설비 초보자를 위한 수배관 시스템의 이해
(Understanding of Hydronic System) – 펌프3
By SOLLEO 이상오 주) 솔레오 대표이사/국제 기술사/건축기계 설비 기술사
의문 : 펌프의 선정시 병렬로 혹은 직렬로 하는 경우는 어떤 목적이 있는지 ? 단순히 유량대비 댓수로 병 렬 분할해도 별 문제가 없는것인가? 직렬로 하면 양정이 곱하기 2 배인가? 그럴 것이다라고 쉽게 생각할수도 있지 않을까?
- 펌프2대를 유량기준으로 나누기 2 해서 선정할 경우 설계자들도 보통은 별 신경을 쓰지 않는 걍 우가 많습니다. 이는 분명 시스템 상의 최대 부하 또는 최대용량이 필요한 시점에서는 그 용량이 처음 계산할 때와는 달리 부족하게 됩니다. 이는 1 대로 가능한 유량이 100 일때 2 대일때는 200 이 되질 않는다는 이야기 입니다. 왜냐하면 1 대일때 보다 2 대로 병렬 운전할때의 양정에 대한 배관 손실 저항이 증가하여 유량이 2 배에 못 미치게 된다는 것입니다. 그래서 유량 부족이 발생 할수 있다는 것을 반드시 인식하고 있어야 하며, 펌프 선정을 의뢰시 총유량이 얼만데 , 2 대로 병렬 운전을 하고자 한다는 의사를 펌프 선정 의뢰회사에 분명히 밝혀야 할 필요가 있다. 만약에 직접 선정 코자 한다면 해당 제작사 펌프의 성능곡선에 대한 이해가 우선 필요하고 , 이런 일이 불편하다면 다소 여유있게 해 둘 필요가 있다. 물론 부하를 100% 다 사용하여 병렬 운전되는 경 우의 수가 시스템 설계 당시부터 작기 때문에 , 또는 달리 표현하면 늘 안전율이 적용된 설계가 되고 있기 때문에 별 무리없어 보일뿐이지, 실제 최대값의 부하발생의 경우라면 부하처리가 100% 안 된다는 이야기 입니다. 어찌보면 펌프를 병렬로 할 때 다소 큰 유량을 선정하는 것이 바람직 한지 , 설계 초기부터의 안전율 적용으로 부하계산한 것이 바람직한 것인지는 의문 스럽지만 중 요한 것은 가장 경제적인 설계 원칙을 찾아야 한다는 것입니다.
- 또 직렬도 마찬가지로 양정이 2 배로 증가하지 않는 다는 점을 인지할 필요가 있습니다. 1 대의 양정특성 곡선과 2대의 양정 특성곡선이 서로 배관 손실 저항의 영향이 있어 양정이 2배보다 줄 어든 점입니다. 결론적으로 말한다면 병렬이든 직렬이든 2 대일때의 유량과 양정은 그 시스템에 서 1대를 기준으로 가능한 유량,양정만큼의 유량,양정처럼 2배로 확보되지 않는다는 것입니다.병 렬유량이 1 대기준이 100 이라면 두대로 가동하면 시스템 특성에 따라서 70~80 정도(1대기준)밖 에 안 나오며 2 대를 합한 유량은 140~160 정도밖에 안된다는 것이며, 직렬인 경우 양정이 1 대 가 50이더라도 두대를 동시에 가동할 경우 35~40 정도(1대기준)밖에 안된다. 2대를 합치면 100 이 되어야 하겠지만 70~80 정도 밖에 안나온다는 이야기 입니다. 물론 상기 수치들은 시스템상의 운전 특성에 따라 그 정도는 달라지는 것입니다.즉 이는 일정한 증가율이 있지는 않고 배관 양정 특성에 따라 다 다르다는 의미입니다.
