설비-급탕설비:이론(개요/설계/배관)

[美세상(최승일)]

설비-급탕설비:이론(개요/설계/배관)

1. 급탕설비의 개요

1) 급탕설비의 일반사항

위생설비에서 탕의 사용 목적은

1. 음료용
2. 인체의 세척용, 보온용
3. 물품의 세척용 소독용, 보온용으로 분류된다.

(1) 탕의 성질

일반 중량의 물은 4℃를 경계로 해서 가열 또는 냉각에 의해 그 체적이 증가한다.

아래 표는 각 온도에서 물의 밀도 및 체적을 나타낸 것이다.

온 도 ℃	밀 도 (비용적) kg / l	체 적 (비체적) l / kg	온 도 ℃	밀 도 (비용적) kg / l	체 적 (비체적) l / kg	온 도 ℃	밀 도 (비용적) kg / l	체 적 (비체적) l / kg
-10 -5 0 4 5 10 15 20	0.99815 0.99930 0.99987 1.00000 0.99999 0.99973 0.99913 0.99823	1.00185 1.00070 1.00013 1.00000 1.00001 1.00027 1.00087 1.00177	25 30 35 40 45 50 55 60	0.99767 0.99507 0.99406 0.99224 0.99025 0.98807 0.98573 0.98324	1.00294 1.00435 1.00597 1.00782 1.00985 1.01207 1.01448 1.01705	65 70 75 80 85 90 95 100	0.98059 0.97781 0.97489 0.97180 0.96870 0.96530 0.96190 0.95840	101979 102260 1.02576 1.02900 1.03220 1.03570 1.03960 1.04340

[표] 물의 밀도와 비용적

어떤 밀폐장치내에서 물을 가열하면 물은 비신축성이므로 그 압력이 이상 상승하여 장치를 파괴하게 된다. 따라서 급탕설비에서는 팽창관이나 안전밸브를 설치하여 그 압력을 빠져나가게 함으로써 이를 방지한다. 또 어떤 기기 내에서 물을 하부에서 가열하면, 뜨거워진 물은 밀도가 적어져 상승하고, 냉수는 아래쪽으로 내려가므로 기기내에서 순환 작용을 일으킨다. 이 작용을 일으키는 압력을 자연 순환 수두라고 한다.

H=1000( ρ₂- ρ₁)h

여기서, H : 자연 순환 수두 ( mmAq)

ρ₂ : 기기저면 부근의 물의 밀도 (Kg/L)

ρ₁ : 수면 부근의 물의 밀도 (Kg/L)

h : 기기의 밑에서 수면까지의 높이 (m)

물은 가열되어, 어느 온도에 도달하면 수온이 변하지 않게 되어 비등한다. 그 비등온도는 물의 압력에 따라서 다르다.

(2) 탕의 용도

물을 탕으로 바꾸어서 쓰는 목적은 인체에 감성적인 쾌적함을 주는 것, 세정 효과를 높이는 것, 살균 효과에 의해 소독하는 것 및 열에너지를 이용 하는 것이 있다.

이들을 용도별의 기구로서 분류하면 다음과 같다.

1. 음료용 소형 저탕식 탕비기나 주전자 등으로 물을 데워서 쓴다.
2. 인체의 세척용, 보온용 세수기, 세면기, 욕조, 샤워, 비데
3. 물품의 세척용, 소독용, 보온용, 주방싱크, 급식싱크, 세면싱크, 식기 세척기, 청소 용싱크, 소독기 등

(3) 탕의 온도와 쓰이는 방법

급탕설비에서는 일반적으로 탕을 물과 혼합하여 일정한 온도로서 쓴다. 따라서 급탕온도를 높이면 사용 탕량에 대한 급탕량의 비율이 적어도 된다. 그런데, 용도에 따라 사용 온도가 정해지고 사용 용량이 결정되므로, 계산상으로는 급탕온도 60℃로 계산한 급탕량으로 표시하는 것이 일반적이다.

용도별에 따른 사용온도는 다음 표와 같다.

용         도	사 용 온 도 [℃]	용           도	사 용 온 도 [℃]
음 료 용	50-55	주방용(일반용)	45
세척용 (성인)	42-45	주방용(접시세척용)	45(60)
세척용 (소아)	40-42	주방용(접시세척용)	70-80
샤 워	43	세 탁 용 상업운반용	60
세 면, 세 수 용	40-42	모직물	33-37
의 료 용 세 수 용	43	린네르	49-52
면 도 용	46-52	견 직물	49-52
세 차 용	24-30	수 영 장	24-30

[표] 용도별 사용 온도

2) 급탕방식

(1) 개요

급탕방식에서는 국소식과 중앙식이 있는데 전자는 건물내의 필요 요소에 소형 가열기를 설치하여 그 장소로 급탕하고, 후자는 건물의 기계실 등에 대형 열원과 저탕 탱크를 두어 배관에 의해 건물 전체의 필요개소로 공급한다. 급탕방식의 결정은 건물의 종류, 규모, 용도 외에 급탕의 사용 목적 및 유지 관리 등에 의해서 결정된다.

(2) 국소식(개별식)

국소식은 일반적으로 소규모 급탕설비에 쓰이는 것이며, 대규모 건물에서도 용량에 따라서는 국소식을 여러곳에 설치하여 급탕한다. 예를 들면 아파트의 부엌, 욕실이나 사무소 건물의 탕비실등은 각기의 장소에 소형 장치를 설치하여 국소급탕을 한다. 국소식은 사용 목적에 따라

1. 순간식
2. 저탕식(일체)
3. 저탕식(음료용)
4. 기수혼합식(욕조,저탕식)등으로 분류되며

국소식의 장단점은 다음과 같다.

1. 급탕개소가 적을 때는 설비비가 싸다.
2. 배관이 비교적 짧기 때문에 열손실이 적다.
3. 필요에 따라 수시로 간단하게 사용된다.
4. 열원의 취급은 간단하지만 고가이다.
5. 설치수가 많을 때는 유지관리가 불편하다.
6. 급탕개소마다 설치 스페이스가 필요하다.
7. 값싼 연료를 쓰기 어렵다.

① 순간식

이 방식은 건물 내의 세면기, 욕조, 부엌싱크 등 기구로 또는 장소에 대하여, 각 독립된 장소에 중소형의 순간식 가열기를 설치하여 즉석에서 필요한 만큼의 탕을 얻는 것이다. 순간 가열기에는 가스가열식과 전기가열식이 있다.

보통은 가스가열식이 많고, 대형의 경우 52.5kw(750kcal/min)(온도 상승 30℃로서 출탕량 25ℓ/min) 의 출력이다. 급배기방식이 밸런스 형식의 것과 가정용 부엌의 소형 기종을 제외하고 원칙적으로 탕비기 설치장소에는 소정의 급배기설치를 필요로한다. 전기 가열기의 경우 50kw(온도 상승 25℃로서 출탕량 28ℓ/min)정도의 기기가 제작되고 있으며, 기기와 설치 장소에 대한 급배기는 따로 필요 없다. 순간 가열기의 배관은 단관식이 대부분이고, 최초 사용할 때 배관 내에 저장하고 있던 물이 유출된후 탕이 나오기 때문에 단속 사용 장소에서는 배관 길이를 9m까지 제한하며 연속사용의 경우 30 m 까지 단관식 배관으로 할수있다.

