배관설비 제6장 배관설비 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-1 배관설비 시는 올해부터 대지 면적 5000m2(약 1500평) 이상인 학교, 공원이나 대지 면적이 2000m2 (약 600평) 이상이 면서 연면적 3000m2 (약 900평)인 건축물에 대해서는 저장조 설치를 권장하고 있다. 동아,05.6.7 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-2 배관설비 난방 배관망에서 압력수두와 부력저항 주공급관 팽창탱크 H 압력수두 부력저항 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 주회수관 5-2-3 배관설비 밸런싱 밸브와 차압밸브가 장착된 직접 환수 싱글 파이프 시스템 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-4 배관설비 6.1 배관재료 6.1.1 관 각종 배관의 사용재료와 이에 해당하는 JIS 명칭은 과 같음. 가스관(JIS G 3452배관용 탄소강관의 약칭)은 상용압력 12 atg 이하의 장소에 사용, 이것을 초과하는 경우에는 압력강관 (JIS G 3454)를 사용. 냉각수 배관은 백강관을 사용하지만 냉수·온수 ·증기등의 밀폐배관은 흑강관도 가능. 동관은 두께에 의해 K, L, M, N의 4종류가 있으며 K, L, M, N순으로얇아짐. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-5 배관설비 배관용 탄소강 강관(가스관)(JIS G 3452-1978) HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-6 배관설비 공조용 배관에 대한 사용 재료 배관 냉 수 배관용 탄소강 강관 SGP(백강관, 흑강관) 압력배관용 탄소강 강관 STPG 일반배관용 스테인리스 강관 배관용 탄소강 강관 SGP(백) 염화비닐 라이닝 강관 VLP 배관용 탄소강 강관 SGP(백) 염화비닐 라이닝 강관 VLP 배관용 탄소강 강관 SGP(백) 배수용 염화비닐 라이닝 강관 DVLP 배관용 탄소강 강관 SGP(흑) 온수의 온도에 따라 백관도 가능 압력배관용 탄소강 강관(환수) 동관(L형) 동관(K형), 압력강관 동관(K형) 냉각수 보충수 배 수 증기·드레인·온수 흡입 가스관 냉매 (R-134a) 액 관 토출 가스관 배관용 탄소강 강관 : JIS G 3542,SPG라고 약칭./ 백가스관은 내외면 용융아연 도구. 압력배관용 탄소강 강관 : JIS G 3454는 내압필요 배관에 사용./ 일반배관용 스테인리스 강관 : JIS G 3448. 내식성 내구성을 필요로 하는 건물에 사용. 동관 : JIS H 3300./수도용 염화비닐 라이닝 강관 : JIS K 6742, VLP라고 약칭. 배수용 염화비닐 라이닝 강관 : WSP 042, DVLP라고 약칭./KS는 JIS를 원용하였으므로 번호는 달라도 내용은 거의 동일. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-7 배관설비 6.1.2 이음류 각종 배관의 이음과 해당 JIS 명칭은 와 같음. 가단추철 이음(JIS B 2301), 용접이음 (JIS B 2311) 또는 (JIS B 2312)는 상용압력 12atg 이하의 개소에 사용하고, 이를 넘는 경우 압력(JIS G 3454) 및 용접이음 (JIS B 2305)를 사용. 최근에는 시공을 용이하게 하기 위해 관경 80A 이상은 용접접합으로 하고 그 미만에서는 나사접합을 함. 용접접합의 경우는 용접이음을 사용. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-8 배관설비 공조용 배관에 대한 이음 가단주철제관 이음 용접이음 동관이음 수도용 염화비닐 라이닝 강관 이음 배수용 염화비닐 라이닝 강관 이음 JIS B 2301 10kg/㎠ 나사식형 가단주철제관 이음 JIS B 2311 일반배관용 강제 맞댐 용접식 이음 JIS B 2312 배관용 강제 맞댐 용접식 이음 JIS H 3401 동 및 동합금의 관이음 JIS K 6743 수도용 나사식 관단방식 이음 JIS K 6739 배수강관용 신축이음 (MD이음) JWWA G 116 일반배관용 스테인리스 강관의 이음성능 기준 스테인리스 배관용 이음 SAS 322 일반배관용 스테인리스 강관의 맞댐 용접식 이음관 JIS B 2313 [비고] 관 플랜지 치수 : JIS B 2210, B2211 B 2212, B 2213 용접 플랜지 기본 치수 : JIS B 2220, B 2222, B 2223 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-9 배관설비 관 이음쇠 종류 (입문e실험실전시품 참조) HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-10 배관설비 6.1.3 밸브류 스톱 벨브에는 게이트, 글러브, 버터플라이 밸브의 세종류가 일반적으로 사용됨. 