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- Pipe와 Pipe의 중신간의 간격
- Pipe의 열전달 계수, 두께, 외경
- 설정압력
- 최대 설계온도
- 요구되는 열량
- 온수의 통과길이
- 대기온도
- 실내와 바닥면의 온도
- 분배기의 표면적
- 바닥 마감재의 열저항계수
- 온수 Pipe 바닥면의 열저항계수
- 밸브를 통한 유체의 동특성
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- 각 실별 유량분배 조절
각 실별로 필요유량을 산정하여 수치환된 유량조절을 통한 쾌적한 난방을 유지하도록 한다.
- 각 실별 온도조절
각 실별로 사용조건에 맞게 온도조절이 가능하여 사용조건의 변경시 소쉽게 조절되어야 한다.
- 전체적인 유량의 밸런싱 기능
세대별 시스템의 유량을 밸런싱할 수 있어 부하의 변동이나 차압의 변화에 따라 필요 유량 이상이 흐리지 않도록 한다.
- 각 실별로 유량 및 온도의 확인
필요시 실제적 상황(유량 및 온도)을 직접적으로 확인 가능하여 시스템의 점검이 손 쉽도록 한다.
- 보수가 쉬워야 함
시스템이 오작동 될 경우 손쉽게 보수가 가능한 구조여야 한다.
- 안정성 유지
전기를 사용하므로 누수시 물이 닿지 않는 구조로 한다. |
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- 유량 밸런싱이란?
온수를 사용하는 온돌난방에서 온수배관속을 흐르는 물은 저항이 가장 작은 경로를 따라 흐르는 경향이 있다. 따라서 한 세대를 여러개의 코일 구획으로 분할할 경우 저항이 작은 구획으로 가장 많은 유량이 흐르게 된다. 그러므로 각 구획별로 적정 유량을 공급하기 위해서는 배관에 일종의 저항을 추가하는 것이 필요하며, 이를 유량 밸런싱이라 한다.
- 유량 밸런싱을 해야 하는 이유
필요 열랑이 같은 두 실에 같은 길이의 코일을 설치하면 설계 유량대로 온수가 공급되는데 문제가 없으나 코일이 달라지면 길이가 짧은 코일에 더 많은 유량이 흐르게 된다. 만일 필요 열량이 서로 다른 두 실에 같은 길이의 코일을 설치하면 열량이 작은 실에 필요 이상의 유량이 공급된다. 더 나아가 실의 필요 열량이 서로 다르고 코일 길이도 달라진다면, 코일 길이가 짧은 실에 유량이 편중되어 실은 불균형이 더욱 심화될 수 있다.
따라서 실별제어시 난방이 중단 되는 실의 유량을 보상받아 기타 실들은 초기보다 더 많은 온수가 흐르게 되기 때문에 유량 불균형 현상을 완화시키기 위해서는 코일 구획회로이 압력손실을 조절하는 것이 필요하며 이는 온수분배기의 실별 공급가지관에 유량 밸런싱 밸브를 설치함으로써 가능하다.
- SEM 시스템에서의 유량밸런싱 기능
유량밸런싱에 사용되는 밸브는 수동으로 개도를 조절할 수 있어야 하고 개도에 따른 유량변화가 선형적인 특성을 가져야 원하는 만큼 유량 조절이 가능하다.
기존 온수분배기의 밸브(콕밸브)는 밸브 개도가 작을 때 유량의 변화가 큰 퀵오프닝 특성이므로 밸런싱의 용도로 사용하기에는 적합하지가 않다. SEM시스템에서는 선형적인 유량특성을 갖는 밸런싱 밸브를 적용하여 각 방별로 수치화된 유량조절이 가능하다. |
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- 기존 코일길이의 문제점
기존이 건축법 제56조 제2항에서는 코일 구획회로 길이를 50m이하로 규정하고 있으나 99년도에 이미 삭제된 상태이며 아직 새로운 기준이 제시되고 않고 있다.
기존의 코일구획에서 50m 이내로 코일을 구획할 경우 1개실에서 2~3개의 코일 구획회로로 세분화되는 경우가 많으며 이로 인하여 배관 내 유속이 지나치게 작아지는 문제점이 발생되며 실별 난방부하에 적합한 설계유량으로 온수가 공급되지 않을 수 있다. 따라서 실간 실온 불균형을 초래 할 수 있다.
- 코일길이 연장의 장단점
기존의 세분화된 코일구획회로를 통합할 수 있기 때문에 회로 유량과 유속이 커지게 되며 따라서 배관 내 공기배출이 원활해지고 난류현성으로 인한 배관 내 열 전달 효과가 한층 더 높아질 수 있다.
기존의 코일구획회로에서는 회로의 세부화로 인하여 온수 분배기와 연결되는 회로수가 많아지며 이러한 경우 일반적으로 2개 또는 그 이상의 온수분배기 설치가 필요하다. 그러나 코일길이를 50m이상으로 연장할 경우 코일구획회로 수량을 줄일 수 있기 때문에 온수분배기의 크기와 수량을 감소시켜 초기투자비의 절감, 시공상의 편의성과 건축공간의 확보를 도모할 수 있다.
실별제어에 의한 코일구획회로의 공급유량 증가와 코일길이의 연장으로 인해 온수 순환펌프의 소요양정 및 동력소비가 변화할 것으로 판단되며 개별난방시스템의 경우 기존 보일러에 설치된 펌프 및 팽창탱크 사양에 대한 컴토와 배관 내 압력분포를 대한 재분석이 필요하다.
