공기조화 설비 일반

[yeadam 建築設計事務室]

1. 공기조화 설비 일반

1.1 개요

   공기조화 (air conditioning)라고 함은 실내의 온습도, 기류, 박테리아, 진애, 취기, 유독가스 등의 조건을 실내에 있는 사람 또는 물품에 대하여 가장 좋은 조건으로 유지하는 것을 말한다.

   공기조화(이하 공조라고 명함)는 그 대상에 따라 보건용과 공업용 2종류로 나눌 수가 있다.

   보건용 공조 (comfort air  conditioning) 또는 일반공조라 함은 실내인원에 대한 쾌적환경을 만드는 것을 목적으로 하는 것이며, 주택, 사무실, 백화점 등의 공기조화는 이것에 속한다.

   공업용 또는 산업용 공조 (industrial air conditioning)는 실내에서 생산 또는 조립되는 물품, 혹은 실내에서 운전되는 기계에 대하여 가장 적정한 실내 조건을 유지하고, 부차적으로는 실내 인원의 쾌적성 유지도 목적으로 한다.  각종 공장, 창고, 전화국 또는 전산기실의 공조는 이것에 속한다.

표 1.1 실내조건

항   목	기    준    치
부유분진량	공조 1㎥당 0.15㎎ 이하
CO 함유량	10 ppm 이하
CO₂ 함유량	1000 ppm 이하
온    도	17℃ 이상 28℃ 이하, 거실의 온도를 외기온도보다 낮게 할 때는 그 차를 심하게 하지 않을 것
상대습도	40% 이상, 70% 이하
기    류	0.5 m/s 이하

 1.2 냉난방 부하요소

 1.2.1 공조부하의 구성

표 1.2 공조부하의 구성

			부하요소		구분		냉방	난방
					현열	잠열
			유리창의 관류열부하 유리창의 일사열부하 외벽 및 지붕의 열부하 바닥, 간막이벽의 열부하 지중벽의 열부하 침입외기에 의한 열부하 인체 발열에 의한 열부하 조명 발열에 의한 열부하 기기 발열에 의한 열부하		○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○ △ △ △
		실내	부하
			Plenum Load 재열부하 외기부하 Fan의 열취득 Duct 열취득		○ ○ ○ ○ ○	○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○
		공조기	부하
			펌프 및 배관으로 부터의 열취득 또는 열손실		○		○	○
		열원	부하

  1.2.2 CLTD/SCL/CLF법에 의한 부하계산법

    CLTD/SCL/CLF법은 TFM법을 기초로하여 수계산에 의해 공간의 냉방 부하를 계산 할 수 있도록 개발되었다.  이 방법은 창문, 지붕, 벽과 같은 표면을 통한 전도열 획득, 투과에 의한 태양열 획득, 조명, 사람, 장비로부터의 열획득 및 침입외기에 의한 열획득을 계산하며, TFM법을 기초로 하여 외피에서의 전도 열획득의 Time-Lag효과와 열용량에 따른 복사열의 Time-delay 효과를 고려할 수 있어, 자료들을 유효하게 이용한다면 TFM법에 의한 계산결과와 일치하게 된다.

표 1.3 CLTD/SCL/CLF 법에 의한 부하계산 방법의 요약

냉방부하의 분      류	부하요소 및 내용	계  산  식
외 피 부 하	지붕을 통한 전도열	q = K × A × (CLTD)
	벽체를 통한 전도열	q = K × A × (CLTD)
	창문을 통한 전도열	qcon = K × A × (CLTD)
	창문을 통한 일사열	qRAD = A × (SC) × SCL
	간막이,천정,바닥을통한 전도열	q = K × A × (ΔT)
내 부 부 하	재실인원 발열	현열 qs = No × (Sens.H.G) × CLF 잠열 q1 = No × (Lat.H.G)
	조명 발열	q = INPUT × (CLF)
	기기 발열	현열 qs = HEAT GAIN × (CLF) 잠열 q1 = HEAT GAIN
	동력기기 발열	q = HEAT GAIN × (CLF)
환 기 부 하	환기 및 침입외기에 따른 부하	현열 qs = 0.29 × V ×  (ΔT) 잠열 q1 = 715 × V ×  (ΔW)

 1.3 공기조화 방식

 1.3.1 공기조화 방식의 분류

구분	열 매체에 의한 분류	시 스 템 명		세 분 류
중앙식	전공기방식	단일덕트방식	정풍량	말단에 재열기가 없는방식
			변풍량	말단에 재열기가 있는방식 (물-공기방식)
		이중덕트방식	정풍량	재열기가 없는방식
			변풍량	재열기가 있는방식 (물-공기방식)
		멀티죤 유니트방식
		각층 유니트 방식
	공기-물방식	덕트병용 팬코일 유니트방식
		유인유니트방식
		복사 냉,난방 방식
개별식	냉매방식	자납식
		원격식

  1.3.2 각종 공기조화 방식의 특징

   (1) 전공기 방식 (All air System)

    1) 장점

① 열용량이 작으므로 부하변동에 대한 실온제어의 감도가 빠르다.

② 복귀팬 (Return Fan)을 설치하면 겨울철과 중간기에 외기냉방이 가능하다.

③ 송풍기 정압을 크게 할 수 있으므로 고성능 필터를 설치하여 고청정실이 유지된다.

④ 기계실이 따로 있으므로 운전, 보수, 관리가 용이하다.

⑤ 외기도입등 충분한 환기량을 확보할 수 있어 오염을 줄일수 있다.

⑥ 실내에 노출된 유니트가 없어 실내 유효면적을 넗힐수 있고 물배관으로 인한 누수의      염려가 없다.

⑦ 잠열부하의 처리가 용이하다.

⑧ 공조기로부터 실내에 소음진동의 전달이 적다.

    2) 단점

① 송풍량이 많아 닥트 설치공간이 증가한다.

② 연간 송풍동력이 증가한다.

③ 층고의 증가로 인한 건축비가 상승하며 닥트 제작비 등으로 설비비가 많아지고 따라서     기계실 면적이 증가한다.

④ 열운반 능력이 작아 원거리 열수송에는 부적합 하다.

⑤ 닥트의 정확한 설계가 요구되며 정압조정이 힘들어 공기량의 균형 유지가 어렵다.

    3) 적용 : 클린룸, 극장, 공장, 수술실, Interier Zone (내부죤)

     가) 단일닥트 정풍량 방식

그림 1.1 단일덕트 정풍량

① 장점

  -  2중 닥트 방식에 비해 설비비가 저렴하고 닥트스페이스가 적다.

  - 부하변동에 관계없이 일정한 풍량을 유지하므로 환기부족의 염려가 없다.

