4) 급수수질오염의 원인과 방지 (1) 수질의 오염 원인 음료수의 수원으로는 수질기준에 적합토록 만들어진 수돗물을 이용하고 있으나, 상수도 직결식의 급수방식 이외에는 수요자가 직접 모든 시설을 관리하게 된다. 그러므로 건물내의 저수탱크, 고가탱크, 배관 등의 재료나 구조및 유지관리가 불충분함으로 인하여 수질이 오염되지 않도록 세심한 배려가 있어야 하며 급수가 오염되는 원인은 다음과 같다. • 탱크 등에 오염 물질, 먼지, 소동물이나 곤충 등의 침입 • 기기나 배관류의 부식에 의한 영향 • 크로스 컨넥션의 상수, 급수, 급탕계통과 그 외의 타 계통이 배관이나 장치 등에 의 해 직접 접속된 경우 • 역사이펀 작용 • 저수탱크 등의 용기류에 토출되는 물, 사용된 물 및 기타 유체가 급수관내 부압이 작용할 경우 작용되어 급수관내로 역류하는 현상이다. 크로스컨넥션의 요인으로는 물이용 형태의 변화에 수반하여 잡배수 계통을 설치함에 따른 오배관이 있으며, 역사이펀 작용의 요인으로는 급수관과 물사용기구와 직결되는 경우에 발생한다. 고가 탱크로부터 하향식으로 급수되는 시스템에서, 탱크의 청소나 보수를 위해 탱크쪽 밸브를 잠근상태이고 어느층의 수전에 연결된 호스가 세탁기 물통속에 잠겨져 있을 때 바로 밑층의 수전이 열리면 급수관내 압력이 저하되면서 부압상태가 되고, 윗층 세탁기 물통의 물은 사이펀 작용으로 급수관내로 작용된다. 이것이 건물내의 급수배관에서 발생할 수 있는 전형적인 역 사이펀 작용이다. 또한 단수 이외의 상태에서도 급수관내에 예상 물량이상의 유량이 있으면 베르누이 방정식에 의해서 관내 유속이 빨라짐에 따라 속도 수두 v2/2g 및 관마찰 손실수두 h가 전수두 H보다 커지게 되면 압력수두 P/r는 부압이 되고 급수관내 압력도 부압이 된다. 이런 상태에서는 전수두 H가 적은 상층배관으로 역사이펀 작용이 발생할 수 있다. (2) 음용수 배관의 오염방지 대책 배관에서의 오염을 방지하기 위해서는 크로스컨넥션의 방지, 역사이펀 작용 방지를 위한 토수구 공간 확보, 버큠브레이커설치, 불침투성 재질사용, 녹 생성이나 부식이 용이한 금속재료의 경우에는 코팅 등의 내면처리, 저수탱크 등으로 유해물질이 침입하지 않도록 하여야 하며 배수를 재이용하는 시스템에서는 다음과 같은 조치가 이루어져야 한다. • 중수배관 설비는 타 배관설비와 겸용하지 않는다. • 외관상으로 타 배관설비와 구별이 용이하도록 색상등으로 구분한다. • 세면기나 수세기와 같이 음료수로 받아 쓸 수 있는 기구에는 배수 재이용 설비를 사 용하지 않는다. 역사이펀 작용을 방지하기 위해서는 급수관에 부압이 작용하더라도 급수관으로 물이 역류할 수 없도록 토출구 공간을 확보하고 대변기의 세척밸브, 호스를 연결하여 사용하는 카프링 붙이 수도꼭지, 살수전, 화학수전 등의 기능상이나 미관상 또는 사용편의상 토수구 공간을 둘수 없는 기구에는 버큠 브레이커를 설치한다. 배관시공상으로는 음료수 배관과 타용도 배관과의 이격거리에 주의해야 하며 매설되는 배관에 대해서는 수평으로 500mm 이상 띄우고 급수관이 상부에 위치하도록 배관한다. 급수입관으로 부터의 분기관에는 분기점 부근 접근과 조작이 용이한 위치에 차단밸브를 설치한다. 이것은 수량조절, 고장수리, 증설이 필요한 경우 지수, 계통간의 구분, 타 급수계통과의 오접합배관 여부 확인 등에 필요하다. 5) 음용수의 수질기준 음용수의 수질기준에 관한 규칙 (보건사외부령) 2조에 규정되어 있으며 다음의 요건을 갖추어야한다. • 병원 생물에 오염되었거나 병원 생물에 오염될 생물 또는 물질을 함유하는 것이 아 닐 것. • 시안, 수은 기타의 유독 물질을 함유하지 않을 것. • 동, 철, 불소, 페놀 기타의 물질을 그 허용량을 초과하여 함유하지 않을 것. • 과도한 산성이나 알칼리성을 나타내지 않을 것. • 이상한 취미(臭味)가 없을 것. 