난방설비개요

1.1.1 기준온습도 ① 일반적인 건물의 실내 온습도 조건으로 표 7.1의 범위가 사용된다. ② 특수한 목적을 위한 경우 (공장, 연구소 등)에는 각각 그 목적에 알맞은 온습도 조건으로 하여야 한다. 표 1.1 실내 온습도 기준 온도(℃) 상대습도(%) 여름 겨울 25∼28 18∼22 40∼60 40∼60 ③ 환기량 : 환기란 실내에 신선한 공기를 도입하고 오염된 공기를 배출하여 항상 위생적인 실내공기 상태를 유지시키는 것이다. 환기량을 나타내는 방법으로는 사용인원 1인당 필요한기량과 함께 시간당 환기량을 실용적으로 나눈 값인 환기회수를 사용하는 경우가 있다. 1.1.2 열원 (1) 열 ① 열의 작용(효과) ㉠ 열을 가하면 일반적으로 물체의 온도가 오르고 그 부피가 늘어난다. ㉡ 온도가 오르면 빛을 낸다. 또는 전기가 발생하고 화학변화를 일으킨다. ㉢ 온도는 오르지 않고 상태의 변화만 일으킨다.(용해, 기화) (2) 열량과 비열 ① 열량 : 순수한 물 1g 의 온도를 섭씨로 1°올리는데 필요한 열량을 1calorie라고 한다. 따라서 mg의 물의 온도를 t℃올리는데 필요한 열량은 H=mtcal가 된다. ② 비열 : 어떤 물질 1g을 온도 1℃ 올리는데 열량(칼로리수)을 물질의 비열이라 한다. 비열 = 어떤 물질의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량/ 그 물질과 같은 질량의 물의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량 ③ 열용량 : 어떤 물체의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량을 말한다. 열용량 (W) = 질량(m)×비열(c) = 열량 H / 올리는 온도수 (t°) ④ 기체의 비열 : 기체에 열을 가하면 그 부피가 팽창하고 만약 팽창하지 못하게 해 놓으면 그 압력이 는다. 따라서 한 기체에 한 기체에 대하여 부피를 일정하게 했을 때의 비열은 그 값이 다르다. ㉠ 정적 비열 : 부피를 일정하게 하여놓고 기체 1g의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량 . ㉡ 정압 비열 : 압력을 일정하게 하여놓고 기체 1g의 온도를 필요한 열량. 비열의 비 = 정압 비열Cρ/ 정적비열 Cυ = γ(일정) (3) 열에 의한 상태의 변화 ① 잠열(융해열) : 융해점에 있는 고체 1g을 그와 같은 온도의 액체로 변화시키는데 필요한 열을 말한다. ② 비등점 : 액체의 내부에서 증기의 기포가 생겨 기화하는 현상을 비등(끓음)이라 하고 그때의 온도를 비등점 또는 비점 이라고 한다. 비등점은 액면에 작용하는 압력에 따라 변하여 압력이 클수록 높고 작을수록 낮아진다. (4) 온도계 온도계의 눈금을 정하는데 기준이 되는 온도는 물질의 융해점이나 비등점을 이용한다 ① 섭씨온도 : Celsius씨가 정한 온도인데 기호로는 ℃를 쓰며, 기준점을 1기압 하에서 얼음의 융해점을 0°로 하고, 물의 비등점을 100°로 정하여 그사이를 100등분 1℃로 한다. ② 화씨온도 : Fahrenheit씨가 정한 온도로서 ℉로 표시한다. 기준점은 1기압하에서 얼음의 융해점을 32°로 하고, 물의 비등점을 212°로 하고, 그사이를 180등분한 것이며 융해점 이하에도 그와 같은 눈금으로 되어 있다. F = 9/5C + 32 C = 5/9 (F-32) (5) 열의 전도 ① 전도 : 열은 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흘러간다. 화로에 숯불을 피우고 쇠막대의 한 끝을 꽂은 다음 조금 있다가 다른 끝을 만져보면 다른 끝도 더워진 것을 알 수 있다. 