  - 2중 닥트 방식이나 멀티죤 유니트 방식과 같은 냉온풍의 혼합손실이 없으므로 그만      큼 에너지가 절약된다.

② 단점

  - 각실의 부하변동에 대응하기 어렵다.

  - 각 죤(Zone) 마다 한 대 이상의 공조기를 설치해야 하므로 죤수가 많을수록 설비비      가 증가하고 기계실 면적이 커진다.

  - 변풍량 방식에 비하여 공조기 송풍량 및 연간 송풍동력이 증가하여 닥트치수등 장치      용량이 커진다.

     나) 단일닥트 재열방식 (정풍량)  (Terminal Reheater)

그림 1.2 단일덕트 재열방식 (정풍량)

      ① 장점

    - 각실의 부하변동에 대응할 수가 있다.

    - 죤별제어와 각실별제어가 가능하다.

      ② 단점

    - 냉방시엔 재열부하만큼 냉각코일 용량등 열원기기 용량이 증가한다.

    - 물배관의 누수 및 결로 소음발생의 우려가 있다.

     다) 단일닥트 변풍량 방식

그림 1.3 단일덕트 변풍량 방식

급기온도 일정의 VAV 방식 : 내주존 (Interier Zone)의 부하변동이 적은부분

급기온도 가변의 VAV 방식 : 외주존 (Perimeter Zone)의 부하변동이 큰부분

그림 1.4 변풍량 유닛의 종류

      ① 장점

     - 동시부하률을 고려해서 기기용량을 결정하므로 장치용량 및 연간 송풍 동력을 절감         할수 있다.

     - 부하변동에 대하여 응답이 빠르므로 실온조정이 유리하다.

      ② 단점

- VAV Unit 압력조정 장치등이 고가이므로 설비비가 많이든다.

- 부하가 감소하면 풍량이 감소하여 환기에 문제가 발생한다.

- 풍량감소시 실내 기류 분포가 나빠지고 소음이 발생할 우려가 있다.

- 정압변동에 대한 송풍기의 용량제어가 필요하다.

     라) 이중닥트 방식

그림 1.5 이중덕트 방식

      ① 장점

- 죤수가 많거나 각실별 죤시에도 개별제어가 가능하다.

- 동시에 냉난방이 가능하다.

- 실의 확장등 설계변경에도 융통성이 있다.

- 충분한 환기가 이루어 진다.

      ② 단점

- 냉,온풍 닥트의 2 계통이므로 설비비가 많이들며 닥트 스페이스가 증가하므로 고속    닥트를 채택하여야 하나 소음진동과 송풍동력의 증가를 초래한다.

- 혼합상자에서 냉,온풍을 혼합하므로 혼합손실로 인한 에너지가 낭비된다.

- 온도의 제어성은 우수하나 습도는 평균적인 제어밖에 안된다.

     마) 멀티죤 유니트 (Muti Zone Unit) 방식

그림 1.6 멀티조운 유니트 방식

      ① 장점

- 공조기 1대로 여러조운을 제어할 수 있다.  (5～6 Zone)

- 각 조운별 냉난방이 가능하다.

- 단일 닥트방식에 비해 기계실 면적을 줄일수 있고 이중닥트 방식에 비해 닥트 공간    등 설비비를 줄일수 있다.

      ② 단점

- 혼합 손실이 존재한다.

- 중규모 이하의 건축물에 적용한다.

     바) 각층 유니트 방식

그림 1.7 각층 유닛 방식 (a)

그림 1-8 각층 유닛 방식 (b)

      ① 장점

- 각층별 부하변동에 대응할수 있고 층별 부분운전, 시간차 운전이 가능하다.

- 중앙기계실 면적이 적게들고 송풍동력이 적게든다.

- 입상덕트 및 환기닥트가 필요 없거나 작아도 된다.

- 외기도입이 용이하다.

      ② 단점

- 각층마다 기계실이 있어야 하므로 소음 및 진동이 전달된다.

- 공조기가 각층에 분산 설치되어 있으므로 관리가 불편하다.

- 각층에 수배관을 해야되므로 누수의 우려가 있다.

- 공조기가 많으므로 설비비가 증가된다.

 (2) 공기-물 방식

  1) 장점

① 닥트 스페이스가 작아진다.

② 송풍량이 작아 연간 반송동력이 감소된다.

③ 각실별 개별제어가 가능하다.

④ 건물의 외부죤 (Perimeter Zone)의 부하처리에 적합하다.

  2) 단점

① 유니트에 고성능의 에어필터를 설치할수 없다.

② 유니트가 각실에 분산설치되어 있으므로 필터의 청소등 관리가 번거롭다.

③ 실내의 수배관에 의한 누수 및 결로의 우려가 있다.

④ 실내에 유닛이 노출되므로 유효면적이 감소하고 소음발생이 된다.

⑤ 외기 냉방이 곤란한다.

  3) 적용 : 사무소건축, 병원, 호텔등의 외주죤

   가) 팬코일유닛 - 닥트 병용방식

그림 1.9 팬코일 유닛병용방식

      ① 장점

- 유니트를 외주부의 창밑에 설치하면 COIL DRAFT와 결로를 방지할수 있다.

- 장래부하 변동에 대하여 쉽게 증설가능

- 사용하지 않는 방의 유닛을 정지시킬수 있다.

      ② 단점

- 팬의 전기적인 고장이 발생하기 쉽다.

- 수명이 짧다.

  나) 유인 유니트 방식 (Induetion Unit System)

그림 1.10 유인 유닛트 방식

      ① 장점

- 각 유닛마다 개별제어가 가능하다.

- 고속닥트를 채용하므로 닥트 공간이 작게 차지한다.

- 유니트 내부에 전동기등 가동부분이 없어 수명이 반영구적이다.

- 유인비가 3～4 정도 되어 취출 공기와 실온의 온도차가 작아 기류 분포가 좋다.

- 1차 공기의 조닝이 가능하고 부하변동에 대한 적응성이 FCU 보다 양호하다.

      ② 단점

- 고속 닥트이므로 송풍동력이 크고 소음이 발생한다.  (Fan Coil과 비교)

- FCU과 같이 사용하지 않는 실을 간단히 정지시킬수 없다.

- IDU 내의 노즐이 막히기 쉽다.

  다) 복사 냉난방 방식

      ① 장점

- 냉방시에 일사나 조명에 의한 부하를 처리하기 쉽다.

- 복사열에 의한 쾌감도가 가장 높다.

- 천장과 바닥에서 온도 구배가 적다.

- 바닥에 유닛이 노출되지 않으므로 유효바닥면적이 증가한다.

- 실온 상승이 적어 가습부하를 줄일수 있다.

- 개방된 공간에서도 냉난방 효과가 있다.

