개념 한 쪽
지역난방은 한 곳에서 대량의 열을 생성하여 여러 건물에 공급하는 중앙집중식 난방 방식이다. 이로 인해 개별 건물의 보일러 운전보다 연료 효율이 높고 인건비가 절감되므로 경제적인 운영이 가능하다. 공급 매체는 고온의 증기나 온수이며, 설계와 운영에서 관경, 환수 방식, 배관 방식 등이 중요한 판단 요소가 된다.
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출제기준 단원 「지역난방」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자연순환력 계산 | 1 | 주어진 높이와 비중량으로 자연순환력을 계산하는 방법 |
| 방열기 유량 분배 방식 판단 | 1 | 앞뒤 온도차를 줄이기 위한 배관 방식을 고르는 문제 |
| 복사난방 특징 판별 | 1 | 복사난방의 손실열량 및 예열 시간 등 특징을 식별하는 문제 |
지역난방은 대규모 열원을 활용해 여러 건물에 열을 공급하는 시스템을 말한다. 중앙에서 열을 생산하므로 개별 보일러를 설치하고 관리할 필요가 줄어들어 연료비와 인건비를 절감할 수 있다. 이 점이 지역난방의 기본적인 경제적 이점이다.
공급되는 매체는 고온의 증기나 온수이며, 고온고압 조건에서는 관경을 크게 하면 열손실이 커지므로 관경을 가능한 한 작게 설계하여 열손실을 최소화하는 것이 설계 원칙이다. 관의 지름 설계는 열손실과 수송 효율을 균형시키는 판단이 필요하다.
온수난방에서는 배관 방식에 따라 각 방열기로의 유량 분배가 달라진다. 유량을 균등하게 하여 앞뒤 방열기 사이의 온도 차를 줄이려면 역귀환 방식처럼 배관 길이와 유체 저항을 고르게 설계하는 방식이 사용된다. 역귀환 방식은 먼 곳부터 순차적으로 귀환하여 각 방열기를 통과하는 배관 총 길이를 거의 같게 만드는 방식이다.
증기난방에서는 응축수를 보일러로 회수하는 환수 방식으로 중력환수식, 기계환수식, 진공환수식이 있다. 진공환수식은 부압을 이용해 환수관 내 유속을 빠르게 하고 공기 배출과 설치 위치의 제약을 해소하는 장점이 있다. 중력환수식은 중력에 의존하므로 설치 위치 제약이 발생하고, 기계환수식은 펌프를 사용하여 환수를 수행한다.
자연순환 온수난방은 물의 온도에 따른 비중 차이를 이용해 순환을 일으키는 방식이다. 자연순환력은 수직 높이 차이와 공급·환수 물의 비중량 차이에 비례하므로, 설계 시 높이 차와 온도에 따른 비중 변화를 고려해야 한다.
자연순환력 계산 예시는 높이 차와 비중량 차이의 곱으로 구한다. 예를 들어 보일러와 방열기 간 수직높이 차가 6 m이고 송수온도 80 ℃의 비중량이 971.84 kg/m³, 환수온도 68 ℃의 비중량이 978.94 kg/m³일 때 자연순환력은 6 × (978.94 − 971.84) = 42.6 mmAq로 계산된다.
온수난방에서 방열기 매수 산출 예시는 난방부하를 표준 방열량으로 나누어 필요 방열면적을 구하고, 이를 1매당 방열면적으로 나누어 매수를 결정하는 두 단계로 계산한다. 예를 들어 난방부하 3000 kcal/h, 증기의 표준 방열량 650 kcal/m²·h, 방열기 1매당 면적 0.26 m²일 경우 필요 면적은 3000 ÷ 650 ≈ 4.615 m²이며, 매수는 4.615 ÷ 0.26 ≈ 17.75매로 올림하여 18매가 필요하다.
자연순환 온수난방에서 보일러와 방열기와의 수직높이 차이가 6 m 이고, 송수온도 80 ℃, 환수온도 68 ℃ 일 때 자연 순환력은 몇 mmAq 인가? (단, 68 ℃ 물의 비중량은 978.94 kg/m³, 80 ℃ 물의 비중량은 971.84 kg/m³ 이다.)
정답 ③ · 자연순환 온수난방의 순환력은 방열기와 보일러 사이의 수직 높이 차이와 온도 차이로 인한 물의 비중량 차이에 의해 발생합니다. 계산 공식은 '순환력(mmAq) = 높이(m) × (환수 비중량 - 송수 비중량)'입니다.
자연순환력은 '높이 × (환수비중량 - 송수비중량)' 공식으로 계산하며, 6 × (978.94 - 971.84) = 42.6 mmAq입니다.
온수난방 시공시 각 방열기에 공급되는 유량분배를 균등하게 하여 전후방 방열기의 온도차를 최소화하는 방식은?
정답 ① · 온수난방 배관 방식 중 각 방열기의 유량 분배를 균등하게 하는 방식을 묻는 문제이다. 역귀환 방식은 배관의 왕복 거리가 모든 방열기에 대해 거의 같아지도록 구성되므로 유동 저항이 균등해지고, 그 결과 각 방열기에 공급되는 유량이 고르게 분배되어 전방과 후방 방열기 간 온도차가 최소화된다.
각 방열기 유량 균등 분배 및 온도차 최소화를 위해 역귀환 방식을 사용한다.
복사난방의 특징을 설명한 것으로 틀린 것은?
정답 ② · 복사난방의 특징 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 복사난방은 복사열에 의해 직접 온열감을 주므로 대류난방보다 낮은 실내 공기 온도에서도 같은 체감 온도를 얻을 수 있어 열손실이 적고 효율이 좋다.
복사난방은 바닥면 이용도가 높고 예열이 느리나, 실내 평균온도가 낮아 손실열량이 적어 에너지 효율이 우수하다.
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