이와 같이 열이 중간에 있는 물질 속을 차례차례로 이동하는 현상을 말한다. ② 열전도율 : 고체는 전도로 인하여 이동시킨다. 전도를 잘하는 물질을 양도체라 하고, 전도를 잘 하지 않는 물질을 불량도체라고 한다. 열의 전도의 양부를 판단하기 위해서는 열전도율을 정하는데 이것은 다음과 같다. (어떤 물체 내에 생각한) 1cm거리에 넓이 1㎠의 평행한 두 평면의 온도차가 1℃일 때 1초간에 통과하는 열량의 cal수를 그 물질의 열전도율이라 하고, 이것은 물질에 따라 일정한 값을 가지고 있다. 이때 물체 내에 생각한 두 평면간을 흐르는 열량 Q는 ㉠ 시간 t에 비례한다. ㉡ 단면적 S에 비례한다. ㉢ 온도차θ₁-θ₂에 비례한다. ㉣ 두 평면간의 거리 ℓ에 반비례한다. ③ 대류 : 액체나 기체는 온도가 높게 되면 팽창해서 상승하고 온도가 낮은 것은 하강해서 순환운동을 하는 것을 대류라고 하며 열의 이동도 동반한다. ④ 복사 : 고온 물체에서 열원이 방사되어 공간을 통과하여 다른 저온 물체에 흡수되는 현상이다. (6) 습도 ① 관계 습도(상대습도) 습도(H)= 공기속에 현재 포함되어있는 수증기의 압력 Cp / 그 온도에 대한 수증기의 최대압력(포화증기압)P ② 절대습도 : 공기 1㎥속에 있는 수증기의 질량을 절대 습도라 한다. 1.2 증기난방 1.2.1 증기난방 방식의 분류 표 1.5 증기 방식의 분류 분 류 종 류 응축수 환수방식 ① 증력환수식 증기 난방 ② 기계 환수식 증기 난방 ③ 진공환수식 증기 난방 증 기 압 력 ① 저압증기난방 ② 고압증기난방 증기공급 배관방식 ① 상향식- 단관식, 복관식 ② 하향식- 단관식, 복관식 환수배관방식 ① 습식 환수 배관 ② 건식 환수 배관 (1) 사용 증기압에 의한 분류 ① 고압증기난방 : 1㎏/㎠이상의 증기이다. ② 저압증기난방 : 0.1∼0.35㎏/㎠의 증기 주철재 방열기의 설치 (2) 배관 방식에 의한 분류 ① 1관식 : 적은 규모의 난방 설비에서 증기 응축수를 동일 배관시공 ② 2관식 : 증기관과 응축수관으로 구분배관 한다. (3) 증기 공급방법에 의한 분류 ① 상향식 : 증기 주관은 최하층의 천장에서 입상관을 분기시켜 각 방열기에 공급시킨다. ② 하향식 : 최상층 천장에서 아래쪽으로 분가하여 각 방열기에 증기를 공급한다. (4) 환수관의 배관 방식에 의한 분류 ① 건식환수 : 보일러 수면보다 높은 곳에 환수 주관을 설치 환수관의 내부에 물이 차지 않는다. ② 습식환수 : 환수 주관을 보일러 수면 아래에서 배관하여 응축수가 충만되어 흐른다. (5) 응축수의 환수 방법에 의한 분류 ① 중력환수 : 고저의 차에 의한 중력에 의하여 응축수를 보일러실로 유도한다. ② 진공환수 : 환수관의 단말에 진공 펌프를 설치하여 환수를 강제적으로 촉진시킨다. 1.2.2 증기 난방 배관 ① 유체를 반송하는 배관은 관과 조인트로 구성한다. ② 유체의 유량을 조절하는 기구를 밸브라고 한다. ③ 유체의 성질이나 온도 의하여 증기트랩, 공기굄, 신축 조인트 등의 부속기기를 사용한다. ④ 난방기에 사용되는 관의 종류에는 강관(흑관, 백관), 동판, 염화 비닐관, 폴리에틸렌관 등이 있다. 