다만 소독에 의한 냄새는 제외한다. • 외관은 거의 무색 투명할 것. 지하수나 우물물(well water) 등의 상수도 이외의 수원에서 음료수를 공급하는 경우 도 상기의 수질 수준에 준한 물이어야 한다. 공업용 수도는 주로 공장의 프로세스 용수로서 사용하기 때문에 직접 음료용 등에 공급하는 것은 아니다. 따라서 수질 기준도 상수도와 같은 엄격함을 요구하지 않는다. 중수도는 잡용수라고도 하며, 일단 사용된 물을 회수·재생하여 순환 이용하는 것이다. 이 재이용수의 수질은 용도에 따라 다르다. ① 미생물에 관한 기준 1. 일반세균(보통 한천배지에서 무리를 형성할 수 있는 세균을 말한다)은 1mg 중 100을 넘지 아니할 것. 2. 대장균군(그람음성의 무포아성의 단간균으로 유당을 분해하여 산과 가스를 만드는 호기성 또는 통성혐기성균을 말한다)은 50mg 에서 검출되지 아니할 것 ② 건강상 유해영향 무기물질에 관한 기준 3. 납은 0.1mg/l를 넘지 아니할 것 4. 불소는 1mg/l를 넘지 아니할 것: 불소자체는 치아건강에 유리 5. 비소는 0.05mg/l를 넘지 아니할 것 6. 세레늄은 0.01mg/l를 넘지 아니할 것 7. 수은은 검출되지 아니할 것 8. 시안은 검출되지 아니할 것 9. 6가크롬은 0.05mg/l를 넘지 아니할 것 10. 암모니아성질소는 0.5mg/l를 넘지 아니할 것 11. 질산성질소는 10mg/l를 넘지 아니할 것 12. 카드늄은 0.01mg/l를 넘지 아니할 것 ③ 건강상 유해영향 유기물질에 관한 기준 13. 페놀은 0.005mg/l를 넘지 아니할 것 14. 총 트리할로메탄은 0.02mg/l를 넘지 아니할 것 단. 다이아지논은 0.02mg/l를 넘지 아니할 것 15. 파라티온은 0.06mg/l를 넘지 아니할 것 16. 말라티온은 0.25mg/l를 넘지 아니할 것 17. 페니트로티온은 0.04mg/l를 넘지 아니할 것 18. 카바릴은 0.07mg/l를 넘지 아니할 것 19. 트리클로로에탄은 0.1mg/l를 넘지 아니할 것 20. 테트라클로로에틸렌은 0.01mg/l를 넘지 아니할 것 21. 트리클로로에틸렌은 0.03mg/l를 넘지 아니할 것 ④ 심미적 영향물질에 관한 기준 22. 경도는 300mg/l를 넘지 아니할 것 23. 과망간산칼륨소비량은 10mg/l를 넘지 아니할 것 24. 냄새와 맛은 소독으로 인한 냄새와 맛 이외의 냄새와 맛이 있어서는 아니될 것 25. 동은 1mg/l를 넘지 아니할 것 26. 색도는 2도를 넘지 아니할 것 27. 세제(음이온계면활성제)는 0.5mg/l를 넘지 아니할 것 28. 수소이온농도는 pH 5.8 내지 8.5이어야 할 것 29. 아연은 1mg/l를 넘지 아니할 것 30. 염소이온은 150mg/l를 넘지 아니할 것 31. 증발잔류물은 500mg/l를 넘지 아니할 것 32. 철 및 망간은 각각 0.3mg/l를 넘지 아니할 것 33. 탁도는 2도를 넘지 아니할 것 34. 황산이온은 200mg/l를 넘지 아니할 것 한편 국내 상수도 수질기준에 포함되어 있지 않은 방사능과 일부 미생물, 무기물,유기물, 살충제 등에 관하여 세계보건기구(WHO)와 미국환경청(EPA)은 별도의 규정에 의해 권고하고 있다. 