글러브 밸브는 유량제어를 하는데 주로 사용됨. 게이트 밸브는 ON-OFF 를 주목적으로 사용함. 버터플라이 밸브는 패쇄와 유량제어 두 목적으로 사용됨. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-11 배관설비 밸브 사용 구분 용도 게 이 트 냉 온 수 용 체 크 나 비 게 이 트 증 기 용 글 러 브 체 크 1.5atg 이하 글 로 브 상용 5atg 이하 상용 10atg 이하 상용 5atg 이하 상용 10atg 이하 상용 10atg 이하 상용 10atg 이하 관경 65 이상 80 이상 65 이하 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 65 이상 80 이상 규모 JIS 5K (*1) 또는125E JIS 5K 또는 10K 내나사 JIS 10K (*2) JIS 5K 또는 10K 내나사 JIS 5K 또는125E JIS 5K 또는 10K JIS 10K JIS 5K 또는 10K JIS 10K 10K 스윙 JIS 10K JIS 5K 또는125E JIS 5K 또는 10K 내나사 JIS 10K JIS 10K JIS 10K 스윙 JIS 10K 또는 10K 스윙 이음 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 나사식 플랜지 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 청동 주철요부청동 재질 JIS 규격 B 2011 B 2031 B 2023 B 2043 B 2011 B 2041 B 2021 B 2041 B 2025 B 2032 B 2011 B 2031 B 2021 B 2041 B 2025 B 2045 10atg 이하 7atg 이하 10atg 이하 7atg 이하 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-12 배관설비 밸브의 종류 글로브 밸브 게이트 밸브 혹은 슬루스 밸브 체크 밸브 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-13 배관설비 6.2 배관경의 설계 6.2.1 수 배관 수배관의 구경설계에 사용하는 물의 유속은 를 참고하여 결정. 동관에 있어서 침식을 방지하기 위한 허용 유속은 최고 1.5m/s 임. 이음밸브의 저항은 에 나타낸 국부저항의 상당길이를 사용하여 처럼 구함. 국부저항의 직관저항에 대한 비율 k는 배관길이가 긴 경우 0.2~0.3, 짧은 경우 0.4~0.6 정도임. 공조용 수배관의 설계법 덕트설계와 같은 등마찰법(등압법)으로 하지만 옥내배관의 유속은 2 m/s로 함. 순환펌프의 양정을 어느 한도로 억제. 펌프동력의 에너지 절약을 위해 긴 배관일수록 낮은 저항을 선택함. 가장 먼 유닛까지의 배관 (index circuit) 길이가 200m를 넘을 경우 에서 R = 50mmAq/m 을 이용하여 관경선정. 왕복 전 길이가 60~200 m인 경우 R = 50~200 mmAq/m사이의 적당한 R을 선정함. 60m 이하인 경우 에서 R = 200mmAq/m 을 이용하여 관경선정. 단 유속은 2 m/s를 한도로 함. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-14 배관설비 유속 추천치 강관의 침식방지를 위한 최대유속 추천치 (m/s) [독일] 연간운전 시간 (h) 펌프 흡입관 (개방회로) 밀폐배관 (펌프순환) 밀폐배관 (원거리 배관) 밀폐배관 (고온수 순환) 급수배관 (주관) 급수배관 (분기관) 급수배관 (펌프가압) 0.5~1.0 1.5~2.0 1.5~3.0 2.0~3.0 1~2 0.5~0.7 2~4.0 1,500 2,000 3,000 4,000 6,000 8,000 3.6 3.45 3.3 3.0 2.7 2.4 유속(m/s) HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-15 배관설비 무디(Moody) 선도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-16 배관설비 직선 관의 마찰 저항 ∆p f l v2 γ = λ ⋅ d 2g 10 6 3 λ = 0.0055{ + ( 20,000 1 ) } + Re d Q = ε 1 π 4 d 2 v × 3,600 λ: 마찰계수 v : 평균풍속 [m/s] Q : 유량 [m3/h] ε : 등가거칠기조도(m) Δpf : 마찰저항[mmAq] l, d : 길이[m], 직경 [m] γ : 비중량 [kgf/m3] Re : 레이놀즈수 등가 거칠기 ε (Richter) 아연철판덕트 플랙시블덕트 아연도강관 녹슨강관 0.15 (mm) 0.6~0.8 0.15 1.0~3.0 유리관·동관 염화비닐관·폴리에틸렌관 콘크리트 덕트 벽돌재 덕트 0.0015 (mm) 0.007 1.0~3.0 3.0~5.0 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-17 배관설비 층류유동에서의 압력손실 (Re > 5000) 난류유동에서 압력손실 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-18 배관설비 윌리암 - 헤젠공식 QW 1.67Cd 2.63 ( R / 1000) 0.54 × 10 4 QW : 유량 (l/min) , C : 계수 , d : 내경 (m) R : 압력강하 (mmAq/m) 윌리암- 헤젠공식에서 계수 C=100인 경우의 수배관 저항선도. 