난방

(1)

난방 설비 I

Heating System I

(2)

1. 난 방 계 획

• 난방 : 실내에서 손실되는 열량을 보상하기 위하여 열을 공급하고 실내를 희망하는 온도 또는 그 이상으로 유지 하는 것.

• 난방설비 : 실내에 열을 공급하는 장치

• 난방설비계획의 목표

대상 건물에 가장 적합한 난방방식, 열원방식, 기계실 위

치 등을 고려하여 기본계획에서부터 시공 유지관리까지

기능을 발휘하도록 하는 것.

(3)

1.1 난방방식의 분류

• 간접난방방식(Indirect Heating) : 중앙 난방실에서 데워진 공기를 덕트를 통해서 실내로 공급하는 방식

• 직접난방방식(Direct Heating) : 열원설비(증기보일러, 온수보일러, 온풍로 등)로부터 가열된 열매(증기, 온수, 온풍)를 직접 실내의 방열 장치에 공급하여 난방 하는 방식.

- 설비가 간단, 취급이나 유지관리가 용이

- 실내 습도의 조절, 공기의 청정도 유지가 곤란

• 방열체의 방열형식에 따라

- 대류난방 : 실내에 방열기를 설치하여 난방.

방열량 중 70 - 80%가 대류.

- 복사난방 : 벽, 바닥 천장 등을 직접 가열하여 난방.

방열량 중 50 - 70%가 복사.

• 사용열매에 따라서 : 온수난방, 고온수난방, 증기난방, 온풍난방 등

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• 난방 방식의 분류

• 직접 난방 방식의 비교

중앙난방 직접난방

증기난방 온수난방

고온수난방 블라드인방식, 간접방식, 직접방식 복사난방 저온복사패널, 적외선 난방기

간접난방 온풍난방 코일식 공조기, 온풍로

개별난방 직접난방 스토브

간접난방 FF 난방기

난방방식 열매종류 쾌감도 실의 상하온도분포 온습도조절

온수난방 온 수 A B C

고온수난방 고온수 B B C

복사난방 온 수 A A C

증기난방 증 기 B B C

온풍난방 공 기 C C A

(5)

1.2 각종 난방 방식의 특징

• 난방효과(온도분포)

- 복사난방 : 실내의 상하 온도차가 적다.

천장이 높은 곳, 강당, 대회의실 같은 개방상태가 빈번한 곳.

- 대류난방 : 상하 온도차가 크다.

방열기 표면온도가 높을수록 상부의 온도는 높게 되고 하부 는 낮게 된다.

- 실의 상하 온도 분포 : 복사난방 > 온수난방 > 증기난방

• 열용량 : 장치내의 관수용량에 영향을 받음.

- 온수난방, 복사난방 : 큰 열용량을 갖고 있다.

예열, 방열량 조정에 시간이 걸린다. 난방 중지 시에도 난방 효과가 유지됨.

- 증기난방 : 간헐난방, 단시간 사용하는 경우 관수용량이 작다.

기동시간이 짧다.

(6)

• 부하변동에 대한 제어

- 증기난방 : 발열량 조절이 곤란. 증기압에 따라 통과 증기 량이 변화하므로 조절이 곤란

- 온수난방 : 방열량 조절이 가능. 온수의 순환수량, 온수 온도조절이 가능

출처; 건축설비계획, 서승 직저, 일진사, p312

(7)

• 설비비

- 온수난방 : 설비비가 비싸다. → 소요 방열면적의 증가, 배관 굵기 증가.

- 복사난방 : 특수한 건축구조를 요구 대류난방에 비하여 설비비가 비싸다.

• 적용제한

- 온수난방 : 수압관계로 고층건물에 사용 제한

주철제 보일러의 경우 온수 3kg/cm

²

이하, 증기 1kg/cm

²

이하.

• 부식과 동결

- 온수사용 : 보일러와 관 내면의 부식이 적다.

동결에 대비하기 위하여 부동액을 사용하므로 추가 비용 발 생.

- 증기사용 : 관내에 물이 없지만 관말트랩에서 방출되지 않고 남은 응축수가 동결하여 증기트랩을 파손

증기 환수관은 부식이 빠르다.

(8)

1.3 직접 난방 설비의 용량 표시 방법

• 방열량 표시방법

- 상당 방열 면적(m

²

) - 시간당 방열량(kcal/h)

• 상당 방열 면적(m

²

) : 표준상태(실내온도 18.5°C, 열매온 도 증기 102°C, 온수 80°C)에서 얻어지는 표준 방열량Q

₀

로 방열기의 전 방열량Q를 나눈 값.

