난방설비

난방설비 II

Heating System II

3. 온 수 난 방

3.1 개 요

• 난방방식 : 현열을 이용한 난방

• 보일러에서 가열된 온수를 배관을 통하여 방열기에 공급하므로 난 방의 목적을 달성

• 공급수(고온수)와 환수(저온수)의 밀도차에 의한 자연순환 작용과 순 환펌프에 의한 강제순환에 의해서 이루어지는 난방

• 온수 난방의 구성 : 보일러 또는 열교환기, 배관, 방열기기, 순환펌프, 팽창탱크

• 온수 난방법의 분류 및 종류

분 류 종 류

온수 순환방법에 위한 분류 ① 중력 순환식 ② 강제 순환식 배관 방식에 의한 분류 ① 단관식 ② 복관식

온수 온도에 의한 분류 ① 보통온수방식 ② 고온수난방

• 온수난방의 장단점

장 점 단 점

①난방부하의 변동에 따라 온수 온도와 온수의 순환수량을 쉽게 조절할 수 있다.

② 현열을 이용한 난방이므로 증 기난방에 비해 쾌감도가 높다.

③ 방열기 표면 온도가 낮으므로 표면에 부착한 먼지가 타서 냄새 나는 일 이적다.

④ 난방을 정지하여도 난방 효과 가 지속된다.

⑤ 보일러 취급이 용이하고 안전 하다.

① 예열 시간이 길다.

② 증기 난방에 비해 방열면적과 배관의 관경이 커야하므로 설비비 가 많이 든다.

③ 열용량이 크기 때문에 오눗 순 환시간이 길다.

④ 한랭시 난방을 정지하였을 경 우 동결이 우려된다.

1) 온수 순환 방식에 의한 분류

① 중력 순환식 : 온수의 밀도차를 이용한 대류작용에 의한 순환력을 이용 자연 순환시키는 방법

- 방열기는 보일러보다 항상 높은 곳에 위치함.

- 장치가 간단, 취급이 간편 - 주택 등 소규모 건물에 채용

② 강제 순환식 : 순환펌프를 사용(볼류트 펌프)하여 관내 온수를 강제적으로 순환시키는 방법

- 순환이 자유롭고 신속하며 균일하게 공급

- 배관경을 가늘게 선택할 수 있다.

2) 배관 방식에 의한 분류

① 단관식(one pipe system) : 송온수관과 환온수관이 하나의 관 앞으로 나아갈수록 온수온도가 낮아짐.

방열기의 방열면적을 주관의 선단일수록 증가

하나의 방열기를 개폐하면 다른 방열기에 미치는 영향이 크다.

② 복관식 : 일반건물에 적용 송온수관과 환온수관이 별개 단관식에 비하여 설비비가 크다.

주관내의 온도변화가 없다.

방열기 개폐에 의해 방열량을 임의로 조절, 다른 방열기에 영향 을 미치는 일이 적다.

③ 역환수 방식 : 각 방열기마다 온수의 유량을 균등하게 분배 각 방열기의 온수온도는 일정 - 배관회로의 길이가 동일

• 방열기의 온수 공급방향에 따라 - 상향식(up feed)

- 하향식(down feed)

출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p339

3) 온수 온도에 의한 분류

① 보통 온수 방식 : 가장 일반적인 것.

열매로 85 ~ 90°C의 온수사용

주철제 보일러와 개방식 팽창탱크 사용 간단하고 안전하다.

방열기 온도강하는 5 ~ 10°C 정도 저온수식 : 65 ~ 80°C

② 고온수 방식 : 100 ~ 150°C 온수를 열매로 하여 난방 강판제 보일러, 밀폐식 팽창탱크를 사용

왕복온수의 온도차는 20^°C 가능함.

배관이 가늘고, 방열기는 적어도 됨, 지역난방에 유리함.

• 고온수 공급온도 : 보통 150 ~ 180°C 정도

공급온수와 환수의 온도차는 50 ~ 80°C 정도가 사용 방열기에는 저압 저온수를 공급

- 브리드인 방식 : 고온수를 감압 후 방열기에서 저온의 환수를 일부 혼합해서 온수 온도를 저하시키는 방법

- 간접 방식 : 수-수 열교환기를 사용해서 저온수를 만드는 방법

• 공장의 직접 난방, 고온 복사 난방, 유닛 히터에 의한 온풍 난방 등에 고온수를 직접 사용

• 고온수설비의 가압방식

- 밀폐식 팽창 수조에 고압 질소 가스를 봉입하는 방법

- 보일러의 증기 드럼을 이용하 는 방법

- 가압 펌프를 이용하는 방법 - 정수두를 이용하는 방법

• 특수고압기기가 필요 취급관리가 곤란

배관 중에 이상한 소리가 발생 보통사용 잘 안 함.