대장균의 기준의 의미는 ① 일반세균 포함 여부, ② 타세균에 비하여 수명의 김, ③ 오수 cross connection에 여부확인 등이 있다. 6) 급수용 배관재료(건설부고시 제 1993-350호) (1) 배관재료 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 제18조, 제 3호의 규정에서 "한국산업규격표시품 중 음용수에 사용할 수 있는 배관재료"는 다음과 같이 고시하여 1993년 10월 1일부터 시행하고있다. • 배관용 스테인리스강관(KSD 3576) • 폴리에틸렌 피복강관(KSD 3589) • 일반배관용 스테인리스강관(KSD 3595) • 분말 용착식 폴리에틸렌 피복강관(KSD 3607) • 수도용 에폭시수지 분체 내외면 코팅강관(KSD 3608) • 수도용 폴리에틸렌 분체 라이닝강관(KSD 3619) • 이음매없는 동 및 동합금관(KSD 5301) • 폴리프로필렌 공중합체관(KSM 3362) • 폴리부틸렌관(KSM 3363) • 수도용 경질염화비닐관(KSM 3401) • 수도용 경질염화비닐이음관(KSM 3402) • 새마을 간이상수도용 경질염화비닐관(KSM 3403) • 수도용 폴리에틸렌관(KSM 3408) • 수도용 폴리에틸렌관 이음관(KSM 3411) • 기타 국립건설시험소장이 건축물에 설치하는 음료수용 배관재료로 적합하다고 인정하는 것. (2) 배관재료 선정시 고려사항 ① 관내를 흘려보내는 유체의 화학적성질 • 유체가 관을 부식하느냐의 여부 • 유체가 관의 재질을 용해 또는 승화하여 수송해야할 유체가 오염되느냐, 혹은 그것 때문에 유체가 오염하게 되느냐의 여부. • 유체에 고체가 수반되어(모래, 석탄등의 수압 수송등) 관을 몹시 마모하느냐의 여부. • 유체의 농도에 따라 관의 재질이 받는 화학적영향의 차이. ② 관속을 흘려보내는 유체의 온도 • 유체의 온도가 관의 내압강도 기타의 물리적성질에 미치는 영향. • 유체의 온도가 관의 재질에 미치는 화학적영향. • 유체의 관내동결에 의해 관에 미치는 영향. ③ 유체의 압력, 즉 관이 받는 내압조건 • 유체의 최고압력 • 유체의 맥동(pullsation)또는 수격작용(water hammer)이 있는냐의 여부, 있다면 그 최대치, 이것들의 최대압력이 관의 규격상용수압 이하가 되어야 한다. ④ 관의 외벽에 접하는 환경조건 주로 지중매설배관의 경우, 토질에 따른 영향이다. 산성토양의 습윤지에서는 내산성이 강한 관을 선택해야 한다. 화학공장등에서 기체가 발생하는 곳에 배관할 경우 그 기체가 관에 미치는 영향도 고려해야 한다. ⑤ 관이 받는 외압 지중매설관등 외압을 받는 배관에서는 규격의 외압강도도 고려하여 관종을 선택해야 한다. ⑥ 관의 접합방법 • 관의 접합방법이 관속을 흐르는 유체의 화학적성질에 적합하느냐의 여부. • 열차의 배관 또는 기계에 접속하는 배관처럼 항상 진동하든지 또는 간혹 강한충격을 받는다든가 하는 여부. • 관의 접합법이 내압 또는 외압을 지탱하느냐의 여부를 그 시험성적을 조사하여 확인 한다. 그 문헌이 없으면 수압시험을 실시하여 관종결정의 자료로 삼으며 특히 관의 접합은 그 접합방법 및 그 접합시공기술의 수준에 따라서도 내압강도가 크게 좌우된 다. ⑦ 관의 중량과 수송 조건 • 산간오지등 수송조건이 나쁜경우는 관의 중량과 수송방법이 크게 문제될 때가 있다. • 단기간의 사용과 반 영구적 배관과는 관의 수송조건, 따라서 관의 중량을 고려해야 할 경우도 있다. 이상의 여러조건중의 하나 혹은 둘이상이 동시에 따르게 되므로, 그것들을 깊이 생각한 다음에 채택할 관의 종류 및 그 접합방법을 선정해야한다. 그러기 위해서는 각종관의 재질의 화학적성질, 규격의 상용정수두, 수압시험, 및 관의 내경, 외경 기타 각부의 치수등을 알아야한다. 3. 급수량과 급수방식 1) 사용수량과 필요압력 (1) 사용수량 물의 사용수량은 음료수를 비롯하여 요리와 취사, 세탁, 목욕과 세면, 청소 등 위생용과 도시활동을 위한 공용수, 소화용, 공업용 등에 많은 양이 소비되고 있으나, 사용량은 생활환경과 수준의 향상에 비례하여 더욱 더 증가될 것이다. 표1은 하루에 사용하는 물의 양을 용도별로 구분하여 한사람당으로 환산한것이다.