② 저탕식 (일반)

이 방식은 중앙식 급탕의 소규모의 것이라 생각할 수 있다. 즉, 최대부하시에 소요되는 급탕량을 저장하고, 거기서 배관으로 필요 개소에 급탕할 수 있고, 순환 배관도 가능하므로 순간식보다 규모가 큰 양과 범위의 설비에 적합하다. 고급주택, 대식당 주방의 전용급탕, 중규모의 욕실급탕, 중규모 이상의 공장세면장 급탕등, 단기간에 상당량의 탕을 소비하는 경우에 채용된다. 보통, 설치비가 순간식보다 많이 들며 사용 개시 전에 저탕탱크내의 물을 적온까지 가열해 줄 필요가 있고 그 시간은 보통 30분 내지 1 시간 정도가 소요된 열원에는 가스, 등유가 많이 사용되고 있다. 전기에 의한 급탕은 단위열량당의 요금이 가스나 기름에 비해 비싸므로 특수한 경우가 아니고는 별로 쓰이지 않는다. 그러나, 전기는 가열에 수반하는 급배기설치가 불필요한 클린 에너지이고 설치비가 적게 든다는 점에서 요금의 할인혜택을 받는 심야 전력을 이용한 전기식 급탕설비도 단독주택이나 공동주택에 보급되고 있다. 또한, 전기식급탕설비는 상시 가열해 두면 비경제적이므로 타이머를 이용하여 사용 개시와 예열을 고려한 시각에 자동적으로 세팅할 수 있는 것도 있다.

③ 저탕식 (음료용)

탕비기나 식당의 한구석에 저탕식 탕비기를 설치한다. 가열기에는 가대형과 벽걸이형이 있고 개방형 탕비기이기 때문에 기구보다 높은 곳에는 급탕할 수 없다. 가대형은 기구에 직접 급탕전을 부착하고 있으나 벽걸이형은 가열기에서 짧은 배관으로 필요 개소에 급탕전을 설치할 수 있다. 이 방식은 음료용의 차끓이기용으로 고온의 탕을 공급하는 것이므로 송출압력을 낮게 하여 탕의 비산 등에 의한 위험을 방지한다. 가열 온도는 80℃∼90℃이고 순간식으로는 얻기 힘든 급탕을 구할수 있어 위생적이다. 연료로는 가스가 가장 많이 보급되고 있으나 전기, 증기를 쓰는 것도 있다. 일반적으로 사용시간이 일정치 않으므로 야간등을 제외하고 항상 가열해둔다. 탕비기의 용량은 다음식으로 구한다.

Q=qN×1/k

Q=0.25N×1/0.7=0.36N

여기서, Q : 탕비기의 필요 용량 (ℓ)

q : 1인 회 소요량 ( 통상 0.25ℓ/인)

N : 사용 인원

K : 연속출탕비율 (통상 0.7)

③ 기수 혼합장치

이 급탕방식에는 개방형수조에 사이렌서를 설치하고, 증기를 직접 불어 넣어 물을 가열하는 방법과, 믹싱밸브(기수배합밸브)에 의해 증기와 물을 혼합하여 온수를 얻는 방법이 있다.
이들은 공장,병원등 증기를 쉽게 얻을 수 있는 곳에서 사용되고, 장치가 단순하며 설비비도 싸고, 증기의 전열량을 물에 줄수 있는 반면, 보일러에는 항상 새로운 물을 보급하여야 하며 물을 혼합할 때에 소리가 나므로, 설치장소에 제한을 받는다.

(3) 중앙식

중앙식은 중규모 이상의 급탕방식이며, 건물전체의 급탕에 쓰여진다. 기계실 등에 가열장치 저탕탱크, 순환펌프 등의 기기류를 집중설치하고 상향, 하향 등의 순환식 배관에 의해 필요장소에 탕을 공급한다. 장치로의 급수는 건물옥상에 설치된 고가수조 또는 장치부근에 설치된 압력탱크에서 행하여진다. 중앙식 급탕에서는 계통의 각 기구로 균등한 온도의 탕을 필요한 량 만큼 공급하는 것이 가장 중요하며, 이를 위해서는 전 배관의 계통을 완전하게 밸런스가 잡히게 배관을 계획하여 급탕량의 부족이나 급탕온도가 고르지 않게 되는 일이 없도록 하여야 한다.

중앙식의 가열설치에는 보일러와 저탕탱크를 직결하여 순환가열하는 직접가열식과 저탕탱크내에 가열코일을 설치하여 코일에 증기, 고온수. 온수 등의 열원을 통하여 탱크내의 물과 열교환시켜 가열하는 간접가열식이 있으며 중앙식의 장단점은 다음과 같다.

1. 저탕량이 많기 때문에 피크로드(peak load)에 대응할 수 있다.
2. 열원으로 등유, 중유 등의 값 싼 연료를 사용할 수 있다.
3. 보일러, 탱크 등의 유지관리가 용이하다.
4. 배관이 길기 때문에 열손실이 많다.
5. 설비비가 많이 들고 비경제적이다.

① 직접가열식 : 저탕탱크와 보일러를 직결하여 순환가열하는 것으로 열효율 면에서는 최적의 방법이라고 할수 있지만, 끊임없이 새로운 물을 넣어주기 때문에 보일러의 신축 이 불균등하게 되고, 또 수질에 따라서는 보일러 안에 스케일이 부착되어 열교환을 감소시키는 일이 있으므로 내부에는 방식처리를 강구 할 필요가 있다. 또 보일러는 건물 높이에 따라서는 높은 압력을 받는 경우가 있고 이 경우에는 고압에 견디는 것을 설치해야만 한다.

② 간접가열식 : 보일러에서 만들어진 증기 또는 고온수를 열원으로 하고, 저탕탱크 내에 설치한 코일을 통해서 탱크내의 물을 간접적으로 가열하는 것이다. 따라서, 직접가열식과 같이 보일러를 내압으로 할 필요가 없으며 직접가열식에 비하여 유리한점은 다음과 같다.
 

• 난방 등의 목적으로 증기 보일러를 채용한 건물에서는 그 증기의 일부를 급탕 가열코일에 도입하도록 설치하면 급탕용 보일러가 따로 필요 없으므로 설비비가 절약되고 관리상으로도 편리하다.
• 가열코일에 흐르는 증기 또는 온수는 순환한다. 즉, 보일러의 온수는 반복해서 순환사용되기 때문에 스케일 부착이 적고, 전열효율이 좋다.
• 가열코일에 순환하는 증기는 급탕하는 건물의 높이에 관계없이 0.3∼1.0㎏/㎠의 저압으로 가능하므로 고압보일러가 필요없다.
• 보일러 내로 새로운 물이 공급되지 않으므로 보일러에 불균형 등의 신축을 발생시키는 일이 적다. 이상의 견지에서 호텔, 병원 등의 대규모 고층건물의 급탕에 이 방식이 많이 채용되고 있다.

(4) 기수혼합식

증기를 열원으로 수조 내에 증기를 직접불어 넣어서 끓이는 방법이다. 증기가 물에 주는 열효율은 100%이며, 증기압의 고저에 따라 F형 사이렌서(sirencer), S형 사이렌서를 사용하고, 물의 온도 상승은 65?C∼100?C까지 얻을 수 있는데 증기가 가지고 있는 전열량을 물에 주는 장점이 있지만 소음을 발생시키는 것이 결점이다. 이것은 증기가 급격하게 냉각하여 그 체적이 감소되는 순간에 발생하는 진공에 의한 물의 진동으로 해머링(hammering)현상이 생기는 까닭이다. 사이렌서는 이 진공을 파괴하고, 소음을 작게 하는 구조로 되어있다. 이 방법은 상시 증기의 공급시설이 되어 있는 공장, 선박, 학교, 여관 등의 욕조나 소독용 등으로 이용되며 특징은 다음과 같다.

