I. 난방설비
1. 난방 일반
1) 실내 쾌적 환경 4 요소: 기류, 습도, 기온, 복사열
(공기조화 4요소: 기류, 습도, 기온, 청결도)
2) 연돌효과 (굴뚝효과, Stack effect)
온도에 따라 공기의 밀도 차이가 발생하고, 공기의 밀도 차이는 공기기둥의 차이
(the weight of a column of air)의 차이로 압력차이, 기류변화를 형성.
3) 난방도일(H.D : Heating degree days)
a. 어느 지역이 추운 정도를 나타내는 지표이며, 연료소비량 측정에 이용
b. Σ(실내 평균기온 - 실외평균기온 ) x 일수
(* Σ(실외 평균기온 - 실내평균기온 ) x 일수 는 "냉방도일"을 나타냄)
4) 전열
- 전도, 대류(convection), 복사(radiation)
- 열전달(Heat transfer) : 고체(벽체)와 유체(공기) 사이의 열의 흐름(대류,
복사가 조합된 상태 )
5) 열관류(Air to air transmission)
- 벽체를 중심으로 실내의 유체 - 벽 - 실외의 유체사이의 열이 전달되는 현상
- K(열관류율. W/m2. K) = 1 / R(열관류저항, m2.K/W )
6) 현열(Sensible heat), 잠열(Latent Heat)
- 물의 현열 : 비열과 동일(*얼음 : 0.5 kcal / kg.c)
- 물의 기화 잠열 : 539kcal/kg (2,260kJ/kg)
- 물의 융해 잠열 : 80 kcal / kg ( 336 kJ/kg)
- 현열비 = 현열량 / 전열량(현열량 + 잠열량)
* 현열부하, 잠열부하 : 열의 출입시 수증기 발생이 동반되면 잠열부하 고려됨.
7) 습공기 선도
X축 건구온도, Y축 절대습도를 기준으로 (수증기)포화곡선과 엔탈피곡선등을
나타낸 표
<그린에너지설비 자료 인용>
* 습공기 선도에 없는 것 : 비열, 잠열비 등
2. 난방방식의 분류
1) 개별난방
열원기기를 실내에 설치. 벽난로, 화로, 온풍기
2) 중앙난방
(1) 직접난방
- 실내에 직접 방열장치 설치(대류난방, 복사난방)
- 사용열매에 따라, 증기난방, 온수난방(저온수난방, 고온수난방), 온풍난방
(2) 간접난방 : 기계길에서 공기를 가열하여 덕트를 통해 공급. 온풍난방
3) 지역난방
(1) 특징
- 대규모의 고효율 열원플랜트를 설치하여 생산된 열매 이용.
- 고압증기난방, 고온수 난방
- 코제너레이션시스템 도입(발전후 배열을 이용, 냉방/난방/급탕 제공)으로,
에너지 효율을 높임(70%, 예전 35%)
(2) 종류
a. 정유량식 : 공급열매의 온도를 변화시키는 방법. 저부하시에 바이패스제어
b. 변유량식 : 유량을 변화시키는 방법. 현재 대부분 사용. 압력조절장치 필요
3. 난방방식의 종류
1) 온수난방
(1) 특징
- 표준 열매온도는 80o기준으로 하며, 물의 현열을 이용 쾌적감이 좋으나,
열용량이 커서 예열시간이 길며, 방열면적이 크고, 설비비가 비싸다.,
- 보일러취급 및 온도조절 용이, 관 부식이 적으며, 스팀햄머현상 없다.
- 방열량: 0.523 kW / m2 또는 450kcal/m2h
* 방열판이 필요한 난방이며, 온돌난방(복사난방)과 구별됨에 유의
(2) 분류
a. 단관식 & 복관식.
b. 상향식, 하향식 & 혼용방식
c. 중력순환식(방열기는 보일러보다 높은 위치에 설치) & 강제순환식
d. 보통온수난방(100도이하, 80oC~90oC), 고운수난방(100oC 이상)
고온수난방: 강판제 보일러와 밀폐식 팽창탱크 사용, 보일러와 동일 높이의
방열기에도 온수순환가능, 순환펌프의 용량이 커진다
2) 복사난방
a. 우리나라 주택 및 아파트에서 일반적으로 사용(온수 난방 아님에 주의)
b. 패널히팅을 설치하여 난방하여, 방열기가 없고, 난방효과 및 쾌적감이 좋다.
(* 마감층 / 배관층 / 채움층 / 단열층 / 바탕층 )
c. 실내온도가 낮거나 천장이 높더라도 실온의 변화가 적어, 난방성능이 좋다.
d. 열손실 막기위환 단열층 필요하며,시공이 어렵고 비싸다.
고장을 발견하기 어렵고, 방열량 조절이 어렵다.
e. 파이프코일
- 간격은 20~30cm. 배관은 표면으로부터 1.5~2.0D깊이로.