EDR = Q / Q

₀

= 난방부하/표준방열량(450(온 수), 650(증기))

• 방열기의 표준 방열량

열매종류 표준방열량 Q₀ (kcal/m²h)

표준상태에서의 온도(^oC)

열매온도 실내온도

증 기 650 102 18.5

온 수 450 80 18.5

(9)

• 표준상태가 아닌 경우는 보정한다.

• 응축수량 W(kg/h)

W = 방열량 / 증발잠열

• 온수 순환수량 = 난방부하 / (방열기 입구수온 – 방열기 출구수온)

• 표준상태에서의 방열면적 1m

²

당 응축수량은 1.21kg/h

1.4 방열기(radiator)

• 목적 : 직접난방설비에 있어서 증기나 온수를 통하여 그 방산열로 대류에 의하여 실내의 공기를 덥히는 장치.

• 방열기 조건 : 열효율이 높고 내구성이 뛰어난 재료로 제 조

• 방열방식 : 대류, 복사

(10)

• 방열기 섹션 산출

- 증기난방의 경우 N = H

_L

/650 a - 온수난방의 경우 N = H

_L

/450 a

H

_L

: 난방부하 a : 방열기 section 당 방열면적

• 종류

1) 재료에 따른 분류

- 강판제 방열기 : 가볍고 판 두께가 얇다.

열의 전도, 방산은 우수.

내구성이 약간 뒤진다.

온수 난방용 12 - 17mm 판두께 - 강관 방열기 : 방열률이 우수.

외관이 안 좋다.

특수 경우에 사용

- 주철제 방열기 : 견고성, 내식성이 우수 무겁고 설치면적을 많이 차지함.

Section을 필요한 수만큼 조합한 것

(11)

2) 형상에 따른 분류

- 주형 방열기 : 2주, 3주, 3세주, 5세주 방열기 등 - 벽걸이 방열기 : 횡형, 입형

- 길드 방열기 : 설치높이에 제한을 받는 곳 온실 같은 곳(내식성)

- 대류 방열기 : 외관 미려, 열효율 좋음, 널리 사용됨.

- 관 방열기 : 관의 표면적이 방열면 고압증기에도 사용

- 베이스 보드 : 낮은 바닥에 설치 3) 열매의 종류에 따른 분류

- 증기용

- 온수용

(12)

출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p315

(13)

•

• 방열기의 호칭법 :

3-650x18 : 3세주 650(높이)을 18섹션 조합한 것

(14)

1.5 난방 설비용 배관 부속품

1) 방열기 밸브 : 온수, 증기의 유량조정을 목적.

- 증기용 : 디스크 밸브를 사용한 스톱 밸브형 - 온수용 : 마찰저항 감소 위해 콕(cock)식.

- 유체의 흐름에 따라 : 앵글형, 직선형, 코너형

2) 2중 서비스 밸브 : 한랭지 배관에 사용(응축수 동결 방지 를 위해)

- 방열기 밸브와 열동 트랩을 조합한 것.

3) 리턴콕 : 온수의 유량을 조절

- 온수 방열기의 환수 밸브로 사용

(15)

4) 공기빼기밸브 : 중력 환수식 증기난방장치의 방열기 배관, 온수난방 에 사용

- 방열기 설치시 - 방열기 높이의 2/3정도의 위치.(응축수 유입 방지를 위해)

- 자동식 : 열동식, 버저식, 병용식 수동식 : 방열기용 P콕

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5) 증기 트랩 : 방열기의 환수구, 증기 배관의 최말단에 위치.

- 증기관내의 응축수 만을 보일러로 환수시킴.

- 생증기의 누출을 방지

※ 응축수가 원활하게 배출되지 못하면 : ① 유효한 가열면적이 감소

② 워터해머 발생 가능성이 증가 ③ 배관 손상

④ 제품의 불량 초래

⑤ 부식 및 노화로 설비수명 단축

- 방열기 트랩 : 트랩내의 벨로스 포함

- 버킷 트랩 : 고압증기의 관말 트랩, 증기 사용 세탁기, 증기 탕비기 등 - 플로트 트랩 : 저압 증기용(많은 양의 응축수 처리)

(17)

(18)

6) 감압 밸브 : 고압과 저압 배관 사이에 설치.

- 증기유량과 저압측의 일정압력 유지.

- 유량 변동이 매우 큰 경우 : 2개의 감압밸브를 병렬 연결 7) 인젝터 : 증기 보일러의 급수 장치.

- 증기 노즐, 혼합 노즐, 방출 노즐로 구성.