[표1] 용도별 사용수량 일반적으로 수세식 화장실, 세탁기 및 욕실이 갖추어진 주택에서의 사용유량은 150 ∼ 300 L/人日 정도이며, 용도별 비율은 표2와 같다.
[표2] 수세식화장실, 세탁기 및 욕실이 있는 주택에서의 용도별 사용 수량에 대한 비율 ① 물 사용량의 변화 물 사용량은 계절, 월별, 요일별로 각기 다르며 하루중에도 시간대에 따라 다르다. 일반적으로 계절별로는 여름이 가장 많고, 봄과 가을이 중간정도이며 겨울이 가장 적다.여름의 사용량이 가장 많은 것은 목욕과 세탁 회수가 증가하고, 수영이나 분수, 살수등의 사용량이 증가하기 때문이다. 월별의 차이는 기온의 영향 때문이므로 7, 8월이 많고 1, 2월이 적다. 주택의 경우 요일별로는 일요일이 사용량이 가장 많은데 이는 온가족이 모여있기 때문이다. ② 건물별 사용수량 건물에서의 사용수량은 건물의 규모와 설비 내용에 따라 매우 다르다. 위생과 난방설비 정도였던 건물의 설비가 이제는 냉방 또는 공조설비를 필수로 하고 있고, 주택의 경우는 수세식 화장실과 세탁기 사용의 보편화, 식기 세척기의 보급, 자동차의 증가에 따른 세차용수의 추가 등이 사용수량의 증가를 가속화하고 있다. (2) 기구별 사용유량 및 필요압력 위생기구에 대한 표준적인 사용수량은 표본조사에 의해 자료가 나와 있다. 그러나 급수관내 압력에 따라 토출량은 다르며 기구에 따라서는 어떤 한정된 시간내에 필요한 급수를 하지 않으면 그 기능이 발휘되지 않는 것이 있다.
예로, 대변기 세척밸브, 소변기 세척밸브에서는 일정한 시간 내에 필요한 수량을 토수해야만 변기의 세척효과가 나타난다. 일반적으로 대변기 세정밸브 1회의 사용량은 15L 이며, 그 토수시간은 10초, 소변기 세정 밸브는 1개당 사용수량이 평균 4.5L이며, 세정시간은 5∼8초 정도이다. 그러나, 일반적으로 수압이 높으면 급수량이 많아져서 세면기, 수세기 등에서는 물이 튀는 경향이 있고, 반대로 수압이 낮으면 토수량이 적어지는 경향이 있어 사용상 불편하다. 그러므로 기구별 필요한 양만큼의 물이 토수되기 위해서는 규정된 수압이 유지되어야 하며, 급수설계에서는 시스템을 어떻게 구성하느냐 하는 것보다 수압을 어떻게 필요한 정도로 유지시키느냐가 더욱 중요한 사항이 된다. [표 3]위생기구나 필요한 최저수압
왜냐하면 급수기구나 수전에는 필요한 최저수압이 확보되어야만 물이 흐를 수 있는 구조를 가지고 있고, 수압이 낮으면 차압에 의해서 작동하는 가스 순간온수기와 같은 장비에서는 가스 밸브가 열리지 않고, 착화되지 않아 급탕이 불가능 하게 된다. 급수압력이 높으면 급수기기의 수명이 단축되므로, 이런 경우에는 내압성능이 좋은 자재사용이 필요하게 된다. 또한 유량을 늘리기 위해서는 유속이 증가되어야 하며, 유속이 증가되면 워터햄머와 유수 소음이 발생하여 장애를 일으킨다. 그러므로 급수, 압력은 일정한 범위내에 있도록 설계되어야 한다. 일반적으로 주택이나 호텔 등 사람의 사생활이 보장되어야 하는 건물에서는 3∼4kgf/㎠, 기타 건축물에서는 4∼5kgf/㎠이며, 유속은 2.0m/s 이내로 제한한다 2) 설계용 급수량 산정 급수량의 산정에는 건물의 용도, 사용시간 및 사용인원수는 물론 공조용수, 프로세스 용수 등을 파악하여야 한다. (1) 생활용 급수량 [표 4]는 주요 건물별 거주하는 사람의 일상생활에 필요한 1인당 사용수량을 나타낸 것으로 유효면적은 복도, 계단, 창고 등과 같이 사람이 거주 또는, 근무하지 않는 부분의 면적을 제외한 실제사용면적이다. 최근의 사무소 건물에서는 물을 절약하기위한 방안으로 절수기기를 사용하는 사례가 늘고 있고 실제로 많은 효과를 보고 있다. 따라서 건물의 내용에 따라서는 기기에서 사용되는 수량도 가산할 필요가 있다.
