor, Department of Architectural Engineering, ERI, Gyeongsang National University, Jinju, Korea

³Associate Professor, Department of Architectural Engineering, ERI, Gyeongsang National University, Jinju, Korea

¹경상국립대학교 건축공학과 대학원과정

²경상국립대학교 건축공학과 교수

³경상국립대학교 건축공학과 부교수

^{*Corresponding Author}

ABSTRACT

Recently, various strategies have been proposed to reduce energy of Water-side economizer (WSE), and in particular, due to the increase in the construction of data centers, many studies have been conducted to reduce cooling energy. Therefore, in this study, a strategy to expand full-free cooling according to the decrease in the cooling tower outlet temperature of the cooling tower was established by increasing the cooling tower air volume for the WSE system. In addition simulation calculations were performed to analyze the effectiveness of the strategy to analyze the energy savings. According to the simulation calculation of the cooling tower fan air volume at intervals of 5% in the range of 50% ~ 100%, the energy was saved from 100% to 22.4% compared to the cooling tower fan ratio of 50%, during the representative week of partial load, a total of 100 hours of full-free cooling operation time was increased. Therefore, in order to implement the efficient operation of the WSE system, it is necessary to first consider increasing the cooling tower fan air volume as much as possible.

Keywords

Cooling tower fan air flow rate

Water-side economizer system

Condenser water temperature

Energy saving

Free cooling

키워드

냉각탑 풍량

WSE 시스템

냉각수 온도

에너지 절감

프리쿨링

MAIN

서 론
Free cooling 운전 제어 전략
Free cooling 전환 온도
냉각탑 어프로치 온도
냉각탑 LGR 감소 효과
시뮬레이션 계산
대상건물 및 HVAC 시스템 개요
계산 결과 분석
결 론

서 론

IT 산업의 증가에 따라 데이터센터의 건립이 증가하고 있으며, 해당 시설은 대표적인 에너지 다소비 건물로 알려져 있다. 이는 IT 장비가 집적되어 연중 높은 수준의 냉방부하를 유지하므로, 냉방에너지 사용량이 매우 큰 특징이 있다. 따라서, 대부분의 데이터센터에서는 냉방에너지 절감을 위해 겨울 및 중간기의 낮은 외기 온도를 이용하여 실을 냉각하는 시스템인 WSE(이하, Water-side economizer)를 적용하고 있다. WSE 시스템은 냉동기 작동을 정지시키고 냉각탑에서 제조한 냉각수를 열교환기에서 냉수와 열교환하여 설정된 온도의 냉수를 제조하는 시스템이다.

WSE 시스템의 효율을 증가시키기 위한 많은 연구들이 진행되고 있으며, Udagawa et al. (2010)는 WSE 시스템의 효과를 극대화하기 위해서는 Free cooling 전용 냉각탑을 설치하고, 냉각탑을 냉동기 용량의 200%로 구성하여야 한다는 것을 언급하였다. Taylor (2014)는 효율적인 WSE 시스템 운전을 위하여 냉동기와 열교환기를 직렬로 연결하고 냉수 Loop에 통합배관을 설치하는 시스템 설계 방안을 제시하였다. Nall (2014)은 WSE 시스템의 운전 효율을 높이기 위해 냉각 코일, 열교환기 및 냉각탑의 정밀한 제어가 필요함을 언급하였다. 상기 연구들은 WSE 시스템에서 냉방장치의 구성 및 연결이 중요하다는 것을 강조하였으나, 시스템 구성 및 제어에 대한 방향성만 제시하였을 뿐 정량적인 검토가 이루어지지 않았다.

Fu et al. (2019)은 연구를 통해 WSE 시스템의 Free cooling 운전시간이 기후조건에 따라 변화하며, 이에 따라 냉각탑에서 제조 가능한 냉각수 온도 조건이 상이함을 분석하였다. Fan et al. (2021)은 목표로 하는 기후조건 및 시스템 구성을 위한 Modelica 라이브러리를 개발하였으며, 시스템 효율 향상을 위해 두 가지 고급 냉각 모드 제어 시퀀스를 구축하였다. 해당 연구들은 냉각탑의 온도 감소를 위한 WSE 제어 전략을 제시하였지만, 냉각탑의 냉각수 관점의 유량제어에만 초점을 두었을 뿐, 냉각탑의 풍량에 관한 제어 전략을 주요하게 다루지 않았다.