공장, 병원등 증기가 쉽게 얻어질 수 있는 곳에서 사용 된다.

1. 설치가 간단하며 설치비도 저렴하다.
2. 증기의 전 열량을 물에 줄수 있다.
3. 보일러에는 사용중 항상 새로운 물을 보급하여야 한다.
4. 상당히 높은 증기압을 필요로 한다.
5. 물을 혼합할 때에 소리가 나므로, 설치장소에 제한을 받는다.

또한 믹싱밸브에 의한 증기배관 접속에는 증기가 식어 물이 되어 괴게 되는 곳이 없도록 배관에 주의해야한다.

3) 급탕설비의 조닝

급수의 조닝과 마찬가지로 적당한 급탕압력으로 감압하기 위해 행하는 조닝과 사용 조건을 감안해서 행하는 조닝이 있다. 전자는 초고층 건물에 대한 것이며, 가열기 기류의 배치에는 집중방식과 분산방식의 2종류가 있다. 집중방식은 각 존의 장치를 1개소에 집중설치하고 유지관리의 용이성에 중점을 두는 방식이다. 기기집중방식에서는 상층부분의 존에 대한 저탕탱크에 상당히 높은 압력이 걸리게 되고 급탕배관의 연장도 비교적 길어 진다. 기기분산방식에서는 각 존의 최하부나 최상부 부근에 스페이스를 잡아서 저탕탱크를 설치하고, 필요이상으로 과대한 압력이 기기에 걸리는 것을 방지하고, 또한 급수, 급탕, 환탕배관의 길이를 절약하여 공사비를 싸게 하는데에 중점을 두는 방식이다. 이 경우에는 각 존의 저탕탱크까지 증기 보일러에서 증기공급관을 배관할 필요가 있다. 또 감압밸브를 설치하여 감압하고 급탕배관에는 설치하지 않는 방법도 있다. 급탕에 설치하는 감압밸브는 그 설치위치나 방향에 따라 공기가 고이기 쉽고 워터해머의 발생원인이 되므로 시공에 주의한다.

2. 급탕설비 설계

1) 급탕량의 계획

급탕의 사용량은 건물의 종류, 용도에 따라 차이가 있으며 사용상태, 1일중의 시간적 변동 혹은 계절에 따라서도 좌우되므로 급탕량의 산출에 있어서의 충분한 조사를 요한다. 급탕량은 일반적으로 60℃로 환산한 급탕량으로 표시한다.

급탕사용량의 산정에 있어서는 건물의 종류, 용도 사용상황 및 사용인원 등을 충분히 고려하지 않으면 안된다. 급탕사용량의 산정에는 사용인수에 의한 방법과 기구종류 및 개수에 의한 방법이 있다.

(1) 사용인원에 의한 방법

인원에 의한 방법에서는 대상으로 하는 인원수가 정확하게 파악되는 경우에 건물의 종류별로 자료에 의해 다음식에서 급탕량, 가열기능력, 저탕용량 등을 산정한다.

Q_d = N.q_d

Q_h = q_d.q_h

V = Q_d.v

H = Q_d.r.(t_h - t_c)

여기서, N : 급탕소요인원 (인)

Q_d : 1일의 최대급탕량 (ℓ/d)

Q_h : 1시간의 최대급탕량 (ℓ/h)

V : 저탕용량 (ℓ)

H : 가열기능력 (Kcal/h)

t_h : 탕의 온도 (℃)

t_c : 물의 온도 (℃)

건물의 종류	1인1일당   급탕량 (l/c/d)	1일 사용에 대한 필요한  1시간당 최대치 비율	피크로드 계속시간	1일 사용량에 대한 저탕비율	1일사용량에 대한 가열 능력 비율
	qd	qh	h	v	r
주택.아파트.호텔등  사 무 실  공 장  레 스 토 랑  레스토랑(3식/1일)  레스토랑(1식/1일)	75-150  7.5-11.5  20  -  -  -	1/7  1/5  1/3  -  1/10  1/5	4  2  1  -  8  2	1/5  1/5  2/5  1/10  1/5  2/5	1/7  1/6  1/8  1/10  1/10  1/6

[표] 건물의 종류별 급탕량

(2) 기구의 종류별 기구수에 의한 방법

1시간당 최대급탕량을 요하는 데에는 기구별 급탕량에 계수를 곱하고 그 누계에 사용량을 곱하여 구한다. 가열기능력은 1시간당 최대급탕량에 저탕용량 계수를 곱하여 구한다. 저탕조용량은 1일 최대사용량과 사용상태에 의해 결정되지만, 전술한 산출값은 유효용량이므로 조내에 가열코일을 삽입한 경우라든가, 출탕에 의한 급수보급으로 인한조내의 온도저하등을 고려하여 유효용량의 25∼30% 여유의 용량을 저탕조의 크기(전용량)로 해야 한다. 또, 가열기능력과 저탕량과의 사이에는 반비례하는 상호관계가 있어서 가열기능력을 크게하면 저탕용량을 작게 할수가 있고, 가열기능력을 작게 하면 저탕용량은 크게 해야만 한다. 따라서 연속적으로 다량의 탕을 사용하는 최대동시사용율이 높은 용도에는 가열부하와 피크로드가 일정 하므로 가열기능력을 크게, 저탕조를 작게한다. 또, 최대동시사용율이 낮은 용도의 것에서는 보통 피크로드가 짧든가, 하루에 일정시간만 사용할 정도이므로 가열기능력을 작게, 저탕용량을 크게한다.

기구명	1회당 급탕량 (l)	1시간당 사용회수 (회)	1시간당 급탕량 (l)	비  고
개인세면기 일반세면기 양식 옥조 샤     워 부엌 싱크 배식 싱크 세탁 싱크 청소 싱크	7.5 5 100 50 15 10 15 15	1 2~8 1~3 1~6 3~5 2~4 4~6 3~5	7.5 10~40 100~300 50~300 45~75 20~40 60~90 45~75	주택.아파트(식당은 별도계산)세탁기의 경우는 기계용량에 의한다

[표] 기구에 대한 급탕량(온도 60℃)

2) 급탕 장치의 설계

(1) 급탕온도와 가열온도

소형의 순간식 탕비기나 저탕식 탕비기에서는 가열온도가 급탕온도로 된다. 순간식 탕비기는 온도조절기의 작동에 의해 급탕온도를 각각의 경우의 사용 온도에 맞도록 급탕할 수가 있다. 음료용 저탕식탕비기는 주로 음료용을 제작하기 위하여 80∼90℃로 데워서 급탕한다. 중앙식에서는 배관계통의 열손실에 의한 온도저하를 예상하여 가열기를 급탕온도보다 10∼20℃정도 높게하여 공급한다. 일반적으로 급탕온도는 60∼65℃로 하고, 각용도에 따라 물을 혼합해서 사용온도로 낮추어 사용되어 왔다. 급탕온도는 그 용도와 목적에 따라 다르지만 용도별 표준 사용온도는 자료에 의한다. 그러나 급탕 배관계의 에너지절약을 생각한다면 급탕량이 증가해 급탕 배관계가 다소 굵어진다 할지라도 되도록 급탕온도를 내리는 것이 바람직하다.