- 어찌되었던 병렬은 유량을 증가시킬 필요가 있을 때 적용하고 직렬은 양정을 증가시키고자 할 때 적용하는 시스템입니. 병렬운전은 냉온수 시스템의 댓수제어나 비상시 대유량의 펌핑이 필요 한경우(예로 배수용 펌프등의 경우) 적용하면 나름대로 적절하며 , 직렬은 소유량이지만 양정이 많이 높을 경우나 부스터 펌프를 두어야 할 경우등에서는 장점을 가진다고 볼 수 있습니다 . 직 렬배관에서는 2차측의 펌프의 경우 내압허용한도도 검토해 볼 필요가 있다. 즉 1 차 펌프의 압력 이 그대로 2차 펌프에 영향을 주고 있으니까 말입니다. 직렬로 하면 유량은 동일하고, 병렬로 하 면 양정은 동일하다고 보면 일반적으로 무리가 없습니다.
의문 : 펌프의 유효흡입수두라는 용어는 어떤 의미인가? 흡입이 필요한 펌프의 흡입불능이 왜 생기는가? 빨아들이지 못하면 뱉어 낼 수도 없지 않은가?
- 음료수를 스트로로 빨아 들일 때 빨대끝이 음료수안에 잠기지 않고 약 절반이 공기와 접촉해서 빨리고 있다면 만족스럽지 않은 빨대속의 음료수 양이 느껴진 경험이 있으시지요? 빙수 혹은 얼 음이 든 음료수을 먹을때도 마찬가지로 빨대끝이 완전히 음료수와 접하지 못하는 상태에 동일한 현상이 발생합니다.빨대속의 공기의 압력상태는 대기압이하, 즉 진공상태로 흡입이 유도 되는 것 입니다. 이는 펌프의 유효흡입양정을 이해할수 있는 기초 개념의 출발입니다.공기가 흡입된 빨대 안의 음료수는 빨기도 어렵겠지만 양도 적습니다. 우 - 급수펌프나 냉온수 순환펌프 혹은 냉각수 순환펌프의 흡입측에는 이와 비슷한 성격의 상태가 발 생할 경우 흡입이 안되는 것입니다. 펌프 제작사가 제공하는 각 펌프별로의 흡입측의 압력이 있 고 , 건물의 시스템별로 해당 펌프의 흡입측에 필요한 압력이 있는데 , 흡입수두(NPSH: net positive suction head) 라고 합니다만, 이 흡입수두는 이 펌프를 사용하려면 펌프의 흡입측에 이 정도의 압력이 필요한데 이 것을 만족하지 않으면 펌프 시스템과 상관 없이 최소한 흡입능력이 상실된다는 의미입니다.근데 펌프가 출고될 때는 이 흡입 수두가 정해져서 생 산되는데 이걸 시스템에 반영하게 되면 배관 마찰이나 유체의 종류,온도에 따른 압력 변동이 생 겨 추가 소요되는 ,즉 진실로 필요한 흡입수두값은 증가 하는것입니다. 그래서 펌프를 시스템에 반영할때는 펌프 고유의 흡입수두에 비해 실제 흡입수두가 약 1.3배 이상의 여유가 있어야 한다 는 것이 통론입니다. 다시 돌아가서 빨대에는 진공이 생겨 흡입이 생기는데 만약에 이 진공이 깨지고 공기가 빨려 들 어 온다면 흡입능력이 상실된다는 것인데,그럼 펌프는 왜? 펌프의 흡입측의 배관에 공기가 빨려 들어오도록 설계는 안하죠, 그럴일도 사실 별로 없지만요, 당연합니다, 하지만 흡입되는 배관안에 서 공기가 생겨버리면, 다시 말해보면 물속에 포함된 공기가 유체 압력의 포화증기압 이하 상태 {물의 증기압, 100C 유체온도라면 10332mmH2O 일때는 끓습니다. 즉 대기압상태이지요,유체온 도가 0C 일때는 61mmH2O 가 되면 끓게 됩니다. 진공상태입니다. 그 유체온도의 증기압과 밀도 에 의해서 수두(포화증기압수두)로 환산이 가능하지요. [Pv / r , 증기압/밀도=수두] , 온도가 높은 유체일수록 증발이 쉽게 발생한다는 의미.} 로 되어서 기체화 된다면?즉 전에도 말씀드린적이 있 지만 진공상태 혹은 포화증기압이하상태에서의 유체에 썩여있는 공기가 흡입되는 유체속에 포함된다면(이경우 전문용어로는 펌프 캐비테이션(CABITATION)이 발생했다고 합니다.) 흡입되는 펌프 에 양수 불능 혹은 흡입 불능을 초래할수 있다는 것입니다. 즉 빨대에는 공기가 외부에서 들어오 지만, 펌프속의 유체는 자체 공급될수도 있다는 이야기 입니다. 효과는 동일하죠? 압력이 변동되 는 과정에서 유체의 증발현상이 생기지 않도록 어느정도의 압력을 가해줄 필요가 있는데(즉 압 력이 있는 상태에서는 액체에서 기체화 되기 힘든상태가 인위적으로 만들어 진다는 의미) 그 압 력이 시스템상에서 흡입수두라고 표현하는것입니다.그러면 일반적으로 배관 시스템 상에서의 그 계산 공식은 아래와 같습니다.
