급탕설비배관시공

3-1 급탕 온도와 급탕량 (NO 232)

1. 급탕 온도

급탕의 온도는 사용 목적에 따라 다르다.

세면, 수세, 목욕용 등은 40~50℃가 적당하며, 주방용으로는 소독을 겸해서 80℃정도가 필요하다.

일반적으로 급탕 설비에서는 탕과 냉수를 혼합하여 탕의 온도를 낮추어 사용하므로 비율이 낮아져 경제적이다.

① 음료용 : 소형 저탕식 탕비기나 주전자의 물을 가열하여 사용

② 목용용 : 수세기, 세면기, 욕조, 샤워, 비데 등에 사용

③ 세정용 : 소독용, 보온용, 주방싱크, 식품세정기, 청소용 싱크 등에 사용

<표 3-1> 용도별 사용온도

용 도	사 용 온 도 (℃)		용 도	사 용 온 도 (℃)
음 료 용 목욕용(성인,유아) 의 료 용 (손씻기) 풀 장 면 도 용	50~55 42~45,40~42 43 21~27 46~52		세면 및 손씻기 샤 워 용 주 방 (헹구기) 차 고 (세차용) 세 탁 용	40~42 43 45~60,70~80 24~30 33~60

2. 급탕량

급탕량은 생활 정도나 풍습, 국민성 등에 따라 차이가 있다.

우리나라에서는 대체로 20~40ι/d로 여자는 남자보다 20%정도 많이 사용한다.

미국에서는 120~160ι/d 정도라고 말하고 있다. 건물 내에서 사용되는 탕의 양은 급수 설비의 경우와 같이 건물의 종류와 용도에 따라 다르며,

하루 동안에도 시간대에 따라 차이가 많고, 또한 계절에 따라서 영향을 받으므로 주의를 요한다.

급탕량을 산정하는데는 기구의 종유와 갯수에 의한 방법과 사용인원에 의한 방법이 있으나,

일반적으로 인원을 기초로 한 산정방법으로 정확한 값을 얻을 수 있다.

Qd = N × qd

Qh = Qd × qh

V = Qd× v

여기서 N : 급탕 대상 인원(인)

Qh : 1시간의 최대 급탕량(ι/h)

H : 가열기 능력(Kcal/h)

tc : 물의 온도 (℃)

H =Qd ×r(th - tc)

여기서 Qh : 1일의 최대 급탕량(ι/d)

V : 저탕 용량(ι)

th : 탕의 온도 (℃)

qd , qh,v 및 r 은 <표3-2참조>

<표3-2> 건물의 종류별 급탕량

건물의 종류	1인1일당 급탑량 (ι /c/d)	1일 사요에 대한 필요한 1시간당 최대치 비율	피크로드의 계속 시간	1일 사용량에 대한 저탕 비율	1일 사용량에 대한 가열 능력비율
	qd	qh	h	v	r
주택ㆍ아파트ㆍ호텔 등 사 무 실 공 장 레 스 토 랑 레스토랑(3식/1일) 레스토랑(1식/1일)	75~150 7.5~11.5 20 - - -	1/7 1/5 1/3 - 1/10 1/5	4 2 1 - 8 2	1/5 1/5 2/5 1/10 1/5 2/5	1/7 1/6 1/8 1/10 1/10 1/6

주) ① 호텔에서는 1일의 탕 필요량과 특성이 호텔의 형식에 따라 달라진다. 고급 호텔에서는 피크로드는 낮지만 1일 사용량이 비교적 많고,

상업 호텔에서는 피크로드는 높지만 1일의 사용량이 적다.

② 주택이나 아파트에서 접시 세정기나 세탁기가 있을 때는 접시 세정기 1대당 60ι, 세탁기 1대당 150ι 를 추가한다.

3-2 급탕 방법

1.개별식 (국소식)급탕법

개별식 급탕법은 욕실 세면장 주방 등에 소형의 가열기를 설치하여 급탕하는 방법으로 열원으로서는 취급이 용이한 가스 ,전기 등이 사용된다.