이는 오래된 강관, 주철관에 대한 값. 윌리암-헤젠공식에서 계수 C=130인 경우 의 수배관 저항선도. 이는 염화비닐 라이닝 강관에 대한 값. C와 R이 일정하면 유량은 직경의 2.63승에 비례함.--개략적으로 유량과 면적이 비례. --- 여러 종류의 관에서 유속이 유사함*** 등마찰법의 내재적 원리*** HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-19 배관설비 강관(SGP)의 저항선도 (윌리암 – 헤젠 공식) HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-20 배관설비 염화비닐 라이닝 강관 저항선도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-21 배관설비 (a)국부저항의 상당길이(carrier Co.) 관경(B) 글로브 밸브 5.2 5.5 6.7 8.8 11.6 13.1 16.8 21.0 25.6 30.5 36.6 42.7 51.8 67.1 85.3 97.5 110 125 140 158 186 앵글밸브 게이트 밸브 0.2 0.2 0.3 0.3 0.5 0.6 0.7 0.9 1.0 1.2 1.4 1.8 2.1 2.7 3.7 4.0 4.6 5.2 5.8 6.7 7.6 스윙체크 밸브 1.5 1.8 2.4 3.1 4.3 4.8 6.1 7.6 9.1 10.7 12.7 15.2 18.3 24.4 30.5 36.6 41.2 45.7 50.3 61.0 73.2 90˚ 표준 엘보우 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.3 2.7 3.1 4.0 4.9 6.1 7.6 9.1 10.4 11.6 12.8 15.2 18.3 45 ˚ 표준 엘보우 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 2.0 2.4 3.1 4.0 4.9 5.5 6.1 7.0 7.9 9.1 티이 티이 0.8 0.9 1.2 1.5 2.1 2.4 3.1 3.7 4.6 5.5 6.4 7.6 9.1 12.2 15.2 18.3 20.7 23.8 25.9 30.5 35.1 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.5 3.1 4.0 4.9 5.8 7.0 7.9 8.8 10.1 12.2 티이 직통 이경티이 이경티이 d┴¾d → 0.4 0.4 0.6 0.7 0.9 1.1 1.4 1.7 2.1 2.4 2.7 3.7 4.3 5.5 7.0 7.9 9.1 10.7 12.2 13.4 15.2 d┴½d → 0.4 0.6 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.3 2.7 3.1 4.0 4.9 6.1 7.6 9.1 10.4 11.6 12.8 15.2 18.3 3/8 1/2 3/4 1 1¼ 1½ 2 2½ 3 3½ 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 1.8 2.1 2.7 3.7 4.6 5.5 7.3 8.8 10.7 12.5 14.3 17.7 21.3 25.9 32.0 39.6 47.2 54.9 61.0 71.6 80.8 스윙채크밸브 : 밸브의 저항은 전개시 사항 45 ˚ Y형 앵글밸브 저항과 동일. 90˚ 표준엘보우 : 각 구경 상단의 시트밸브가 있는 체크밸브는 글러브밸브 저항과 동일. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-22 배관설비 (b)국부저항의 상당길이 (Carrier Co.) 관경(B) 3/8 1/2 3/4 1 1¼ 1½ 2 2½ 3 3½ 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 관의 급확대 d/D 1/4 0.4 0.6 0.8 1.0 1.4 1.8 2.4 3.1 4.0 4.6 5.2 7.3 8.8 1/2 0.2 0.3 0.5 0.6 0.9 1.1 1.5 1.9 2.4 2.8 3.4 4.6 6.7 7.6 9.8 12.5 * 관의 급축소 d/D* 3/4 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.5 1.8 2.6 3.4 4.0 4.9 5.5 6.1 1/4 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.5 2.0 2.4 2.7 3.7 4.6 1/2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.7 3.4 4.6 6.1 7.6 