      ② 단점

- 패널에서는 현열부하만 처리하므로 잠열부하를 처리하기 위한 1차 공기도입이 필요    하다.

- 패널온도가 노점온도가 되지않도록 제어가 필요하므로 냉방시 적용이 곤란한다.

- 단열시공등 건축구조적인 제약이 있으며 시설비가 많이든다.

- 설계변경시 융통성이 적다.

- 열팽창에 대한 배관 누수의 우려가 있으며 누수의 발견 및 보수가 곤란하다.

 (3) 전수방식 (팬코일 유니트)

  1) 장점

① 닥트스페이스가 필요없으므로 층고를 낮게 할수있어 건축비가 감소한다.

② 열운반동력이 적게든다.

③ 개별적인 실온제어가 가능하다.

  2) 단점

① 송풍량이 없으므로 실내공기 오염이 심화되어 창문등에 의한 자연 환기가 필요하다.

② 실내 배관에 의한 누수 및 결로의 우려가 있다.

③ 팬에 의한 소음이 발생된다

④ 습도 조정이 어렵다.

  3) 적용 - 주택, 자연환기가 가능한 소규모 여관, 요정등, 건물 외주부 등

 (4) 개별식 (냉매방식)

  1) 장점

① 개별제어가 가장 용이하다.

② 기계실이 필요없거나 면적이 작다.

③ 설치 및 철거가 간단하다.  (기존 건물에 설치가 가능)

④ 제품이 규격화되어 대량 생산되며 선택이 용이하고 가격이 저렴하다.

⑤ 운전 조작이 쉽고 유지관리에 특별한 기술을 요하지 않는다.

  2) 단점

① 설치장소에 제한을 받는다.  (설치면적이 필요)

② 소음과 진동이 실내에 전달된다.

③ 수명이 짧고 보수비가 증대된다.

④ 외기냉방이 어렵다.

 1.4 열원설비

 1.4.1 냉동기

   (1) 냉동기 종류에 따른 특징

일반적으로 이용되고 있는 냉동기에는 증기압축식과 흡수식이 있다.  증기압축식은 냉매의 가압에 압축기를 사용하는 것이며, 압축기의 종류에 따라서 왕복동식 냉동기, 원심식 냉동기, 회전식 냉동기 등으로 구분한다.  압축기의 동력으로는 대체로 전동기가 사용되지만 증기터빈이나 내연기관 (가스엔진, 디젤엔진, 가스터빈 등)을 이용하는 것도 있다.

흡수식은 냉매와 흡수액을 사용하는 것으로 가열용의 열원이 필요하다.  여기에는 보일러에서의 증기 또는 고온수를 이용하는 것과 기내에서 가스 또는 석유등의 연료를 연소하는 직화식이 있다.

이들 냉동기는 증발기 안에서 냉매를 증발시켜서 공기 또는 물을 냉각하고 응축기에서는 냉매의 응축열을 외부로 방출한다.

       일반 공조용으로 사용되고 있는 냉동기의 특징은 표 1.5와 같다.

표 1.5 일반 공조용 냉동기의 특징

형  식	특        색	공조용으로서의 용          량
왕복 동식	‧ 압축비가 높을 경우에 적합하고, 냉동 및 중소용량 공조‧히트펌프에 사용된다. ‧ 100 USRT 이하의 냉동기는 타 기종에 비해 가격이 싸다. ‧ 냉매가 고압가스이므로 고압가스 자격자가 필요하다.	3～240 USRT
터보식	‧ 대용량의 가스압축에 적합하고, 대용량의 공조 및 냉동에 사용된다. ‧ 중형 (약 300 USRT) 이상이 될수록 효율이 좋아지고 가격도 싸진다. ‧ 25% 이하의 경부하에서는 운전불능이 되는 경우가 있고, 중간기, 동기에 운전 할 경우는 주의를 요한다.    (저부하시 에너지 소비량이 증가) ‧ 냉매가 고압가스가 아니므로 자격자가 불필요하다. ‧ 건물전체의 수변전 설비의 용량이 증대된다	140～2000USRT

형  식		특        색	공조용으로서의 용          량
흡수식	직 화 식	‧ 패키지타입의 냉온수기로서 1대로 냉난방이 가능하다. ‧ 1대로 냉‧온수공급이 되고, 약 20 USRT 이하의 빌딩에서는 저압수전이 가능하므로 수변전설비가 불필요하다. ‧ 온수 온도차 (5℃)가 적기 때문에 동력비가 증가된다. ‧ 보일러가 불필요하며, 기계실 스페이스가 좁아도 된다.	20～1500USRT
	증기 ⌢고온수 ⌣ 식	‧ 저압보일러와의 결합가능으로 기존설비의 유효이용이 가능.  (증기소비량 약 8.5㎏/hr : 1중 효용) ‧ 상기의 것보다 에너지절약형이지만 증기압 7～8㎏/㎠.G의 증기가 필요. (증기 소비량 약 5.5㎏/hr.RT : 2중효용) ‧ 냉열‧온열을 동시에 필요로 할 때에 적합하다. ‧ 보일러가 저부하 운전으로 on-off가 되면 공급압력의 변동으로 운전이 불안정해진다.	100～1400USRT (1중 효용) 70～1600 USRT (이중효용)
흡수식	중온수식	‧ 온수온도가 90～100℃ 정도로서도 사용되나 그다지 경제성이 높은 온도는 아니다. ‧ 냉수출구 온도를 되도록 높은 조건으로 사용할 필요가 있으므로, 공조기기 선정상으로는 불리하다. ‧ 지역난방 중온수를 이용한 흡수식 냉동기가 현재 실용화되어 있다.	30～1000USRT
	전반적인  특징	‧ 전력소비량이 적고, 수변전 설비가 작아도 된다. ‧ 진동소음의 발생원이 없고, 운전이 정숙하므로 설치장소는 옥상등도 가능하다. ‧ 하계에 기계실의 적극적인 환기가 필요하다. ‧ 냉각수온이 너무 낮거나, 급격히 변동하는 경우 결정사고가 나기 쉽다. ‧ 20% 가까이 까지 용량제어가 가능하다. ‧ 일반적으로 낮은 냉수출구수온 (6℃ 이하)을 유지하기가 어렵다. ‧ 기내가 대기압 이하이므로 안전하고, 자격자는 불필요하다.  (보일러와 결합시키는 경우, 보일러 용량‧형식에 따라서는 보일러 기사는 필요)

형  식	특        색	공조용으로서의 용          량
스크류식	‧ 높은 압축비까지 좋은 체적효율을 유지할 수 있다. ‧ 비교적 고속회전의 용적형이므로, 동일냉동능력 형식의 냉동기보다 소형경량 이다. ‧ 회전식이므로 가스의 흐름에 맥동이나 불균일한 압축이 없고 진동이 적다. ‧ 용량제어는 슬라이드밸브기구에 의해 무단계로서 15～100% 범위에서 할 수 있다. ‧ 공기열원히트 펌프냉동기, 저온용 대형 냉동기로서 사용되고 있다.	30～800USRT

 주) 건설부령 제506호 제23조 ②항에 의거 전체 냉방용량의 60% 이상은 축냉식 또는 가스를       이용한 중앙집중 냉방방식으로 해야한다.