<개별식 급탕법의 장점>

① 길다란 배관이 필요없으며, 따라서 배관 중의 열손실이 적다.

② 필요에 다라 손쉽게 사용할 수 있고,더구나 높은 온도의 물을 필요로 할 때에도 쉽게 곧 얻을 수 있다.

③ 급탕 개소가 적을 경우에는 시설비가 경제적이다.

(1) 즉시 탕비기(순간 온수기)

●일반적으로 가스 또는 전기를 열원으로 하는 것이 많으며 최근에는 가스를 연료로 하는 즉시 탕비기가 많이 사용되고 있다.

●급수관에서 공급된 물은 코일모양으로 배관된 가열관을 통과하는 동안에 가열관 주위에서 연소하는 가스 불꽃에 의해 가열되고 급탕되어

급탕 관에서 뜨거운 물이 나온다.(그림 3-1 참조)

●또한, 자동 연소 장치의 원리는 항시 점화되어 있는 작은 파일럿 플레임(pilot flame)이 있어서 급탕전을 열면 냉수가 벤튜리를 흐르는

수류에 의해 다이어 프램의 양면에 수압차가 생겨 스프링을 누르고 자동적으로 가스전이 열려 가스 버너에 가스가 공급됨과 동시에

파일럿 프레임에 의해 점화되어 연소하게 된다.(그림 3-2참조)

(2) 저탕식 탕비기

이것은 일정량의 열탕의 항상 저탕되어 있어 사용한 만큼의 열량이 볼탭 달린 탱크에서 보급되도록 되어 있다.

즉시 탕비기는 물을 사용할 때마다 사용량만을 가열하는데 반해 저탕형에서는 가열한 온수가 저탕조에 저장되어 있으므로 저탕조로부터의 연손실은 비교적 많지만 학교, 공장, 기숙사 등과 같이 특정한 시간에 다량의 온수를 필요로 하는 장소에 적합하다.

즉시 탕비기는 60~70℃ 이상의 온를 얻을 수 없지만,저탕형 탕비기로는 비등점에 가까운 열탕을 얻을 수 있다

3-2 급탕 방법

2. 중앙식 급탕법

중앙식 급탕법은 기계실 등의 일정 장소에 가열장치,저장탱크, 순환펌프 등을 설치하고 옥상 등에 설치된 팽창탱크 겸 급수탱크와의 배관에 의해 필요 장소로 급탕하는 방법으로 호텔, 병원, 사무실 등의 대규모 건축물에 사용된다. 가열기는 대형의 열효율이 좋은 것이 사용되고,

열원에는 석탄, 중유,증기 등 비교적 값이 싼 것이 이용된다.

<중앙식 급탕법의 장점>

① 열원으로서 값싼 석탄, 중유 등이 사용되므로 연료비가 적게 든다.

② 탕비 장치가 대규모이므로 열효율이 좋다.

③ 다른 설비 기계류와 동일한 장소에 설치되므로 관리상 유효하다.

④ 처음에 시설비가 비싸지만, 경상비가 적게 들므로 대규모 급탕에는 경제적이다.

(1) 직접 가열식

●이 방법은 보일러 내부에 냉수를 넣고 직접 열을 가하여 온수로 만들어 급수하는 방법으로, 주철제 또는 강판제 보일러가 사용된다.

●배관 방법은 단관식과 복관식이 있으며,

단관식은 급탕관이 하나이므로 온수가 순환하지 않아 급탕전을 열었을 때 처음에는 식은 물이 나오지만 설비비가 절약되기 때문에

소규모 급탕 설비에 많이 사용된다.

●복관식에는 자연순환식과 강제순환식이 있다. 자연 순환식은 온수의 온도차에 의하여 온수를 자연 순환시키고,

강제 순환식은 순환펌프로 온수를 순환시키며 대규모 급탕설비에 많이 쓰인다.

급탕관의 구경은 상온의 물을 다루는 급수관의 구경보다는 한치수 큰 것을 쓰되, 최소 20 A 하고 이보다 작은 관은 사용하지 않는 것이 좋다.

