1-1 급수 수원과 물의 경도
1-1-1 급수원의 구성
급수의 원천은 본래 구름에서 내려오는 비나 눈 혹은 우박의 형태에서 비롯된다. 이것이 지표수와 지하수를 형성시키며, 태양복사열에 의해 지표면과 해양에서 물의 증발이 야기되므로서 다시 구름이 형성된다. 아래에서 보는 바와 같이, 물의 증발과 응축이라는 과정의 반복을 통해 자연계에서 물이 계속 순환하게 되는 것을 물의 순환(Rain or Water Cycle)이라 한다.
(1) 지표수(Surface Water)
하천, 호수, 못(沼), 저수지 등의 물이며, 대개 상수원의 근원을 이루고 있다.
(2) 지하수(Underground Water)
깊은 우물물, 얕은 우물물, 샘물 등을 가리키며, 깊은 지층에서 퍼올린 것일수록 위생적인 것으로 간주한다.
1-1-2 물의 경도
물 속에 녹아있는 칼슘이나 혹은 마그네슘의 量을 이것에 대응하는 탄산칼슘 혹은 탄산마그네슘의 100만분률(ppm)로 환산하여 표시한 일반적으로 지표수는 '연(Soft)'하며, 지하수는 '경(Hard)'하다.
(1) 일시경도(Temporary Hardness)
물이 탄산칼슘 혹은 탄산마그네슘을 함유하는 지층을 통과한 경우에 해당하며, 이런 종류의 경도는 물을 끓임으로서 제거할 수 있으므로 "일시경도"라고 한다. 또한, 일시경도를 함유한 물을 "일시경수"라고 한다.
(2) 영구경도(Permanent Hardness)
물이 황산칼슘 및 염화칼슘 혹은 염화마그네슘을 함유하는 지층을 통과하게 될 경우 경도는 물을 끓여도 제거할 수 없기 때문에 "영구경도"라고 한다. 또한, 영구경도를 함유한 물을 "경수"라 한다.
(3) 연수(Soft Water)
탄산칼슘의 함유량이 90ppm이하인 물을 연수라고 한다. 쉽게 거품을 일게 한다고 하지만, 음료용으로서 맛이 없다. 또한, 증류수나 멸균수 같은 극연수는 연관 혹은 황동관을 침식시키기 때문에 상당한 주의를 하여야 한다.
1-2 상수수질 기준
일상의 음료수는 무색투명하며 맛이 없고 냄새가 나지 않으면서 항상 위생적으로 무해한 것이어야 한다. 수도법 제 4조에서는 다음페이지에 나타낸 바와 같이 음료수의
수질기준을 정해 놓고, 크게 6가지로 구분하여 규제하고 있다.
(1) 오염지표에 관한 것
병원미생물에 이미 오염되어 있거나 또는 오염된 것을 의심할 수 있는 생물 이나 물질을 함유하지 않아야 되는 데, 이들은 물계통 전염병의 원인인 분뇨 혹은 오수에 의해 오염지표로 되는 것이다. 특히, 대장균은 검출되어서는 안되는 것이 음료수의 첫째 조건으로 되어 있다.
(2) 유독물질에 관한 것
시안·수은 기타의 유해물질이 포함되지 않아야 하고, 공장 폐수·농약 등이 수도 원수(原水)중에 유입되지 않도록 하여야 한다.
(3) 허용 한계량에 관한 것
동·철·불소·페놀류 기타 물질의 허용량에 관한 것이며, 이 가운데서 납(鉛)·6가 크롬·비소 등은 직접 인체에 미치는 피해를 방지하는 의미에서의 허용량이다. 또한, 동·철·망간·아연 등은 물에 색갈이 드는 것을 방지하기 위한 것이며, 칼슘·마그네슘(경도)·페놀류(냄새)·음이온활성제(ABS, 발포현상) 등은
음료수로서 적합치 않은 원인을 제거하기 위한 것이다.