3/4 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.5 1.8 2.6 3.4 4.0 4.9 5.5 6.1 입구 0.5 0.6 0.9 1.1 1.7 2.0 2.7 3.7 4.3 5.2 6.1 8.2 10.1 14.3 18.3 22.3 26.2 29.3 35.1 43.3 49.7 탱크 출구 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 0.4 1.3 1.7 2.2 2.6 4.1 4.3 5.8 7.3 8.8 11.3 13.7 15.2 17.8 21.3 25.3 *; d; 작은관경, D; 큰관경 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-23 배관설비 [예제 6.1] 에 나타낸 FCU에 이르는 2차측 배관의 관경과 2차 펌프양정을 구한다. 단, 각 FCU 냉각코일의 최대 부하는 모두 75,000 kcal/h로 한다. 물의 출구 및 입구 온도는 각각 11 ℃ 및 6 ℃이다. 헤드 사이의 거리는 무시 냉수 배관 계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-24 배관설비 설계순서 (1) 통과유량 결정 (2) 배관지름 결정. 전체 배관의 단위길이당 마찰저항을 일정하게 간주하는 원칙에 의한 배관경 설계법 - 등마찰저항법. (등압법 이라고도 함) • 관길이(L)에 따른 마찰저항값. L = 200 m 이상 : R = 50 mmAq/m L = 60 ~ 200m 범위 : R = 50 ~ 200 mmAq/m L = 60 m 이하 : R = 200 mmAq/m (3) 배관 마찰 저항 계산 최대유속은 옥내배관의 경우 최대 2 m/s 이하로 취함. (일반적으로는 관내 발생소음이나 관내 부식을 방지하는 범위 내로 제한 됨). 저항선도에서는 권장유속선을 표시하며 그 이하의 속도를 추천함. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-25 배관설비 직관의 마찰저항 : 유량 – 마찰저항-유속의 실험관계식인 Hazen-Williams식에 의해 구함. QW = 1.67 C d2.63 (R/1000)0.54 × 104 QW : [Lpm] R : [mmAq/m] d : [mm] C : Hazen-Williams계수 편의를 위하여 여러가지 Hazen-Williams 계수의 저항선도를 이용할 수도 있음. 관이음 또는 밸브류등의 마찰저항 : 국부저항상당길이 (수배관, 냉매배관, 증기배관 등에도 타당)를 사용하는 것이 정확 하나, 개략치를 이용할 수도 있슴. 국부저항 상당길이 개략치: 짧은 배관 ; 직관 마찰저항의 40 ~ 60 % 긴 배관 ; 직관 마찰저항의 20 ~ 30 % (4) 펌프 양정 결정 약 8%-10%의 여유를 보고 양정을 산정. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-26 배관설비 Solution of example 6.1 (1) 유량 결정 물의 출입구 온도가 11℃, 6 ℃ 일때, 1대의 FCU에 공급되는 냉수량. = L 75000 /(60 × 5) = 250kg / min ≈ 250l / min (2) 배관지름 결정 및 마찰저항 산정 a. 전체 직관길이가 70 x 2 = 140 m이므로 등마찰저항을 R=50~200 mmAq/m에서 적당한 값을 선정함. 이 시스템에서는 경험상 80 mmAq/m 로 선정. b. 각 경로별 배관 지름 선정 및 마찰저항 재산정. ▶ CB 및 C'B'경로 A. 배관지름(d) 선정 : 250 lpm , 80 mmAq/m ⇒ 그림 2-18 에서 50A와 65A 범위이나 50A를 선정할 경우 권장유속을 초과하므로 65A 선정.이때 저항 R = 38 mmAq B. 직관 마찰 저항 산정 : ΔH1 = R ×∑ i = 38 × 20 = 760 mmAq HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-27 배관설비 CB 및 C'B'경로 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-28 배관설비 ▶ AB 및 A'B'경로 A. 배관지름 (d) 선정 ; 500 lpm , 80 mmAq/m ⇒ 그림 2-18 에서 65 A와 80 A 범위이나 65 A를 선정할 경우 최대유속을 초과하므로 80 A 선정. 이 때, 저항 R = 60 mmAq B. 직관 마찰 저항 산정 : ΔH2 = R × ∑ i = 60 × 20 = 1200 mmAq ▶ AD 및 A’D'경로 A. 배관지름 (d) 선정 ; 750 lpm , 80 mmAq/m ⇒ 그림 2-18 에서 80 A와 90 A 범위이나 80 A를 선정할 경우, 최대유속을 초과하므로 90 A로 선정하여야 함. 그러나, 공급가능 자재규격 100 A로 선정. 이때 저항 R = 38 mmAq. B. 