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선박 에너지 절감을 위한 기관실 팬 제어 시스템 구축 및 알고리즘에 관한 연구
A Study on the Development of the Engine Room Fan Control System and ERFCS Algorithm for Ships Energy Saving 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.39 no.6, 2015년, pp.642 - 648  

강영민 (Department of Marine Engineering, Graduate school, Korea Marine Engineering University) ,  오진석 (Division of Marine Engineering, Korea Maritime University)

초록
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최근 선박에서 에너지 절감에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 그러한 연구의 일환으로 선박의 고정적인 부하를 제외한 변동 부하를 파악하고 제어함으로써 선박의 에너지를 절감할 수 있다. 기관실 팬 시스템은 대표적인 변동부하 중 하나이다. 기존 선박에서는 기관실 팬을 특별한 지침 없이 실 경험에 의해 정격운전으로 운용하고 있다. 이에 본 논문에서는 기관실 팬의 특성을 파악하고, 에너지 관리 시스템 중 하나로 ERFCS(Engine Room Fan Control System) 및 ERFCS 알고리즘을 제안하였다. ERFCS는 온도 및 압력에 따라 팬의 속도를 제어하며 부하 변화에 따라 팬의 운전 대수를 1대에서 4대 사이로 조절한다. 또한 기관실 팬의 최소 회전속도를 50%로 제한하여 낮은 RPM(Revolution Per Minute)에서 기계적 마찰, 발열 등의 이유로 팬이 손상을 입거나 낮은 압력으로 팬에 서징(surging) 현상이 발생하지 않도록 한다. 제안된 알고리즘과 ISO 8861을 바탕으로 LabVIEW를 사용한 팬 제어 시스템 시뮬레이션을 개발하였다. 결론적으로, 구현된 시뮬레이션을 통해 제안된 팬 제어 시스템이 기존 사용 방식에 비해 46.4%만의 동력만으로도 운전이 가능함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, there have been many studies pertaining to reducing energy consumption on ships. As part of those studies, the energy consumption of ships can be reduced by understanding and controlling the varying loads, excluding fixed loads. In existing ships, engine room fans are usually operated base...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 기존의 기관실 팬 시스템의 경우 항상 필요한 공기량 보다 더 많은 공기량을 공급하며, 기관실의 팬 속도 제어가 불가능하였으므로 필요한 에너지 보다 더 많은 에너지를 소모하였다. 따라서 본 논문에서는 팬의 속도를 제어함으로서 배의 에너지를 절약하는 기관실 팬 제어 시스템을 개발하고자 한다.
  • 본 논문에서는 기관실 팬의 특성 분석 및 기존의 기관실팬 제어 방식과 ERFCS 알고리즘에 따른 제어 방식을 비교 하였다. 또한 실험 결과를 통해 기존의 on/off 제어 방식에 비해 인버터를 사용한 ERFCS 알고리즘을 통한 제어방식이 효율적임을 확인하였다.
  • 이러한 문제점들을 해결하기 위해서는 대형 선박에 적용할 수 있는 에너지 절약 방법에 대한 연구가 우선적으로 진행되어야한다. 본 논문은 제어 알고리즘을 적용 하여 기관실 팬을 체계적으로 관리함으로써 전력 소모량을 감소시키고자 한다. 기존의 팬 시스템은 팬을 일정한 속도로 운전하지만, 본 논문에서 제안한 팬 제어 시스템은 상황에 따라 기관실 온도 및 공기의 질을 유지하기 위해 팬 속도를 제어한다.

가설 설정

  • 1%가 감소하게 된다. 외부 기체밀도는 같다고 가정한다. Table 1은 팬의 회전속도가 변화할 때 송풍기 법칙에 따른 체적유량, 압력, 축동력의 변화를 나타낸다.
  • ERFCS 알고리즘은 온도 및 압력 조건에 따라 팬을 제어 한다. 이 때 상대습도는 항상 60% 이상이라고 가정한다.
  • 팬 모델은 신호가 주어졌을 경우 인버터를 통하여 팬이 정속도로 동작하기까지 시간지연을 가정하여 구성하였다. Figure 9에서는 기관실 팬 회전속도 신호를 0%에서 60%, 60%에서 20%로 바꾸었을 때 팬 회전속도가 변하는 정도를 그래프로 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선박의 에너지를 절감할 수 있는 방법은? 최근 선박에서 에너지 절감에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 그러한 연구의 일환으로 선박의 고정적인 부하를 제외한 변동 부하를 파악하고 제어함으로써 선박의 에너지를 절감할 수 있다. 기관실 팬 시스템은 대표적인 변동부하 중 하나이다.
송풍기란 무엇인가? 송풍기란 회전 임펠러를 구동시켜 공기를 이송하는 장치 이다. 압력의 크기에 따라 토출압력 1,000mmAq(10kPa) 이하의 것들을 팬으로 규정한다.
전기 모터에 의해 구동되는 팬의 특징은? 대부분의 팬은 전기 모터에 의해 구동된다. 정속도 (constant velocity)에서 팬을 시험하고, 댐퍼(damper) 등으로 유로 내의 저항을 조절하여 체적 유량을 조절함으로써 성능을 변화시켜 시험을 반복하는 것이 일반적이다.
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참고문헌 (9)

  1. J. W. Kim, "Method of fan testing and rating," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, vol. 23, no. 2, pp. 123-142, 1994 (in Korean). 

  2. J. E Rasanen and E. W. Schreiber, Using Variable Frequency Drives (VFD) to save energy and reduce emissions in newbuilds and existing ships, White paper, ABB Marine and Cranes, Apr. 2012. 

  3. Engine room ventilation, Application and Installation Guide, Caterpillar, 2012. 

  4. J. Lahtinen and K. Saarinen, Engine Room Pressure Measurements Onboard MT Suula, University of Vaasa. Report 162, 2010. 

  5. A. Ekman, P. Degens, R. Morton, and S. Scott, "Focus on Cold Storage Evaporator Fan VFDs Is a Market Transformation Success," 2003 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry, 2003. 

  6. E. B. Shin, "Stall and counter-measure for large size axial-flow fan," Proceedings of the Fluid Machinery Research and Development Conference, pp. 70-77, 1998 (in Korean). 

  7. S. V. Giannoutsos, "Evaluation of energy savings from the application of variable frequency drives to E/R ventilation fans and cooling sea water pumps onboard tanker vessels," Proceedings of the 5th MARINELIVE International Workshop on Prime Movers, 2013. 

  8. Shipbuilding - Engine-room ventilation in diesel-engined ships - Design requirements and basis of calculations, ISO 8861, 1998. 

  9. J. B. Maxwell, "How to avoid overestimating variable speed drive savings," Proceedings of the Twenty-Seventh Industrial Energy Technology Conference, pp. ESL-IE-05-05-05, 2005. 

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