개념 한 쪽
온수난방은 보일러에서 데운 물을 배관과 방열기를 통해 실내로 열을 전달하는 방식이며, 배관의 구성과 환수 방식, 팽창 탱크의 형식이 시스템 성능과 설치 조건을 결정한다. 난방부하 계산과 열수송 계산은 단위와 시간 흐름을 일치시켜 처리해야 정확한 유량과 방열량을 구할 수 있다. 시험에서는 배관 방식의 장단점, 팽창 탱크 설치 높이, 응축수 환수식의 특성 및 난방부하·유량 계산 문제를 묻는다.
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출제기준 단원 「전기난방」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 배관 방식 판별 | 1 | 유량 분배·온도차와 배관 길이의 관계로 배관 방식을 가리기 |
| 응축수 환수식 특성 구별 | 1 | 진공환수식과 중력환수식의 관경·저항·특성 차이를 판별하기 |
| 팽창 탱크 설치 높이 | 1 | 개방식 팽창 탱크의 설치 높이 요구사항을 묻기 |
온수난방은 보일러에서 가열한 물을 라디에이터나 난방관에 순환시켜 방열하는 방식이며, 밸브 조절로 방열량을 조절할 수 있다는 특성이 있다. 이 방식은 대류 난방법에 속하며 각 방별로 밸브 조작으로 온도를 조절할 수 있다.
배관 방식 중 역귀환 방식은 각 방별로 전달되는 물 흐름을 고르게 나누어 앞·뒤 방열기 사이의 온도 차이를 줄이는 방식이다. 역귀환 방식은 환수관 길이가 길어지고 배관이 복잡해지며 마찰저항이 커지는 단점이 있지만, 수력적 균형이 좋아 온도 균일성이 우수하다. 직접귀환 방식은 배관이 짧지만 먼 곳에서 온도 저하가 발생하기 쉬운 구조적 특징이 있다.
응축수 환수 방식에는 중력 환수식과 진공환수식 등이 있으며, 진공환수식은 보일러 내부를 낮은 압력 상태로 만들어 진공 차압을 이용해 응축수를 유도하므로 관내 저항이 적고 관경을 작게 설계할 수 있다는 장점이 있다. 반면 중력 환수식은 중력에 의존하므로 배관 기울기와 충분한 관경 확보가 요구된다.
팽창 탱크에는 개방식과 밀폐식이 있으며, 개방식 팽창 탱크는 탱크 상부가 대기와 연결되므로 시스템 최고점보다 최소 1m 이상 높은 곳에 설치해야 공기 유입과 증기 이탈을 방지한다. 개방식 탱크는 대기와 통하기 때문에 안전밸브를 필요로 하지 않으며 배기관·팽창관·급수관이 부착되는 구조적 특징이 있다.
난방부하 및 열수송 계산에서는 단위 일치와 시간 단위 변환을 먼저 수행해야 한다. 예를 들어 시간 단위가 kcal/h일 때 분당 유량을 구하려면 시간을 분 단위로 바꿔 계산하고, 물의 비열 1kcal/kg·℃을 이용해 유량을 구하는 방식으로 문제를 풀어야 한다.
대표 계산 1 — 유량 계산 예시: 방열기가 내는 열량이 3600kcal/h이고, 입구 온수 75℃, 출구 온수 65℃일 때 분당 유입 유량을 구한다. 먼저 분당 열량은 3600kcal/h ÷ 60 = 60kcal/min이고, 물 1kg당 온도 1℃ 상승에 필요한 열량은 1kcal이므로 ΔT = 75−65 = 10℃에서 1kg이 방출하는 열량은 10kcal이다. 따라서 유량 m = 60kcal/min ÷ 10kcal/kg = 6kg/min이 된다.
대표 계산 2 — 난방부하 계산 예시: 벽체 면적 A=48m², 실내온도 20℃, 외기온도 −12℃, 열관류율 k=6kcal/m²·h·℃이고, 방위계수 E=1.05일 때 난방부하 Q는 Q = A × ΔT × k × E 이므로 ΔT = 20−(−12) = 32℃를 대입하여 Q = 48 × 32 × 6 × 1.05 = 9676.8kcal/h로 약 9677kcal/h가 된다.
EXAMPLE 요지는 시간 단위 통일, 온도차 정확 계산, 열평형식의 변수 대입 순서를 지키는 것이다.
온수 귀환 방식에서 각 방열기에 공급되는 유량 분배를 균등히 하여 선, 후 방열기의 온도차를 최소화시키는 방식으로 환수관 길이가 길어지는 방식은?
정답 ③ · 온수 난방 배관의 귀환 방식 중 유량 균등 분배가 가능한 방식을 묻는 문제이다. 역귀환 방식은 각 방열기가 급수관과 환수관 양쪽 끝에서 대칭이 되도록 배관을 구성하여 각 방열기까지의 관로 길이가 거의 같아지므로 유량 분배가 균등하고 방열기 간 온도차가 작다.
역귀환 방식은 환수관 길이가 길어지지만 각 방열기의 유량 분배가 균등하여 온도차 최소화에 유리하다.
중력 환수식 응축수 환수 방법과 대비하여 진공환수식 응축수 환수방법에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 진공환수식 응축수 환수방법의 특징을 중력 환수식과 대비하여 묻는 문제이다. 진공환수식은 진공펌프로 배관 내를 부압으로 유지하므로 응축수가 빠르게 순환하고, 중력에 의한 회수가 아니므로 배관 구배에 크게 구애받지 않으며 방열량을 넓은 범위에서 조절할 수 있다.
진공환수식은 진공 발생으로 인해 배관 내 저항이 적어 관경을 작게 설계할 수 있다.
개방식 팽창 탱크의 높이는 온수난방의 최고 높은 부분 보다 최소 몇 m 이상 높은 곳에 설치하여야 하는가?
정답 ② · 개방식 팽창 탱크의 설치 높이 기준을 묻는 문제이다. 개방식 팽창 탱크는 온수난방 계통의 최고 높은 부분보다 최소 1 m 이상 높은 곳에 설치해야 시스템 내 공기 유입이나 증기 이탈을 방지하고 순환을 원활하게 한다.
개방식 팽창 탱크는 시스템 최고점보다 최소 1m 이상 높게 설치하여 공기 유입과 증기 이탈을 방지한다.
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