- 종류 : 사관식코일, 밴드식코일, 그리드코일
3) 증기난방
(1) 특징
a. 잠열이용으로 열운반능력이 크며, 열용량이 작아 예열시간이 짧다.
b. 쾌적감이 나쁘고, 스팀햄머발생 및 응축수관이 부식하기 쉽다.
c. 방열기의 방열량(0.756 kW / m2또는 650kcal/m2h)제어가 어렵다.
d. 표준열매온도는 102o기준
(표준방열량. 증기: 650kcal/m2h, 온수 : 450kcal/m2h)
(2) 종류
a. 저압증기난방(0.1MPa이하), 고압증기난방(0.1MPa 이상)
4) 온풍난방(간접난방)
a. 중앙공조실에서 따뜻한 공기를 만들어 보내는 방식으로, 온도, 습도,
풍량조정이 가능하며, 누수, 동결의 우려가 없다.
b. 시공이 간편하고, 열효율이 좋아 설치비 및 연료비가 적게 든다.
c. 소음과 공기감염우려. 불쾌감과 정밀한 온도제어 불가능
4. 설비
1) 팽창탱크
a. 개방식 : 보통온수난방(* 주철제보일러 사용)에 사용.
방열기보다 높은 위치에 설치(최상단부 배관과 팽창탱크 저면 : 1.0미터)
b. 밀폐식 : 펌프흡입측 가까운 곳에 설치. 강판제 보일러 사용,
지역난방과 고온수난방에 사용
2) 보일러
(1) 종류
a. 주철제 보일러
- 온수 50mAq이하, 증기 0.1MPa이하의 저압에 사용
- 섹션수에 따라 용량변동 가능.
- 중, 소규모 건물의 난방, 급탕. 온수, 증기 보일러로 사용
b. 노통연관식 보일러
- 0.7~1.0MPa로 수명이 짧고 고가이다.
- 보유수량이 많아, 부하변동에 안전. 중, 대규모 건축물에 사용
c. 수관식 보일러
- 증기압력 1.0MPa이상으로 복사열이 크게 전달되도록 설계
- 보유수량이 적어 예열시간이 짧고, 열효율이 좋다
- 설치면적이 크고, 고가이며, 급수처리가 어렵다
- 고온, 고압의 대규모 건물
d. 관류식 보일러
- 코일모양의 가열관을 흐르는 동안, 예열-증발-과열로
- 보유수량이 작아 예열시간이 짧으나, 부하변동에 따른 압력변화가 커,
자동제어기기 필요. 소형 난방용
(2) 보일러 능력, 용량
a. 보일러 마력(B.H.P) : 1시간에 100oC의 물 15.65kg을 전부증기로
증발시키는 능력.9.8kW (= 15.65 kg/h x 2,257 kJ/kg)
b. 상당방열면적(EDR, m2) : 보일러의 출력을 방열기의 표준방열량으로 나누어,
방열면적으로 환산한 것.
c. 전열면적(Heating surface) : 0.929m2= 1마력
d. 증발량
- 실제증발량(kg/h) : 단위시간에 발생하는 "증발량"
- 상당증발량 : 실제증발량이 흡수한 "전열량"으로, 100oC물을 증기로 만드는
경우의 "증기량"
e. "보일러 부하" = 방열기(난방) 부하 + 급탕부하 + 배관열손실부하 + 예열부하
f. 보일러 출력
정격출력(최대출력) = 상용출력 + 예열부하
상용출력 = 난방부하 + 급탕부하 + 배관부하
정미출력 = 난방부하 + 급탕부하
(3) 보일러실 구조
- 두개의 출입구 및 내화구조로, 채광 / 통풍이 용이한 곳
- 천장과의 간격은 1.2m이상. 벽과의 간격은 0.45m이상
- "정온식 감지기" 필수 부착
3) 방열기
(1) 종류
- 주형방열기(2주형, 3주형 등), 벽걸리 방열기, 길드방열기(핀), 관방열기,
베이스보드방열기
- 주철제(section식), 강판제, 특수금속제
(2) 방열기의 갯수
a. 방열기 절수 = 손실열량(난방부하) / 표준방열량 x 1절의 면적
b. 표준방열량 :
증기 = 0.756 kw/m2( = 650kcal / m2h ),
온수 = 0.523 kw/m2( = 450kcal / m2h ),
c. 방열기 설치
- 창문아래, 벽과의 간격은 5~6cm. 1개 방열기 절수는 15~20절.
- 방열기 유입관과 유출관은 스위블이음. 유출관에는 방열기트랩설치
d. 실내온도 측정장소 :
외벽의 실내측 표면에서 1.0 m 떨어진 곳에서, 1.5m의 높이에서 측정
(4) 기타 난방용 부속품
a. 방열기밸브(radiator valve)
온수용은 콕(cock)식을, 증기용은 디스크밸브를 사용한 스톱밸브 사용.