증기 난방 배관에 있어서는 관내의 유체가 순환 사용되고, 매설되는 부분이 적으므로 부식을 받는 경우가 적기 때문에 아연도금을 하지 않는 흑강관이 사용된다. ⑤ 배관용 강관은 한국공업 규격에 있는데 상용압력 7∼10㎏/㎠G이하의 배관에는 배관용 탄소 강관(KS G 3452)을 사용한다. ⑥ 관경의 결정 ㉠ 필요한 증기량의 마찰저항에 의한 압력손실이 허용증기압력강하 이하가 되도록 관경을 결정한다. ㉡ 증기관내의 제한속도를 유지시켜서 수격작용이 일어나지 않도록 하며 안전하게 응축수가 흘러가도록 한다. ⑦ 배관의 기울기 ㉠ 증기관…순기울기 1/200∼1/300, 역기울기 1/50∼1/50 ㉡ 환수관…순기울기 1/200∼1/300 이상 각종 국부 배관에 주의를 요한다1.2 증기난방 1.2.1 증기난방 방식의 분류 표 1.5 증기 방식의 분류 분 류 종 류 응축수 환수방식 ① 증력환수식 증기 난방 ② 기계 환수식 증기 난방 ③ 진공환수식 증기 난방 증 기 압 력 ① 저압증기난방 ② 고압증기난방 증기공급 배관방식 ① 상향식- 단관식, 복관식 ② 하향식- 단관식, 복관식 환수배관방식 ① 습식 환수 배관 ② 건식 환수 배관 (1) 사용 증기압에 의한 분류 ① 고압증기난방 : 1㎏/㎠이상의 증기이다. ② 저압증기난방 : 0.1∼0.35㎏/㎠의 증기 주철재 방열기의 설치 (2) 배관 방식에 의한 분류 ① 1관식 : 적은 규모의 난방 설비에서 증기 응축수를 동일 배관시공 ② 2관식 : 증기관과 응축수관으로 구분배관 한다. (3) 증기 공급방법에 의한 분류 ① 상향식 : 증기 주관은 최하층의 천장에서 입상관을 분기시켜 각 방열기에 공급시킨다. ② 하향식 : 최상층 천장에서 아래쪽으로 분가하여 각 방열기에 증기를 공급한다. (4) 환수관의 배관 방식에 의한 분류 ① 건식환수 : 보일러 수면보다 높은 곳에 환수 주관을 설치 환수관의 내부에 물이 차지 않는다. ② 습식환수 : 환수 주관을 보일러 수면 아래에서 배관하여 응축수가 충만되어 흐른다. (5) 응축수의 환수 방법에 의한 분류 ① 중력환수 : 고저의 차에 의한 중력에 의하여 응축수를 보일러실로 유도한다. ② 진공환수 : 환수관의 단말에 진공 펌프를 설치하여 환수를 강제적으로 촉진시킨다. 1.2.2 증기 난방 배관 ① 유체를 반송하는 배관은 관과 조인트로 구성한다. ② 유체의 유량을 조절하는 기구를 밸브라고 한다. ③ 유체의 성질이나 온도 의하여 증기트랩, 공기굄, 신축 조인트 등의 부속기기를 사용한다. ④ 난방기에 사용되는 관의 종류에는 강관(흑관, 백관), 동판, 염화 비닐관, 폴리에틸렌관 등이 있다. 증기 난방 배관에 있어서는 관내의 유체가 순환 사용되고, 매설되는 부분이 적으므로 부식을 받는 경우가 적기 때문에 아연도금을 하지 않는 흑강관이 사용된다. ⑤ 배관용 강관은 한국공업 규격에 있는데 상용압력 7∼10㎏/㎠G이하의 배관에는 배관용 탄소 강관(KS G 3452)을 사용한다. ⑥ 관경의 결정 ㉠ 필요한 증기량의 마찰저항에 의한 압력손실이 허용증기압력강하 이하가 되도록 관경을 결정한다. ㉡ 증기관내의 제한속도를 유지시켜서 수격작용이 일어나지 않도록 하며 안전하게 응축수가 흘러가도록 한다. ⑦ 배관의 기울기 ㉠ 증기관…순기울기 1/200∼1/300, 역기울기 1/50∼1/50 ㉡ 환수관…순기울기 1/200∼1/300 이상 각종 국부 배관에 주의를 요한다 1.3 온수 난방 1.3.1 온수 난방의 종류 (1) 온수 온도에 의한 분류 ① 고온수 : 100℃이상의 온수를 이용 ② 온수 : 100℃이하(65∼85℃) (2) 순환방법에 의한 분류 ① 중력순환 : 온수의 밀도차에 의한 순환력을 이용하여 자연순환 된다. ② 강제순환 : 순환펌프에 의한 강제순환 된다. (3) 배관 방법에 의한 분류 ① 1관식 : 공급관 환수를 동일관으로 사용한다. ② 2관식 : 공급관, 환수관을 분리한다. (4) 공급방식에 의한 분류 ① 상향식 : 공급 주관을 최하층에서 분지하여 상향으로 입상 공급한다. ② 하향식 : 최상층에서 아래쪽으로 분지하여 하향 공급한다. 1.3.2 관경의 결정 (1) G = Q/ ti - to G : 발열량(㎉/h) ti : 방열기의 입구 온수온도 (℃) to : 방열기의 출구 온수온도 (2) R = Hw / L+L´ = Hw/ L(1+K) R : 배관의 저항(㎜Aq/m) L : 배관의 길이(m) L´: 부속품의 상당길이 (m) Hw : 이용 가능한 순화수두 (㎜Aq) 강제식 온수 난방의 Hw는 순환 펌프의 양정이다. k : 국부 저항과 직관 저항과의 비로서 주택 = 1∼1.5, 사무실건물 = 0.5∼1, 지역난방=0.2∼0.5이다. 1.3.3 배관 및 시공 (1) 배관 기울기 1/250이상 앞올림 기울기를 배관하고 자동 공기 배출 밸브를 설치한다. 