즉, 급탕온도를 너무 낮게 하면 탕의 사용량이 많게 되어 비경제적으로 된다. 또, 온도를 높게 하면 화상의 위험성이 생기고, 배관 내에서의 기수분리가 일어나기 쉽게된다. 특히 소아전용, 양로원 혹은 정신병 환자용의 세면, 수세, 욕실에서의 급탕온도를 50℃이하로 한다. 주방의 접시 세정기의 헹그는 물로서 80℃탕을 필요로 하는 경우 단, 고온을 필요로 하는 장소에는 부스터 히터를 설치하여 일반 사용의 탕을 재가열 사용하는 방법을 많이 사용하며 필요에 따라 1대의 가열기로써 온도를 다르게 급탕 배관하거나 부스터 히터를 사용하는 경우 등 온도가 다른 급탕배관으로 나누는 경우도 있다.

상기와 같이 중앙식 급탕에서는 일반적으로 급탕온도를 사용온도보다 높게 한다. 에너지절약 관점에서 필요 이상으로 온도를 올리면 가열량이 증가되고 배관에서의 열손실이 커지므로 배관계의 열손실을 감안한 온도상승만을 고려한 급탕설치를 검토하게 되었다. 급탕량이 사용탕량에 가깝게 많아져 배관등도 굵어지므로 에너지절약과 열손실과의 밸런스를 고려하여야만 한다.

(2) 탕과 상수의 혼합

공급온도를 실제 사용온도에 가까운 것으로 급탕하면 물이 다량으로 되고 저탕조 용량도 크게 되어 비경제적이다. 따라서 접시 세척기 등과 같이 고온수를 필요로 하는 경우에는 단독으로 가열설치를 설치하든가 일반급탕계통의 물을 재가열하여 공급하는 방식이 취해진다. 탕과 물의 혼합비와 그 혼합량의 온도를 구하는 식은 다음과 같다.

Q_tc + q_tc = (Q + q)T_m

q/Q + q = T_m - t_c/t_h - t_c

여기서, Q : 물의 무게 [kgf]

q : 급탕의 무게 [kgf]

Q + q : 혼합탕의 무게 [kgf]

tc : 물의 온도 [℃]

t_{h :} 열탕의온도 [℃]

T_m : 혼합탕의 온도 [℃]

(3) 가열부하와 저탕용량

가열기능력과 저탕탱크 용량은 반비례하는 관계가 있다. 가열능력을 크게 하면 저탕량은 적어지고, 역으로 가열능력을 적게 하면 저탕량이 많아진다. 여기서, 가열부하와 저탕용량의 비율을 구하는 방법을 분류하여 각각의 범위에 들어가는 건물종류를 보면 다음과 같다.

① 최대동시사용율이 높은 건물은 일반적으로 영업시간중 연속적으로 다량의 탕이 사용되기 때문에 가열부하와 최대부하가 거의 일정하다. 따라서, 가열기능력을 크게 하고 저탕탱크는 소용량으로 한다. 해당건물로는 체육관, 일부의 호텔, 세무서, 목욕탕, 수영장 등이 있다.

② 최대동시사용율이 낮은 건물은 일반적으로 최대부하가 짧거나 일일 일정시간 사용하는 정도이므로 가열기능력을 적게 하고, 저탕탱크를 크게 한다. 해당건물로는 주택, 아파트, 사무소, 호텔 등이 있다.

③ 동시사용율의 최대값과 연속사용시간이 중 정도 라고 생각되는 경우에는 가열기능력과 저탕탱크 용량을 상기 (1), (2)의 중간으로 한다. 해당건물로는 클럽, 병원, 공장, 학교, 일반호텔 등이 있다.

④ 주방의 피크시간은 일반적으로 식사도중에서 식후에 걸쳐 주방에서 작업하는 그릇씻는 시간과 일치하고, 3시간이상 계속되는 경우도 있다. 그래서 주방의 급탕을 독립한 시스템으로서 하는 경우에는 싱크대나 식기세척기의 사용탕량을 최대부하로 취하고 동시사용율을 100%로 간주한다. 접시 세척기가 있을 때는 그 기계능력의 70%이상으로 사용되는 시간이 4시간이상 계속되면 저탕탱크의 용량을 크게 해도 급탕량이 부족 한 경우가 있으므로, 대형의 순간탕비기나 열교환기에 의한 공급을 고려하는 편이 낫다. 저탕량 400ℓ이하의 저탕식가열기를 사용하는 경우에는 그 저탕량은 어디까지나 가열기의 부가적 능력이라 생각해야 하며, 가열부하에 대해서는 1시간의 최대급탕량을 기본으로 하여 결정해야 한다.

⑤ 공중목욕탕이나 골프클럽 하우스의 욕실에 있어서는 동시사용율이 매우 높은 것으로 생각하여 연속병렬로 설치되어 있는 샤워는 100% 를 취한다. 또, 욕탕에서는 목욕후 행구거나 끼얹는 깨끗한 탕에 대해서도 동시사용율을 80∼100% 로 한다.

이상의 어느 경우에도 다른 급탕장소와 관련 탕의 사용법 및 각각의 가열기의 성질을 고려하여 선정해서 가열기와 저탕량을 결정하지 않으면 안된다. 다음에 기기용량을 구체적으로 결정하기 위해서는 우선 1일 최대사용탕량과 피크시의 1시간당 사용량 및 피크로드의 계속 시간을 알아야 한다. 또, 기기에서 저탕탱크의 용량을 결정할때는, 탱크 내의 가열코일이 차지하는 용적을 제외할 것, 또 급탕과 동시에 저탕탱크로 들어오는 물이 탱크내의 온도를 저하시키게 되므로 여유를 취할 것 등을 고려하여 전용량의 70% 정도를 유효용량으로 한다.

[그림] 동시사용유량

(4) 급탕장치능력 산정법

중유 등의 액체연료를 사용하는 경우는 보일러의 전열면적에서, 석탄 등의 고체연료를 쓰는 경우에는 보일러의 화로면적으로 능력을 표시하는데 그 계산식은 다음과 같다.

A = Q/C = W(t_h-t_c)/C×H×E

여기서, A : 로의 전열면적 (중유 등) [m²] 또는 화로면적 (석탄) [m²]

Q : 열원의 소비량 [kgf/h]

C : 단위중량당 연소율 [kgf/m²h]

W : 급탕량 [kgf/h]

t_h : 온수의 온도 [℃]

t_c : 냉수의 온도 [℃]

H : 열원의 증발량 [Kcal/kgf]

E : 가열장치의 효율

증기를 열원으로 하여 가열코일내에 통해서 가열하는 경우, 코일내의 표면적은 다음 계산에 의한다.

S = W(t_h - t_c) / f(t_s - t_h + t_c / 2)

여기서 S : 코일내측의 표면적 [m²]

t_s : 증기의 온도 [℃]

f : 코일의 전열량 [kg/m²·h·℃] (코일내의 열매가 흐를 때)

코일내의 열매에 온수를 쓰는 경우에는 대기압에 가까운 상태에서 그 입구와 출구의 평균온도를 80℃고온수에서는 그 온도점를 70∼100℃로 하여 계산한다. 코일내에 열매를 통해서 가열하는 저탕탱크의 경우는 코일표면적을 결정하여 다음 식에 의해 가열코일을 계산한다.