직관 마찰 저항 산정 : ΔH3 = R × ∑ i = 38 × 100 = 3800 mmAq HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-29 배관설비 AB 및 A'B'경로 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-30 배관설비 AD 및 A'D'경로 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-31 배관설비 각 경로별 배관 지름 및 마찰저항 구 분 CB 및 C'B'경로 250 65 AB 및 A'B'경로 500 80 AD 및 A'D'경로 750 100 냉수량 [lpm] 배관지름 d [mm] 단위길이당 마찰저항 R [mmAq/m] 왕복길이 ∑ i 직관마찰저항 ΔH [mmAq] 38 60 38 20 20 100 760 1200 3800 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-32 배관설비 (3) 총 마찰저항 산정 ΔHT = 직관 마찰저항 합계 + 관 이음 밸브류등의 마찰저항 + 장치의 마찰저항 + 제어밸브의 마찰저항 = (760+1200+3800) + (760+1200+3800) ×0.2 [긴배관의 경우] + 3000 [FCU의 마찰저항] + 4000 [제어밸브의 마찰저항] = 13912 [mmAq] → 13.9 [mAq] (4) 펌프 양정 산정 약 8%의 여유를 보고 15 mAq 로 산정. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-33 배관설비 [예제 6.2] 그림에 보이는 계통의 염화비닐 라이닝 배관의 관경과 냉각수펌프의 양정을 결정하라. 냉각탑 주위의 리턴 관은 물의 균형을 위해 8B관의 헤더로 한다. 600 lpm 600 lpm 600 lpm condenser 600 lpm check valve gate valve 냉수 배관 계통도(예제 6.2) HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-34 배관설비 1200 lpm 에 5B관 선택시 1.5 m/s, 4B 관 선택시 2.3 m/s 5B 선택⇒30 mmAq./m 이하 30 mmAq./m를 기준 마찰저항으로 고려함. 600 lpm 에 4B관 선택시 24 mmAq./m , 3½B 관 선택시 40 mmAq./m 4B 관 선택 (큰 것 선택) 1200 lpm 의 5B관 직관길이 : 8B짜리 헤더로부터 3＋4＋3＋20＋5＋3＋5＋7＋2＋7＋5＋5＋24＋3 = 96 m 600 lpm의 4B관 직관길이 : 3＋3＋4 = 10 m 상당길이(5B) 5B 엘보 11개 × 4 m =44 m 표 6.5(a) 5B에서 이경 T 직통 3개 × 3.7 m =11.1 m 표 6.5(a) 5B에서 gate valve : 1개 × 1.8 m check valve : 1개 ×15.2 m 상당길이 소계 : 72.1 m 총계 : 실길이 + 상당길이 = 96 + 72.1 =168 m HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-35 배관설비 상당길이 (4B) 4B 엘보 3 × 3.1 m = 9.1 m 이경 T 직통 1개 2.7 m 상당길이 소계 : 11.8 m 총계 : 실길이 + 상당길이 = 10 + 11.8 =22 m. 8B 헤더 저항무시 저항합계 ; 168 m × 30 mmAq. = 5040 mmAq. ⇒ 5.04 mAq. 22 m × 24 mmAq. = 528 mmAq. ⇒ 0.53 mAq. 콘덴서저항=> 8 mAq. 냉각탑수위차 (탱크에서 노즐까지) : 3 mAq. 분무압력 0.5 atg = 0.5 kg/m2 = 5mAq 21.6mAq 여유 10 % 추가 ⇒ 총계 23 mAq HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-36 배관설비 6.2.2 증기 배관 은 증기관의 환수관과 유량표를 나타냄. 고압증기에 대해서 2 atg 의 경우에만 표시. 5 atg, 10 atg 의 경우는 일본 공기조화 위생공학 편람 1을 참고. 2 atg 배관에 대해 배관연장 (보일러~사용기기)이 200 m 이내인 경우 R=0.2 (atg/100m), 80 m 까지는 R=0.5, 40 m 까지는 R = 1.0을 사용. 에서 ( )내의 유량은 증기의 유속이 60 m/s를 넘을 때이며, 한 칫수 큰관경 사용. 