(2) 간접 가열식

저장 탱크 내부에 가열 코일을 투입시켜 증기 또는 열탕을 통과시켜 탱크내의 물을 간접적으로 가열하는 것이다.

이 탱크는 저장과 가열을 동시에 하므로 탱크히터, 또는 스토리지(storage)탱크라 불리운다.

그림3-4 직접 가열식 급탕법 그림 3-5 간접 가열식 급탕법

<간접가열식이 직접가열식보다 우수한 점>

① 큰 건물에는 난방 또는 주방용 증기 보일러를 시설하기 때문에 급탕 가열을 증기를 가산해서 설계하여 설치하면 설비비를 절약하고 설비 관리가 편리하다.

② 저탕조 내부에 스케일이 잘 생기지 않는다.

③ 순환 증기는 높이에 관계없이 0.3~1kg/㎠의 저압으로 가능하다.

(3) 기수 혼합식

탱크 속에 증기를 직접 분사 물을 가열하는 탕비기로서 열효율이 양호하지만 소움이 따르는 결점을 지니고 있다.

사이렌서는 S형과 F형이 있으며, 사용증기압력은 1 ~ 4 Kg/㎠ 정도 이다.

(4) 급탕방식의 비교 <표 3-3참조>

<표3-3> 급탕방식의 비교

급탕방식 특징ㆍ용도		개 별 식 급 탕 방 식					중 앙 시 급 탕 방 식
		순 간 식		저탕식(일반)		저탕식(음료)
개별식과 중앙식	장점	① 용도에 따라 필요한 개소에 필요 온도의 탕이 비교적 간단하게 얻어진다. ② 급탕 개소가 적기 때문에 가열기ㆍ배관 연장 등 설비규모가 작고 따라서 설비비는 중앙식보다 적게 들며 유지 관리도 용이하다 ③ 열손실이 적다. ④ 주택 등에서는 난방 겸용의 온수 보일러 순간온수기를 이용할 수 있다. ⑤ 건물 완성 후에도 급탕개소의 증설이 비교적 쉽다.					① 기구의 동시 사용률을 고려하여 가열장치의 총용량을 적게 할 수 있다. ② 일반적으로 일원 장치는 공조 설비의 그것과 겸용 설치되기 때문에 열원 단가가 싸게 먹힌다. ③ 기계실 등에 다른 설비 기계류와 함께 가열 장치 등이 설치되기 때문에 관리가 용이하다. ④ 배관에 의해 필요 개소에 어디든지 급탕할 수 있다.
	단점	① 어느 정도 급탕 규모가 크면 가열기가 필요하므로 유지관리가 힘들다. ② 급탕 개소마다 가열기의 설치 스페이스가 필요하다. ③ 가스 탕비기를 쓰는 경우 건축의장 등 구조적으로 제약을 받기 쉽다 ④ 값싼 연료를 쓰기 어렵다. ⑤ 소형 온수 보일러에서는 수두 10m이하라야 하는 제약을 받기 때문에 급수측 수압에 변동이 생겨 혼합 수전 샤워 등의 사용에 불편하다.					① 설비 규모가 크기 때문에 처음에 설비비가 많이 든다. ② 전문 기술자가 필요하다. ③ 시공 후의 기구 증설에 따른 배관 공사를 하기 어렵다.
가열기의 종류		가스 및 전기 순간 온수기	가스 및 전기ㆍ기름ㆍ석탄 연소 온수 보일러		가스ㆍ전기 저탕식 탕비기		증기 및 온수 보일러
급탕 목적 (급탕 규모)		세면기ㆍ주방싱크대 ㆍ소규모 욕탕 등의 급탕	중앙식 급탕 설비가 없는 대규모 건물의 급탕		식당의 음료용으로 주로 쓰임.		대ㆍ중 규모의 모든 급탕 설비

3-3 급탕 배관방식

급탕 배관은 배관 방식과 공급방식에 의하여 다음과 같이 분류된다.