L = S·a·c

여기서, L : 가열코일의 길이 (m)

S : 코일 표면적 (m²)

a : 코일표면적 1m² 필요한 길이(m)

C : 안전율 (1.2∼1.5)

또한 a값은 자료에 주어진다. 장래 스케일의 부착에 의한 k 값에 저하를 감안하여 코일길이는 계산값의 25∼50%정도 할증해 주는 것이 바람직하다. 열교환기에는 대개의 경우 가열하는 물을 코일내에 통하는 다관식이 쓰이고, 코일외의 증기 또는 온수에 의해 가열하는 방식이 취해진다. 코일에는 관경 20∼30mm의 동관이 쓰인다.

3) 가열장치

직접가열방식과 간접가열방식의 2종류가 있다. 직접가열설치에는 가스연료, 유류연료, 전기식, 태양열 이용등이 있고, 간접가열설치에는 증기나 고온수를 열원으로 하는 것이 있다.

(1) 직접가열장치

가스, 등유, 경유 및 전기 등에 의해 직접 물에 열을 전도가열 하는 것이며, 온수는 상부에서 송출되고, 물은 끊임없이 하부로 공급되기 때문에 탱크내 수온의 영향이 크고, 전술했듯이 스케일부착에 의한 열효율 저하, 부식의 촉진 등이 있다. 또, 탱크에는 정수두에 비례한 압력이 걸리기 때문에 구조 재료에 대해서는 보일러 안전수칙에 준하지 않으면 안된다. 일반적으로 주택 등에서는 정수두 10m이하로 하고, 급수압력이 10m 이상인 경우에는 감압밸브를 설치하도록 되있다. 순간식은 관모양 또는 원통 모양의 열교환기 내부에 물이 통과 할때 이것을 직접화염으로 가열하는 것으로써 저탕되는 일은 없다.

① 가스순간탕비기 : 가스 순간온수기의 능력은 수온을 25℃높일 때 1분간에 8ℓ의 출탕 능력을 갖는 것을 8호라 한다.

통상 6호이상을 대형이라 하고 있다. 벤추리 관내를 물이 통과할 때 마찰저항에 의해 생기는 차압으로 다이어프램을 오르내리게 하여 가스밸브를 개폐시킨다. 따라서, 일정 압력이상의 차압이 필요하다. 최저 0.5kg/cm² 의 급수압이 필요하지만 안정된 상태를 얻기 위해서는 급수압 1kg/cm² 이상이 바람직하다.

또, 급탕장소에 유수저항이 큰 다른 기구들을 사용한 경우에 대형탕비기는 벤추리관의 통과수량이 적어지면 작동하지 않는 일이 있으므로 주의를 요한다.

② 가스저탕식가열기

1. 음료용 가스저탕식 탕비기 : 상치형 벽걸형은 모두 원리는 같으며 조내의 탕이 사용되면 볼탭에 의해 자동적으로 물이 공급되고 조내의 온도가 소정 이하로 되면, 서모스탯의 작동에 의해 가스가 자동 점화된다. 급탕 온도로는 80∼90℃이상의 탕이 얻어진다.
2. 일반급탕용 : 강판제, 동판제가 있고, 강판제는 내면에 아연, 알루미늄 도금 또는 글라스라이닝 등의 방식처리가 되어있다. 동판제는 내압성 때문에 정수두 3m 이하에서 사용해야만 하므로 감압수조를 필요로 하는 경우가 있다. 동판제는 내압성이 높으며, 급탕량이 많고 급탕장소가 산재되어 있는 경우에도 사용할수 있다. 또 밀폐식이고 서 모스탯에 의한 자동 조작으로 항상 소정의 온도를 유지할 수 있다.

③ 전기가열기

열원으로서의 전기는 다른 재료에 비해 요금이 비싸므로 다른 연료를 얻기 어려울 때, 급배기를 취하기 힘들 때 또는 가스 등의 연료가 부적당한 설치장소 등에 사용된다. 전기가열기에는 투입식, 저탕식, 순간식이 있다. 투입식은 니크롬선 발 열체를 운모 등의 절연체로 싸서 동관에 넣은 것을 수몰시켜 물 자체를 가열하는 것 으로 욕조 등의 수중에 넣어서 사용한다. 저탕식은 기기내부에 발열체를 수몰시킨 것 으로 발열체에는 니크롬선을 동관 또는 스테인레스관에 삽입한 것이나, 니크롬선과 동관사이에 알루미늄과 같은 열전도체를 채워 넣은 스페이스 히터식이 있다. 순간식 은 저탕식과 같은 발열체를 가열배관 도중에 넣어 물이 움직이면, 플로우스위치에 의 해 통전되어, 발열체에 접촉하는 물을 가열한다. 어느경우이든 발열체가 물에서 노출하는 일이 없도록 주의한다.

④ 유류연료 급탕보일러 : 주철제섹셔널식, 강제품입형·횡형의 연관식, 수관식 등이 있 다. 보일러내의 저탕량 만으로는 부족할 경우에는 따로 저탕조를 설치하여 피크시에 대처 할수도 있다. 연료는 중유, 경유, 등유 등이 쓰이며, 보일러내의 온도에 의해 자 동제어 되고 취급도 용이하지만, 충분한 안전장치와 유지 관리가 필요하다. 오일버너 의 형식에는 회전식, 증발식, 압력식 등이 있고 소형으로는 증발식(경유, 등유), 대형 에서는 회전식 혹은 압력식이 사용된다.

(2) 간접가열장치

직접가열장치로 만들어진 온수 또는 증기를 일차측 회로의 열매로 하여 이차측 회로의 물을 데워서 급탕한다. 저탕탱크를 사용하여 증기코일 또는 온수코일로 가열하는 것과 열교환기와 같이 급탕용으로 가열하는 물을 코일내에 통하여 코일주변에 열매를 통하는 수코일식의 것이 있다.

① 저탕탱크

저탕탱크는 자동온도 조절밸브를 설치하여 탕의 최대사용시 이외는 필요이상으로 가열 하여 연료를 낭비하지 않도록 하고, 또 위험을 방지한다. 저탕탱크는 일반적으로 연강판, 스테인레스 클레드강판 스테인레스 강판으로 만들어진다. 저탕탱크는 사용된 수질 온도 혹은 이중금속 사이에 발생하는 전기화학작용 등에 의해 부식을 일으키는 일이 있으므로, 조내면에 방식처리를 하여야 한다. 증기가열의 경우는 자동온도 조절밸브가 다이어프램식 증기밸브와 감열장치(서어모스탯)로 구성되며, 서어모스탯은 탱크내부에 삽입되어, 탱크내 온도를 감지해서 자동적으로 조절밸브의 개폐를 하고, 증기의 공급을 제어하여 탱크내 온도의 안정을 유지한다. 온수가열의 경우에는 가열방식은 증기 가열과 동일하나, 온수리턴에 설치된 삼방밸브에 의해 저탕탱크의 온도를 제어한다. 즉, 이 밸브에서 탱크내 코일로 유입하여 저탕탱크를 가열하는 온수량과 바이패스를 통하여 온수리턴에 직접 돌아가는 온수량을 비례제어한다. 삼방밸브는 저탕탱크를 가열하는 경우에 가열코일쪽의 밸브를 열고, 바이패스쪽의 밸브를 죄이도록 움직이고, 가열을 멈추는 경우에는 가열코일쪽의 밸브를 닫고, 바이패스쪽의 밸브를 전개한다.