 1.4.2 냉각탑

    (1) 냉각탑의 종류에 따른 특징

표 1.6 냉각탑의 종류에 따른 특징

물과 공기의 접촉방법		특징
물-공기 직접접촉 (개방형 냉각탑)	자연통풍식 (굴뚝형냉각탑)	‧ 바람의 속도에 영향받지 않고 탑내에 안정된 공기량이 얻어진다. ‧ 넓은 입지면적을 필요로 하므로, 화력이나 기타 발전소에 사용되고, 공조용으로서는 사용되지 않는다.
	강제통풍식	‧ 자연통풍에 의지하기 않고, 송풍기를 사용하여, 공기를 보내는 냉각방법 이므로, 냉각효과가 크고 성능도 안정되어 있다. ‧ 저렴하고 소형경량화가 가능하므로, 대형의 공업용, 중‧소형의 공조용을 막론하고 가장 많이 사용되고 있다. ‧ 송풍기의 위치에 따라 압입통풍과 흡입통풍식이 있다.
	물‧이젝터식	‧ 병행류형 냉각탑이므로, 향류형, 직교류형과비교하여 통풍량이 많다. ‧ 저소음이고, 또 기계진동이 적다. ‧ 오프피크시에 있어서의 시스템 동력의 절감량이 많으므로, 중간기나 동기에 운전을 필요로 하는 공조용으로 적합하다. ‧ 회전부분이 없고, 내화구조이므로 안전하다. ‧ 냉각용량은 350～400 USRT 이하가 적합하다. ‧ 냉동기와의 결합은 1대 1로 한다.
물-공기 간접접촉 (밀폐식 냉각탑)	밀폐식	‧ 휘발성의 액체나 휘발성의 성분을 함유하는 모든 액체를 직접 냉각할 수 있다. ‧ 대기중의 SO₂와 접촉이 없으므로 수질은 바람직한 상태로 유지된다. ‧ 직접접촉식과 비교해서 물손실이 적고, 살수수량을 바꿈으로써 냉각능력의 조절이 가능하다. ‧ 대기중의 먼지가 많을때나, 보급수의 현탁물농도가 높을때도, 오손되는 것은 살수뿐이고, 또 살수는 심한 유동상태이므로 국부부식의 염려가 대단히 적다. ‧ 풍량이 개방형에 비해 약 2배가 되고 코일의 저항이 크며 통과 풍속이 1.5m/s 이하로 취하여 하므로 단면적이 개방형의 4～5배가 된다

 1.4.3 보일러

    (1) 보일러의 분류

표 1.7 보일러의 분류

종류	용량 (t/hr)	압력 (㎏/㎠.G)	효율 (%)	장점	단점	용도
주철제	0.1～5	증기용 : 1～5 온수용 : 50mAq	70～85	분할반입 가능. 수명이길다. 취급이용이.  급수처리 용이. 값이싸다.	저압, 소용량, 가동시간이 길다. 내부청소곤란.	중소규모 건물. 증기용 이외에 온수보일러로서 사용가능
노통연관식	0.1～20	～16	70～89	부하변동에 대하여 안정, 수면이 넓어서 급수제어 용이. 수처리용이, 현장공사 불필요.	기동시간이 길다. 분할반입불가, 다소 고가이다.	대규모 건물의 고압증기 보일러, 지역난방용 고온수 보일러
수관식 ⌢패키지형⌣	～40	～20	70～89	부하변동에 대한 추종성 양호, 기동시간이 짧다. 과열, 예열이 용이하고 열효울이 좋다.	고가, 수처리가 복잡하다.	대규모 병원, 호텔 등 다량의 고압 증기가 필요한 건물. 지역냉방의 증기 터빈용
관류형	～10	～16	75～85	보유수량이 적어서 부하변동에 대한 추종성이 좋고 가동시간이 짧다. 경량,설치면적이 적다.  전열면적 30㎡ 이하는 운전자격 불필요.	엄격한 수처리요구.  수명이짧다. 소음이 높다. 고가이다.	소형건물
입 형	～0.2	10～ 35mAq	50～60	설치면적이 적다. 수처리가 불필요. 값이 싸다.	저압, 소용량. 저효율	주택난방, 급탕용
온 풍 난 방 기	50 ×10⁴㎉/hr	-	70～85	부속기기가 적고 값이싸다. 기동시간이짧다. 설치면적이적다. 경량,취급용이, 운전자격 불필요.	냉풍량과의 불균형으로 바이패스 덕트를 설치한다. 수명이 짧다. 가습이 불가능.	소규모 건물의 난방용

   (2) 온수 및 증기 보일러의 특징과 부속기기

표 1.8 온수 및 증기 보일러의 특징과 부속기기

종   류	특     징	부  속  기  기
온수보일러	증기를 필요로 하지않는 경우에 경제적이다.  가정용은 보일러내의 수두가 10m 미만, 주철제 보일러는 50m 미만으로 한다.	온수순환 펌프, 개방식 또는 밀폐식 팽창수조, 팽창관 또는 안전밸브
고온수 보일러	지역난방용으로 적합하다.  보일러의 부속장치 (가압장치)와 순환펌프에 대한 충분한 지식이 있어야 한다.	고온수 펌프, 밀폐식 또는 개방식 가압팽창수조, 가압장치 (질소 등), 안전밸브 등
저압증기보일러	중규모 건물에 적합하다. 주철제 보일러를 설치하면 수명이 길다.	진공급수 펌프 또는 응축수 펌프, 안전밸브 등
고압증기보일러	대규모 건물로서 고층 건물에서 고압증기가 사용되는 곳과 병원, 호텔등 고압증기를 필요로 하는곳에 적합하다.	급수펌프, 응축수 탱크, 안전밸브 등

 1.4.4 열교환기

    (1) 공기가열기, 공기 냉각기

     공기 가열기 또는 공기 냉각기에는 일반적으로 핀 코일 (finned coil)이 사용되는데 이것은 관의 외면에 핀(fin)을 부착한 것으로 관내에 증기, 온수, 냉수, 냉매 등의 열매를 통과 시켜서 핀의 사이를 통하는 공기를 가열, 냉각한다.  핀 코일의 형상은 그림 1.11과 같이 관군에 많은 평판을 끼워 만든 플레이트 핀 코일 (plate fin coil) 또는 그림 1.12와 같이 관에 핀을 나선형으로 감아서 붙인 스파이럴핀 (spiral fin)과 같은 것이 있다.   관 재료로는 동관 또는 강관이 사용되고, 핀 재료로는 알루미늄판, 동판 및 강판등을 사용한다.

