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설비 초보자를 위한
수배관 시스템의 이해-연재9 ? 수배관의 압력
 수배관
시스템 2018. 12. 22. 10:13 |
설비 초보자를 위한 수배관 시스템의 이해
(Understanding of Hydronic System) 연재9 ? 수배관의 압력
By SOLLEO 이상오
주) 솔레오 대표이사/국제 기술사/건축기계 설비 기술사
본론
지금까지 팽창탱크(EXPANSION TANK) 의 필요성 및 종류에 따른 얘기가 있어 왔습니다. 수배관의 압력이외에 시스템 전체에 대한 전방위적인 기술 KNOW-HOW 를 가질 수 있다면 이 보다 더 좋을수 없겠다고 생각합니다.
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밀폐형 팽창탱크 와 순환펌프 위치와의 관계
최근에 설계되는 대부분의 HVAC 분야의 설계는 팽창탱크의 위치는 거의 정해져 있습니다. 즉 다른 의도가 전혀 없다고 할 정도로 설계자들에게는 익숙하게 적용되고 있다고 볼 수 있습니다.이것에 대한 이론상의 문제가 거론되어 ISSUE화 할 시기도 있었지만 이미 오래전 일이고 굳어 있다는 생각이 듭니다. 그런데 왜 팽창탱크의 위치에 대해서만은 부득이 순환펌프 전단이냐? 후단이냐 에 대해서 논해야 할지를 잘 모르겠읍니다만 원리를 이해를 해 보면 기억에 오래 남을까 싶어 시도하려고 합니다. 사실은 별 소용성이 없을 듯 합니다만, 개방형 팽창탱크의 경우도 그러합니다만 대기에 개방된 개방형 탱크는 그 위치가 어디에 놓여있던 그 압력은 늘 일정합니다. 즉 팽창탱크 연결점의 압력은 팽창탱크의 고유의도에서 출발하여야 합니다. 즉 밀폐 수배관에서의 팽창탱크의 위치는 NO PRESSURE CHANGE POINT 입니다. 펌프의 운전이 있던 , 흡입측이던 , 토출측이던 모든 압력변화를 그대로 수용하여 줄 의도로 설치된 것으로서 압력이 일정하다는 것이 그 출발점이라고 보시면 됩니다. 그러면 그 압력은 얼마인가? 초기 압력 셋팅상태의 압력 , 즉 개방식은 정수두압 , 밀폐식은 초기 봉입압이 그대로 유지된 상태로 있을 것입니다.(초기 봉입압은 전번에 얘기 있었지만 정수두 + 증발 방지용 혹은 에어벤팅 능력보강용(약3m 정도로 보시면 됩니다)) 이와 함께 펌프의 흡입측에 설치된 경우는 대부분 압력이 상승하고, 펌프의 토출측에 설치되면 대부분의 압력이 하향으로 설정되게 됩니다. 즉 펌프 토출측의 경우가 배관내의 압력을 부압(NEGATIVE)으로 변경시킬 가능성이 높고 이는 전에 얘기되었던 진공으로의 단점등이 노출된다는 이야기 입니다. 매우 위험한 부분이라는 것입니다. 또한 펌프 흡입측의 팽창라인의 연결은 양압을 구성하여 오히려 배관 허용압력에 과하지 않을까 염려해야 하는 상황이 연출됩니다. 이는 좀전 부압보다는 경우의 수가 적으면서 , 즉 내압이상의 큰 압력은 잘 있지 않다는 얘기이고 , 부압보다는 위험성이 많이 떨어진다는 즉 보다 안전한 시스템 적용이라는 것입니다. 여기서 이 압력등은 모두 펌프의 운전과 연관되어 펌프 기동이 아닌 경우와는 다른 압력 분포를 보인다는 것인데 펌프의 기동이 없는 정체된 상태라면 배관위치에 따른 정수두만 받는다고 생각하시면 됩니다. 즉 마찰손실이나 기타 밸브류 , 기기등에 대해서 무시하고 오로지 정수두로 압력분포 곡선을 그릴 수 있다는 것입니다. 이는 흡입측에있던 토출측에 있던 그 압력 모양새는 동일하다는 의미입니다. 이후 펌프가 가동되면 그 양상이 기준점을 팽창탱크에 두고 즉 NO PRESSURE CHANGE POINT에서 출발하여 계산을 하기 시작하면 됩니다. 흡입측에 설치된 경우는 펌프양정이 추가되어 양압이 형성되고 토출측에 설치된 경우 펌프순환 양정도 팽창탱크 접속점에서는 완전히 상쇄되어 원래 펌프 운전 전단계의 NO PRESSURE CHANGE POINT 압력기준으로 출발이 되니 말단 ,즉 펌프 흡입측 부근까지 가면 부압 즉 포화증기압 이하 혹은 진공이 될 가능성이 매우 높아 진다는 것입니다. 일부 설계자는 VACUUM BREAKER 을 설치 할려고 한다면 반드시 말려야 할 것이 분명해 지는 순간입니다.