WSE 시스템의 Free cooling 운전 시간을 증가시키기 위해서는 해당 모드의 운전 범위를 결정하는 주요 변수인 냉각탑의 어프로치 온도를 감소시키는 것이 중요하다. 여기서 냉각탑 어프로치 온도는 외기습구온도와 냉각탑의 냉각수 출구 온도의 차이를 말하며, 외기 습구온도, 냉각수 레인지 온도, 냉각탑 팬 풍량 및 유량 비율(Liquid to Gas Ratio, LGR)에 의해 결정된다. 해당 변수들 중 냉각탑 레인지 온도는 냉각탑의 냉각수 출구온도에 의해 결정되며, 외기 습구온도는 제어 불가능한 변수이므로, LGR 변수 제어가 냉각탑 효율 향상의 핵심 요소가 될 수 있다.

이에, 본 연구에서는 WSE 시스템의 에너지 절감을 위해 냉각탑의 풍량 증가에 따른 냉각수 출구온도 저하로 인한 Full-free cooling 기간 확대 전략 수립 및 에너지 절감 효용성 분석을 목적으로 한다.

대상건물은 WSE 시스템을 주로 사용되는 데이터센터로 선정하였으며, 검토 대상 시스템은 WSE의 열원측으로 냉각탑, 냉동기, 열교환기, 냉각수 펌프로 한정하였다. 시스템 제어는 냉각탑 풍량을 대상으로 제어 따른 냉각탑 어프로치 온도, 냉각탑의 냉각수 출구온도, LGR, 레인지 온도를 분석하였다.

본 연구는 EnergyPlus에서 제공하는 Engineering Reference의 물리식을 기반으로 WSE의 Full-free cooling 기간 확대 전략을 수립하였으며, 수립된 전략의 효용성 분석을 위하여 냉각탑 풍량 50~100% 범위 내에서 5% 간격으로 시뮬레이션 계산을 실시하였다. 또한, Free cooling 운전이 실시되는 부분부하 조건 시, 냉각탑 풍량에 따른 효용성 분석을 위해 11월 22일에서 11월 28일까지의 7일간 데이터를 대상으로 열원측 장비의 에너지 사용량, Full-free cooling 운전 시간을 산출하였다.

Free cooling 운전 제어 전략

Free cooling 전환 온도

WSE 시스템은 연중 Full-free cooling, Partial-free cooling, Chiller cooling의 세 가지 냉방모드로 운전된다. Full-free cooling은 냉동기의 가동 없이 냉각탑에서 외기와의 열교환을 통해 만들어진 냉각수가 AHU의 리턴 냉수와 열교환하여 설정된 온도의 냉수를 제조하는 운전모드를 의미한다. Partial-free cooling은 냉각탑과 Economizer(열교환기)만으로 설정된 온도의 냉수를 제조할 수 없는 외기 조건에서, 1차적으로 Economizer를 통해 리턴 냉수의 온도를 감소시키고, 냉동기를 부분적으로 운전하여 남은 열을 제거하여 설정된 온도의 냉수를 제조하는 냉방모드이다. Chiller cooling은 일반 중앙냉방시스템과 동일하게 냉동기를 이용하여 냉수를 제조하는 방식을 말한다.

위의 3가지 냉방모드는 외기습구온도에 의하여 결정되며, Full-free cooling 및 Partial-free cooling 운전이 가능한 외기 습구온도 범위는 식 (1), (2)에 의하여 계산된다.

(1)

T_{w b, f u l l} = T_{C h i l l e r, o u t} - T_{C T, a p p} - T_{H X, a p p}

(2)

T_{w b, p a r} = T_{C h i l l e r, i n} - T_{C T, a p p} - T_{H X, a p p}

여기서, $T_{w b, f u l l}$ 및 $T_{w b, p a r}$ 은 각각 Full-free cooling 및 Partial-free cooling 운전이 가능한 최대 외기 습구온도 조건이며, $T_{C h i l l e r, o u t}$ 은 냉동기에 설정된 냉수공급온도, $T_{C h i l l e r, i n}$ 은 AHU에서 냉동기로 공급되는 냉수리턴온도, $T_{C T, a p p}$ 는 냉각탑의 어프로치 온도, $T_{H X, a p p}$ 는 열교환기의 어프로치 온도이다.