② 열교환기

코일중에 물을 통하고 코일주변에 증기 또는 고온수를 통해 열교환하는 방식이다. 가열코일은 내구성 열전도라는 점에서 일반적으로 동관에 주석을 도금한 것이 사용된다. 코일은 팽창신축을 고려하고, 또 쉽게 뽑아낼수 있도록 헤더를 U자형으로 하고있다. 열교환기는 저탕식이 아니기 때문에 급탕량 변화에 대해 적응성이 적고, 순간최대급탕부하에 대응하는 큰 열공급장치를 요하고, 또 유수저항도 크다. 이 때문에 지금까지는 일반 급탕설비로는 별로 쓰이지 않고, 스페이스절약등 특수한 경우에 설치된다.

(3) 기수혼합가열장치

증기를 직접 물에 불어넣어 가열하는 방법과 증기배관과 급수배관을 기수혼합밸브에 접속하여 가열하는 방법이 있다.

① 증기 흡입식 : 생증기를 직접 수중에 흡입하면 증기가 응축할 때에 순간적으로 진공 이 생기고, 이것에 눌려 소멸될때에 큰 소음이 발생한다. 그러므로 이 소음을 작게 하는 사이렌서를 일반적으로 사용한다. 사이렌서에는 F형과 S형이 있다.

S형 사일렌서	F형 사일렌서

② 기수혼합식 : 기수혼합밸브는 온수를 배관 공급할수도 있고, 증기 및 공급압력이 변동했을때 자동적으로 조정할 수 있는 압력 평형밸브와 조절핸들의 조작에 의해 원터치로 약 80℃의 온수를 공급할 수 있다. 공급량은 공급급수온도와 증기의 유 효압차에 의해 결정된다.

(4) 연료 또는 열매소비량의 계산

급탕설비에 쓰이는 열원의 연료는 소비량의 다음식에 의해 계산된다.

Q = W (t_h - t_c)/HE

여기서, Q : 열원의 1시간당 소비량 [Kgf/h]

W : 급탕량 [Kgf/h]

t_h : 급탕온도 [℃]

t_c : 급수온도 (일반적으로 5-10℃를 취한다.) [℃]

w (t_h - t_c) : 가열기능력 [ kcal/h ]

H : 열원의 증열량 등

E : 가열기의 효율

Q, H, E의 수립 및 단위에 대하여는 자료에 의한다. ( E 의 값은 제작회사에 따라 다소 다르게 된다. )

4) 배관방식

급탕배관은 배관방식, 공급방식 및 순환방식에 의해 다음과 같이 분류된다.

① 배관방식

1. 단관식
2. 복관식

② 공급방식

1. 상향식
2. 하향식

③ 순환방식

1. 중력식
2. 강제식

급탕설비에서는 국소식과 같이 공급장소까지의 배관거리가 짧은 경우에는 단관식에 의하지만, 그 밖의 경우에는 기구의 급탕전을 열었을 때 적온의 탕이 얻어질 수 있도록 보통 복관식으로 배관계통내의 탕을 순환시키는 방식이 쓰여진다. 급수계통에는 기구의 급탕전을 연 후에 즉시 적온의 탕이 얻어지는 것이 바람직하다. 물은 열의 불량도체이고 소구경관 내에서는 대류현상도 일어나기 어려우므로 가열장치로 가열되어도, 정지한 물은 관의 말단까지 좀처럼 따뜻해지지 않는다. 따라서 단관식 배관으로 하면 처음 한동안은 냉수가 나오고 나서 탕이 나온다. 배관이 길면 다량의 냉수를 낭비하여 경제성 및 사용편리성으로 보아도 좋지 않다. 단, 가열장치와 기구와의 배관거리가 비교적 짧은 소주택, 또는 장시간에 걸쳐 상당량의 탕을 연속적으로 사용하는 영업용 주방, 욕탕 등의 계통은 설비비의 절약과 배관에서의 열손실을 적게 하기 위하여 단관식으로 해도 지장없다. 그러나 단관식의 배관연장은 주택 등 소규모설비에서 9m 중규모 이상의 설비에서 30m 정도로 한다. 사용상의 불편을 느끼지 않고 수시로 적온의 탕을 얻기위하여는 일반적으로 환탕관을 설치한 복관식에 의해 배관계통내의 탕을 순환시킨다. 상향식 공급방식에서는 급탕전에 이르는 배관내의 유수방향이 상향이고 유수와 관내에서 발생한 공기가 빠지는 방향이 일치한다. 하향식 배관에서는 유수방향이 하향이고 관내에서 발생한 공기의 흐름과 역방향이다.

가열장치를 배관계통의 하부에 설치한 방식이 일반적인 상향식 배관방식이다. 이 방식에서는 배관계의 공기 배출을 최상부의 급탕전을 겸용하여 급탕시에 행한다. 급수압이 낮거나 급탕관경에 여유가 없으면 아래에서 대량의 탕을 사용한 경우에 상부급탕전에서 물이 나오지 않고 거꾸로 공기를 빨아들이게 된다. 난방이나 대욕탕이 있을때에는 가열장치와 별도계통의 배관으로 하면 이와 같은 트러불이 일어날 경우가 적어진다. 가열 장치를 배관계통의 하부에 설치한 일반적인 하향식 배관에서는 공기배출을 최상부 수평주관의 최고위치에서 처리한다. 최상부에서 배관을 평면적으로 전개하기 때문에 그 위치의 천정내부 높이가 충분해야 하며, 구배가 적당히 주어지지 않으면 공기를 배출하기 힘든 경우가 있다.

가열장치를 배관계의 상부에 설치한 경우 강제식 온수순환으로 해야 하지만, 초고층건 물의 경우는 저탕탱크에 고압이 걸리지 않고, 또 같은 계통의 고가탱크와 저탕탱크의 설치위치가 분류하지 않는 등, 유리한 점이 적지 않다. 단, 가열장치와 최상부의 급탕 수평주관으로 수직거리가 짧으면 가열장치내에서 분리한 공기를 관내로 끌어들이기 쉽게 되어 관내 에어포켓을 만들어서 유수를 저해하므로 주의를 요한다.

어떤 방식을 채용하는가는 건물용도나 규모에 따라 선정하지 않으면 안되나, 가장 중요한 것은 전계통의 탕의 온도를 균일하게 유지하는 것이다. 이를 위하여는 급탕관과 환탕관의 연장을 최소로 하고 순환이 균등하고 원활하게 행하여지도록 유의한다. 그러나 배관방식이나 관경 등에 의해 저항을 완전히 균등하게 하기란 곤란하므로 각 급탕입관의 메인밸브, 각 환탕수직관의 말단에 조절밸브를 설치하여 계산상의 조절을 하여 전 계통의 온도가 균일하게 되도록 한다. 또 수직관내의 부분적 단축순환이나 일방적인 열류를 방지하여 순환을 조성하기 위하여 환탕관에 역지밸브를 설치한다. 대규모 건물에서는 조절밸브에 의한 조절만으로는 충분한 조정이 불가능하므로 리버스 리턴방식을 쓰는 경우도 있다. 이방식은 가열장치의 급탕출구에서의 급탕환탕관을 경유, 다시 가열장치에 이르는 어떤 순환경로에 있어서도 대략 등거리로 되며 가열장치에 가까운 수직관내의 탕의 단락현상을 방지하고, 각 수직관의 마찰저항을 균등화하여 탕의 순환을 평균화하여 보전한다.