출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p340

3.2 관경 결정법

1) 온수 순환 수량

• 방열기에서 필요한 순환수량 G = Q / (t₁-t₂) · c

- 중력식 : 온도차를 크게 하면 자연순환수두가 증가하여 관경을 작게 할 수 있어 유리, 순환수량이 너무 적으면 온수 순환의 불균형을 야기시킴 - 강제 순환식 : 온도차가 크면 순환펌프 용량이 적게, 설비비가 저렴

순환의 균등과 가열의 신속 : 온도차 적게 하고 유량을 크게 2) 배관 저항

• 배관저항 R(mmAq/m) = Hw / l(1+k) = Hw / (l + l’)

- 중력식 온수 난방에 있어서의 순환수두 : H = 1000(ρo – ρi)h (ρo – ρi) : m당 순환수두(mmAq) 표시

수두를 작게 -> 배관이 굵게, 수두를 크게 -> 배관 가늘게 - 강제식 온수 난방에 있어서의 순환수두 결정법

배관계 단위 마찰 저항을 구하는 방법 필요한 순환 펌프 양정을 결정하는 방법

3.3 팽창 탱크(expansion tank)

• 기능 : 온수팽창에 대비

• 4°C 물 -> 100°C 물 : 4.3%의 체적증가 Δυ=(1/ρ₂ – 1/ρ₁)υ

• 물의 팽창과 수축을 밀폐 배관계통에서 흡수하지 않으면 : 팽 창시에 관내 이상 고압 발생, 수축시에는 배관계통에 공기침 입 초래 -> 배관계통의 고장 원인

• 종류 : 개방식, 밀폐식

1) 개방식 팽창탱크

• 저온수 난방

• 수위 변동폭 : 아래식에서 구한 팽창수량의 2~3배 정도

2) 밀폐식 팽창탱크

• 100°C 이상의 고온수 난방설비에 채택

• 팽창탱크의 용량 :

3) 팽창관과 안전장치

• 온수 난방 장치에 있어서의 안전장치

- 팽창관을 팽창탱크에 접속하는 방법 : 온도에 따른 체적 팽창을 도출 시키기 위해

- 안전관(도피관)을 세워 팽창 탱크의 수면상에 나오게 하는 방법 : 과 열 증기 도출시키기 위해

• 3방 밸브 : 주관로가 닫힌 경우 장치의 안전을 유지시키기 위해 설치 - 온수보일러의 온수 출구 및 환수구에 설치

3.4 온수 난방의 설계법

1) 각 실의 손실열량 계산

2) 온수방식 결정 : 강제식, 중력식

3) 방열기 온수 온도 결정, 방열량, 온수량 결정 4) 소요 방열 면적 계산, 방열기 배치

5) 방열기 형식 결정 : 주철제, 컨벡터, 베이스보드 등 6) 배관 계획

7) 순환수두 계산 8) 배관 저항 계산

9) 관경 결정 및 관경 보정 10) 팽창탱크 용량 결정

11) 보일러 용량 결정, 기타 부속기구 결정

4. 복 사 난 방(패널 난방)

4.1 개 요

• 복사난방 : 벽체에 열원을 매설하고 벽면을 가열면으로 하여 그 복 사열로 방을 난방

- 50 ~ 70%의 복사열로 난방

- 실내의 공기 온도를 상승시키는 데 중점

• 복사난방의 장단점

장 점 단 점

① 실내의 온도분포가 균등하고 쾌감도가 높 다. ② 방열기가 필요치 않으며 바닥면의 이용도 가 높다.

③ 동일 방열량에 대해서 손실열량이 비교적 적다. ④ 대류가 적으므로 바닥면의 먼지가 상승하 지 않는다.

① 열용량이 크기때문에 외기온도 급변에 대 해서 곧 방열량을 조절할 수 없다.

②시공, 수리, 방의 모양을 변경시 불편하며, 건축벽체의 특수시공이 필요하므로 설비비 가 많이든다.

③ 회벽 표면에 균열이 생기기 쉽고 고장시 발견이 곤란

④ 열손실을 막기 위해 단열층이 필요

4.2 패널의 구조와 패널용 파이프 코일

• 패널 : 복사난방에서의 가열면 1) 패널의 위치에 따른 종류

① 바닥 패널 : 바닥면을 가열하는 것.

30^oC이하 시공용이

② 천장 패널 : 시공이 어렵다.

가열면의 온도는 50^oC 열량손실이 큰 방에 적합

천장이 높은 극장, 공회당에는 부적합

③ 벽 패널 : 시공상 특수 벽체구조 실외로의 열손실이 크다.

가구 등에 의해 방열이 방해되는 확률이 높다.