상기의 식에서 냉각탑 및 열교환기 어프로치 온도는 각각의 장비에 의해 발생하는 열교환 손실을 의미한다. 또한, Taylor (2014)의 문헌에 따르면 시스템 설계 시 열교환기 부하 감소를 목적으로 냉각탑 팬에너지를 소비하는 것을 방지하기 위해, 열교환기로 유입되는 냉각수 입구온도가 열교환기의 냉수 출구온도보다 1.1℃ 높은 조건에 Economizer를 활성화되어야 한다.

한편, Full-free cooling 운전은 냉동기를 거치지 않고 열교환기만으로 설정 냉수를 제조하여야 하므로, 식 (1)과 같이 냉수공급온도에 냉각탑 및 열교환기 장비 손실을 고려한 외기 습구온도 조건까지 운전이 가능하다. 아울러, Partial-free cooling 운전은 냉동기의 운전률을 절감하기 위한 운전모드로, 열교환기에서 제조되는 냉수가 설정된 온도차를 고려한 냉동기의 입구온도 미만이어야 한다. 따라서, 식 (2)와 같이 냉동기의 냉수 입구온도에 장비의 열교환 손실을 고려한 외기습구온도 조건까지 운전 가능하다.

냉각탑 어프로치 온도

Free cooling 운전 시간을 결정하는 요인은 냉각탑 및 열교환기 어프로치 온도이지만, 열교환기 어프로치 온도는 열교환기의 Type 및 면적 등, 장비 모델에 따라 고유의 값을 가지며, 운전 시 제어가 불가능한 범위이다. 이에, 본 연구에서는 주요 제어 변수를 냉각탑 어프로치 온도로 한정하였으며, 냉각탑 운전 제어를 통한 어프로치 온도 감소 방안을 수립하고자 하였다. 냉각탑 어프로치 온도는 EnergyPlus의 Engineering Reference에 따라 식 (3)과 같이 계산된다(DOE, 2021).

(3)

T_{C T, a p p r o a c h} = β_{1} + β_{2} ∙ T_{i n, w b} + β_{3} ∙ T_{i n, w b}^{2} + β_{4} ∙ T_{R a n g e} + β_{5} ∙ T_{i n, w b} ∙ T_{R a n g e} + β_{6} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e} + β_{7} ∙ T_{R a n g e}^{2} + β_{8} ∙ T_{i n, w b} ∙ T_{R a n g e}^{2} + β_{9} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e}^{2} + β_{10} ∙ L G R + β_{11} ∙ T_{i n, w b} ∙ L G R + β_{12} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ L G R + β_{13} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R + β_{14} ∙ T_{i n, w b} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R + β_{15} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R + β_{16} ∙ T_{R a n g e}^{2} ∙ L G R + β_{17} ∙ T_{i n, w b} ∙ T_{R a n g e}^{2} ∙ L G R + β_{18} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e}^{2} ∙ L G R + β_{19} ∙ L G R^{2} + β_{20} ∙ T_{i n, w b} ∙ L G R^{2} + β_{21} ∙ T_{i n, w b} ∙ L G R^{2} + β_{22} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R^{2} + β_{23} ∙ T_{i n, w b} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R^{2} + β_{24} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e} ∙ L G R^{2} + β_{27} ∙ T_{i n, w b}^{2} ∙ T_{R a n g e}^{2} ∙ L G R^{2}

Table 1.

Approach temperature coefficients of YorkCalc cooling tower

$β_{1}$	$β_{2}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{5}$
-0.359741205	-0.055053608	0.002385042	0.173926877	-0.0248473764
$β_{6}$	$β_{7}$	$β_{8}$	$β_{9}$	$β_{10}$
0.00048430224	-0.005589849456	0.0005770079712	-1.34242726E-05	2.8476580111111
$β_{11}$	$β_{12}$	$β_{13}$	$β_{14}$	$β_{15}$
-0.121765149	0.0014599242	1.680428651	-0.0166920786	-0.0007190532
$β_{16}$	$β_{17}$	$β_{18}$	$β_{19}$	$β_{20}$
-0.025485194448	4.8749169E-05	2.719234152E-05	-0.065376625556	-0.002278167
$β_{21}$	$β_{22}$	$β_{23}$	$β_{24}$	$β_{25}$
0.0002500254	-0.0910565458	0.00318176316	3.8621772E-05	-0.003428538235
$β_{26}$	$β_{27}$
8.56589904E-06	-1.51682155E-06

여기서, $β_{1} ~ β_{27}$ 의 계수는 냉각탑 장비 모델에 의하여 결정되는 값으로 본 연구에서는 YorkCalc 모델을 적용하여 Table 1의 값을 적용하였다(DOE, 2021). 식 (3)에 따르면, 냉각탑 어프로치 온도는 외기습구온도( $T_{i n, w b}$ ), 냉각탑 레인지 온도( $T_{R a n g e}$ ), 냉각탑 풍량 대비 유량 비율을 나타내는 LGR의 세 변수에 의하여 결정되며, 외기습구온도의 경우, Ha et al. (2021)에 따라 건구온도 및 상대습도의 값을 통해 식 (4)와 같이 산정된다. 여기서, $T_{d b}$ 는 건구온도(℃), $ω$ 는 상대습도(%)이다.