Pa /r1 - Pv/r2 - Ha – Hf = Hav(유효흡입수두)
Pa = 대기압(10.332m) r1 : 밀도(1.0) : Pv = 증기압(해당유체,해당온도) , r2 : 밀도(해당유체,해당온도) =표에서 찿아 볼 필요 : Ha = 수두(m) (펌프흡입인경우 – 적용,압입인경우 + 적용) : Hf = 마찰저항 손실수두(m)
- 여기서 나온 Hav 값이 실제 펌프 고유의 Hre 보다 1.3배 이상이 확보 되도록 할 필요가 있 습니다. 그렇지 않으면 양수불능이 될수 있다는 의미입니다. 펌프는 흡입측의 상기 수두를 확보하기 위하여 가급적 흡입마찰 손실 수두가 작게 될수 있 도록 설계하여야 하고 , 고온의 유체일경우는 반드시 검토가 필요한 경우가 많고,때로는 고 온유체의 경우는 흡입불능의 경우가 많습니다. 유체가 펌프의 상부에서 압입상태로 흡입될수 있도록 가급적 배관을 꾸밀 필요가 있습니다. 펌프 SUCTION 측의 배관은 편흡입보다는 양 흡입측이 유리하고 , 흡입배관경이 토출배관경보다 보통 1단계 큰 사이즈로 배관이 되고, 흡 입배관의 길이는 가급적 짧게 유지하도록 하며, 1대의 큰 펌프보다는 병렬로 2대이상유지 하 는경우가 많습니다. 상기의 원론적인 문제가 해결되지 않은 시스템의 경우 흡입 불능이외에 양수 불량, 유체에 포함된 공기의 펌프 임펠러 출구에서 고압에서 다시 액체화 되는 과정에서의 WATER HAMMER 의 발생, 배관내의 SCALE 문제 , 배관 침식 및 배관내의 수명단축등 매우 많은 공 기로 인한 문제점 및 유체이송상의 문제등과 함께 수명단축의 원인 제공의 하나가 됩니다
2016년 10월 29일 토요일
설비 초보자를 위한 수배관 시스템의 이해
(Understanding of Hydronic System) – 펌프
By SOLLEO 이상오 주) 솔레오 대표이사/국제 기술사/건축기계 설비 기술사
의문 : 펌프를 포함 한 지역난방 열교환 설비 패키지 장비가,많은 회사에서 생산 판매 되고 있습니다. 헷더간의 차압밸브 설정시에는 펌프양정이 필요합니다.또 회전수 제어(SPEED control, inverter control)란 용어는? 혹은 펌프의 유효흡입수두(NPSH :net positive suction head)는? 펌프의 선정은 ? 펌프에 대한 궁금증은 없어도 별로 아는것도 없다는 현실에 대해 답을 만들어 보 겠습니다.
- 펌프를 설비시스템에서 빼버리고 ,아니 잊어버리고 얘기한다면 심장없는 인체와 같습니다.누가 굳이 설비를 하면서 따지고 들지 않는다면 별 무리없이 지낼 수 있읍니다만, 설계사에서의 설계 도면을 보든, 현장 영업하는 경우든, 현장에서의 물 관련 운전 및 관리감독을 하든, 간혹 알 수 없는 용어 의 사용이 마음 한 구석에 찝찝하게 남아있었던 경험이 있을 듯 합니다. 개략적으로나마 한번 알아 보겠습니다.