(4) 외관에 관한 것
냄새가 나지 않고, 외관이 무색 투명해야 하고, 염소 소독에 의한 냄새는 지
장을 주어서는 안된다.
1-3 사용 수량
물의 사용수량은 최근에 급격히 증가하고 있으며, 생활습관·건물의 종류·계절 등에 따라 변동하지만, 1인 1일당 약 120∼250l 정도가 사용되고 있다.
(1) 용도별 사용수량
용 도 |
사용수량[l/d·c] |
용 도 |
사용수량[l/d·c] |
음료용 |
1 |
세탁용 |
15 |
조리용 |
5 ~ 10 |
대변용 |
30 |
세면용 |
20 |
소변용 |
20 |
목용탕 |
50(일식),
75∼300(양식 |
청소용 |
10 |
잡용 |
10 |
(2) 건물 종류별 1인당 사용수량
건물종류별 사용수량은 건물의 규모·설비 내용에 따라 다르지만, 일반적인 예는 급수량 산정법을 참조하기 바란다.
(3) 사용기구별 사용수량
사용기구에 따라 사용수량도 크게 다르다.
(4) 시간 평균급수량과 피크 로드
ⓛ. 시간 평균급수량(Qh) : 하루의 급수량 합계 Qd[l/d]를 1일 평균 사용시간 T[h/d] 로 나눈 것이다.
Qh = Qd / T [l/h]
②. 시간 최대급수량(Qm) : 하루중 가장 물을 많이 사용하는 1시간의 수량을 말하며, 이 수량은 Qh의 1.5∼2.0배 정도로 한다.
Qm = (1.5∼2.0) Qh [l/h]
③. 순간 최대급수량(Qp) : 학교·공장·영화관 등에서 휴식시간과 식사시간 등의 특정시간에 순간적으로 물을 많이 사용하는 일이 있다. 이 때의 수량
을 말 하며, 일반적으로 Qh의 3∼4배 정도로 한다.
Qp = (3∼4) Qh / 60 [l/min]
1-4 수도 직결식 급수법
도로에 매설된 수도본관내의 수압을 이용해서 건물 내의 급수전으로 상수를 급수하는 방식이며, 수도본관의 수압과 관경에 제약이 있으므로 주택과 소규모 건물이외에
사용할 수 없다.
위 그림을 참조하여 필요한 배관내 수압은 다음 식으로 계산할 수 있다.
P ≥ P1 + P2 + P3
P : 수도본관내의 필요수압 [kg/cm2]
P1 : 수도본관에서 가장 높은 곳에 있는 수전까지의 높이에 상당하는 수압 [kg/cm2]
P2 : 수도본관에서 가장 높은 곳에 있는 수전까지의 배관 마찰손실 수압 [kg/cm2]
P3 : 수전 등 기구의 필요최저 수압 [kg/cm2]
<표 1-4> 기구의 필요최저압력
기 구 명 |
필요압력[kg/cm2] |
기 구 명 |
필요압력[kg/cm2] |
세 정 밸 브 |
0.7(최저) |
순간온수기(대) |
0.5 |
일 반 수 전 |
0.3 |
순간온수기(중) |
0.4 |
자 폐 수 전 |
0.7 |
순간온수기(소) |
0.1(저압용) |
샤 워 |
0.7 |
|
註: 세정밸브는 최고 4.0kg/cm2, 일반수전은 최고 5.0kg/cm2이고, 살수전은 최저 2.0kg/cm2가 바람직하다
1-5 옥상수조식 급수법
수도본관의 수압이 부족한 경우 수도본관을 부지내에 인입해서 일단 수수탱크에 저수하고, 그것을 양수펌프로 옥상탱크에 양수한 뒤 옥상에서 각 급수전까지 중력식으
로 급수하는 방식이다. 이것의 장점은 단수와 정전시에도 제한 급수가 가능하고 수압이 일정하다.