1.배관방식

(1) 단관식(single pipe system)

●급탕 배관의 끝이 급탕전의 끝이 되므로 사용 빈도수가 적은 급탕전이나 주관에서 멀리 떨어져 있는 급탕전에서는 잠시 후에 더운 물이 나오므로 사용상 불편하다.

●온수 보일러나 또는 저탕조에서 15m이상 떨어져서 급탕전을 설치하는 경우에는 순환식을 채용하는 것이 좋다.

●공급 방식에는 상향식과 하향식이 있는데, 상향식은 유수 방향이 샹향이고 유수와 관속에서 발생한 공기의 흐름 방향이 일치한다.

●하향 공급식에서는 유수 방향이 하향이고 관 속에서 발생한 공기의 흐름과는 역 방향이 된다.

(2) 순환식(circulation system)

●2관식이라고도 하며, 저탕조를 중심으로 하여 회로배관을 형성한다.

●순환식의 경우에는 상향급배관, 하향급탕배관, 상ㆍ하향 혼합급탕배관법이 있다.

2. 공급 방식

(1) 상향 공급 방식

가장 많이 사용되고 있는 방식으로 급탕 수평 주관으로부터 수직관을 세워 이수직관으로 부터 각층 기구에 급탕하고

각 최말단 기구에서 순환관을 내어 환수 주관이 연결하는 방법이다.

(2) 하향 공급 방식

급탕 주관을 건물 최고층까지 끌어 올려최고층에서 수평 주관을 늘인 다음, 각 파이프 샤프트에서 수직관을 내려 세우고,

그 수직관에서 각층 기구에 급탕하고, 각 최말단 기구에서 환수 주관에 연결된다.

(3) 상ㆍ하향 혼합 공급 방식

수직 급탕 주관에서부터 각층 기구에 급탕하는 한편 최고층 수평관을 거쳐 필요 장소에 수직관을 내려 각층 기구에 급탕하는 방식으로서

그 하단은 순환관이 된다.

3. 관경 결정

(1) 급탕관의 관경

●급탕관의 관경은 급수관과 동일하다.

●급탕 배관에서는 수질에 의한 스케일의 침착으로 인하여 관내경을 축소하기 때문에 계산치보다도 약간 여유를 주어야 한다.

●또한, 급수단위에서 동시 사용 유량을 구하는 것이 곤란할 경우에는 기구에 대한 소요 급탕량 표에서 각 기구의 유출량을 구하여 누계하고, 이것에 동시 사용률을 곱하여 구한다.

(2) 반탕관의 관경 반탕관의 관경은 소규모 설비로는 급탕관 보다 한단위 적은 구경으로 한다.

강제 순환식의 경우는 다음<표 3-4>를 사용하여 반탕관의 관경을 구한다.

<표 3-4> 반탕관의 관경

급탕관관경(A)	25	32	40	50	65	80
반탕관관경(A)	20	20	25	32	40	40

(3) 팽창관의 관경

●팽창관은 보일러 또는 저탕조에서 입상 배관을 하여 팽창 탱크로 개방하는 안전장치이다. 따라서 팽창 탱크의 용량에서 구한다.

●팽창 탱크의 용량은 일반적으로 가열 용량과 저탕량 합의 10%를 유효 용량으로 한다.

●팽창관의 관경은 겨울철 동결을 고려하여 25A이상을 사용한다.<표3-5 참조>

구 분	전 열 면 적 (㎡)	팽 창 관 의 관 경 (mm)
온 수 보 일 러	10미만	25 이상
	10~15 미만	32 이상
	15~20 미만	40 이상
	20 이상	50 이상
저탕식 탕비기	열부하 100,000Kcal 이하	25 이상
	열부하 150,000Kcal 이하	32 이상
	열부하 200,000Kcal 이하	40 이상
	열부하 200,000Kcal 이상	50 이상