하지만 흡입측이 아닌 토출측 설치의 경우가 별로 없으니 큰 염려는 안해도 될 듯합니다. 이상과 같은 원리로 이해할 수 있는 것이 팽창탱크와 관련된 HVAC 분야의 압력 이론인데 이 정도 기술적 이론만으로도 거의 약 90% 이상의 HVAC 기술에서는 큰 문제는 없을 것이라 생각됩니다. 별로 논할일이 없었을 뿐이었지 단순 외면하고 적용 한다는 의미가 있습니다.
2) 좀더 구체적으로 수치로 한번 접근해 보겠습니다.
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펌프 토출측 팽창탱크 설치시 의 임의점 X 의 압력은 ?
Px = Po ? H - DP(Dx)
( Px : 임의점 X의 압력(m) , Po : 팽창탱크 접속점의압력(m) , H : X점의 높이(m)
DP(Dx) : X점까지의(Po점에서) 마찰손실 수두(m) )
이 경우 최저압력에 의한 공기흡입 문제 발생가능성이 매우 높다. 펌프 운전시에는 정
지시 보다 압력 저하 한다.
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펌프 흡입측 팽창탱크 설치시 의 임의점 X 의 압력은 ?
Px = Po + Hp ? H - DP(Dx)
( Px : 임의점 X의 압력(m) , Po : 팽창탱크 접속점의압력(m) , H : X점의 높이 (m)
Hp : 펌프의 양정(m) , DP(Dx) : X점까지의(Po점에서) 마찰손실 수두(m) )
이 경우 최고압력에 의한 내압허용 한도이내 배관 압력 검토 필요 . 펌프 운전시 압력
이 정지시 보다 상승함.
이상의 수치적인 단순 접근이 현장의 측정이 없이도 계산이 가능할 수 있으면서, 현장의
압력을 재 확인할 수 있다면 검증되는 부분이 매우 신뢰성이 있다고 보겠습니다.
이 외의 팽창탱크 고유의 제품 관련에서는 , 팽창탱크 내부의 시스템 수측 가압의 값을 사전에 건물 냉난방 부하기기의 최고위의 정수두와 증기압을 고려한 압력등이 계산되어 급수 감압변을 설정하면 되고, 팽창탱크 격막 반대편 공기층의 압력은 탱크 제작사에서 질소 혹은 압축공기 봉입 압력은 동일하게 셋팅하게 됩니다. 이와 같이 적용되어 현장에 설치되어 있습니다.
결언
이상으로 수배관의 압력중에서 밀폐형 순환 시스템과 관련한 배관 압력에 대해서 얘기를 일단 마치고자 합니다. 팽창탱크 문제는 큰 이슈가 될 게 없으니 거의 대부분 펌프 흡입측에 있다고 생각하셔도 됩니다.