증기관 및 환수관의 유량표(kg/h) P=0.3 atg 구경 (A) 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 저압증기관 횡주관 하향 9 17 33 50 96 186 296 600 1030 1680 상향 4.4 10 14 25 61 102 282 430 730 입상관 5.4 10 20 31 58 108 156 282 530 920 횡주관 진공식 84 145 250 400 830 1400 2220 중력식 51 106 166 355 590 1090 진공식 145 250 400 830 1400 2230 3320 환수관 입하관 중력식 21 50 110 167 332 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-37 배관설비 증기관 및 환수관의 유량표(kg/h) 계속 P=0.2atg 구경 (A) 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 증기관 R=0.2 29 47 110 170 300 630 950 1950 3500 5300 0.5 46 85 170 260 480 1000 1500 3100 5500 8200 1.0 65 120 240 380 690 1400 2200 4400 (7800) (12000) R=0.2 150 310 630 1000 2100 3300 6400 환수관 0.5 250 500 1050 1700 3500 5300 1.0 380 750 1500 2500 5000 8000 저압증기관, 환수관은 문헌 (공기조화, 위생공학 편람에)에 있는 원표를 kg/h로 환산하였음. 횡주관 (하향)은 압력강하 R= 0.55 kg/㎠ 100 m의 경우에만 표시. R은 압력강하 (atg/100m)를 나타냄. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-38 배관설비 6.3 수배관 방식 6.3.1 방식의 분류 (1) 개방식과 밀폐식 개방식 • 말단이 대기에 개방된 수조에 연결, 수조가 있는 기기에 연결된 경우. • 바닥 및 축열조에 연결된 경우. • 수중 산소량이 커, 부식의 염려가 있어 백강관 사용. • 수격작용의 염려가 있고, 입상양정으로 인해 펌프동력이 증대. 밀폐식 • 펌프양정이 순환정항 뿐이므로 동력이 작아도 됨. • 공기에 비접촉이므로 수처리비가 저렴함. • 장치 내의 물팽창을 위해 팽창탱크 필요. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-39 배관설비 개방식 회로와 밀폐식 회로 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-40 배관설비 (2) 직접 리턴과 리버스 리턴 리버스 리턴 방식 • 각 유닛의 저항이 같을 때는 각 유닛에 왕복하는 물의 경로의 연장이 유닛마다 같으므로 각 유닛의 수량은 대체로 설계수량과 동일 (물의 밸런싱이 좋음). 직접 리턴 방식 • 각 유닛마다 밸브를 설치하고 준공시 이를 조절하여 설계수량을 확보. • 배관 저항과 유닛 저항의 비율을 1:3 정도이며 물의 밸런싱이 좋음. 수직 배관인 경우 리버스 리턴 방식이 유리 리턴 방식 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-41 배관설비 (3) 2방 밸브와 3방 밸브제어 공조기의 냉수코일 또는 온수코일의 제어에는 (a)에 나타낸 3방밸브 사용. 3방 밸브 제어는 코일내 수량이 변화하지만 배관내 유량은 부하변동에도 불구하고 일정하며 정수량이 되어 냉동기 주위의 배관은 간단해지지만 펌프의 유량이 일정해져 반송 동력 절약이 불가능. 최근에는 (b)에 나타낸 2방밸브 제어가 대규모 빌딩 제어에 점차 많이 사용. 2방 밸브제어는 3방 밸브 제어에 비해 제어성이 좋아 부하가 감소되며 배관내 수량이 감소되고 펌프 소비동력이 절약됨. 코일 주위 제어 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-42 배관설비 6.3.2 밀폐식 배관에 있어서의 배관계통 1차 펌프의 배관 계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-43 배관설비 (1) 1차 펌프 방식의 경우 계통은 간단하지만 펌프측 유량제어 불가능 반송동력 절약 불가능. 리턴 헤더로 돌아오는 배관을 2차측, 냉동기 주위 배관을 1차측 배관이라 칭함. 냉동기 1대의 경우 • 부하측에 3방벨브를 설치할 때는 냉동기 유량이 일정하나 2방 밸브경우는 냉동기 수량이 감소되는 것을 방지하기 위하여 그림의 점선과 같이 차압조정밸브(PC)를 설치. • 냉온수코일을 이용하는 경우에는 그림의 점선과 같이 열교환기를 설치. 냉동기 2대 이상의 경우 • 그림 와 같이 부하가 절반이면 한쪽 냉동기는 운전을 중지. • 이때 운전하지 않는 증발기를 통한 수량의 혼합으로 냉수출구의 온도가 상승 될 수 았으므로 비운전 냉수측이 자동폐쇄 되도록 하여야 한다. • 감습요구가 큰 항습실인 경우, 그림 와 같이 냉동기의 증발기를 직 렬연결 하여 사용한다. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-44 배관설비 2차 펌프의 배관 계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-45 배관설비 (2) 2차 펌프 방식의 경우 는 FCU 각각을 수온 제어하는 경우임. 냉동기 측에 1차 펌프 부하측에 2차 펌프를 설치한다. 냉동기측에는 차압조정밸브를 설치하여 수량을 일정하 게 유지 시킨다. 는 기계실 배관이 4관식의 경우임. 열펌프 방식의 경우에 많이 사용됨. 이 경우 열교환기는 응축기가 됨. 