<표3-5> 팽창관의 관경

3-4 급탕 설비의 설계 계산

1.직접 가열식 급탕

① 석탄을 연료로 하는 경우의 보일러의 화상 면적

	W ( th - tw )	(㎡)
G =
	RㆍFㆍE

② 중유를 연료로 하는 경우의 보일러의 전열면적

	W ( th - tw )
M =		(㎡)
	RㆍFㆍE

③ 가스,히터를 사용하는 경우의 가스 소비량

	W ( th - tw )
Gg =		(㎥/h)
	FㆍE

④ 전기 히터를 사용하는 경우의 소요 전력량

	W ( th - tw )
He =		(KWH)
	KㆍE

⑤ 기수 혼합식의 경우의 소요 증기량

	W ( th - tw )
Q =		(kg/h)
	L

여기서 W : 급탕량(Kg/h)

th,tw : 급탕온도 및 급수온도(℃)

R : 연소율(석탄 화상면적 또는 중유의 전열면적 1㎡당 1시간의 연소량 (kg/㎡/h)

F : 연료의 발열량 (kcal/kg)

E : 전열효율(%) 보통 80%

K : 전력1Kw의 발열량 (860Kcal/h)

L : 증기 1kg의 보유잠열 (539 kcal/kg)

2. 간접 가열식 급탕

간접 가열식 급탕 계산법과 동일하게 계산하고 그 결과에 대해서

보일러 이외의 열손실을 고려하여 온수 보일러의 경우에는 15%를 증가하고, 증기 보일러의 경우에는 20%를 증가한다.

① 가열관의 표면적

	W ( th - tw )
S =		(㎡)
	λE ( ts - ta )

② 소요 증기량

	W (th - tw )
Ws =		(kg/h)
	EㆍL

여기서 L : 증기 1kg당 보유잠열(539kcal/kg)

λ : 가열 코일의 전도율(kcal/㎡ㆍ℃ㆍh)

ta: 급수온도와 급탕 온도의 평균치

ts: 증기 온도(℃)

Ws:매시 공급해야 할 증기량(kg/h)

W : 급탕량(kgl/h)

E : 가열효율(보통 80%)

3. 저탕조

① 저탕조의 용량

●저탕조의 용량은 최대 사용탕량과 탕의 사용 상태에 의하여 결정해야 하며,

직접 가열식에서의 용량은 V = (1시간당 최대 사용탕량 - 온수 보일러의 탕량) × 1.25

간접 가열식에서는 V= (1시간당 최대 사용급탕량 × 0.9 ~ 0.6)정도로 하면 된다.

●저탕조의 용량이 너무 크면 최소 소요의 온도를 얻는데 시간이 걸리며 너무 적으면 물이 쉽게 끊게 되어 소음이 생기고,

또 최대 부하에 대하여 충분한 온도를 얻지 못한다.

4. 온수 순환 펌프의 계산

① 자연 순환식(중력 순환식)

자연수두 H = 1,000 (dr - df) h (mmAq)

여기서 h : 탕비기의 복귀관 중심에서 급탕 최고 위치까지의 높이(mm)

dr : 탕비기에의 복귀탕수의 밀도 (kg/ι)

df : 탕비기 출구의 열탕의 밀도 (kg/ι)

② 강제 순환식

	L
펌프의 전양정 H = 0.01 (		+ ι ) (m)
	2

여기서 L : 급탕주관의 전장 (m)

ι : 복귀주관의 전장 (m)

③ 온수 순환펌프의 수량

	HL + Hp
Q =		(ι / min )
	tf - tr

여기서 HL : 배관속에서 손실열량 (kcal/h)

Hp : 펌프와 기타 손실열량 (kcal/h)

(배관중 손실열량 HL은 약30% 정도)

tf : 급탕온도(℃)

tr : 복귀탕 온도 (℃)

④ 복귀관과 급탕관을 보온ㆍ피복했을 경우의 배관 중 손실 열량

HL = ( 1- e)KFι (tf -to )

여기서 e : 보온 효율 (%)

F : 강관 1m당 표면적 (㎡ /m )

ι : 배관연장(m)

tf: 급탕관 내의 온수온도(℃)

to: 관 접합시의 공기온도 (℃)

K : 전열계수(10kcal / ㎡ㆍhㆍ℃)

<표3-6> 각종 보온재의 보온 효율

보 온 재 의 종 류	보 온 효 율 (%)
규 조 트 글라스울 마그네샤 아스베스토 펠 트	60~70 80~90 75~85 70~80 50~60

( 표준 보온두께로 보온했을 때 )

5. 급탕설비의 설계순서

3-5 급탕 배관의 시공법

급탕설비 배관의 설계 및 시공에 있어서는 다음과 같은 점에 주의하여 시공하여야 한다.