     일반적으로 공기 가열기에는 열매로서 증기를 사용하는 증기 코일과 온수를 사용하는 온수코일이 있으며, 외기전용 증기 코일로서 응축수가 관내에서 동결할 염려가 있는 것에는 관내에 증기 분배관을 삽입하여 2중관으로 된 넌프리즈 (non-freeze)형을 사용한다.   또한 고압증기용이나 관이긴 가열코일에서는 열팽창에 의한 신축이 크기 때문에 관을 구부려서 유연성을 갖도록 해야 한다.

그림 1.11 플레이트 핀 코일                   그림 1.12 스파일럴 핀

     공기 냉각기에는 냉수를 사용하는 냉수 코일과 관내에서 냉매를 증발시키는 직접팽창코일이 사용되며, 직접팽창코일에서는 냉매를 각관에 균일하게 분배 시키기 위하여 분류기 (distributor)를 설치하여 각관에 접속시킨다.

표 1.9 공기가열코일의 종류

온수코일	온도 40～60℃의 온수를 관내에 통하는 것이며, 자동제어 밸브에 의한 유량제어 또는 온도제어를 한다.  냉수코일과 겸용할 때가 많으며, 이것을 냉온수 코일이라고 한다.
증기코일	관내에 0.1～2.0㎏/㎠.G의 증기를 통한다.  열수는 온수코일보다 적게된다.
전열코일	관의 중심에 전열선이 있고, 그 주위에 마그네슘의 절연재를 채운 것.  소형 패키지 혹은 항온실의 재열기로서 사용된다.

표 1.10 공기냉각 코일의 분류

열매	냉수형코일	관내에 냉수 (0～10℃)를 통과하는것
	직접팽창 코일	관내에서 냉매를 직접 팽창시켜 그 증발열로써 공기를 냉각하는 것.
핀 (fin)	헬리컬 핀 (나선형 핀)	에어로 핀관 같이 리본 type의 핀을 관에 둘러감은 것.
	플레이트 핀 (크로스 핀)	공기류에 평행하게 금속판의 핀을 나란히 하고 핀에 직각으로 관을 통하게 한것.

    (2) 원통다관형 열교환기 (shell and tube type)

     그림과 같이 동체(shell) 내에 다수의 관(tube)을 설치한 형식으로 널리 사용되고 있다.  관내에 물을 통하고 이것을 관외의 증기로 가열하는 형식이며, 관내수속은 1.2m/s 이하로 선정한다.  관의 바깥지름은 25.4mm의 동관이 많이 사용된다.

그림 1.13 증기대수 열교환기

    (3) 판형 열교환기 (plate type)

      지역난방용의 수대수 열교환기, 초고층 건축물의 수대수용, 특히 축열조의 냉수 또는 지역냉방의 냉수로서 공조기의 냉수를 냉각할 때에는 온도차를 1℃ 정도를 하기 위하여 많이 사용된다.

      구조는 스테인레스강 (SUS 304, SUS 316)제의 절곡가공한 판을 그림과 같이 다수 배열하여, 그 사이에 교대로 냉수(피가열수)와 온수(가열수)를 역류시킨다.  판의 주위는 합성고무의 가스켓을 설치해서 수밀을 기한다.  이 가스켓의 상부와 하부의 물통로부에 틈을 만들어서 냉수와 온수를 판 사이에 교대로 흐르게 한다.  즉 그림에서 NO.1의 플레이트는 온수측에 틈이 마련되어 있어, NO.1 플레이트의 왼쪽은 온수가 통하고 NO.1 플레이트의 반대쪽에는 냉수가 통한다.

그림 1.14 플레이트형 열교환기

   (4) 공기 대 공기 열교환기

      회전식과 고정식이 있으며, 근래에 에너지절감을 위하여 공조용 건물에 보급 설치되고         있다.

1) 전열교환기

전열교환기는 현열뿐만이 아니고 공기중의 수분 즉 잠열의 교환도  행하는 것으로 회전형과 고정형이 있다.

회전형은 그림 1.15 에서와 같이 흡습성이 있는 허니컴 (honey comb)형의 로터를 외기의 유로와 배기의 유로를 교대로 회전시킨다.  로터의 소재로는 알루미늄판, 난연지, 아스베스토스등이 사용되며, 흡습제로는 실리카 계의 것이나 염화리튬 등이 사용된다.  여름철에는 로터의 엘레먼트는 외기의 유로에서 고온고습의 외기에 의하여 가열되고 흡습한다.  그리고 이 부분이 회전하여 실내에서의 배기의 유로에 들어가면 배기에 의하여 냉각제습된다.  이와같은 순환으로 도입외기는 냉각제습되고 배기는 가열 가습된다.  겨울에는 외기가 저온저습하므로 여름과 반대로 작용하여 도입외기는 가열가습된다.

그림 1.15 회전형 전열교환기

고정형은 그림 1.16과 같이 외기의 유로와 배기의 유로와의 사이에 특수지등의 배플판을 통한 열전달과 투습을 이용하는 것이며, 열교환 효율은 풍량에 따라 다르지만 대체로 70 % 정도를 얻을수가 있다.

그림 1.16 고정형 전열교환기

전열 교환기는 설비비는 높으나 공조에 있어서 외기의 피크부하를 감소함으로써 냉동기, 보일러, 부속기기의 용량이 적게되어 운전비를 절약할 수 있는 이점이 있다.  단, 전열교환기 주위에 4개의 덕트가 접속되므로 기계실 스페이스는 충분히 크게 취할 필요가 있다.

2) 현열교환기

배기의 열회수에 의하여 도입외기를 가열하는데 사용되는 것으로 회전형인 것 (다만 흡습제는 필요하지 않음)과 히트파이프식의 것이 있고 특히 히트파이프식은 배기의 혼합이 없고 열수송 능력이 커서 연소배기가스에 의한 공기예열기 등에도 이용된다.

히트 파이프 (heat pipe)는 밀봉된 용기와 위크 (wick) 구조체 및 증기공간으로 구성되며, 그림 1.18과 같다.  한편 길이방향으로는 증발부, 응축부 및 단열부로 구분되는데 증발부는 용기밖에 있는 열원에서 열에너지를 용기안에 있는 작동유체에 전달하여 이것을 증발시키는 부분이며, 응축부는 작동 유체인 증기를 응축시켜 열에너지를 용기밖에 있는 흡열원으로 방출시키는 부분이다.  단열부는 열원과 흡열원이 떨어져 있는 경우에 작동 유체의 통로를 구성하며 외부와의 열교환이 없는 부분을 말한다.