배관의 최상단에는 공기 배출 밸브 최하단에 배수 밸브를 설치한다. (2) 온수 난방 배관 공기 제거 ① 배관내의 공기를 제거하는 것이 중요하다. ② 배관의 최정상부에 공기 빼는 밸브를 설치하거나 또는 팽창수조에 연결되는 공기 빼는 관을 설치하도록 한다. (3) 보일러, 순환펌프 팽창수조의 관 위치는 관내의 압력 분포에 주의하고, 펌프의 흡입쪽 압력이 그 부분에서 온수의 포화 증기압 이하가 되지 않도록, 또 펌프를 운전함으로써 보일러 압력이 제한값을 넘지 않도록 주의해야 한다. 1.4 복사 난방 1.4.1 복사 난방의 종류 (1) 복사 난방의 구조 건물의 구조체 속에 온수관을 매입하고 넓은 방열면을 구성한다. (2) 고온 패널식 반사식 전열기, 가스 방열기, 증기 패널 등과 같은 고온 방열기를 천장에 매달아 난방한다. (3) 패널의 구조 ① 사용관경 : 20∼32A의 강관, 16∼20A의 동관 ② 핏치 : 200∼300㎜ ③ 매입깊이 : 30㎜ ④ 바닥 표면 온도 : 29∼31℃ 1.4.2 복사 난방의 특징 (1) 장점 ① 온도의 분포가 균일하여 쾌감도가 높다. ② 방을 개방 상태로 하여도 난방 효과가 높다. ③ 방열면에서 직접 복사되어 난방하므로 온도가 낮아도 난방 효과를 얻는다. ④ 실내 높이에 의한 온도의 변화가 적어서 천장이 높은 방에 대한 난방으로도 적합하다. ⑤ 대류가 적어서 바닥에 먼지가 상승하지 않는다. (2) 단점 ① 열손실을 막기 위한 단열층을 필요로 한다. ② 외기의 급변에 따라 방열량 조절이 곤란하다. ③ 시공이 어렵고 수리비, 설비비가 비싸다. ④ 매입 배관이기 때문에 고장 지점을 발견하기가 어렵다. 1.4.3 패널구조 (1) 천장 가열관 가열면은 천장이나 바닥 등에 증기 또는 온수의 배관을 매설한다든지 전열선을 매설 방법외에 고온의 방사선을 별개로 배치하는 방법이 있다. (2) 천장 가열판 가열관을 천장 마루 등에 매설한 경우 표면 온도는 완성된 면의 내열성이나 실용상의 온도 한계에 의하여 제한을 받는다. (3) 가열관의 배치 가열관의 배치 밀도는 가열관의 온도, 가열관에서 표면까지의 열저항에 의한 온도 경사 배면에 유출하는 열량 등에 의하여 정해진다. 1.4.4 코일의 배관 방식 코일의 종류에는 밴드코일과 그릿 코일이 있으며, 강관, 동관이 주로 사용된다. 특히 신더 콘크리트에 강관을 매설할 경우 부식에 대한 대책을 세워야 한다. 1.5 온풍난방 1.온풍난방의 종류 ① 연료 : 가스 연소식. 기름 연소식 ② 형상 : 바닥 설치형, 천장형 ③ 송풍기 : 송풍기 내장형, 송풍기 별치형 2.온풍로의 장단점 (1) 장점 ①방열기가 없어서 설비비가 싸다. ② 기계실 면적이 적고, 기계설치가 용이하다. ③ 온습도 조절이 가능하다. ④ 열효율이 높고 경제적이다. ⑤ 예열시간이 짧으나, 동결 누수의 염려가 없다. (2) 단점 ① 송풍 온도가 높고 풍량이 적기 때문에 실내 온도 분포가 나빠질 우려가 있다. ② 소음이 날 우려가 있다. ③ 기계의 수명이 짧고, 화재의 위험성이 있다. 3. 