(4)

T_{i n, w b} = T_{d b} ∙ atan [0.151977 (ω + 8.313659)^{0.5} + a t a n (T_{d b} + ω) - atan (ω - 1.676331) + 0.00391838 (ω)^{1.5} ∙ atan (0.023101 ω) - 4.686035

냉각수 레인지 온도는 냉각탑의 냉각수 입출구 온도차를 의미하며, 현재 EnergyPlus 시뮬레이션 프로그램 상에는 변속 펌프임에도 불구하고 냉각수 유량이 On/Off의 형태로 제어된다. 이에, 변유량 운전을 구현하기 위하여 냉각탑의 처리열량을 이용하여 식 (5)와 같이 계산하여 냉각수량을 조절하였다(Ha et al., 2021).

(5)

{\dot{m}}_{w} = {\dot{m}}_{R e f, w} ∙ \frac{{\dot{Q}}_{H R, C T}}{{\dot{Q}}_{R e f, C T}}

여기서, ${\dot{m}}_{w}$ 는 냉각수 유량(kg/s), ${\dot{m}}_{R e f, w}$ 는 정격조건의 냉각수 유량(kg/s), ${\dot{Q}}_{H R, C T}$ 는 냉각탑의 처리열량(kcal/h), ${\dot{Q}}_{R e f, C T}$ 는 정격조건의 냉각탑 처리열량(kcal/h)를 나타낸다. 최종적으로, LGR은 식 (6)과 같이 산정되며, ${\dot{m}}_{a}$ 는 냉각탑 풍량(kg/s)를 의미한다.

(6)

L G R = \frac{{\dot{m}}_{w}}{{\dot{m}}_{a}}

냉각탑 LGR 감소 효과

위의 식 (3)에 의하여, 냉각탑의 팬 풍량 및 유량의 비율에 따라 냉각탑에서 제조할 수 있는 최저 냉각수의 온도가 변화하는 값임을 확인할 수 있다. Figure 1과 같이 고온의 냉각수는 저온 공기와의 열교환을 통해 저온 냉각수로 제조된다.

이때, 냉각탑으로 유입되는 공기의 풍량이 증가하면 냉동기로부터 유입된 냉각수의 하강 속도가 감소하여, 공기와 냉각수의 열교환 면적이 증가한다. 이는 고온의 냉각수가 열교환이 이루어지는 충전재에 잔류하는 시간 증가를 의미하고, 냉각수는 공기에 더 많은 양의 열을 전달하게 되므로 더 낮은 온도의 냉각수를 제조할 수 있다. 즉, 냉각탑에서 공기 풍량의 증가는 LGR 감소를 의미하며, 낮은 LGR 값에 따라 어프로치 온도를 저감시킬 수 있다. 이는 식 (1)과 (2)에 따라 Free cooling 운전이 가능한 습구온도 값을 증가시킬 있으므로 Free cooling 운전 시간 확대가 가능하다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2023-017-03/N0280170302/images/Figure_KIAEBS_17_3_02_F1.jpg

Figure 1.

Cooling tower configuration

시뮬레이션 계산

전술한 Free cooling 시간 증가 효과를 확인하기 위하여, EnergyPlus 시뮬레이션 프로그램을 통해 WSE 시스템의 Free cooling 운전을 구현하였다. 또한 냉각탑의 풍량 변화에 따른 운전시간 변화를 분석하기 위해 냉각탑 Fan의 풍량을 50%에서 100%까지 변화시킨 경우의 계산 결과를 분석하였다.

대상건물 및 HVAC 시스템 개요

본 연구의 대상 건물은 Sun et al. (2021)의 Data Center 모델을 참고하였으며, 실 면적은 139.55 m², IT 장비 발열량은 5,382 W/m²로 구성하였다. 또한, 대상 지역은 서울로 ASHRAE Standard 90.1에서 제시하는 기후존 4A에 해당하며, 외피 열관류율은 에너지절약설계기준에 따라 외벽 0.24 W/m²·K, 지붕 0.15 W/m²·K로 설정하였다(ASHRAE, 2019).