수도본관⇒수수탱크⇒(양수펌프)⇒옥상탱크⇒(중력)⇒급수전
1-6 압력수조식 급수법
이 방식은 수도본관을 인입해서 일단 수수조에 저수하고, 급수펌프로 압력탱크에 보내 탱크내의 공기를 압축한 뒤 이 압력을 이용해서 급수하는 방식이다. 이 방식은 수
압이 변동하지만, 옥상탱크를 사용할 수 없는 장소라든가 가정용 급수장치로서 사용된다.
수도본관⇒수수탱크⇒(급수펌프)⇒압력탱크⇒(탱크압력)⇒급수전
1-7 탱크가 없는 부스터방식
옥상탱크와 압력탱크를 설치하지 않는 새로운 급수방식이며, 그림에서와 같이, 급수펌프를 이용해 수수조로부터 건물 내의 급수전까지 가압·송수하는 방식이다. 이 방식에는 펌프의 운전대수를 증감시키는 정속식과 펌프의 회전수를 변화시키는 변속식이 있다.
수도본관⇒수수탱크⇒(양수펌프-가압송수)⇒급수전
1-8 펌프의 종류
펌프란 중력 등의 외력을 이기고 유체의 위치를 바꾸는 기계이며, 대개의 경우 흡상(Suction)과 토출(Delivery)의 양작용을 한다. 펌프의 종류는 다종다양하지만 수수조에서 고가수조에 양수 할 때에 사용되는 양수펌프로는 일반적으로 볼류트 또는 터빈 펌프가 사용되므로, 이하에서는 터빈펌프이면서 가장 대표적인 원심펌프에 대해서만 기술한다.
** 원심펌프(Centrifugal Pump) 이것은 그림에 나타내는 것처럼 케이싱이 와권형을 하고 있으므로 와권펌프 또는 원심력을 이용해 낮은 곳에서 높은 곳으로 송수하기 때문에 원심펌프라고 부르고 있는 것이다.
원심펌프의 원리는 물로 꽉차인 케이싱내에서 날개가 회전하면 원심작용에 의해 물은 날개 외부에서 유출되고 와형실에서 집결된 큰 속도에너지가 압력에너지로 변환되어 토출관에서 압출된다. 그때 날개 중심부가 부압으로 되고 물이 흡상하게 된다.
1-9 펌프의 동력 산정법
1) 펌프의 양정
펌프로 물을 끌어 올리는 높이를 전양정 H 또는 간단히 양정이라 하며, 다음 식으로 구한다.
Hs : 흡입양정 [m], Hd : 토출양정 [m], Hf : 마찰양정 [m]
2) 양수량
펌프의 양수량 Q[㎥/min]는 시간최대 예상급수량 (시간평균 예상급수량의 1.5∼2배)을 표준 양수량으로 한다.
3) 펌프의 축동력
펌프의 소요동력 P는 양정을 H[m], 양수량을 Q[㎥/min]로 하면,
r·Q·H r·Q·H P = ----------- [Kw] = ----------- [PS] 6120Np 4500Np |
r : 물의 비중량(=1,000㎏/㎥), Np : 펌프효율
4) 전동기 동력M
M : Motor 동력[Kw], α : 여유율(0.1∼0.15)
1-10 수조의 종류
1) 지하 수수조
지하수수조는 수도본관에 펌프를 직결하면 많은 양의 물을 흡인하여 부근의 수압을 낮게하여 인접 건물로의 물의 사용을 제한하게 하므로 금지되고 있으며, 옥상수조로 양수하기 위해 일단 저수하기 위한 수조이다.