창틀 부근 등에 설치

2) 패널의 구조

• 파이프 아래에는 단열재 시공을 하여 공기층을 둠.

• 가열면 표면온도 : 가열면의 온도가 높을수록 복사 방열 은 커짐.

주거환경을 고려하여 적절한 온도로 함.

• 파이프 매설 관경 : 일반적으로 바닥 매설배관 20 ~ 40A 가스관,3/8 ~ 5/8B의 동관, 천장은 이보다 작은 관

- 보통 바닥매설 25A, 천장매설 15A

- 강관은 15-32A 또는 동관이나 합성수지관 9-20ø를 매설

• 배관 피치 : 방열량을 고르게 할 경우 피치는 작게, 매설 깊이는 깊게

- 경제적인 면에서 20 ~ 30cm정도

• 한 코일의 길이는 50m 정도

• 매립 깊이는 관외경의 1.5 ~ 2.0배 이상

• 덕트식 : 전래 구들 난방과 유사 – 온풍복사난방

• 유니트 패널식 : 강판이나 알루미늄에 강관이나 동관을 용접 또는 부착하여 복사면을 구성하는 방식

• 온수 온도 : 콘크리트 매설의 경우 최고 60°C이하

• 순환온수의 온도차 : 5 ~ 6°C 이내

3) 파이프 코일의 배관 방식

- 밴드 코일식(a,b,c) : 유량을 균등하게 배분, 바닥면적이 넓은 곳에 사용

- 그리드 코일식(d) : 온수의 유량을 균등하게 배분하기 곤란 - 사관식 : 온도 분포가 불균일, 시공이 불편하지만 널리사용됨

• 강관 : 부식에 약함

동관 : 내식성 우수, 손상의 위험

출처; 건축설비 계획, 서승직저, 일진사, p351

4.4 기타 복사 난방

• 고온 복사 난방, 적외선 및 원적외선 복사 난방

• 고온 복사 난방 패널 : 용접타입, 매달은 타입

- 대형 공장 같은 면적이 넓고 천정이 높은 건물에 채용 - 사용 열매 : 150 ~ 200°C의 고온수, 증기 사용

• 적외선 난방기 : 복사열이 직접 인체에 도달(800 ~ 1,000°C 정도) - 공장, 체육관, 차고, 창고, 백화점 입구 같은 개방 작업장의 국부 난방

에 유효

- 설치높이 4m 이하 : 두부 과열이 우려됨

출처; 건축설비계획, 서승 직저, 일진사, p357

5. 온 풍 난 방

5.1 개 요

• 난방방식 : 온풍로로 가열한 공기를 직접 실내로 공급하 는 난방방식.

• 장점 : 열용량이 적고 장치가 간단, 설비비도 적다.

- 예열시간이 짧다.

- 온도, 풍량, 습도, 환기조절이 가능

- 소음과 내구성이 문제, 간헐운전 용이

- 취출 온도차 : 35 ~ 50°C가 되어 정밀제어 곤란

- 주택, 점포 등 소규모 건물

5.2 온풍로의 구성과 성능

• 온풍로의 구성 : 버너, 연소실, 공기-연소가스 열교환부, 송풍기, 공기여과기, 가습장치 등

• 종류

- 송풍기, 공기여과기가 본체에 내장된 것 - 송풍기, 공기여과기가 별도로 된 것

• 온풍로 방식

- 직접 열원 취출식 - 덕트 접속 방식

• 사용연료 : 액체, 기체, 고체 연료 등

6. 지역 난방 설비(district heating system)

6.1 개 요

• 난방방식 : 열원 플랜트에서 배관에 의하여 증기나 온수 등의 열매를 넓은 지역의 다수의 건물에 공급하는 것.

• 열병합 발전방식, 에너지의 이용효율을 높이고 환경공해의 개 선을 위해서 전기와 난방용 열매를 동시에 생산하여 주택, 아 파트 단지, 빌딩 등에 난방 하는 방식

• 공급열매 : 고압증기(5 ~ 10 kg/cm²), 고온수(100 ~ 180°C) 또 는 냉수

• 효과 : 큰 용량의 효율이 좋은 보일러 사용이 가능 - 연료소비량도 절약

- 각 건물의 보일러실, 연소장치 등의 설비공간이 감소 - 대기오염을 감소

• 구성: 열원 설비, 지역배관(옥외배관), 중간 기계실등.

• 장점

- 건물 스페이스와 운전요원 감소 - 화재와 소음에 대한 염려가 없다.

- 시간 제약이 없고 공조설비에 이용 가능 - 에너지의 유효이용, 배열이용 가능

- 대기오염 방지

- 냉동기의 냉각수 문제 해결

• 단점

- 높은 건물에 공급 곤란

- 배관 도중에 열손실이 크다.

- 초기 시설 투자비가 비싸다.