HVAC 시스템은 Table 2와 같이 구성하였고, 실내 온도는 24℃, 냉동기 및 냉각탑 용량은 각각 914 kW, 1,189 kW, 냉수 및 냉각수 유량은 43.7 kg/s, 42.75 kg/s로 설정하였다. 열교환기는 냉동기와 동일한 용량이며, 열교환기를 흐르는 냉수 및 냉각수 유량은 모두 냉동기 측 냉수 유량과 동일하다. Cho et al. (2020)에 따라 전산실만을 대상으로 하므로 냉수온도는 10/15℃, 냉각탑 Fan 설계 풍량은 42.75 kg/s를 100%로 설정하였고, 풍량에 따른 효율 변화를 파악하기 위해 냉각탑 Fan의 50%부터 100%까지, 5% 단위로 냉각탑 출구 온도, Free cooling 운전시간, 에너지 사용량을 산출하였다. 에너지 사용량은 시스템의 열원측 장비인 냉각탑 팬, 냉동기, 냉각수 펌프를 대상으로 하였다. Full-free cooling 운전 시간 변화를 파악하기 위해 부분부하가 발생하는 중간기 대표 주간인 11월 22일부터 11월 28일까지의 시뮬레이션 데이터를 분석하였다.

Table 2.

HVAC system simulation outline

Classification	Specification	Value
Indoor	Set temp.	24℃
Centrifugal chiller (1EA)	Capacity (COP)	914 kW (5.5)
	Evaporator inlet/outlet temp.	10/15℃
	Condenser inlet/outlet temp.	32/37℃
Cooling tower (2EA)	Capacity	1,189 kW
Cooling tower (2EA)	Air flow rate	42.75 kg/s
Condenser water pump (2EA)	Power	20.5 kW
Condenser water pump (2EA)	Water flow rate	56.8 kg/s
Water-side economizer (1EA)	Capacity	914 kW
	Efficiency	0.9
	Water flow rate	43.7 kg/s

계산 결과 분석

Figure 2는 냉각탑 Fan 풍량 비율에 따른 냉각탑의 냉각수 출구 온도이다. 음영 처리된 부분은 모든 풍량 조건에 대하여 Partial-free cooling 운전이 이루어지는 기간을 나타낸 것이다. 냉각탑 풍량이 100%일 경우 Full-free cooling 운전 시간이 가장 많으며, 모든 풍량조건에서 Full-free cooling이 이루어지는 기간에는 유사한 냉각수 출구온도 값으로 나타났다. 붉은색 Box는 모든 풍량조건에서 Full-free cooling이 이루어지는 구간으로, 해당 기간에는 냉각탑 풍량 50%의 경우 타 풍량 조건에 비해 약 2℃ 높은 온도를 생산하고 냉각탑 풍량이 증가할수록 점진적으로 낮은 온도의 냉각수 온도를 나타낸다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2023-017-03/N0280170302/images/Figure_KIAEBS_17_3_02_F2.jpg

Figure 2.

Cooling tower outlet temperature according to fan air volume ratio

Figure 3는 냉각탑 Fan 풍량 비율에 따른 (a) Full-free cooling 운전 시간, (b) 냉방시스템의 에너지 사용량이다. 대표주간의 Full-free cooling 운전 시간은 Fan 운전 비율 50%에서 11시간으로 가장 낮으며, 55%부터 점진적으로 증가하다가 85%부터는 큰 격차로 증가하여 100% 풍량 조건에서 114시간으로 가장 많은 값을 나타낸다. 풍량 비율에 따른 에너지 사용량 역시 50%에서 16.9 MWh로 가장 크게 나타났으며, 이후 55%부터 급격하게 감소하여 점진적으로 감소하다가 85%부터 큰 격차로 절감되어, 냉각탑 Fan 풍량 50% 대비 100%에서 약 22.4% 절감되었다.

85%부터 에너지 절감량 격차가 증가하는 것은 Full-free cooling 기간 확대에 따라 냉동기 운전이 정지되었기 때문으로 판단된다. 또한, 다른 풍량 비율에 대비하여 50%에서 극심한 차이가 발생함에 따라, 풍량이 50% 이하로 감소되면 냉방시스템 자체의 안정적인 운전이 어려울 수 있는 것으로 사료된다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2023-017-03/N0280170302/images/Figure_KIAEBS_17_3_02_F3.jpg

Figure 3.