1.배관의 구배

구배는 될 수 있는 한 급구배로 해준다. 상향 공급 방식에서는 급탕관은 선상향 구배로, 복귀관은 선하향 구배로 하고,

하향 공급 방식에는 급탕관, 복귀관 다같이 선하향 구배로 한다. 배관 구배에서는 중력 순환식은 1/150, 강제 순환식은 1/200 정도로 해준다.

2. 복귀탕의 역류 방지

급탕관과 탕복귀관이 접속되는 곳에서는 복귀하는 탕이 급탕관 쪽으로 역류할 염려가 있다.

이를 방지하기 위하여 (그림 3-8)에서와 같이 탕복귀관을 탕복귀 주관에 접속한 바로 앞에 체크밸브(check valve)를 설치한다.

이 체크밸브는 45℃로 경사진 관에 설치하여 스윙밸브가 수직이 되도록 위치시킨다. 이때 탕의 저항을 적게 하기 위하여 체크밸브는 2개 이상 설치하지 않는다.

3. 공기 빼기 (air venting)

순환 계통에 있어서 공기 빼기는 중력식 순환 배관에 있어서는 매우 중요하다.

(그림 3-9)와 같이 높은 위치에 있는 공급 주관이 가장 높은 위치의 기구보다 위에 설치될 경우에는 자동 공기빼기 밸브를 계통의 가장 높은 위치에 설치하든가, 기구 분기관이 공기빼기를 필요로 하는 주관의 최상부에 접속되어 급탕 밸브까지 내려오도록 해야 한다.

4. 관의 신축

관의 온도가 0℃일 때 80℃의 탕을 통과시키면 강관은 1m에 대하여 약 1mm가 늘어난다.

급탕 배관의 신축방지를 위하여 다음과 같이 시공한다.

① 배관의 굽힘 부분에는 스위블 이음으로 접합한다.

② 건물의 벽 관통부분 배관에는 슬리브(sleeve)를 끼운다.

③ 배관 중간에 신축 이음을 설치한다. (직관 30m이내)

④ 순환 펌프는 보수 관리가 편리한 곳에 설치하고, 가열기를 하부에 설치하였을 경우에는 바이패스 (by- pass)배관을 한다.

⑤ 급탕 밸브나 플랜지 등의 패킹은 고무, 가죽 등을 사용하지 말고 내열성 재료를 선택하여 시공한다.

⑥ 배관에 신축 이음쇠를 사용할 때는 (그림 3 -10 )과 같이 배관을 고정시킨다.

⑦ 동관을 지지할 때에는 석면 등의 보호재를 사용하여 고정시킨다.

5. 관의 지지 철물

① 관내의 유체 및 보온재를 포함한 관의 중량에 견디어야 한다.

② 온도의 변화에 따른 관의 신축에 순응해야 한다.

③ 진동 충격에 견디며 견고해야 한다.

④ 구배의 조절이 용이해야 한다.

⑤ 관의 처짐을 막아야 한다

6. 보 온

보온재료로는 펠트, 아스베스토, 마그네샤, 규조토, 락울 등이 적합하며, 3 ~ 5 cm 정도의 두께로 마무리한다.

7. 배관 기기의 시험과 검사

배관 기기의 시험과 검사는 급수 장치의 경우와 같은 방법으로 하되,

피복하기 전에 설계 사용하는 최고 압력의 2배 이상 압력으로 10분 이상 유지될 수 있어야 한다.