[표 4] 건물종류별 급수량 유효면적Qd = 급수량 × 유효면적당 인원 × --------- (l/d) 연면적 QdQh = ------- (l/h) T Qm = (1.5~2.0) Qh (l/h) (3~4) QhQp = --------- (l/min) 60 Qd : 1일당 급수량 (l/d) Qh : 시간 평균예상 급수량 (l/h) Qm : 시간 최대 예상 급수량 (l/h) Qp : 순시 최대 예상 급수량 (l/min) (2) 기타용수 필요량(cooling water) 사무소 건물에서는 이제 냉방 또는 공조설비가 필수적이다. 따라서 냉동기를 사용함에 따른 냉각수량 확보는 중요한 항목이 된다. 냉각수는 방류식으로 하거나 냉각탑을 사용하는 방법이 있으므로 각 경우에 대한 사용수량 계산에는 다음식을 사용한다. ① 압축식 냉동기 냉각수량 (방류식) Qr = 780×RT×T Qr = 냉각수량 [ℓ/d] RT : 냉각기능력[ US RT] T : 운전시간 [h/d] ② 냉각탑 보급수 압축식 냉동기 Qf1 = 15.6×RT×T 흡수식냉동기 (1중효용) Qf2 = 21.3×RT×T 흡수식냉동기 (2중효용) Qf3 = 20.7×RT×T Qf : 냉각탑보급수 [ℓ/d] RT : 냉동기 능력 [US RT] T : 운전시간 [h/d]
③ 수영장보급수 Qpf = v×(0.05∼0.2) Qpf : 보급수량[㎥/d] V : 수영장체적[㎥] ④ 엔진용 냉각수량 건물에 엔진이 설치되는 경우에는 이에 대한 냉각수도 확보되어야 한다. 엔진용 냉각수 계산에는 다음의 식을 사용한다. QE=qE×E×tE QE : 엔진의 사용수량[L] qE : 1kVA당 냉각수량(30∼40)[L/kVA.h] E : 엔진용량[kVA] tE : 발전시간[h] 이다. (3) 각종 예상 급수량 급수설비에서 기기, 배관 등의 용량을 산정하기 위해서는 해당 건물에서 물이 어떠한 상태로 사용될 것인가를 충분히 파악하여야 한다. 물의 사용상태를 분석하는 방법으로는 1일의 급수량을 1일 평균 사용시간으로 나눈 것을 시간평균 예상급수량, 1일중 물이 최대로 사용되는 1시간 동안의 사용량을 순시의 사용량을 순시최대 예상급수량으로 하여 계산하고 있다. QdQh = ------- (l/h) T Qh = (1.5~2.0) Qh (l/h) (3~4) QhQp = --------- (l/min) 60 Qh : 시간평균예상급수량 [L/h] Qd : 1일당급수량[L/h] Qm : 시간최대예상급수량[L/h] Qp : 순시최대예상급수량[L/M]이다. 학교, 공장, 영화관 등의 사용할 시간이 단시간에 집중되는 건물에서는 Qh 및 Qp가 대단히 크다는 점을 잘 고려해야 한다. (4) 음료수와 잡용수의 비율 일반적인 건축물에서 세면기, 수세기, 온수기, 주방, 세탁 등의 용도에 사용되는 물은 사람이 마시거나 혹은 인체에 접촉되더라도 이상이 없는 물이어야 하므로 상수를 공급하지 않으면 안된다. 대변기, 소변기, 청소용, 살수, 기계 등의 냉각용에는 잡용수를 사용할 수가 있다. 음료로 사용할 수 있는 물은 환경의 악화 등의 이유로 갈수록 줄어들고 있는 것이 세계적인 추세이다. 물을 효율적으로 이용한다는 측면에서는 멀지않아 배수 재이용설비 등을 설치해야만 할 것이다. 배수를 재이용하는 경우에는 급수계통을 음료수 계통과 잡용수 계통으로 분리해야 하므로, 음료수와 잡용수의 사용량 비율파악이 필요하다. 음료수와 잡용수의 사용비율은 잡용수를 어떤 용도로 사용할 것인가에 따라 다르지만, 화장실 세척용 살수용도에 사용할 때는 표 4와 같은 비율이 된다.