(1) 구조
수수조는 콘크리트·철판·FRP·목조로 하고, 수질보전상 완전한 수밀성을 유지하는 구조로 한다. 수수조의 상부면은 1/100이상의 물매를 두며 맨홀은 주위보다 높게하고 동시에 밀폐식(방수형) 2중 덮게로 하여 수수조의 물이 오염되지 않는 구조로 하며, 또한 수수조는 하루 물 사용량의 4/10에서 6/10을 표준으로 하며 정체수가 생기지 않는 구조로 한다.
(2) 설치장소 수수조는 원칙적으로 지상식으로 하고, 부득이 지하식을 사용하는 경우에는 수수조 표면을 배수조의 만수면보다 높게 하거나 또는 수수조와 배수조와의 외벽 사이에 50cm 이상의 공간을 설치하여 오염되지 않는 구조로 한다. 수수조의 슬래브 상부에는 원칙적으로 보일러·펌프·기계류·급유관·배수관 등을 설치해서는 안된다. 또한, 수수조는 주위에 먼지·오물을 놓는 장소 등이 없으며 동시에 경수·굄물의 영향을 받지 않고 점검·청소·수리가 용이하며, 사람의 출입이 없는 곳에 설치한다.
(3) 배관
통기관의 말단·넘침(Overflow)관의 말단에 방충망을 설치한다. 수수조를 지하에 설치하는 경우, 급수관 구경이 50mm 이상이 될 때는 진공파괴
장치를 설치해야만 한다.
2) 옥상 수조
옥상수조는 옥상(고가, 고치) 탱크방식 급수법에 사용되며 건물의 가장 높은 곳에 설치된다.
- 내식성·내구성·강도·반입·보수 점검·청소 등이 용이한 것 선정한다.
- 반입이 용이한 면에서 최근에 FRP제가 많이 사용되고 있다.
- 용량은 1일 사용수량의 1/4이 표준이다.
- 옥상수조에는 급수설비 이외의 설비와 직결되어서는 안된다.
(단, 소방용 옥상수조가 설치될 수 없는 경우에는 역류 방지기를 사용함으로
서 직결할 수 있다.)
1-11 급수관용 배관재
급수관용 배관재로는 수도용 주철관, 배관용 탄소강강관, 수도용 연관, 동관, 원심력 철근콘크리트관(통칭 흄관), 수도용 석면시멘트관(에터니트관), 수도용 경질염화비닐관(염비관) 등이 사용된다. 관의 호칭법은 동관·염비관은 관의 외경을, 기타 관은 관의 내경을 기준으로 해서 mm단위로 나타낸다.
(1) 주철관
관의 살두께가 두껍고 내구성은 좋지만, 시공이 어렵고 값이 비싸다. 수도본관과 관경 75mm이상의 부지내 매설 배관에 사용된다. 접합법은 소켓접합과 미케니컬 죠인트가 사용되며, 관의 분기와 굴곡에는 주철제 이형관을 사용한다. 주철관으로부터의 인입관은 분수전을 세워 연관으로 접속한다.
(2) 강관
일반적으로 가스관이라 부르며, 아연도금한 것을 백관(급수·배수 통기관용)이라 한다. 호칭법은 내경의 근사치를 mm로 나타낸 것을 A, inch로 나타낸 것을 B로 한다. 일반적으로 강관은 시공이 간단하고 강도가 크며, 가격이 싸므로, 관경 20∼50mm정도의 배관에 널리 사용된다. 부식성이 크기 때문에 내부에 염화비닐을 라이닝한 것 등도 사용된다. 접합방법은 이음쇠류를 쓰며 나사접합을 하지만, 구경이 큰 것은 용접이음을 한다.
(3) 연관
내식성이 크고 굴곡에 용이하며, 가열에 의해 휨과 확대가 용이하므로 급수용으로 오래전부터 사용되어 오고 있다. 그러나, 값이 비싸고 알칼리성에 약하고(콘크리트에 매설할 수 없음), 중량이 커서 지지가 번거로운 등의 결점이 있으며, 최근에는 13∼40mm정도의 소규모 공사의 인입관에 사용될 뿐이다. 플라스턴(Plastan) 또는 땜납 접합법이 이용된다.