그림 1.17 히트파이프식 열교환기          그림 1.18 히트파이프의구조

1.5 공조덕트 계통

  1.5.1 개요

    덕트는 공기 또는 공기를 매체로 하여 열,수분,가스 및 분진등을 운반하는 경로로서 사용 목적등에 따라 분류할 수 있다.

    덕트설계는 공기조화기와 실내 사이에 공기를 공급 또는 환기시키는 공기수송로에 대한 설계로서 적절한 덕트크기의 선정, 덕트설치 공간확보, 실내부하의 효과적 처리등 공기조화설비 설계에 있어서 가장 중요한 과정의 하나이며, 다음과 같이 덕트설계 및 실내공기 분포 분야로 구분할 수 있다.

(1) 덕트설계

   덕트의 배치, 덕트의 크기선정, 덕트의 보온, 덕트의 누설, 덕트의 흡음 등

(2) 실내공기분포

1) 급기장치 (air-diffusing equipment)

   급기구, 환기구 및 배기구의 종류, 특성, 풍량조절장치등

2) 실내공기분포

   실내기류분포, 기류속도, 토출구와 흡입구의 배치, 쾌적도 평가등

1.5.2 덕트설계

(1) 덕트설계시 고려할 사항

① 실의용도

② 공조방식

③ 실내공기분포

④ 덕트설치공간

⑤ 소음기준

⑥ 덕트의누설

⑦ 덕트의 열취득과 열손실

⑧ 방화,방연,제연의 고려

⑨ 풍량 밸런싱

⑩ 덕트 설치비용

⑪ 덕트의 운반비용

⑫ 유지관리 점검 보수공간

⑬ 덕트청소

(2) 덕트시스템의 분류

    1) 풍속에 의한 분류

① 저속덕트 - 내부정압 ± 50 mmAq 이내, 혹은 풍속 15m/s 이하

② 고속덕트 - 내부정압 ± 50 mmAq 초과, 혹은 풍속 15m/s 초과

2) 냉,온풍수송에 따른 분류

① 단일덕트 : 냉풍, 온풍 겸용덕트 (급기덕트 1LINE, 리턴덕트 1LINE)

② 이중덕트 : 냉풍, 온풍 전용덕트 (급기덕트 냉풍 1LINE, 온풍 1LINE, 리턴덕트 1LINE)

3) 재질에 의한 분류

① 아연도금 강판덕트

② 갈바륨강판 덕트

③ PVC 덕트

④ FRP 덕트

⑤ 스텐레스덕트

⑥ PRE-FABRIC GLASS FIBER 덕트

4) 용도에 의한 분류

① 공조 및 환기용 덕트

② 공장의 물질수송용 덕트

5) 덕트 형상에 따른 분류

① 사각덕트

② 원형덕트 (원형덕트, 스파이럴덕트)

③ 타원형덕트

④ 기타형상의 덕트

(3) 덕트설계순서

① 공조방식 결정

② 풍량계산 - 실내기류 속도, 분진제거, 부하감당, 취출온도차, 실내공기노점온도, 신선                 외기량등을 감안하여 결정

③ 급기구, 환기구 배치 - 기류분포, 소음, 천장모듈 등을 감안하여 형식선정 및 배치

④ 덕트배치 - 최단경로로 하고 원활한 공기흐름과 설치 스페이스를 고려하여 배치

⑤ 덕트치수결정 - 말단부터 시작하되 주덕트는 공조기 풍량으로 재검토

⑥ 천장 스페이스 검토 - 부족시 덕트높이 변경에 의한 덕트치수 조정

⑦ 덕트 부속기구 배치 - 풍량조절 댐퍼, 방화댐퍼, 소음기등

⑧ 덕트도면 작성

   (4) 덕트크기설계

    1) 덕트의 마찰손실

      덕트의 마찰손실은 다음과 같이 표현할 수 있다.

                

여기서, 첨자 1 2 : 단면 1,2에 대한 것을 표시함.

             : 단면 1,2 사이의 압력손실 (mmAq)

       는 단면 1,2 사이의 전체압력손실로서 이것은 직선 부분의 압력손실  와 굴곡         부, 분기 점 등에서의 저항  를 합한 것으로 된다.  즉,

    

     

여기서  : 전체 압력손실 또는 전압손실 (mmAq)

         : 직선부분 압력손실 (mmAq)

         : 굴곡부, 분기점 등의 국부압력 손실 (mmAq)

            : 마찰저항 계수

            : 국부저항 계수

   2) 덕트치수 결정 방법

① 등마찰 손실법 (equal friction method)

정압법이라고 하며, 단위길이당 압력손실이 일정하도록 덕트치수를 결정하는 방법이다.  송풍기 정압계산 및 덕트치수 선정 과정이 간편하여 현재 가장 많이 사용하는 방식으로서, 덕트 말단으로 갈수록 풍속이 낮아지게 되므로 풍속에 의한 소음발생 우려가 적다.

덕트길이에 비례하여 저항이 증가하므로 각 취출구까지의 거리가 비슷하도록 설계하여야 하고, 그렇지 못한 경우에는 풍량 조절용 댐퍼를 설치하거나 덕트치수를 조정하여야 하는등 풍량밸런싱의 어려움이 있다.  또한, 공조조화기에서 가까운 주덕트나 대풍량의 덕트는 과도한 풍속이 될 수 있으므로 유의할 필요가 있다.

다음은 저속, 고속 덕트의 범용적인 단위마찰 손실을 나타낸다.

- 저속덕트 : 0.08～0.15 mmAq/m (일반적으로 0.1  mmAq/m 사용)

- 고속덕트 : 0.30～0.50 mmAq/m (일반적으로 0.5  mmAq/m 사용)

② 등속법

덕트내의 풍속이 일정하도록 덕트치수를 결정하는 방법이며, 배기덕트로서 공기와 함께 분체등을 수송하는 경우에 분체가 덕트내에 쌓이지 않도록 하기 위하여 사용되는 방식이다.  덕트크기 변화가 많을 경우 압력손실이 구간마다 다르게 되므로 전체 압력손실 계산이 복잡하다.

③ 정압 재취득법 (static pressure regain method)

각 분기 덕트 또는 취출구에서의 정압의 증가 (풍속의 감속으로 인한 재취득)가 바로 다음 구간에서의 덕트마찰손실을 상쇄 할 수 있도록 덕트 치수를 결정하는 방법이다.  이와같이 하면 각 취출구앞과 각 분기덕트에 있어서 정압이 일정하게 된다.