- 펌프의 종류는 다양하고 액체(간혹 기체용 펌프도 있음: 진공펌프)유체의 경우에 한해서 언급할라 치 면 한 페이지에 그 종류만 분류하는데도 모자랄 정도 이지만, 일반 냉난방 시스템(HVAC)에서 취급하 는 종류는 원심식의 것과 축류,그리고 사류 ,터빈타입이 대부분이라 생각해도 될 듯합니다. 일반적으 로 축류는 유체의 입구방향이 출구방향과 한 방향선을 지니고 있고 ,즉 밑에서 유체를 흡입하여 위로 토출하는식의 경우입니다. 원심식의 경우는 90도 꺽이지요. 즉 유체가 옆(측면)에서 들어와서 위로 나 가는 모양이면 원심식의 펌프라 볼수 있습니다. 그 중간쯤에 있는 것이 사류(약 45도)가 있습니다. 여 기서 터빈도 원심식과 같으나 터빈은 펌프날개(impeller)에 추가로 날개 차(guide)가 있는 정도로 보면 됩니다. 또다른 분류로는 누워있는 횡축(horizontal), 서있는 형상인 입형(vertical type) 으로 분류할 수 있습니다.요즘은 입형이 기계실 공간 점유도 적고,방진 적용도 최소화 가능 하고, 효율도 많이 좋 아서 활용도가 매우 높아진 편입니다. 축류와 입형은 같은 의미로 받아들이면 안되는 것을 이해하셔 야 합니다. 또 다른 구분은 단단,다단이 있는데 고양정으로 갈수록 펌프의 날개를 직렬로 연결하여 이용합니다. 이때 2단,3 단,4 단등의 다단이라는 용어를 사용합니다. 단단은 1 단입니다. 고양정은 안된 다는 이야기 입니다. 원심식 펌프는 다른 말로 와권펌프(volute pump:볼류트펌프) 라고도 합니다. 급 수용으로 많이쓰는 부스터 펌프는 입형에 속하고, 다단에 속하고, 원심식입니다. 근데 펌프 3~4 대를 병렬로 설치하여 출구를 시공성등을 고려, 조정하기 위한 과정에서, 흡입/토출이 한 방향으로 보이는 것입니다. 내부에서는 90도로 각이 생기지요. 그래서 흡입 토출의 위치는 상하차이는 있습니다.
입형 타입의 냉온수,냉각수 순환펌프도 많습니다.이 펌프들은 모양은 입형이지만 다단이며(물론 단단 도 있음),원심식입니다. 주로 원심식 혹은 여기에 날개차(guide vane)을 단 터빈형이 주종이라 보면 됩 니다. 날개차는 운동에너지를 압력에너지로 바꿀 수 있도록 하여 더 많은 양정이 필요한곳에 활용도 가 높다고 보시면 됩니다.같은 동력의 유량인 경우, 터빈 타입의 경우가 더 높은 양정이 가능하다고 보면 됩니다. 이정도로 분류에 대한 이해는 마감 하겠읍니다만, 이 외에도 매우 다양한 성격의 펌프 들이 많은 것은 간과하지 않으시길 바랍니다. 잘못하면 실수 할 수 있습니다.
- 일반적으로 펌프의 유량 선정은 설계사무소 몫이라고 생각 하겠지만, 엔지니어로서 알아서 나쁠 것은 없기에 한번 접근해 보겠습니다.
냉동기 용량이 100RT 이라고 한다면 302,400kcal/hr(1RT=3024kcal/HR) 입니다. 냉방용의 공조기에서 부하를 담당하는 코일 입출구 온도를 7℃생산 ,12도 환수로 하여, 그 온도차 가 5도 가 된다면, 냉수 순환펌프용량은 302,400 kcal/hr /60min/5도 =1,008 LPM.입니다.만약 펌프 를 댓수 제어 한다면 그 댓수 만큼 나누면 되지요. 근데 온수용은 ? 동일합니다. [열량 / 온도차] 개념 은 일정합니다. 하지만 냉,온수 겸용 펌프로 하고 싶은데 온도차(온도차 10도 인 경우도 많음)가 다를 경우는 펌프 를 구분할 수 있던지, 냉온수를 별도로 동절기, 하절기 댓수 제어를 할수 있도록 유도합니다. 펌프의 유량이 작아지면, 유체의 부하처리 온도 온도차가 변동되어, 부하처리에 필요한 온도차가 5도가 될 경우에 공 조기 부하를 처리할 수 있으나 ,작은 유량으로 부하를 처리하려면 공조기 출구 온도가 상승되거나(즉 7 도,12도 여야 하나 7도,15도가 될 수 있다는 얘기,이 경우도 부하처리는 할 수 없습니다, 즉 공 조기를 거쳐서 나오는 출구공기온도가 냉방에 필요한 온도가 안 된다는 의미, 덥다는 이야기), 정해진 부하를 처리할 수가 없다는 이야기 입니다.