배관도중에 설치하는 밸브류는 되도록이면 유수저항을 적게하기 위하여 메인밸브나 조절밸브에는 게이트밸브, 역지밸브에는 스윙형식의 것을 사용한다. 일반적으로 각 수직관의 상단, 하단에 밸브를 설치하여 순환의 조정과 각 수직관계통별로 물을 막을 수있게 한다.

5) 급탕순환방식과 순환펌프

급탕관, 환탕관내의 탕을 순환시키기 위하여는 탕의 자연순환작용에 의한 중력순환 방식과 급탕순환펌프를 설치하여 강제적으로 관내의 탕을 순환시키는 강제순환방식이다.

중력순환 방식은 급탕관과 환탕관의 온도차에 의하여 생기는 자연순환수두를 이용하는 방식이며, 순환수두는 다음식에 의하여 계산된다.

H = 1000 (ρ_r - ρ_s )h

H' = 1000 (ρ_r - ρ_s )

여기서, H : 자연순환수두 [mmAq]

H': 회로 높이 1m 당의 순환수두 [mmAq]

h : 용기( 가열장치)의 저부에서 급탕최고소까지의 높이 (즉 회로의 높이) [m]

ρ_{r :} 용기부근의 환탕의 밀도 [kg/ℓ]

ρ_s : 용기출구(주관)의 밀도 [kg/ℓ]

자연순환력은 위 식에서와 같이 밀도차와 순환회로의 높이에 비례하여 생긴다. 그러나 순환회로를 온수가 흐름으로써 생기는 마찰손실수두가 자연순환수두보다 크게되며, 당연히 자연순환작용이 일어나지 않으며, 따라서 펌프에 위한 강제순환이 필요하게 된다. 실제로 급탕배관 계통에서 채용되는 급탕관과 환탕관의 온도차는 10℃의 정도가 한도이므로 순환수두도 적게 되어 본방식은 중규모이상의 설비에서는 사용될 수 없다.

강제순환방식은 중규모이상의 설비나 요철배관이 불가피하게된 경우 등에 채용된다. 순환펌프에는 볼류트 펌프가 많이 사용되고 횡형이 대부분이었으나 최근에는 배관도중에 설비하는 라인형 펌프가 많이 사용된다. 패킹류에는 미캐니컬 씰을 사용하여 물이 누설하지 않는 구조로 되어있다.

라인형 펌프를 사용하면 진동이 배관에 전달되어 소음이 나거나 실외설치의 경우에는 동파의 위험성이 있으므로 주의를 요한다. 순환펌프의 운전은 수동으로 할때가 많으나 대규모로 되면 환탕관에 서어모스텟을 삽입하여 자동운전을 할 수도 있다.

순환펌프의 양정은 일반적으로 2∼5m 정도로 되고 필요이상으로 양정이 큰펌프를 설치하면 급탕관내에서 순환수에 필요이상의 마찰저항이 생겨 배관방법에 따라서 건물의 최고소 부근에서 전압이 정수두 이하가 되어 급탕전을 열어도 탕이나오지 않는 상태가 일어날수도 있다. 또 급수급탕혼합수전, 샤워등 탕과 물을 혼합하여 사용하는 기구에서는 급수와 급탕의 압력차가 크게되어 기능상 지장을 일으킬 경우가 있다.

6) 팽창탱크와 팽창관

팽창탱크나 팽창관은 물의 가열 팽창에 의한 과압을 방지하고자 설치 한다.

급탕창치가 밀폐되 있으면 물의 가열에 따라 장치내의 압력이 이상 상승하여 위험하다. 이 이상압력을 배출하기 위하여 팽창관이나 릴리프 밸브의 설치가 필요하고 팽창한 수량을 받기위한 팽창탱크가 필요하다.

팽창관은 저탕탱크에서 입상하여 고가수조 또는 팽창수조에 개방한다. 팽창관의 배관에는 절대로 밸브를 설치해서는 안된다. 고가수조에서 가열기로 급수하고 팽창관을 그 고가수조로 개방하는 경우 팽창관의 말단을 고가수조의 최고수면보다 높게 입상시켜야 한다.

7) 배관의 신축

(1) 관의 신축과 팽창계수

관내의 수온에 따라 관경과 길이가 신축한다. 관경신축량은 근소하지만 길이의 신축량은 커서 배관길이가 길 때에는 관 이음쇠 밸브류 및 기타 서포트등에 큰 응력이 생겨 이음쇠가 파손 되기도 한다.

신축량은 관의 길이와 온도 변화에 비례하며 다음과 같이 계산한다.

L = 1000.l . c .Δt

여기서, L : 신축량 (mm)

l : 온도 변화전의 관의 길이(m)

c : 관의 선팽창 계수

Δt : 온도변화(℃)

관종류	선팽창계수	관종류	선팽창계수
연철관	0.000012348	동 관	0.00001710
강  관	0.00001098	황동관	0.00001872
주철관	0.00001062	연 관	0.00002862

[표] 관의 선팽창 계수

관종류		강 관	동 관	황동관
선팽창계수		0.00001098	0.00001710	0.00001872
온도	0℃ 20℃ 40℃ 60℃ 80℃ 100℃	0 22.0 43.9 65.9 87.8 109.8	0 68.4 84.2 102.8 136.8 171.0	0 37.4 74.9 112.3 149.3 187.2

[표] 각종 관의 선팽창량(mm/m)

(2) 신축 이음쇠

배관의 신축팽창을 흡수 처리하기 위해서는 신축 이음쇠가 사용되며, 종류는 스위블 조인트(swivel joint), 신축곡관(expansion loop), 슬리이브형(sleev type), 벨로우즈형(bellows type) 등이 있다.

스위블 조인트는 2개 이상의 엘보를 사용하여 신축을 흡수하는 것으로 신축과 팽창으로 누수의 원이이 되는 것이 결점이다.

[그림] 스위블 조인트(swivel joint)

신축곡관은 고압배관에 사용할 수 있는 장점이 있으나 1개의 신축길이가 큰 것이 결점이며, 고압배관의 옥외 배관에 적합하다.

[그림] 신축곡관(expansion loop)

슬리브형과 벨로우즈형 이음쇠는 보통 1개의 신축이음쇠로 30mm 전후의 팽창량을 흡수한다. 따라서 강관은 보통 30m, 동관은 20m마다 신축 이음쇠를 설치하는 것이 좋다.

[그림] 슬리이브형(sleev type)	[그림] 벨로우즈형(bellows type)

배관이 벽이나 슬라브를 관통하는 곳에는 슬리브를 설치하여 슬리브 속으로 관이 자유롭게 신축하도록 함으로써 배관의 고장이나 건물의 손괴를 방지한다.

3. 급탕배관의 설계

1) 급탕량. 급탕단위

탕과 물을 혼합하여 쓰는 경우의 급탕량은 급탕의 온도비에 따라 다르다. 따라서 탕과 물의 혼합 비율을 계산하여 급탕량을 구하고 관경을 결정한다. 급탕관경 결정에 있어서 급수관경 결정에서와 마찬가지로 급탕단위를 정하고 그 급탕단위 합계에서 급탕량(동시사용유량)을 산출해서 정한다. 급수전과 급탕전이 설치되어 있는 기구에 대해서는 일반적으로 급수단위의 3/4으로 한다.