(4) 동관
내식성이 크고 내면이 평활하며, 굴곡성도 풍부하고 배관재료로서 상당히 우수한 것이지만, 가격이 비싸므로 주로 급탕·난방용에 사용된다. 접합은 일반적으로 소켓땜납 접합에 의한다.
(5) 염화비닐관
내식성이 크고 경량, 값이 싸고 내면이 평활해서 시공이 용이하기 때문에, 강관에 대신해서 많이 사용되고 있다(13∼50, 75, 100mm 정도). 그러나, 강도가 적고 열에 약한 결점이 있다(50℃에서 연화한다). 접합은 접착제를 사용하는 TS이음이 많이 쓰인다.
1-12 급수관용 밸브류
(1) 글로우브 밸브(Globe Valve)
밸브본체가 구상(Globe)이며, 스톱 밸브라고도 한다. 개폐용으로 많이 쓰이며, 마찰저항은 게이트 밸브보다 크다. 유체의 방향이 90도 변하는 글로우브 밸브를 특히 앵글밸브(Anlge Valve)라 한다.
(2) 게이트 밸브(Gate Valve)
슬루우스(Sluice) 밸브라고도 하며, 유량개폐를 목적으로 사용된다. 전개시의 마찰저항은 밸브 가운데서 가장 적다.
(3) 역지 밸브(Check Valve)
역류를 방지할 목적으로 사용된다. 리프트(Lift) 식과 스윙(Swing) 식이 있다.
(4) 스모렌스키 역지밸브
리프트식 역지밸브에 스프링과 안내날개를 내장시킨 완충식 역지밸브이며, 펌프의 토출측에 설치해 펌프가 정지한 순간, 수격작용이 생기는 것을 방지하고 있다.
1-13 급수량 산정법
1) 건물 사용인원에 의한 방법
건물을 사용하고 있는 인원을 알 수 있는 경우에는 1일 평균 사용수량(Q)에 인원수(N)를 곱해서 구할 수 있다.
Qd : 1일당 급수량[ℓ/d], Q : 1일 평균사용수량[ℓ/d·c], N : 급수인원[人]
2) 건물면적에 의한 방법
건물을 사용하고 있는 인원을 추정할 수 없는 경우에는 건물의 유효면적(全바닥면적에서 복도·계단·변소·기계실·창고 등을 제외한 면적)을 이용해 급수량을 산정한다
k : 건물 연면적에 대한 유효면적의 비율[%]
A : 건물 연면적[㎡], n : 유효면적당 인원[人/㎡]
3) 사용기구에 의한 방법
건물에 설치된 위생기구로 부터 산정하는 방법이며 다음 식으로 구한다. 한편, 위생기구의 사용수량은 그 종류·수압·사용상태에 따라 다르다.
Qf : 기구의 사용수량[ℓ/d]
F : 기구갯수[개], p : 기구의 동시사용율[%]
한편, 냉방설비가 갖춰진 건물에서는 윗식에서 산정한 사용수량에 냉동기의 냉각수로서 8∼15ℓ/min·1USRT, 냉각탑의 보급수로서 그 양의 2% 정도를 가산해서 산정한다.
1- 14 저수조의 설계
1) 수수조의 용량결정
수수조는 수도본관에 펌프를 직결하는 것이 금지되어 있기 떄문에 옥상수조에 양수하기 위한 저수조이며, 위생적 견지에서 원칙적으로 바닥 위에 설치하며, 오수의 역류를 방지하기 위해 넘침관은 간접배수로 할 필요가 있다. 수수조의 용량은 다음 식으로 구한다.
VR = (1∼2) × Qm + 소화수양 [ℓ] |
VR : 수수조 용량[ℓ] (유효수양), Qm : 시간최대급수량[ℓ/h]
2) 옥상(고치)수조의 용량결정