반대로 선정된 펌프유량이 과한 유량이 되면 부하는 처리하고도 남음이 있으나 구체적으로 펌프의 동력비가 상승하고, 냉동기외 기타 장비들에 대한 효율이 낮아지리라 판단됩니다. 만약에 부하처리 온도차 기준을 처음부터 10도 로 하여 열교환기 및 공조기 풍량의 온도차 를 수정하여 적용한 경우라면 그 온도차에 맞는 펌프온도로 유량은 선정될 것입니다. 냉각수 (냉각탑용) 순환펌프도 마찬가지 입니다. 펌프의 유량선정에 있어서 그 기준이 온도차 개념하고는 전혀 상관없이 토출 유량만의 개념이 되는 경우가 바로 위생용(급수용 펌프,오배수용 펌프,SUMP용 펌프 등) 이나 ,소방용(스프링클러 펌프, 옥내 소화전 펌프,채수구펌프 등) 인 경우입니다. 이 펌프등의 경우는 온도차 개념적용이 없으니 단순 필요 유량 산정이 매우 쉽지요. 또 하나 배관의 방열 손실량에 대한 유체의 이송개념으로 적용하는 펌프가 있는데 바로 급탕 순환 펌프입니다. 이경우는 앞의 2 가지 경우와는 매우 다르게 접근합니다. 이는 배 관 열 손실량을 구한다음 급탕 공급 온도가 늘 일정하게 유지될 수 있도록 배관에 의한 방열손실에 의해 급탕수 온도저하를 방지할 정도의 유체량만의 이송을 지속적으로 유지하는 것입니다.이도 정확 히 말하자면 온도차에 의한 펌프 유량 선정 개념입니다.(증기 배관 라인의, 라인 응축수 trap 선정시 배관 방열에 따른 trap 선정이 되어야 하는 기준처럼 ). 대체로 그 유량은 배관 방열손실을 정확히 산출하기란 설계과정에서 매우 번거럽고 힘든 일(배관의 총길이, 배관의 열전도율값, 단열재 두께,종류, 내외부 공기의 온도차등이 적용되어서 계산됨)이므로 개략적인 유량(예를 들면 급탕량의 1/2 ~ 1/4 수준,지역난방기준은 급탕량의 30% 수준 정도이지요)으로 진행합니다. 이 외에 기타 다른 펌프의 유량선정은 극히 HVAC 시장에서는 미미하므로 이정도로 유량선정은 마칩 니다.
- 펌프의 양정 기준은 HVAC 시장에서 “밀폐회로 배관계인가? 개방회로 배관계인가” 에 따른 그 개념이 차이가 있는데 개방회로라 함은 급수 시스템등의 경우이고, 밀폐 배관계는 냉온수 순환시스템 정도 입니다. 개방회로 시스템은 정수두를 극복해야 하는 양정값이 추가가 되고 , 밀폐회로 배관에서는 정수두 개 념의 양정은 없다는 것입니다.
예를 들어 설명하면 개방계의 급수용 펌프의 양정 산정시 [정수두(수직 높이)가 50m, 최말단 급수기 구 공급 필요압 7m(수도꼭지 물 방수 압력=0.7kg/cm2),배관마찰손실 100m X 0.02mAq/mX1.5(fitting 류 개략적용)=3m, 등으로 합이 60m 가 되어 양정이 60m]가 적용됩니다. 좀더 상세하게 현장에서는 실제 계산이 적용됩니다만 개략적인 개념은 이와 같습니다. 이와는 달리 밀폐계의 예를 들면 냉온수 순환펌프의 경우 , [냉온수 header 손실2m, 냉동기 냉수계마 찰손실 5m,배관 마찰 손실 300m(왕복거리) X 0.02mAq/mX1.5(fitting 류 개략적용)=9m,각종 control valve 마찰손실(2m) , 기타 열교환기류(3m)등이 적용되어 21m]가 적용될 수 있으나 , 시스템의 배관길 이 및 장비의 수량에 따른 마찰 손실값등의 변동요인이 있을 수 있습니다.