2) 배관 및 장치에서의 열손실

배관에서의 열손실은 관재질, 관경, 보온재의 종류와 두께, 관내온도, 주변온도 등의 상태에 따라 다르다. 전체 배관에서의 열손실을 구하는 데는 각 관경별로 그 총길이를 구하고 이에 대한 열손실을 구하여  이들을 합계하여 전배관의 열손실로 한다. 실제로는 전계통의 열손실을 관경별로 구하는 계산이 복잡하게 되므로 전배관 길이를 대략 구하고 그중에서 가장 배관길이가 긴 관경을 대표로 취하여 전배관 길이의 열손실을 계산한다.

배관에서의 단위 길이당 열손실은 다음 식에 의해 개략적으로 계산한다.

q = (1 - e)KF(t_f - t_r)

여기서 q:단위 방사 열량(kcal/m.h)

e:보온효율(%)

K:전열계수(11.63W/m².k)

F:강관 1m당 표면적(m²/m)

t_f:배관내의 온수온도(℃)

t_r:관외부 공기온도(℃)

동                   관			강                     관
호칭외경 (mm)	실내경 (mm)	1m당 표면적 (m2/m)	호칭외경 (mm)	실내경 (mm)	1m당 표면적 (m2/m)
20 25 32 40 50 65	16.8 21.0 28.0 34.2 44.2 58.0	0.0528 0.0659 0.0879 0.1074 0.1388 0.1824	20 25 32 40 50 65 80	21.6 27.6 35.7 41.6 52.9 67.9 80.7	0.0678 0.0876 0.1121 0.1306 0.1661 0.2132 0.2534

[표] 관의 표면적

보온재의종류	보온효율(%)	보온재의종류	보온효율(%)
규  조  토 글 라 스 울 마그네시아	60 ~ 70 80 ~ 90 75 ~ 85	아스베스토스 펠        트	70 ~ 80 50 ~ 60

[표] 각종보온재의 보온효율

전배관에서의 열손실과 기기전체의 열손실을 합계하고, 순환펌프에서의 연손실을 그 20% 정도로보아 가산하여 급탕 계통의 전체의 열손실로 한다.

3) 관경과 마찰손실 수두

급탕관경은 시간 최대 예상 급탕량의 1.5배를 공급할 수 있는 관경으로 하거나, 또는 급탕단위에서 동시사용유량을 산출하여 결정한다. 관내의 동시사용유량이 결정되었으면, 급수관의 관경결정과 같은 방법으로, 수압이 충분하다면 관내의 유속을 2m/s이하로 하여 관경을 결정하고 수압이 충분하지않다면 다음 식에의해 계산한다.

    (H - h - h') × 1000
R + -------------------
          L + L'

여기서 R:급탕배관 계통의 허용마찰손실(mmAq/m)

H:급탕개소에서의 정수두(m)

h:급탕개소에서의 최소 필요수두(m)

h':급수원에서 저탕탱크 까지의 급수에의한 미찰손실수두(m)

L:급탕관의 길이(m)

L':급탕관의 밸브, 이음쇠류의 국부저항에 의한 상당관 길이(m)

급탕관의 마찰손실 계산을 하는 경우 주의 할것은 급수원에서 가열기 까지의 손실수두를 반드시 고려하여야 한다는 것이다.

반탕관의 결정은 중력순환 방식일 때는 자연 순환수두에 관계하고, 강제순환 방식일 때는 순환펌프의 양정에 관계한다. 일반적으로 급탕관경의 1/2을 반탕관경으로 취하거나 다음표에 의한다.

급탕관경(mm)	20~25	32	40	50	65~80
반탕관경(mm)	20	20	25	32	40

4) 순환량과 순환펌프의 결정

순환 양정을 구하는 데는 배관 및 기기등에서의 열손실을 산정하고 급탕관 반탕관의 온도차를 결정하여 다음식에 의해 구한다.

     60.Q.ρ.C.Δt
W = ------------
        1000

        W
Q = ----------
      60.Δt

여기서, W:배관과 펌프 및 기타 손실열량(kcal/h)

Q:순환수량(l/min)

ρ:탕의 밀도(kg/m³)

Δt   :급탕.반탕관의 온도차(중력순환:10℃,강제순환:5℃)

순환탕량의 결정에서 배관계의 마찰손실이 구해지며, 그 마찰손실을 보충하는 것이 순환수두, 즉 순환펌프의 양정이 된다. 따라서 양정은 전계통의 순환계통중 가장 많은 순환에 의한 마찰손실이 크게되는 경로이며, 일반적으로 급탕관과 반탕관의 연장합계치가 가장크게되는 계통의 마찰손실수두가되고 2~7m정도이다.

순환펌프의 전양정은 급탕공급주관과 최종단의 공급분지관을 거쳐 저탕조에 이르는 최종거리 전관로의 관경과 유량으로 마찰손실수두를 구하여 결정한다. 일반적으로 순환펌프의 양정은 보통 2~7m가 되며 필요이상으로 양정이 큰펌프를 설치하여서는 안된다.

마찰손실수두를 구하는 계산은 급수관의 계산방법에 준하는 것을 원칙으로 하며 다음식에 따라 산정한다.

H = R.l(1+K) = R(l+l')

여기서

H:순환수두(mmAq/m)

l :공급관 환탕관의 왕복길이(m)

l':국부저항 상당길이 합계(m)

K:국부저항과 직관저항의 비율

R:배관마찰손실(mmAq/m)

H = 0.01(L/2 + l)

이 식에서

H:순환펌프의 전양정(mmAq/m)

L:공급관의 배관길이(m)

l :환탕관의 배관길이(m)

건물규모	국부저항과직관저항의비율 K값	배관마찰손실수두 R값(mmAq/m)
대 규 모	1.0~1.5	5~20
소 규 모	0.5~1.0	10~20

급탕배관의 순환계통은 일반적으로 순환펌프를 반탕관에 설치한다.만일 순환펌프를 급탕관측에 설치하면 그 순환량이 사용탕량과 열손실을 보상하기위한 순환탕량을 가산한 양에 따라 결정되어 상당히 큰값이된다.

5) 팽창탱크와 팽창관의 결정

간편한 계산법으로 전장치수량의 5%, 또는 최소10 l 로 할수 있다.

(1)개방식 팽창탱크

        1       1
ΔV = (---- - ----)v
        r2      r1

여기서,

ΔV:팽창량(l)

r1:가열하기 전의 물의 비중(kg/l)

r2:가열한 후의 물의 비중(kg/l)

v:계통내의 전수량(l)

(2)밀폐식 팽창탱크

         Δv
V = --------------
       P1       P1
     ------- - ----
     P1+0.1H    P3

여기서,  Δv:팽창량(l)                             [그림] 팽창관의 입상높이

P1:대기압력(통상 1.0kgf/cm²)

P3:장치의 최고 허용압력(절대압력)(kgf/cm²)

H:팽창탱크에서 장치 최고소까지의 높이(m)

고가탱크에서 가열기로 급수하는 경우, 팽창관을 안전장치로 사용하고자 할 때 고가탱크의 최고수위의 수면에서 입상높이가 작으면 운전시에 탕이 수조내로 유입될 우려가 있다.

팽창관의 입상높이는 다음식에 의해 구한다.

H = h (r1/r2 - 1)

여기서 H:탱크 최고수위의 수면으로 부터의 팽창관의 입상높이(m)

h:수조에서의 정수두(m)

r1:물의 밀도

r2:탕의 밀도