난방방식 (1) 온풍로의 사용방식 ① 직접 토출식 : 난방실내에 기계를 설치하여 덕트 없이 직접 온풍을 공급한다. ② 덕트식 : 덕트에 의한 온풍 공급을 한다. ③ 열풍식 : 공기 온도를 100∼150℃ 정도로 높여서 토출구 부근에 서큐레이터를 설치 운영한다. (2) 온풍 난방의 원리 ① 실온보다 높은 온도의 공기를 실내에 흡입하고 이 공기에 실온까지 내려가는 동안에 발산하는 공기의 열을 이용해서 난방하는 방법이다. ② 온도 tα℃ 공기를 매시 Q㎥ 흡입하고 이것이 실온 tγ℃까지 내려가는 사이에 공기의 발산하는 현열은 0.3Q(tα-tγ)㎉/h 이므로 실의온실 열량을 H㎉/h이라고 하면, H= 0.3Q(tα-tγ)의 식에서 공기량 Q㎥/h가 구해진다. 4. 온풍 난방의 설계 요정 실난방 부하계산, 풍량계산, 풍량에 의한 덕트 계산, 가열에 의한 온풍로 결정, 신선한 공기의 도입한 결정, 가습량 계산, 기계실 계획 등이다 1.6 보일러 및 방열기 1.6.1 보일러의 종류 ① 보일러의 재료 : 강판제로 구성되었다. ② 사용압력 : 고압 1㎏/㎠ 이상, 저압 1㎏/㎠ 미만이다. ③ 본체 구조 : 수관식, 연관식 2종류가 있다. ④ 연도패스 : 1, 2, 3 패스가 있다. ⑤ 로의 위치 : 내화식, 외화식이 있다. ⑥ 동축심 위치 : 횡형, 입형 등이 있다. 1.6.2 보일러의 성능표시 ① 보일러의 마력 : 1마력의 전열면적 0.929㎡ 상당 증발량 15.65㎏/h ② 전열면적 : 수열 면적을 말하고 단위 면적당 발생열량은 9079㎉/㎡·h이다 ③ 증발량 ㉠ 실제 증발량 : 일정 온도의 물이 최종적인 증발상태에서 증기가 된 때의 증량이다. ㉡ 상당 증발량 : 실제 증발량이 흡수한 전열량을 가지고 100℃의 온수로서 같은 온도의 증기를 만드는 증발량이며 이때 증발에 필요한 단위 열량은 증기의 잠열로서 538.8㎉/㎏이다. ㉢ 상당 방열면적 : 표준열량을 내는 방열면을 말하며 E.D.R 이라 한다. 여기서 표준 방열량은 표준상태에 있어서 실내온도 및 열매온도에 의하여 정해지며 일반적으로 열매온도 102℃(표준증기의 절대압력 1.1㎏/㎠), 실내온도 18.5℃일 때의 방열면적 1㎡당 650㎉/h를 말하고 열매가 온수일 때에는 온수 평균온도 80℃ 실내온도 18.5℃일 때에 450㎉/㎡·h이다. ④ 보일러의 출력 ㉠ 상용출력 : 난방부하 + 급탕부하 + 배관손실 이다. ㉡ 정격 출력: 상용출력+ 예열부하 이다. 1.6.3 보일러의 특징 ① 급수 장치 ㉠증기 난방용은 응축수 펌프, 진공급수 펌프, 워싱톤 펌프, 인젝터, 터빈 펌프 ㉡온수 순환 폄프 등 ② 연소기기 ㉠오일버너 : 로터리식, 건타입식, 저압 공기식 ㉡급유장치 : 저유탱크, 서비스 탱크, 송유 펌프(기어 펌프) ㉢연도 및 연돌 1.6.4 보일러의 기기 ① 보통 온수 보일러 : 급기를 필요로 하지 않는 경우에 온수 보일러로 쓰면 경제적이다. 가정용은 보일러내의 수두가 10m미만 주철재 보일러는 50m미만으로 한다. 기기는 온수 순환펌프, 개방식 및 밀폐식의 팽창수조, 팽창관 또는 안전 밸브 등이 있다. ② 고온수 보일러 : 부지의 넓고 저층 건물이 분산되어 있을 때는 압력에 관해서 효과적이다. 보일러의 부속장치 (가압장치)와 송수 펌프에 대한 충분한 지식이 있어야 한다. 기기는 고온수 펌프, 밀폐식 가압 팽창수조, 가압 장치(질소 등), 안전밸브 등이 있다. ③ 저압증기 보일러 : 중규모 건물로서 고층 건물에는 적당하다. 주철재 보일러를 설치하면 수명은 반영구적이다. 기기는 진공 급수 펌프, 응축수 펌프 안전밸브 등이 있다. ④ 고압 증기 보일러 : 대규모 고층 건물에는 고압 증기를 사용한다. 병원 호텔 등 고압급기가 필요하면, 소규모 건물에는 사용할 수 있다. 기기는 급수 터빈펌프, 기동 급수 펌프, 온수조, 안전밸브 등이 있다.