이와같은 개념으로 밀폐배관과 개방배관의 양정 적용 기준이 정리 될 수 있습니다. 특이한 양정 적용 이 몇가지 더 있습니다. 급탕 순환 펌프의 양정은 최고 6m 이내로 적용이 될 필요가 있고(배관 마찰 손실 값에 의한 극복 수두값을 너무 크게 적용할 경우 급탕 수전에서 부압(부압,마니너스압)이 생겨서 급탕이 안 될 경우가 있음) , 보일러 보급수 펌프는 보일러 증기 공급압을 펌프 양정에 포함할 필요가 있고, 냉각수 순환펌프는 밀폐계이지만 냉각탑의 냉각수가 외기에 접하는 부분에 해당하는 정수두 높 이값(약 5m)이 적용되어야 합니다.이는 밀폐/개방이 썩여 있는 시스템으로 본다는 것이죠.또 특별하게 소방용의 경우는 모두 개방식이이지만 말단 기구 방사압력이 소화전이나 스프링 클러인경우 각각 다르게 적용될 필요가 있다는 이야기 입니다. (방사압력이 각각17m, 10m ). 이외에 공장의 생산 공정 의 경우(process line) 의 경우는 요구 수압이 50m 가 필요한 장비도 있다는 것등을 고려할 필요가 있습니다.
(Understanding of Hydronic System) – 펌프
By SOLLEO 이상오 주) 솔레오 대표이사/국제 기술사/건축기계 설비 기술사
의문 : 펌프를 포함 한 지역난방 열교환 설비 패키지 장비가,많은 회사에서 생산 판매 되고 있습니다. 헷더간의 차압밸브 설정시에는 펌프양정이 필요합니다.또 회전수 제어(SPEED control, inverter control)란 용어는? 혹은 펌프의 유효흡입수두(NPSH :net positive suction head)는? 펌프의 선정은 ? 펌프에 대한 궁금증은 없어도 별로 아는것도 없다는 현실에 대해 답을 만들어 보 겠습니다.
- 펌프를 설비시스템에서 빼버리고 ,아니 잊어버리고 얘기한다면 심장없는 인체와 같습니다.누가 굳이 설비를 하면서 따지고 들지 않는다면 별 무리없이 지낼 수 있읍니다만, 설계사에서의 설계 도면을 보든, 현장 영업하는 경우든, 현장에서의 물 관련 운전 및 관리감독을 하든, 간혹 알 수 없는 용어 의 사용이 마음 한 구석에 찝찝하게 남아있었던 경험이 있을 듯 합니다. 개략적으로나마 한번 알아 보겠습니다.
- 펌프의 종류는 다양하고 액체(간혹 기체용 펌프도 있음: 진공펌프)유체의 경우에 한해서 언급할라 치 면 한 페이지에 그 종류만 분류하는데도 모자랄 정도 이지만, 일반 냉난방 시스템(HVAC)에서 취급하 는 종류는 원심식의 것과 축류,그리고 사류 ,터빈타입이 대부분이라 생각해도 될 듯합니다. 일반적으 로 축류는 유체의 입구방향이 출구방향과 한 방향선을 지니고 있고 ,즉 밑에서 유체를 흡입하여 위로 토출하는식의 경우입니다. 원심식의 경우는 90도 꺽이지요. 즉 유체가 옆(측면)에서 들어와서 위로 나 가는 모양이면 원심식의 펌프라 볼수 있습니다. 그 중간쯤에 있는 것이 사류(약 45도)가 있습니다. 여 기서 터빈도 원심식과 같으나 터빈은 펌프날개(impeller)에 추가로 날개 차(guide)가 있는 정도로 보면 됩니다. 또다른 분류로는 누워있는 횡축(horizontal), 서있는 형상인 입형(vertical type) 으로 분류할 수 있습니다.요즘은 입형이 기계실 공간 점유도 적고,방진 적용도 최소화 가능 하고, 효율도 많이 좋 아서 활용도가 매우 높아진 편입니다. 축류와 입형은 같은 의미로 받아들이면 안되는 것을 이해하셔 야 합니다. 또 다른 구분은 단단,다단이 있는데 고양정으로 갈수록 펌프의 날개를 직렬로 연결하여 이용합니다. 이때 2단,3 단,4 단등의 다단이라는 용어를 사용합니다. 단단은 1 단입니다. 고양정은 안된 다는 이야기 입니다. 원심식 펌프는 다른 말로 와권펌프(volute pump:볼류트펌프) 라고도 합니다. 급 수용으로 많이쓰는 부스터 펌프는 입형에 속하고, 다단에 속하고, 원심식입니다. 근데 펌프 3~4 대를 병렬로 설치하여 출구를 시공성등을 고려, 조정하기 위한 과정에서, 흡입/토출이 한 방향으로 보이는 것입니다. 내부에서는 90도로 각이 생기지요. 그래서 흡입 토출의 위치는 상하차이는 있습니다.