- SEM시스템의 코일길이 연장가능성
SEM시스템은 실별로 유량밸런싱밸브(미세유량조절밸브)가 설치되어 있으며 코일의 저항을 조정하는 방법으로 실별 유량을 미세조정할 수 있다.
실별로 코일길이를 연장하여 1개의 코일구획회로를 구성하였을 경우 코일 길이는 온수분배기의 위치와 실 면적에 따라 달라지며 코일저항도 이에 따라 달라지게 된다. 이 경우 실별로 공급되는 유량은 난방에 필요한 유량으로 미세조정이 가능하다.
현장실험과 시뮬레이션을 통하여 분석한 결과 SEM시스템은 난방성능을 향상시키면서도 코일 길이를 실별로 자유롭게 연장할 수 있었다. 따라서 SEM시스템은 온수분배기 구수 감소와 소요부품 감소로 인한 초기투자비의 절감, 온수 유량증가에 따른 최저유속의 확보와 온수분배기 수량감소를 통한 건축공간이 확보등을 도모할 수 있다.
- 난방코일 길이에 대한 이론적 검토
· 기준
- 난방과 공급온도와 환수온도차(△T) : 8~10℃
(Zone별 온도 불균형을 방지하기 위한 적절한 온도차, 지역난방 2차측 배관 설계압력손실 기준표 참조)
- 난방코일내 유속(u) : 0.25m/s ~ 0.3m/s
(지역난방 2차측 배관 설계압력손실 기준표 참조, R80(여유설계) R100(적정설계)값)
- 난방코일의 중심간 거리(l) : 200mm기준
- 난방코일의 내경(d) : 16mm기준
- 단위난방부하(q) : 49kcal/㎡ (지역난방공사 열사용기준 서울경기지역 60㎡초과)
- 난방 코일의 단위 길이당 압력손실(△Pm) : 74.6 ~ 98.2 Pa/m
(지역난방 2차측 배관 설계압력손실 기준표 참조, R80(여유설계) R100(적정설계)값)
· 난방코일을 통해 통과하는 유량 (G)
G(유량) = A(난방코일의 단면적) * u(난방코일내의 유속) = (16㎠*π)/4*(0.25m/s ~ 0.3m/s)=3.01 ~ 3.62LPM
· 난방코일을 통해 전달되는 난방열량 (Q)
Q(열량) = G(유량) * △T(난방의 공급온도와 환수온도차) = 3.01 ~ 3.62LPM * 8℃ = (1,445 ~ 1,738)kcal/hr
· 난방코일을 통한 난방가능면적 (S)
S(면적) = Q(난방열량) / q(단위난방부하) = (1,445 ~ 1,738)kcal/hr / 49kcal/m2.hr = (29.49 ~35.47)㎡
· 난방면적에 따른 코일필요길이 (L)
L(코일길이) = S(면적) / l(코일 중심간 거리) = (29.49 ~ 35.47)㎡ / 200mm = (147.6 ~ 177.4)m
· 난방코일 길이에 따른 압력손실 (△PPT)
△PPT(코일에서의 압력손실) = L(코일길이) * △Pm(코일의 단위길이당 압력손실) = 177.4m * 98.2Pa/m = 17.4kPa
· 공급헤더 환수헤더의 자체 압력손실(△PPr) = (3 ~ 5)kPa
· 최대손실압력 (△PT)
△PT(최대손실압력) = △PPT(코일에서의 압력손실 + △PPT + α(공급수, 환수구 사이에 밸브에 의한 압력손실 등) = 17.4 + 5 + α kPa = 22.9kPa(0.23kgf/㎠) + α |
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- 지역난방의 설치기준 (30평형기준, 전용면적:70㎡)
- 실외온도 : -10℃
- 실내온도 : 20℃
- 지역난방의 2차측 공급온도와 환수온도차(△T)
- 서울지역 아파트의 단위난방부하 : 49kcal/㎡hr(60㎡초과)
- 실내외 온도차를 30℃로 유지하기 위한 유량 (난방면적 70㎡일 경우)
- 필용한 난방부하 : 49 * 70 = 3.430kcal/hr(단위난방부하 * 난방면적)
- 유량 : 3,430 / (60 * 15) = 3.8111 LPM
- 실내외 온도차를 31℃로 유지하기 위한 유량
- 온도 비례를 위한 식 : △T = (te ? tu) / (In(te-ta)), △T : 평균온수온도와 대기온도의 차, te:유입온수온도, tu:환수온수온도, ta:대기온도
- 단위난방부하 : 49 * (3130) = 50.6333kcal/㎡hr(단순온도비례적용)
- 필요한 난방부하 : 50.63 * 70 = 3,544.1kcal/hr
- 유량 : 3,544.1 / (60*15) = 3.9379 LPM
- 실내온도를 1℃ 올리는데 필요한 유량
3.9379 ? 3.81111 = 0.1268 LPM
즉, 난방면적이 70㎡인 아파트의 실내온도를 1℃ 올리는데 0.1268LPM의 유량을 늘려 주어야 한다.
(단, 이상의 계산은 대략적인 수치이며 다소의 차이는 불가피하다)
- 간단한 계산을 위한 수식(참고)
난방유량 = 난방부하 / (60 * △T)
단위난방유량 = 0.054LPM/㎡
단위면적당 실내온도 1℃를 올리는데 필요한 유량 : 0.002LPM/㎡℃ |
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