수배관 시스템의 이해 11(정유량밸브)

설비 초보자를 위한 수배관 시스템의 이해

(Understanding of Hydronic System) 연재11 ? 냉난방 기기의 정유량 밸브        

 

By SOLLEO 이상오

주) 솔레오 대표이사/국제 기술사/건축기계 설비 기술사

서언

아파트 난방비는 평형별 면적으로 동일하게 지불 했었던 시절에는 고층에 사는 사람들이나 최하층 세대에 살던 사람에게는 불평이 많았습니다.  왜냐하면 하층세대는 더 춥다거나, 혹은 더 덥거나, 최고층은 많이 더울 수도,추울 수도 있습니다.(난방이외에 급수,급탕도 불평,불만 요소는 있습니다 만, 또 이는 건축적인 배려를 하지 못한 원인도 있고, 설비적인 문제도 함께 존재합니다) 세대별 유량계나 열량계를 , 혹은 전기 적산전력계 종류(냉방용으로 오피스텔등에서 사용 ,팬코일 유닛의 냉방비 정산을 팬 가동 시간으로 정산하는 경우등) 등 으로서 실제로 정확하게 관리비에서 형평성 있게 분배해 주고 있습니다. 하지만 그것도 꼭 정확하다고 보기는 어려운게 ,18층 아파트의경우를 예로들면 1층과 7층이 난방부하가 차이가 있죠, 18층 꼭대기와 7층 과도 당연히 난방부하차이는 있지요. 4세대가 병렬로 있다면 중간세대하고 측벽세대는 차이가 있겠죠. 이는 다분히 건축적인 측면으로 알아 본 차이를 말하는 것입니다.  그러면 이 경우를 개별난방으로 본다면 가장 난방비가 적게 들 수 있는 세대는 당연 중간층 , 중간 세대인 것이 자명해지는 것입니다. 물론 중앙집중식 난방에서 난방 온수의 분배는 정확하다 해도(설비적인 측면) 지불하는 난방비의 가격면에서는 당연히 차이가 있습니다. 또한 동절기 아파트 방위에 따라 각 세대별 난방비의 차이도 매우 크게 납니다. 이의 불평등을 최소한으로 막아 볼려고(불균등한 상태) 건설 교통부 고시에서 최상층의 단열재는 더 두껍게, 최하층의 단열재도 더 두껍게, 측벽에 면한 세대의 벽면도 단열재를 더 두껍게 하라고 법으로 만들어 놓았습니다. 하지만 그래도 여전히 그 냉난방 부하의 차이는 있습니다. 쉽게 100% 균일하게는 못하고 있다는 의미가 됩니다.  또 난방용 바닥 코일을 촘촘하게 깔아 보기도 합니다. 최상층,1층,측벽세대등(즉 난방부하가 많은 세대)은 코일간의 간격은 200MM 로 하는 경우 기타 일반층은 230MM 등으로 난방을 균일하게 하려는 의지가 지속적으로 있어 왔습니다. 지금까지 말씀드린 것을 정리해보면 2가지 측면이 있다는 것입니다. 1. 정확히 동일한 난방부하 유도 방안 2. 난방 관리비의 적절 분배. 뭐 다른 측면도 있겠습니다 만 이 2가지 만으로 실제로의 불평, 민원이 해소될 수 있다고 볼 수 있습니다. 그러면 중앙난방(지역난방 포함) 아파트의 경우,정확하게 난방부하를 처리할 수 있는 방법으로 건축 측에서 단열재 적용으로 건물 자체의 난방부하는 일단 고층부나 저층부가 동일하다고 가정한 상태에서 설비적으로 난방부하의 불균형 현상이 생기는 것의 원인을 한번 찾아 볼 것입니다. 또한 그 해결방안으로 들수 있는 정유량 밸브에 대해서 한번 접근해 볼려고 합니다.