* 리턴콕 : 온수의 유량조절, 온수방열기의 환수밸브로 사용
b. 공기빼기 밸브
방열기와 배관의 굴곡부에 설치. 하부방열기 높이의 2/3지점에 부착
(진공환수식은 제외)
c. 증기트랩
방열기트랩(열동식 트랩, Radiator trap),
플로트트랩(저압용),
버킷트랩(고압용, 관 말단부, 증기탕비기 등에 이용)
d. 2중서비스밸브
- 방열기밸브와 열동트랩을 조합(한랭지에서 응축수의 동결방지)
E. 하트포드 접속, 리프트 이음, 냉각레그
II. 급탕설비
1. 급탕 온도. 급탕부하
1) 급탕온도
- 일반적으로 60~70oC, 급탕부하는 60 kcal / kg로 하며,
- 목욕, 샤워/세면/수세 : 40~45oC, 접시씻기 : 80oC
2) 급탕부하(kw)
= G(급탕량, kg/h) x c(비열, kJ/kg.oK) x △t(온도차) / 3,600(hour→sec)
* G(급탕량, 송풍량) = 3,600 x P(부하, kw) / c(비열) x △t(온도차)
(비열 = 밀도 x 정압비열)
2. 급탕방식
1) 개별식
a. 순간온수기(즉시탕비기) : 가열온도 60~70oC
b. 저탕형탕비기 : 저탕기내에 가열된 온수 저장. 자동온도조절기사용
비등점(100oC)에 가까운 온수 이용가능.
c. 기수혼합식 : 공장병원등에서 사용. 효율 100%,
고압증기(0.1~0.4MPa)사용으로 소음이 커, 스팀사일렌서 사용.
2) 중앙식
(1) 특징
- 초기투자비가 많이 드나, 연료비가 적게 들고 열효율이 좋다.
- 동시사용율 고려 가열장치의 응량을 작게 할 수 있다.
- 관리상 유리하나, 전문가가 필요하고, 시공후에는 배관 변경공사가 어렵다.
(2) 종류
a. 직접가열식
- 열교환기가 없어, 가열코일 불필요
- 열효율이 높고 고압, 단관식으로 소규모 건물에 적당
- 수관에 스케일 부착. 보일러 2개 필요(급탕용, 난방용)
b. 간접가열식
- 저탕조내의 가열코일로 가열. 저압 복관식으로 대규모 건물에 적당
- 스케일 우려 적음. 하나의 보일러로 급탕과 난방 가능
3. 급탕설비
1) 보일러
a. 재질 : 주철제 보일러, 강판제 보일러
b. 가열장치
- 순간식 : 팽창탱크 없는 소규모 건물
- 저탕식 : 팽창탱크 사용, 대규모 건물
2) 저탕조
용량은 피크로드시를 기준
3) 온수순환펌프
주로 원심펌프(볼류트펌프)사용. 소규모 건물에서는 축류펌프(라인펌프) 사용
4) 급탕배관
(1) 배관방식
a. 단관식 : 배관길이 15m이내의 소규모 건물. 설치비 싸고, 효율이 좋다.
b. 순환식 : 대규모 건물
(2) 공급방식
상향공급방식, 하향공급방식, 상하향혼용공급방식
(3) 순환방식, 구배
중력식 : 구배 1/50으로 급하게
강제식 : 급탕순환펌프 이용, 구배 1/200 . 중규모 이상 건물
* 급탕주관은 상향구배, 반탕관은 하향구배
(4) 역환수방식(reverse return)
온수공급관과 반송관의 배관길이를 동일하게. 간접가열식에서 사용.
하향공급방식에서 온수의 순환(유량)을 균일하게
(5) 배관크기, 밸브
- 급탕관 크기 : 최소 20A이상.
- 배관크기 비교 : 급탕관 > 급수관 > 반탕관
- 굴곡부, 공기빼기밸브(air vent valve)
- 게이트밸스(슬루스밸브)이용
(6) 신축이음쇠
a. 설치간격
동관 20meter, 강관 30meter 마다, 신축이음쇠 설치
b. 신축이음쇠 종류
- 스위블이음(swivel joint) : 분기배관, 방열기 주위, 2개의 엘보, 누수우려
- 슬리브이음(sleeve type) : 건물손상방지. 누수우려
- 벨로즈 이음(bellows type) : 저압용. 설치비 비쌈
- 신축곡관(expansion loop) : 옥외고압배관, 넒은 공간필요. 가장 우수
- 볼조인트(ball joint) : 직각배관 등에 사용, 고온고압
(*누수우려: 스위블이음 > 슬리브이음 > 벨로즈이음 > 신축곡관 )
(7) 팽창탱크
- 개방형 팽창탱크 : 저압에 사용, 최고층 급탕전보다 탱크 저면이 5m 높게
- 밀폐형 팽창탱크 : 고압에 사용. 설치위치 제한없음
(8) 팽창관
- 급탕수직주관을 연장하여, 팽창탱크에 자유개방
- 도중 밸브설치 금지. 팽창탱크물이 역류하지 않도록 팽창탱크 수면과
일정 높이 유지
(9) 수압시험
- 피복전. 최고사용압력의 2배(0.75MPa)로 60분간.