개념 한 쪽
온수난방은 온도에 따른 물의 밀도 차를 이용해 열을 전달하는 난방 방식으로, 배관 방식과 팽창 대책에 따라 시스템 특성이 달라진다. 자연순환 원리, 배관의 유량 분배 방식(역귀환·직접귀환·단관·복관 등), 팽창 탱크의 유형과 설치 기준을 이해해야 시공과 운전에서 문제를 해결할 수 있다.
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출제기준 단원 「온수난방」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자연순환력 계산 | 1 | 수직높이와 비중 차로 순환력을 계산하는 방법 |
| 배관 방식 판별 | 1 | 유량 균등과 온도차 관계로 배관 방식을 판별하는 능력 |
| 팽창량 계산 | 1 | 초기·최종 밀도로 온수 팽창량을 계산하는 과정 |
자연순환 온수난방은 물의 온도에 따른 비중 차이를 이용해 물이 순환하는 방식이다. 뜨거운 물은 비중이 작아 위로 올라가고 차가운 물은 비중이 커서 아래로 내려가는 원리를 통해 순환 압력이 발생한다. 순환력은 보일러와 방열기 사이의 수직 높이 차이와 환수·송수의 비중 차이에 의해 결정된다.
난방 배관 방식은 유량 분배와 온도 균형에 큰 영향을 준다. 복관식은 공급관과 귀환관을 분리해 각 방열기에 독립적으로 온수를 공급하므로 개별 조절이 쉬운 반면, 단관식은 직렬 연결로 뒤쪽 방열기의 온도가 낮아지는 특성이 있다. 유량을 균등하게 하여 전후방 온도차를 최소화하려면 역귀환방식을 적용하는 것이 일반적이다.
팽창에 대한 대책으로는 개방식과 밀폐식 팽창 탱크가 있고, 개방식 팽창 탱크는 시스템의 최고점보다 일정 높이 이상에 설치해야 한다. 개방식 탱크는 대기와 연결되므로 내부 압력이 대기압과 같고, 이로 인해 안전밸브를 필요로 하지 않는 점이 특징이다. 설치 기준과 부속 장치의 유무는 탱크 유형에 따라 구분해야 한다.
난방부하 산정 시에는 방열기 입출구의 온도차가 중요한 변수라는 점을 유의해야 한다. 보일러 출구온도만으로 부하를 결정하지 않으며, 설계 시 건축물의 열손실 특성과 표준 방열량 등을 함께 고려해야 한다.
예1 — 자연순환력 계산 대표 풀이: 문제 조건: 수직 높이 차 6 m, 송수 80℃ 비중량 971.84 kg/m³, 환수 68℃ 비중량 978.94 kg/m³이다. 순환력 공식은 높이 × (환수 비중량 - 송수 비중량)이다. 따라서 6 × (978.94 - 971.84) = 6 × 7.1 = 42.6 mmAq가 되어 순환력은 42.6 mmAq가 된다.
예2 — 온수 팽창량 계산 대표 풀이: 문제 조건: 가동 전 보유수량 2.28 m³, 초기 평균밀도 0.9957 ton/m³, 난방 중 평균밀도 0.9828 ton/m³이다. 팽창량 공식은 V0 × (ρ1/ρ2 - 1)이다. 따라서 2.28 × (0.9957/0.9828 - 1) ≈ 0.0299 m³ = 약 30 ℓ가 되어 팽창량은 약 30 ℓ가 된다.
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.
온수난방에서 시동 전에 물의 평균밀도가 0.9957 ton/m³이고, 난방 중 온수의 평균밀도가 0.9828 ton/m³ 인 경우 시동 전에 비해 온수의 팽창량은 약 몇 ℓ 인가? (단, 온수시스템 내의 가동 전 보유수량은 2.28 m³ 이다.)
정답 ② · 물의 밀도 변화를 이용해 온수 팽창량을 계산하는 문제이다. 팽창량은 초기 부피에 초기밀도를 최종밀도로 나눈 값에서 1을 뺀 비율을 곱해 구한다.
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