공조기에서는 냉수 및 온수 코일을 각각 설치 하여 냉 온수를 동시에 공급되며 FCU에는 필요에 따라 냉수 혹은 온수가 공급됨. 는 펌프대수 제어의 경우임. 2차측 부하로 공급되는 열량의 변동을 유 량계로 측정하고 이에 따라 2차 펌프 및 냉동기 가동대수를 제어한다. PC는 펌프 토출 측 압력을 제어 한다. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-46 배관설비 6.3.3 개방회로의 배관계통 (1) 축열조 배관의 계통 부하가 감소되거나 공조기의 운전대수가 줄어도 냉동기 동결 방지 릴레이가 작동할 염려가 없고 출구수온이 올라갈 우려도 없음. 그러나, 2차측 양정이 증가, 동력소비가 커지므로 입구수온 보다 몇도 낮게 냉동기 출구수온을 설정할 필요가 있음. 일반적인 경우; . 오사카 신빌딩의 예 ;. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-47 배관설비 축열조 주위의 유동 개방, 밀폐 전환방식 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-48 배관설비 (1) 냉각수 배관의 계통 냉각탑과 냉동기는 되도록 같은 수로 설치하여 (a)와 같이 배관하는 것이 바람직함. 그림 (b)의 방법에서 도중배관은 절약되지만 냉동기중 한대를 정지시킬시 냉각탑은 모두 운전해야 하므로 동력절감효과 없음. 또한, 오버플로우 되기 쉬움. 그림 (c)는 냉각수 일부를 공조기내에 재열기내에 통하게 하는 경우. 재열기 내에 가압펌프 (booster pump) 설치. 냉각수 계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-49 배관설비 6.3.4 배관 방법 (1) 통기구 방법·배수구 방법 배관은 공기가 체류하지 않게 구배에 주의. 서로 관경이 다른 관을 접속하는 경우 부싱을 사용하지 않고 과 같이 편심 리듀서를 사용. 부득이 공기가 체류하는 곳에는 와 같이 통기구 밸브 설치. 이경관 접속 방법 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-50 배관설비 통기, 배수 방법 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-51 배관설비 6.4 기기 주위의 배관법 6.4.1 코일 부위의 배관 (a)는 냉수코일 주위의 배관을 나타낸 것. 통기구를 용이하게 하기 위해서 그림과 같이 물은 하부의 입구에서 코일 상부 출구로 통하게 배관 함. 3방 밸브 바이패스에는 글로브 밸브를 설치. 이것을 줄임으로써 바이패스 저항과 코일저항을 동등하게 함. 직평식의 경우, 액관의 솔레노이드 밸브는 냉동기 전원과 인터록하여 냉동기 정지시에 액냉매가 코일 안에 유입하는 것을 방지함. 은 증기 히터의 배관. 증기측 자동제어 밸브는 2방밸브 사용하여 스트레이너 설치. 환수관은 히터에 있는 태핑치수로 그림 (a)의 풀사이즈라고 적힌 위치까지 연결하고, 이것에 의해 2개로 나눠 상부는 열동트랩에 들어가며 하부는 체크밸브 설치 후, 플로우 트랩에 들어감. 하부 체크밸브를 설치 후 플로우 트랩에 들어감. 그림(b)는 수평으로 설치되었을때를 나타냄. 히터 자체에 1/100 구배를 주고 드레인을 충분히 함. 3 atg이상 고압증기 사용시 열동 트램이 불확실하므로 그 대신에 P코크를 설치 수동으로 공기제거. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-52 배관설비 냉각 코일 주위 배관계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-53 배관설비 증기 코일 주위배관 계통도 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-54 배관설비 6.4.2 에어와셔 (AW) 주위의 배관 에어와셔 주위배관 계통도 AW가 1대인 경우, 동일수준으로 여러 대 설치시 물 탱크 설치 없이 (a),(b) 회로와 같이 배관 가능. 입상 높이는 와셔 수면에서 스탠드 파이프 상단까지 높이로 충분. 여러 대의 AW가 다른 수준이 되는 경우 와셔에서의 배수를 물탱크로 받아 펌프로 흡입해야 함. 이 경우 (c)와 같이 가압용펌프 (booster pump)를 설치하는 것이 설비비는 고가지만 동력이 절약됨. 펌프 양정에 관해 개방식은 와셔가 높은 곳에 있는 경우, 물탱크는 와셔까지의 높이를 양정에 더해야 하므로 양정이 증대 되고 큰 동력비를 초래. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-55 배관설비 6.4.3 냉각탑 주위의 배관 냉각탑 주위 배관계통도 냉각탑의 횡주관 1대의 냉각탑 주위의 배관은 (a)와 같이 함. (a)와 같이 냉각탑에서의 리턴관은 반드시 냉각탑 수면 이하로 부설하고 중력으로 환수. 만일 냉각탑이 냉동기보다 하부에 위치할 때는 그림 (b)와 같이 냉각탑 옆에 냉각수 펌프를 설치 가압하고 냉공기로 되돌림. 