 

본론

1. 우선 각 사용측 간의 난방불균형의 원인은 난방 공급수와 환수의 관의 유체의 온도차에 의한 비중차에 의한 정수두의 차이로 발생하는 공급 유량의 불균일도 있겠지만, 강제순환 펌핑 방식에서의 난방 불균형은 각 사용처별로 과하거나, 부족하거나등의 공급 유량의 문제가 더욱 클 것으로 판단 됩니다. 좀 풀어서 말한다면 공급수와 환수 온도는 당연히 10°C~ 20°C 정도의 차가 있습니다. 실제 펌핑 배관의 펌프의 힘, 양정의 공급, 환수간의 차이는 저층부 죤, 즉 펌프 근처에 있는 공급 환수간의 압력이 가장 큽니다. 그대로 둔다면, 가장 고층부 말단은 그 차이 양정이 매우 낮아 실제 힘이 약한 차압으로 온수를 수송하게 되니, 유량이 작을 수 있습니다. 즉 고층부는 유체의 이송이 어렵고, 저층부는 그것이 펌프 근처라면, 매우 유리하다는 것입니다. 이경우 압력으로 표현할 때 그 압력 차이값이 고층부에서는 작아, 유체의 유속의 감소와 함께 유량이 작아질수 있다는 의미가 됩니다. 이는 고,저층부등 층간의 난방불균형의 원인이 됩니다.  이를 해소하기 위한 방안중에서 배관내의 유체의 압력 저항 값을 동일하게 하자는 의도에서 각종 방안이 강구되어 있습니다. 그 중의 하나가 수직배관의 역환수 배관(REVERSE RETURN)이 있으며 , 또 하나는 유량 조절 밸브(정유량 밸브, 차압제어 밸브등)의 적용, 각 사용측의 배관 특성을 동일하게 하자는 것이 해소방안으로 지금까지의 기술로 나온 답입니다.

2. 리버스 리턴 배관 방식의 배관 각 경로별 저항을 동일하게 하는 방식으로의 설계가 과거 있었지만 요즘의 설계는 거의 배제하고 있습니다. 이는 배관망을 매우 복잡고 번거롭게 하고 있습니다.( 참고로 리버스 리턴 배관은 각세대에 공급,회수 배관의 길이를 동일하게 하려는 의도로 고층부와 저층부가 중앙 열 공급처의 입장에서 본다면 동일한 배관 길이를 가진다고 볼 수 있습니다만 이 경우도 최대 부하일때 기준이며, 각각의 부분 부하에서의 각 사용측별로의 사용유량이 달라지면, 이의 효과도 역시 반감 됩니다.) 이에 또다른 접근 방식인 유량 조절 밸브의 경우는 정유량 밸브(자동 및 수동 정유량조절 밸브)가 있지만 실제 수동의 밸브의 경우, 정확한 전후단 차압의 안정화를 확보하지 못하면, 전혀 적용 가치를 없게 됩니다. 또한 수동의 경우, TAB 적용 필요성(즉 층별로 그 조정값을 다르게 설치할 필요, 고층부는 최대한 열고, 저층부는 최대한 닫아주는 작업이 필요함)이 있는 번거로움으로 인해서, 쉽게 반영되기 시작한 것이 자동 자동 정유량 밸브입니다. 하지만 가장 좋은 것은 자동이든 수동이든 최대 부하 기준으로 설계된 유량범위를 넘어서는 경우에 분배를 위한 각 역할, 즉 LIMIT FLOW 기능이 필요한 경우일 뿐 , 대부분의 저 부하, 부분부하의 운전시간에는 역시 해당 밸브의 최대 유량 범위 내에서의 유량 언밸런스는 여전히 존재하게 되는 단점이 있습니다.

3. 각각의 부하의 변화에 대응하여, 압력 차이의 실시간 변화에도 불구하고 유량은 일정한 제품이 실제의 아파트에서 더 필요한 정유량 밸브의 특성입니다. 그와 같은 기술을 채택한 차압유량 조절 기능의 온도조절 밸브를 적용하는 기술입니다.

    

   아파트의 층간 유량 불균형으로 접근하였지만, 일반적인 공조기등의 , 예로 오피스 빌딩의 공조기용등

   2방변 시스템의 압력 불균형의 원인에 대한 해소로 적용된 차압유량 조절 기능의 온도 조절 밸브(PICV)도 있습니다.