[표 5] 건물별 음료수와 잡용수의 비율 3) 급수방식 건물내 급수방식은 수도직결방식, 고가수조방식, 가압수조방식 및 펌프 직송방식 등이 일반적으로 사용되나, 건물의 용도, 규모 및 설치 환경을 고려하여 선택한다. 생활수준의 향상은 쾌적 수압과 위생성에 대한 요구를 증대시키므로 어떠한 방식을 취하든 수압과 위생성이 확보되도록 하여야 한다. (1) 수도직결방식
[그림2]와 같이 상수도 본관으로부터 급수관을 직접분기하여 건물내의 필요한 곳에 급수하는 방식이다. 이 방식을 적용하기 위해서는 분기지점의 상수도 압력이 해당건물의 제일높은곳에 설치 되는 위생기구에 이상없이 급수될수 있으며, 인입공사가 가능한지를 조사해 보아야 한다. 2층 이하의 단독 주택이나 소형건물에 주로 사용되는 방식이지만, 가스식 순간 온수기나, 가스 보일러등을 사용하는 건물에서는 수압이 낮을 경우 착화가 불가한 경우가 있으므로 특히 수압에 대한 주의가 필요하다. 이 방식을 적용하기 위해서는 다음 식을 만족할 수 있어야 한다. P ≥ P₁ + P₂ + P₃ 식에서 P : 상수도 본관에서의 압력[kgf/㎠]{Pa} P₁: 분기점으로부터 제일 높은곳 (최악의 조건에 설치된 수도꼭지나 기구까지의 높이에 해당하는 압력 [kgf/㎠]{Pa} P₂: 분기점으로부터 제일 높은곳에 설치된 수도꼭지나 기구까지의 관마찰 손실(부차적손실포함)[kgf/㎠]{Pa} P₃: 분기점으로부터 제일 높은곳에 설치된 수도꼭지나 기구에서 필요로 하는 압력[kgf/㎠]{Pa}이다. (2) 고가 수조 방식
상수도를 일단 지하 저수조에 저수시킨 다음 급수가압펌프로 옥상이나 또는 별도로 설치된 고가수조로 송수하여, 중력으로 필요한 곳에 급수하는 방식으로 공동주택이나 사무소 건물 등에서 가장 많이 사용하고 있는 방식이다. 이 방식에서 탱크부설 높이는 각 수도꼭지에서의 필요급수압과 배관, 밸브, 계량기의 마찰손실 등을 고려해서 결정하여야 한다. 최상층에 대변기용 세척밸브나, 샤워, 순간식 가스온수기 등을 설치할 경우는 필요 토출압력을 고려해서 이에 필요한 압력을 확보할 수 있도록 높이를 결정할 필요가 있다. 또, 초고층 건물로서 급수압이 높아질때에는 급수압력이 4 kgf/㎠를 넘지 않도록 중간수조를 설치하거나 감압장치에의해 급수압을 줄여주는 것도 필요하다. 이 방식을 적용하기 위해서는 다음을 만족할 수 있어야 한다. H ≥ H₁ + H₂식에서 H : 제일 높은곳(최악의 조건)에 설치된 수도꼭지나 기구로부터 고가수조 저수위까지의 수직높이 [m] H₁: 제일 높은곳에 설치된 수도꼭지나 기구에서 필요로 하는 압력에 상당하는 높이[m] H₂: 고가수조로 부터 제일 높은곳 또는, 최악의 조건에 설치된 수도꼭지나 기구까지의 관마찰손실(부차적 손실포함)[m]이다. (3) 압력탱크방식