분기개소가 많아 덕트길이가 긴 경우 또는 고속덕트에 적합하나, 덕트길이가 길 경우 말단 덕트의 크기가 너무 크게 되며, 덕트치수 결정과정이 등마찰 손실법 보다 복잡하다.  정압 재취득 계수를 정확히 가정하기 어렵기 때문에 일반적으로 사용되지 않고있다.

3) 덕트치수 결정시 유의사항

① 덕트내 적정 풍속은 운전시간, 허용소음, 덕트설치 공간등을 고려하여 결정하여야 한다.

② 덕트 설치공간과 공사비 절감측면에서 고속덕트가 바람직 하겠지만 송풍기 정압상승에 의한 에너지 소비증가, 소음증가, 덕트기밀유지 문제등을 감안하여 될 수 있는 한 저속덕트로 설계하는 것이 바람직하다.

③ 덕트 재료는 가능하면 표면이 매끈한 아연도 철판등을 사용하며, 만일 다른 재료를 사용할 경우에는 그 표면의 조도에 따라 마찰저항 손실을 보정하여야 한다.

④ 각형 (정방형) 덕트의 단면은 가능한한 정방형이 되도록 종횡비 (sapect ratio)는 6보다 작게 하며 특히 10이상으로 하는 것은 피하여야 한다.  종횡비가 커지면 설비비와 운전비가 증가하므로 유의하여야 한다.

⑤ 급격한 방향전환이나 확대, 축소는 압력손실이 증가하고 소음이 발생하므로 피하여야 한다.

⑥ 주요 분기점에는 풍량을 조절할 수 있도록 풍량조절 댐퍼와 댐퍼점검구를 설치한다.

4) 덕트의 보온

공조용 급기덕트에는 열취득 또는 열손실, 결로방지 등의 목적으로 보온을 한다.

환기덕트 (return duct)의 경우 천정 환기방식 (ceiling plenum return system)일 경우 일반적으로 천정내에서는 보온을 하지 않는다.

다만, 샤프트 또는 이와 유사한 비공조공간을 통과하는 장소에서는 보온을 하여야 한다.  주차장, 창고등과 같이 온풍을 공급하는 덕트가 해당 실내에 노출 설치될 경우 보온을 하지 않을 수 있다.

외기덕트나 배기덕트는 일반적으로 보온이 필요하지 않으나 결로가 우려되는 장소를 통과할 경우에는 결로방지용으로 보온을 하여야 한다.

5) 덕트에서의 공기누설

누설시험은 일정구간의 덕트를 밀봉하고 송풍기로 송풍하여 송풍량을 측정하면 그 송풍량이 시험덕트의 누설량이 된다.  일반적으로 누설량은 전송풍량의 3～10% 정도이며, 고속덕트 시스템에서는 1% 이하로 유지하여야 한다.

누기시험은 SMACNA 에서는 시험압력과 기밀된 덕트에서 누기등급 (leakage class)을 정하고 있고, 시험압력은 덕트 토출구 압력의 ½ 정도가 일반적이다.  우리나라에서의 시험 기준은 영국의 "DW143" 기준이 널리 사용되고 있다.

6) 덕트의 흡음과 차음

송풍기에서 발생되는 소음은 송풍기의 불평형 모멘트 교정과 소음기에 의해서 처리되지만, 소음 발생이 심하지 않을 경우와 소음기 이후 덕트내부에 흡음 처리한다.

벽, 천정 또는 바닥투과 소음이 문제 될 경우에는 방음처리 하거나 틈새를 흡음재로 기밀한다.  취출구 발생소음은 주덕트에서 분기되는 부분에 풍량조절댐퍼를 부착하면 소음감소에 유익하다.

1.6 공조배관계통

  1.6.1 물 배관방식

     공조 배관의 물 배관 방식의 구분은 회로방식, 환수방법, 배관개, 유량제어방식, 공급방식       으로 분류

(1) 회로방식

1) 밀폐회로 방식

   물이 대기에 개방되지 않고 밀폐배관 회로내를 순환하며 팽창탱크가 필요하다.

2) 개방회로 방식

물이 대기에 개방되어 순환되는 것으로서 냉각수 배관, 축열방식의 냉수 배관 등이 있으며 팽창탱크가 필요없다.

(2) 환수방식

1) 직접 환수 방식 (direct return) :

냉수 및 온수를 각 기구에 공급할 때 공급, 환수의 순서를 동일하게 배관하는 방법으로서 펌프에서 멀수록 저항이 증대하고 구간별 온도 불균형으로 기구별로 유량조절이 필요하다.

2) 역환수 방식 (reverse return) :

열원에서 기구까지 보내는 공급관과 환수관의 배관길이를 거의 똑같게하여 구간별 기구에 냉수 또는 온수가 일정하게 흐르게 하는 방법.  방열기 등의 각 기구별 왕복 배관길이 및 손실의 합계가 거의 동일하여 유량의 밸런스가 용이하다.

(3) 배관개수에 따른 분류

1) 2관식

   냉,온수 겸용 배관으로서 공급 1배관, 환수 1배관으로 계획하는 방법

2) 3관식

열부하 변동이 심한 시간에 냉방, 난방을 필요로 하는 건물에 필요하고 냉수, 온수의 주관과 공통 환수관을 설치하는 방법

3) 4관식

3관식의 공통 환수관에 냉수 및 온수가 혼합되어 열손실이 발생하는 단점을 보완하여 공통 환수관을 각각의 환수관으로 하는방법

(4) 유량제어에 따른 분류

1) 정유량 방식 (3방향 밸브제어)

부하에 따라 수량을 바이패스 시키는 방식으로 배관내의 압력 변동폭을 적게하여 자동제어 밸브의 작동을 원활히 하고 펌프 유량을 일정하게 유지하는 방식으로서 펌핑 동력이 변유량보다 많게 된다.

2) 변유량 방식 (2방향 밸브제어)

부하에 따라 수량을 제어하는 방식으로 펌프의 회전수 및 대수제어, 바이패스 제어에 사용.

(5) 공급방식에 의한 분류

1) 상향 공급방식

   공급관을 지하층에 가로 배관하여 필요 개소에 입상하여 각 기구에 접속하는 방법

2) 하향 공급방식

   공급관을 최상층에 가로 배관하여 필요개소에 하향 입상하여 각 기구에 접속하는 방법

(6) 관경의 결정

1) 유량의 결정

Q  : 필요순환수량 (ℓ/min)

H  : 기구의 부하 (㎉/hr)

Δt : 기구의 입출구 온도차 (℃)

냉수는 입구 수온이 냉동기 출구수온으로 결정되고 현재 입구수온 5～7℃, 출구온도 10～12℃로 입출구 온도차는 5℃가 널리 사용되고 있다.