Full-free cooling operation hour and energy consumption of the cooling system according to the fan air volume ratio of the cooling tower

결 론

본 연구에서는 WSE 시스템의 Full-free cooling 기간 확대를 위해 냉각탑의 Fan 풍량 증가에 따른 냉각수 출구온도 감소 전략을 수립하였고, 이에 따른 에너지 절감 효용성 분석을 위해 시뮬레이션 계산을 실시하였다. WSE 시스템의 Free cooling 운전이 가능한 외기 습구온도를 결정하는 주요 변수인 냉각탑 어프로치 온도 감소를 위해, 풍량 증가에 따른 LGR값을 저감시키고자 하였고, 냉각탑 풍량을 50% ~ 100% 범위로 분석하였다. 시뮬레이션 계산 결과, 풍량 비율이 늘어남에 따라 Full-free cooling 운전 기간이 증가함과 동시에 에너지 사용량이 감소하였으며, 최종적으로 50% 대비 100% 풍량에서 22.4%의 에너지가 절감되었다. 또한, 시뮬레이션 결과 50% 풍량에서 다른 풍량 비율 대비 현저히 낮은 Full-free cooling 운전 및 높은 에너지 사용량 수치가 나타나므로, 냉각탑 풍량을 50% 보다 높게 운전하여야 Free cooling으로 인한 실질적인 에너지 절감 효과를 가질 수 있는 것으로 판단된다.

Acknowledgements

이 연구는 보건복지부의 재원으로 감염병 의료안전강화 기술개발사업 지원에 의하여 이루어진 것임(HG22C0044).

References

Cho, J., Kim, S., Jeong, Y., Park, B. (2020). A Study on Performance Standard and Test Method of CRAC/H(Computer Room Air conditioning/Handling) Units for Data Center. Korean Journal of Air-conditioning and Refrigeration Engineering, 32(5), 235-248. 10.6110/KJACR.2020.32.5.235

Fan, C., Hinkelman, K., Fu, Y., Zuo, W., Huang, S., Shi, C., Mamaghani, N., Faulkner, G., Zhou, X. (2021). Open-source Modelica models for the control performance simulation of chiller plant with water-side economizer. Applied Energy, 299, 117337. 10.1016/j.apenergy.2021.117337

Ha, J., Kim, Y., Kim, H., Song, Y. (2021). Development of Control Algorithm for Cooling Tower Low-Approach Temperature. Journal of KIAEBS, 15(5), 431-442.

Nall, D. (2014). Waterside Economizer & 90.1. ASHRAE Journal, 56(8), 46-52.

Sun, K., Luo, N., Luo, X., Hong, T. (2021). Prototype energy models for data centers. Energy & Buildings, 231, 110603. 10.1016/j.enbuild.2020.110603

Taylor, S.T. (2014). How to Design & Control Waterside Economizers. ASHRAE Journal, 56(6), 30-36. 10.1162/DESI_a_00247

Fu, Y., Lu, X., Zuo, W. (2019). Modelica Models for the Control Evaluations of Chilled Water System with Waterside Economizer. Proceeding of the 13^th International Modelica Conference, 811-818. 10.3384/ecp19157811

Udagawa, Y., Waragai, S., Yanagi, M., Fukumisu, W. (2010). Study on Free Cooling System for Data Centers in Japan. IEEE Conference June 2010. 10.1109/INTLEC.2010.5525676

American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE). (2019). Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings; ASHRAE Standard 90.1; ASHRAE: Atlanta, GA, USA.

Department of Energy (DOE). (2021). Energyplus Engineering Reference.

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems ISSN:1976-6483(Print) 2586-0666(Online) 한국건축친환경설비학회논문집

Preview

Fan Flow Control of Cooling Tower with Water-side Economizer for Free Cooling Period Expansion

ABSTRACT

MAIN

(1)

(2)

(3)

Table 1.

Approach temperature coefficients of YorkCalc cooling tower

(4)

(5)

(6)

Figure 1.

Cooling tower configuration

Table 2.

HVAC system simulation outline

Figure 2.

Cooling tower outlet temperature according to fan air volume ratio

Figure 3.

Full-free cooling operation hour and energy consumption of the cooling system according to the fan air volume ratio of the cooling tower

Acknowledgements

References