(19)

2. 증 기 난 방

2.1 개 요

• 연면적 규모가 크고(1000 m² 이상), 간헐운전이 필요한 학교, 공장, 사무실 등의 난방에 이용.

• 증기난방 : 증기를 배관을 통하여 방열기로 보내어 이 수증기의 증 발 잠열로 난방 하는 방식

- 방열기 내에서 수증기는 증발 잠열을 빼앗겨 응축 -> 응축수는 트랩 에서 증기와 분리 -> 환수관을 통하여 보일러에 환수

• 증기난방법의 분류 및 종류

분 류 종 류 분 류 종 류

증기압력 고압식

저압식

진공식 환수 배관 방식 습식 환수 배관

건식 환수 배관

응축수 환수 방식 중력환수식 기계환수식

진공환수식 배관 방식 단관식

복관식

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• 증기난방의 장단점

장 점 단 점

① 증발잠열을 이용하기에 열의 운반 능력이 크다.

② 예열 시간이 온수난방에 비해 짧고 증기의 순환이 빠르다.

③ 방열 면적을 온수난방보다 작 게 할 수 있으며, 관경이 가늘어 도 된다.

④ 설비비와 유지비가 싸다.

① 난방의 쾌감도가 낮다.

② 난방 부하의 변동에 따라 방열 량 조절이 곤란하다.

③ 소음이 많이 난다.

④ 보일러 취급에 기술이 요한다.

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1) 사용 증기 압력에 따른 분류

- 고압식 : 지역난방, 공장 등에 사용. 배관이 가늘다. 쾌감도가 낮다.

게이지 압력 1 ~ 3kg/cm²

- 저압식 : 관경이 크다. 일반건물에 많이 사용. 게이지 압력 0 ~ 1kg/cm², 보통 0.35kg/cm²

- 진공식 : 방열기 내의압력 조절 가능 -> 온도 변화가 가능하여 방열량 을 조절할 수 있다.

2) 응축수 환수 방법에 따른 분류

• 증기난방에 사용되는 증기의 경로 :

보일러 -> 증기헤더 -> 증기주관 -> 방열기 밸브 -> 방열기 -> 증기트 랩 -> 환수관 -> 관말트랩 -> 응축수 탱크 -> 순환펌프 -> 보일러

• 종류

① 중력환수식 : 중력만으로 보일러에 환수하는 방식.

소규모 저압 증기 설비, 보일러와 방열기의 높이 차가 요구됨.

현재는 미사용. 응축수의 구배 1/100

(22)

② 기계환수식 : 응축수를 탱크에 모아 펌프(저압보일러: 응축수 펌프, 고압보일러: 다단 터빈펌프, 재생펌프)로 보일러에 수송하는 방식.

수수탱크는 최저의 방열기보다 낮은 위치.

보일러의 위치는 방열기와 동일하거나 높은 위치여도 무방

③ 진공환수식 : 저압증기난방에서 기계환수의 한 방식

공기의 흡입력으로 환수관을 진공압으로 만들어 응축수를 강제적으 로 흐르게 함.

증기 순환이 가장 빠름

방열기, 보일러 등의 설치위치에 제약이 없다.

대규모 난방에 채택.

(23)

출처; 건축설비, 김재수저, 서우, p523~525

(24)

3) 환수 배관 방식에 따른 분류

- 건식 환수법 : 환수관 내에 응축수가 충수되지 않는 상태로 흐르는 방식.

- 습식 환수법 : 환수관 내에 응축수가 만수된 상태로 흐름.

4) 배관 방식에 따른 분류

- 단관식 : 증기와 응축수가 동일관 내에 흐름. 증기트랩을 사용하지 않음. 방열기 밸브로 방열량 조절. 현재 미사용

- 복관식 : 증기관과 환수관이 별개의 관 사용. 방열기마다 증기 트랩 을 설치. 응축수만을 환수관을 통하여 보일러로 환수

5) 증기의 흐름 방향에 따른 분류

- 상향 공급식 : 증기 주관을 건물의 아래쪽에 배열 - 하향 공급식 : 증기 주관을 건물의 상부에 배열

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2.2 관경 결정법

1) 마찰 저항과 국부 저항

• 마찰 저항 손실 : 증기의 마찰 저항으로 증기의 흐름이 방해되어 증 기압이 강하됨.

• 국부 저항 : 엘보, 티 등의 이음쇠와 밸브류의 저항.

• 국부 저항 상당 관 길이 : 국부저항과 같은 압력손실을 주는 직관길 이로 환산한 길이

2) 허용 증기 속도와 증기 유량표

• 응축수가 안전하게 흐를 수 있는 최대 유속을 실험으로 구한 것.