입형 타입의 냉온수,냉각수 순환펌프도 많습니다.이 펌프들은 모양은 입형이지만 다단이며(물론 단단 도 있음),원심식입니다. 주로 원심식 혹은 여기에 날개차(guide vane)을 단 터빈형이 주종이라 보면 됩 니다. 날개차는 운동에너지를 압력에너지로 바꿀 수 있도록 하여 더 많은 양정이 필요한곳에 활용도 가 높다고 보시면 됩니다.같은 동력의 유량인 경우, 터빈 타입의 경우가 더 높은 양정이 가능하다고 보면 됩니다. 이정도로 분류에 대한 이해는 마감 하겠읍니다만, 이 외에도 매우 다양한 성격의 펌프 들이 많은 것은 간과하지 않으시길 바랍니다. 잘못하면 실수 할 수 있습니다.
- 일반적으로 펌프의 유량 선정은 설계사무소 몫이라고 생각 하겠지만, 엔지니어로서 알아서 나쁠 것은 없기에 한번 접근해 보겠습니다.
냉동기 용량이 100RT 이라고 한다면 302,400kcal/hr(1RT=3024kcal/HR) 입니다. 냉방용의 공조기에서 부하를 담당하는 코일 입출구 온도를 7℃생산 ,12도 환수로 하여, 그 온도차 가 5도 가 된다면, 냉수 순환펌프용량은 302,400 kcal/hr /60min/5도 =1,008 LPM.입니다.만약 펌프 를 댓수 제어 한다면 그 댓수 만큼 나누면 되지요. 근데 온수용은 ? 동일합니다. [열량 / 온도차] 개념 은 일정합니다. 하지만 냉,온수 겸용 펌프로 하고 싶은데 온도차(온도차 10도 인 경우도 많음)가 다를 경우는 펌프 를 구분할 수 있던지, 냉온수를 별도로 동절기, 하절기 댓수 제어를 할수 있도록 유도합니다. 펌프의 유량이 작아지면, 유체의 부하처리 온도 온도차가 변동되어, 부하처리에 필요한 온도차가 5도가 될 경우에 공 조기 부하를 처리할 수 있으나 ,작은 유량으로 부하를 처리하려면 공조기 출구 온도가 상승되거나(즉 7 도,12도 여야 하나 7도,15도가 될 수 있다는 얘기,이 경우도 부하처리는 할 수 없습니다, 즉 공 조기를 거쳐서 나오는 출구공기온도가 냉방에 필요한 온도가 안 된다는 의미, 덥다는 이야기), 정해진 부하를 처리할 수가 없다는 이야기 입니다.