여러 대의 냉각탑이 병렬로 배관에 접속되어 있을 떄는 수량에 불균형이 생겨 오버플로우 되기 쉬움. 그 때문에 밸브설치. 이것에 의해 입구 수량을 조절함과 동시에 균압관 (입구관경과 동일 사이즈)으로 연결하는 것이 바람직함. 유출수량의 균형을 잡기 위해 출구 주관은 입구 주관보다 2사이즈 큰 헤더로 하고, 45 엘보를 사용. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-56 배관설비 6.5 기기 수조의 설계법 6.5.1 순환 펌프 순환펌프의 수량은 5장 각 절에 기술된 방법에 의해 구한 기기의 계산 수량을 그대로 사용. 양정은 (ㄱ) 배관저항,(ㄴ) 각기기 내 저항, (ㄷ) 압상양정의 4가지를 합한 것에 10%를 더하여 산정. 6.3.1에서 기술한 밀폐실의 경우 (ㄱ) 은 압상양정은 0이 됨. 과 같이 1차 펌프의 경우는 기기의 저항으로 증발기와 코일의 저항을 합한 것으로 하고 와 같은 2차 펌프의 경우 1차의 증발기 저항, 2차의 코일 저항을 고려. 또, 배관중에 자동제어 밸브가 있을 때는 그 저항으로서 밸브 1개에 대해 5 m 전후를 더함. 개방식축열조 또는 에어와셔의 경우는 압상양정을 고려. 수조 수면에서 코일까지의 높이가, 후자에서는 의 각 그림에 기입된 H 가 입상양정이 됨. 또 AW 에서는 분무 노즐의 필요압력을 펌프 양정에 고려. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-57 배관설비 6.5.2 배관 헤더 배관헤더는 각 계통에 이르는 다수의 스톱 벨브의 조작을 위해 설치. 공조기가 1대인 경우는 필요없음. 배관헤더 구경은 유량에 대해서 유속이 1~1.5 m/s의 범위가 적당하며 최대 2 m/s이하 임. 예를 들어 부하측을 3B관 6개로 하고, 그 각 유속을 모두 2 m/s로 하면 3B관 1개 의 단면적 은 51 ㎤이므로 아래와 같다. 6 X 51 = 306 ㎤ 유속을 1.5 m/s로 하면 306 X (2.0/1.5) =408 ㎤ 따라서 10B관(단면적 507 ㎤)이 헤더로 필요. 배관의 저항으로 헤더의 상당길이 ℓe=0.2~0.3 mAq를 더함. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-58 배관설비 6.5.3 팽창 탱크 (1) 개방식 팽창탱크의 설계법 밀폐식 배관일 때는 배관의 물팽창을 수용하기 위해 팽창 탱크 설치 물의 팽창량을 ΔV (㎥), 장치내 수량을 W (kg)라고 하면 ΔV=W(v2-v1) v2, v1 은 운전 중 및 운전개시전 온도인 물의 비용적 (㎥/kg) 참조 장치내 수량은 장치 설계가 완성되면 그 배관, 각 기기내의 수량합계에서 구할 수 있음. 은 15 예의 사무실 건축에 대한 통계값. 장치내 수량 (ℓ/연면적 m2) All air 방식 냉 방식 난 방시 0.04 ~ 0.55 1.25 ~ 2.00 유닛 병용방식 0.70 ~ 1.30 1.20 ~ 1.90 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-59 배관설비 (2) 밀폐식 팽창탱크의 설계법 밀폐식 팽창 탱크는 대기에 개방되지 않은 팽창 탱크이며, 대기압 이상의 압력하에서 사용. 소규모 온수난방 설비의 경우는 팽창 탱크를 배관 최고부보다 높은 위치에 설치할 수 없는 경우, 고온수 난방의 경우 등에 사용. 다이어프램식 팽창탱크 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-60 배관설비 다이어프램식(격막식) 팽창 탱크의 탱크 용량 설계 ① 탱크 용량의 산정 Vt = Qw pa / p1 − pa / p2 Vt : 팽창탱크의 최소 필요용량 (L 또는 ㎥) Qw : 장치내 보유수 팽창량 (L 또는 ㎥) Pa : 대기압 1.0kg/㎠ abs (10 mAq 절대압) P : 팽창 탱크 초기 충전 압력 (10 mAq 절대압) 1 P2 : 팽창 탱크 최대 허용 압력 (10 mAq 절대압) ② 초기압력 (P1)과 허용압력 (P2)의 설정 P = H h + H a + P ( mAq ⋅ abs ) 1 a H h : 팽창 탱크의 압상수두 (팽창탱크~배관 최고부 까지의 높이) H a : 통기에 필요한 압력 (9.5 ~2m) 소규모 난방 (저압 보일러)일 경우 P2는 1 kgf/㎠ G)이하로 억제 HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-61 배관설비 P < ( P + 10) − H b a 2 Hb : 팽창 탱크와 보일러의 고 · 저차 (mAq · abs) 일반적으로, 탱크와 보일러의 위치는 같은 레벨이 되므로 릴리프 밸브의 설정 압력과 같음. 1.9 1 kgf/㎠ G 대규모 난방의 경우 탱크의 위치는 보일러 안전밸브와 동일 레벨 탱크의 허용 압력 증가는 보일러 허용 압력의 증가. HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-62 배관설비 Thank you! HVAC/Plant Eng. Lab., Hanyang Univ. 5-2-63