• 제한 유속 : 응축수가 흐를 수 있는 최고 유속

• 제한 속도 : 25 - 40 m/s

3) 환수관의 용량 4) 증기 배관 설계 :

• 초기 증기압의 1/3 정도의 전압력 강하로 함.

(26)

2.3 증기 난방 설계 순서

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1) 난방부하 계산

2) 각 실의 방열기 선정 : 한 개의 방열면적은 10m

²

이하, 지역에 따라 10 ~ 15%까지 할증.

3) Zoning과 총 난방부하 계산 : 방위별, 사용시간 별로 Zoning.

총 난방부하 = 난방부하 + 급탕부하 + 공기조화부하 4) 보일러 형식, 용량 결정 :

총 난방부하에 10 ~ 20%의 배관손실 + 15 ~ 20%의 예 열부하 = 가열용량을 결정

5) 보일러 부속기기 용량 결정

6) 보일러 실내기기, 배관의 layout

7) 증기관, 환수관, 배관 부속기기 layout

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2.4 증기 난방 배관법

1) 증기 주관에서 상향 수직관을 분기할 때의 배관

- 단관식의 경우 : T이음, 45도 상향으로. 신축흡수를 위하여 스위블 이 음. 수평관은 선상향 구배.

- 복관식의 경우 : 응축수를 환수 주관에서 배제할 필요가 있다.

건식 환수관 : 열동식 트랩

습식 환수관 : 트랩 없이 직접 환수관에 연결하여 배제.

(29)

2) 증기 주관에서 하향 수직관을 분기할 때의 배관 - T이음, 45도 하향으로 세워 스위블 이음.

3) 급기 하향 수직관 하단의 트랩 배관

- 관내 응축수 배제하기 위하여 환수관에 연결.

건식 환수관 : 열동식 트랩

습식 환수관 : 트랩 없이 직접 환수관에 연결하여 배제.

출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p331~332

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4) 증기 주관을 도중에서 위로 꺾을 때의 트랩배관

- 배관을 올려 세울 필요가 있는 경우나 보 등의 장애물이 있는 곳에서 올려 세울 필요가 있는 경우에 사용

- 물 빼기관이 필요

- 환수관이 건식일 때는 스팀트랩을 사용

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5) 증기 주관의 관말 트랩 배관

- 주관과 같은 관경으로 하향 수직관

- 하부에 찌꺼기 고임부 만듦, 열동 트랩에 의해 응축수와 공기를 건식 환수관에 보냄

- 냉각레그 : 완전한 응축수를 트랩에 보내는 역할.

보온피복을 하지 않음, 길이는 1.5m 이상

- 열동식 트랩 : 주관이 길어져 응축수가 다량으로 흐를 때 - 버킷트랩 : 고압에서 환수관이 높은 곳에 있을 때.

(32)

6) 증기 배관 도중의 서로 다 른 관경의 관 이음 : 편심 이경 이음 사용

7) 보일러 주변의 배관 : 보 일러의 안전 수면 유지, 빈 상태 운전 방지

• 하트포드 접속법 : 밸런스 관을 달아 안전 수위 유지 하는 배관법

- 증기압과 환수압을 밸런 스 시킴

- 찌꺼기 유입 방지

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8) 리프트 이음 배관

• 진공 환수식에서 환수관의 응축수를 끌어올릴 때 사용.

• 수직관은 주관보다 한 치수 작은관을 사용.

• 빨아 올리는 높이는 1.5m 이내, 2단일 때 2.4m 이내 9) 방열기 주변의 배관

• 방열기 설치 위치

- 열 손실이 가장 많은 곳에 설치 - 미관에도 유의

- 벽면과의 거리는 보통 5-6cm 이격

• 열팽창에 대비하여 스위블 이음

• 공기빼기밸브 부착(진공 환수식은 제외)

• 방열기 설치

- 반드시 개구부 아래에 설치

- 외부의 찬 공기가 유입되는 것을 방지

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10) 증기관 도중의 밸브 종류 : 슬루스 밸브를 사용

11) 증발 탱크(flasch tank) 주변 배관 : 저압 환수만을 환수 관에 송수하기 위한 장치

12) 스팀 헤더

- 헤더 : 보일러에서 발생한 증기를 각 계통으로 분배하는 장치

- 스팀헤더의 관경 : 접속관 관경 단면적 합계의 2배 이상 의 단면적

- 스팀헤더 접속관의 밸브류 설치 위치 : 바닥 위 1.5m정도 13) 배관구배

증 기 관 순구배(선 하향) 1/250 이상 역구배(선 상향) 1/50 이상 환 수 관 순구배 1/250 이상

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