저온수는(강제순환식) 보일러 출구 수온이 60～80℃ 입구수온이 50～70℃로 입출구 온도차는 10～15℃(지역난방)가 널리 사용되고 있다.

 2) 관경의 결정

관경은 수량과 단위길이 마다의 마찰손실에서 배관마찰 저항선도를 사용하여 결정한다.

단위마찰저항은 50 mmAq/m 이내에서 문제가 없지만 경제성 측면에서 20～30 mmAq/m 가 널리 사용된다.

허용최대유속은 관경 50mm 이하는 1.2m/s, 65～125mm 에서는 1.5m/s, 150mm 이상의 대구경은 3m/s 정도가 일반적으로 사용되고 있으며 부유물질 침강 방지를 위해 0.6m/s 이상이 요구된다.

 3) 배관의 저항

배관저항은 펌프이 양정 결정의 요인으로 마찰저항과 국부저항의 합으로 다음과 같이 결정한다.

① 마찰저항

ΔP : 압력손실 (㎏/㎡ : mmAq)

Δh : 마찰손실수두 (mAq)

λ  : 마찰계수 (0.02～0.04)

   : 관길이 (m)

d   : 관의내경(m)

v   : 관내의 평균유속(m/s)

g   : 중력 가속도 (m/s²)

γ  : 유체의 비중량 (㎏/㎥)

 ※ 관길이 1m 당의 마찰손실 h(mmAq/m)는

     

② 국부저항

직관을 제외한 각종 피팅류인 엘보, 티, 레듀샤, 밸브류에서의 압력손실은 유체의 흐름 또는 유속의 변화등에 따라 발생하는데 이것을 국부저항이라 한다.

h  :  마찰저항 (mmAq/m)

  : 배관전체길이 (m)

 : 국부저항의 배관직관 상당길이 (m)

(7) 펌프의 양정

 1) 밀폐회로 방식의 경우

    (배관저항 + 기구저항) × 안전율 (10%)

 2) 개방회로 방식의 경우

   (배관저항 + 기구저항 + 실양정 + 송출수두) × 안전율 (10%)

   ※ 실양정은 냉각탑의 경우에 냉각탑 하부수면과 상부산수노즐 사이의 높이 차이임.

      송출수두는 냉각탑 상부의 산수노즐 필요 압력임.

(8) 냉온수 배관 설계의 요점

1) 냉동기, 보일러, 열교환기를 통과하는 유량은 열원기기의 안전을 고려하여 일정하게 한다.

2) 열원회로 (1차측)의 수량은 시간별 부하의 최대치로 하고 부하회로 (2차측)의 수량은 각 영역의 시간별 최대 부하로 한다.

3) 1차 회로에 설치하는 순환펌프는 냉동기, 열교환기에 대해 각각 설치한다.

4) 펌프 위치는 냉동기와 온수보일러 사용압력을 고려하여 전후에 설치하며 온수보일러는 수온과 관련된 펌프캐비테이션(cavitation) 방지를 고려한다.

5) 밀폐회로 방식에서는 운전중 장치내의 압력변동에 의한 물의 배출을 막기위하여 1개의 순환계통에 개방형 팽창수조는 1대로 한다.

6) 온수 배관의 최소관경은 스케일등을 고려하여 원칙적으로 호칭경 20mm 이상으로 한다.

7) 배관방식은 유량분배가 유리하도록 리버스 리턴 (reverse return) 방식으로 한다.

8) 배관분기부는 관리를 위하여 분기 밸브를 설치하며 공기 배출을 고려한 수평 또는 하부 분기한다.

9) 기계실에서의 관내 에어 처리장치는 수동식 또는 자동식을 사용한다.

10) 배관계의 말단에는 배수 또는 청소용 밸브나 플러그를 설치하고 호칭경 25mm 정도로 한다.

 1.6.2 증기배관

(1) 계획시 유의사항

1) 부하가 되는 각기기에 필요압력으로 소요증기량을 공급

2) 증기해머(steam hammer)에 의한 장애를 없앤다.

3) 온도변화에 따른 관의 신축에 의한 장애를 없앤다.

4) 적당한 구배유지

5) 증기트랩(steam trap)을 적정히 사용하여 배관내 응축수 배출을 원활하게 한다.

(2) 배관 시스템

1) 증기압력에 의한 분류

① 고압식 : 게이지(gauge) 압력 1㎏/㎠ 이상

② 저압식 : 게이지(gauge) 압력 0～1㎏/㎠ 이상

 2) 배관개수에 의한 분류

① 단관식 : 증기와 응축수를 동일관으로 하는 경우

② 복관식 : 증기와 응축수를 별도의 관으로 하는 경우

 3) 환수방식에 의한 분류

① 중력 환수식 : 환수를 중력에 의존 증기와 응축수의 방향을 동일하게 하는 경우

② 진공 환수식 : 진공 펌프를 이용하여 강제로 환수하는 방법

(3) 저압증기 관경의 결정

 1) 증기유량

G : 증기소비량 (㎏/hr)

i' : 포화증기의 엔탈피 (㎉/hr)

i" : 환수의 엔탈피 (㎉/hr)

H : 가열량 (㎉/hr)

 2) 허용압력강하 : R

 : 보일러의 증기압력 (atg)

 : 방열기의 증기압력 (atg)

   : 보일러에서 가장 먼 방열기까지의 배관길이 (M)

 k  : 직관저항에 대한 부속저항의 비율 (0.5～1.0)

 3) 고압증기의 관경 결정

증기 유량과 허용압력 강하를 기준으로 유량표 또는 포화증기 유량선도를 이용하여 관경을 결정한다.

 4) 고압증기 배관 설계의 요점

증기관은 탄소강관을 사용하고 사용압력 10㎏/㎠을 초과할 경우 압력 강관을 사용한다.

밸브 구분은 사용압력 2㎏/㎠ 까지는 5㎏/㎠ 밸브를, 10㎏/㎠ 까지는 10㎏/㎠ 밸브 그 이상은 20㎏/㎠ 밸브를 사용한다.

그외는 저압 증기관과 동일하다.

 5) 증기 트랩 (Steam Trap)

배관 및 장치내의 응축수를 자동적으로 배출하는 역할을 하며 열동트랩, 버켓트렙, 플로우트 트렙 등이 있다.

 6) 감압밸브 (Pressure Reducing Valve)

고압증기를 각 기기에 필요한 압력으로 조정하며 벨로우즈형, 다이어프램형, 피스톤형 의 3종류가 있다.