[그림4]와 같이 고가수조대신 압력탱크를 두어 급수하는 방식으로 상수도를 일단 지하저수조에 저수시킨 다음 급수가압 펌프에 의해 필요한 곳에 직접 급수한다. 펌프를 가동시켜 공기가 봉입된 밀폐 탱크로 물을 가압하여 유입시키면 탱크내부의 공기가 압축되어 물에 압력이 가해지게 되므로 높은 위치까지 물을 공급할 수 있다. 물이 공급되면 탱크내의 압력이 떨어지게 되며 탱크내의 압력이 일정한 수준이 되었을 때, 미리 조정된 압력 스위치의 작동에 의해 펌프를 회전시켜서 가압하고 정해진 탱크압력이 도달할 때 자동 정지한다. 이 방식은 전기 부품의 고장이 많거나, 혹은 탱크내의 공기가 감소하기 때문에 공기를 재충전하지 않으면 안되는 등의 단점과 탱크내의 압력이 어느범위에서 변동할 경우 수전의 급수압력이 항상 변동되는 문제점이 있다. 이 방식은 설치환경이나 경제성, 등의 제약 등으로 고가수조방식의 적용이 어려운 경우, 고가수조 방식으로는 설치장소의 제약으로 제일 높은 층에서 필요로 하는 압력을 얻을수 없는 경우, 동일한 높이에 설치된 다른 장비들의 적절한 수압을 얻을 수 없는 경우 등에 고가수조 방식과 병용하거나 소규모 주택이나 건물에 주로 사용된다.
(4) 펌프 직송방식 탱크없는 부스터(booster)방식, 탱크없는 압송방식등 여러명칭으로 표기한다. 상수를 일단 지하 저수조에 저수한 다음 급수가압펌프에 의해 필요한 장소로 직송하는 급수방식으로, 제어 방식으로는 급수관내 압력또는 유량을 감지하여 펌프의 대수를 제어하는 방법 또는, 회전수를 제어하는 방법이 있으며, 2가지 제어방식을 병용하기도 한다. 고층건물의 경우는 건물의 각층 높이를 고려하여 여러층으로 급수구역을 나누어 높이 별로 펌프를 설치하는 방법을 취할수도 있다. 현재 사용되는 펌프직송 방식을 설명하면 다음과 같다. ① 정속방식 압력스위치, 유량계, 미소 유량검출기, 압력조절밸브, 소형압력탱크 등에 의해 펌프를 대수제어(펌프가 한 대일 때에는 2위치제어)하거나, 토출압력이 일정하도록 제어한다. 압력조절밸브는 토출압력이 일정하게 유지되도록 제어하기 위해 설치되는 것이나, 토출압력이 다소 변화되어도 문제가 되지 않는 경우에는 생략될 수 있다. 소형 압력 탱크는 적은 유량이 필요할때 펌프의 기동과 정지가 빈번해지는 것을 방지하기 위하여 설치하는 것으로, 물 사용이 시작되면 소형압력탱크내의 물이 송수된다. 물 사용량이 증가되면 압력이 저하되고 기준압에 도달하면 첫번째 펌프가 기동하게 된다. 물사용량이 더 많이 증가되어 압력이 증가 되면 두 번째 펌프가 가동되어 두대의 병렬운전이 된다. 물사용량이 더 많이 감소되어 기준압이하가 되면 감소유량 검출기에 의해 첫 번째 펌프도 정지된다. 펌프를 2대이상 설치하는 경우에는 각 펌프의 수명이 동일해 지도록 한 대의 펌프만 계속 사용되지 않고, 교대로 사용할 수 있도록 자동 교체운전이 되어야 한다. ② 변속방식 펌프의 변속운전에 의한 펌프 직송방식은 토출압력을 감지하여 펌프의 회전수를 제어하는 것이므로, 펌프의 유량 Q, 양정 H 및 축동력 P와 회전수 N은 다음 식과 같은 관계를 가진다. Q ∝ N H ∝ N² P ∝ QH ∝ N³ 이러한 시스템을 적용한 급수설비에서 가변속펌프의 회전수 제어정도는 최대회전수의 80%로부터 최대회전수(100%)까지의 범위이다. 이상 4종의 급수방식은 각각 특징을 가지고 있기 때문에 어떤 방식이 건물규모에 적합한 것인가를 검토하여 채택하는 것이 좋다.
[표 6] 각 급수방식의 비교
4) 배관계획 (1)고층 건물의 급수조닝 현대의 건축물은 토지 이용의 효율성 제고와 경제성의 추구 및 건축기술의 발전에 힘입어 급격히 고층화, 대형화 하는 추세이다. 그러므로 급수설비도 고층에 적합한 시스템으로 설계되지 않으면 안된다. 고층건물의 급수 시스템을 중, 저층 건물과 마찬가지로 단일 계통으로 하면 저층에서는 수압이 과대해지므로 소음, 진동, 워터햄머 등이 심하게 발생하게 된다. 앞에서 언급된 기준이 되는 급수압력을 초과하는 경우에는 중간 탱크나 감압밸브를 설치해서 급수 압력을 조정해야 한다. ① 급수계통을 조닝(zoning)하는 방법 [그림5]와 같이 급수관을 2개이상으로 구분설치하는 방식이다. (a)는 고가수조나 중간 수조 용량에 차이가 적으나, (b)는 중간 수조용량이 커져야 하고, (c)는 고가수조의 용량이 커져야 한다. 이러한 방식들을 적용하기 위해서는 건축적으로 중간층에 수조를 설치할수 있도록 면적 확보와 구조적인 검토가 선행되어야 한다.
② 감압밸브 사용방법 중간수조를 둘 수 없을 경우 설치 공간을 적게 차지하면서 설비적으로 압력문제를 해결할 수 있는 것이 감압밸브를 설치하는 방법이다. 아래 [그림 6]은 그 대표적인 예이며 (a)는 주관에 대형의 감압밸브를 두는 방식, (b)는 수압의 높은 저층구간의 각 층별로 감압밸브를 두는 방식이며(c)는 저층 구간의 2∼3개층을 묶어서 감압밸브를 설치하는 방식이다. 아래 그림은 펌프 직송방식(탱크없는 부스타 방식)의 급수계통에 대한 죠닝 방법의 예이다. (a)는 단일 펌프를 사용하고 고층부, 중층부, 저층부로 구분한 후 중, 저층부에만 감압밸브를 두어 일정범위로 압력이 유지되도록 한 것이며 (b)는 펌프와 배관계통을 완전히 분리하여 구간별 압력이 일정범위에 오도록 한 것이다. 이상에서와 같이 감압밸브를 사용하는 경우의 상세도는 다음 그림과 같다. 즉 감압밸브를 기준으로 고압측에는 스트레이너, 차단밸브와 압력계,저압측에는 차단 밸브와 압력계를 설치하며 반드시 바이-패스를 설치한다. 특히 주 감압밸브에 이상이 있을시 특별한 문제가 예상되는 시스템에서는 바이-패스 감압밸브나 경보 또는, 안전장치를 두는 것이 좋다. 미국의 설계에서는 주관에 감압밸브를 설치하는 경우 일반적으로 감압밸브가 조절가한 최소 유량은 정격 유량의 5%정도로 하며 같이 바이-패스 감압밸브를 설치한다. 그 감압 밸브 용량은 주된 감압밸브 용량의 20%정도로 하며, 저압측 설정압력은 주된 감압밸브의 저압측 설정 압력보다 0.15∼0.3kgf/㎠ 정도 높게 설정하는 것을 표준 설계로 하고 있다. 국내에서는 아직 이와 같은 기준의 적용이 정설로 되어 있지 않으므로 사용하고자 하는 감압 밸브의 특성을 잘 검토하여 바이-패스 감압밸브의 설치여부를 결정해야 할 것이다.
(2) 배관경로 배관경로를 결정하기 위하여는 경제성, 보수관리 등을 고려하여 다음 사항에 유의 하여야 한다. • 관련 기기류·위생기구간의 거리를 가능한 최단거리로 한다. • 점검·보수·수리 등이 용이하도록 한다. • 콘크리트 매설배관은 가능한 피한다. • 엘리베이터 샤프트, 엘리베이터 기계실, 전기실, 통신기기실, 컴퓨터실 등에는 배관이 통과하지 않도록한다. • 전기, 전자기기실의 상부에는 배관하지 않는다. |