반대로 선정된 펌프유량이 과한 유량이 되면 부하는 처리하고도 남음이 있으나 구체적으로 펌프의 동력비가 상승하고, 냉동기외 기타 장비들에 대한 효율이 낮아지리라 판단됩니다. 만약에 부하처리 온도차 기준을 처음부터 10도 로 하여 열교환기 및 공조기 풍량의 온도차 를 수정하여 적용한 경우라면 그 온도차에 맞는 펌프온도로 유량은 선정될 것입니다. 냉각수 (냉각탑용) 순환펌프도 마찬가지 입니다. 펌프의 유량선정에 있어서 그 기준이 온도차 개념하고는 전혀 상관없이 토출 유량만의 개념이 되는 경우가 바로 위생용(급수용 펌프,오배수용 펌프,SUMP용 펌프 등) 이나 ,소방용(스프링클러 펌프, 옥내 소화전 펌프,채수구펌프 등) 인 경우입니다. 이 펌프등의 경우는 온도차 개념적용이 없으니 단순 필요 유량 산정이 매우 쉽지요. 또 하나 배관의 방열 손실량에 대한 유체의 이송개념으로 적용하는 펌프가 있는데 바로 급탕 순환 펌프입니다. 이경우는 앞의 2 가지 경우와는 매우 다르게 접근합니다. 이는 배 관 열 손실량을 구한다음 급탕 공급 온도가 늘 일정하게 유지될 수 있도록 배관에 의한 방열손실에 의해 급탕수 온도저하를 방지할 정도의 유체량만의 이송을 지속적으로 유지하는 것입니다.이도 정확 히 말하자면 온도차에 의한 펌프 유량 선정 개념입니다.(증기 배관 라인의, 라인 응축수 trap 선정시 배관 방열에 따른 trap 선정이 되어야 하는 기준처럼 ). 대체로 그 유량은 배관 방열손실을 정확히 산출하기란 설계과정에서 매우 번거럽고 힘든 일(배관의 총길이, 배관의 열전도율값, 단열재 두께,종류, 내외부 공기의 온도차등이 적용되어서 계산됨)이므로 개략적인 유량(예를 들면 급탕량의 1/2 ~ 1/4 수준,지역난방기준은 급탕량의 30% 수준 정도이지요)으로 진행합니다. 이 외에 기타 다른 펌프의 유량선정은 극히 HVAC 시장에서는 미미하므로 이정도로 유량선정은 마칩 니다.
- 펌프의 양정 기준은 HVAC 시장에서 “밀폐회로 배관계인가? 개방회로 배관계인가” 에 따른 그 개념이 차이가 있는데 개방회로라 함은 급수 시스템등의 경우이고, 밀폐 배관계는 냉온수 순환시스템 정도 입니다. 개방회로 시스템은 정수두를 극복해야 하는 양정값이 추가가 되고 , 밀폐회로 배관에서는 정수두 개 념의 양정은 없다는 것입니다.
예를 들어 설명하면 개방계의 급수용 펌프의 양정 산정시 [정수두(수직 높이)가 50m, 최말단 급수기 구 공급 필요압 7m(수도꼭지 물 방수 압력=0.7kg/cm2),배관마찰손실 100m X 0.02mAq/mX1.5(fitting 류 개략적용)=3m, 등으로 합이 60m 가 되어 양정이 60m]가 적용됩니다. 좀더 상세하게 현장에서는 실제 계산이 적용됩니다만 개략적인 개념은 이와 같습니다. 이와는 달리 밀폐계의 예를 들면 냉온수 순환펌프의 경우 , [냉온수 header 손실2m, 냉동기 냉수계마 찰손실 5m,배관 마찰 손실 300m(왕복거리) X 0.02mAq/mX1.5(fitting 류 개략적용)=9m,각종 control valve 마찰손실(2m) , 기타 열교환기류(3m)등이 적용되어 21m]가 적용될 수 있으나 , 시스템의 배관길 이 및 장비의 수량에 따른 마찰 손실값등의 변동요인이 있을 수 있습니다.
이와같은 개념으로 밀폐배관과 개방배관의 양정 적용 기준이 정리 될 수 있습니다. 특이한 양정 적용 이 몇가지 더 있습니다. 급탕 순환 펌프의 양정은 최고 6m 이내로 적용이 될 필요가 있고(배관 마찰 손실 값에 의한 극복 수두값을 너무 크게 적용할 경우 급탕 수전에서 부압(부압,마니너스압)이 생겨서 급탕이 안 될 경우가 있음) , 보일러 보급수 펌프는 보일러 증기 공급압을 펌프 양정에 포함할 필요가 있고, 냉각수 순환펌프는 밀폐계이지만 냉각탑의 냉각수가 외기에 접하는 부분에 해당하는 정수두 높 이값(약 5m)이 적용되어야 합니다.이는 밀폐/개방이 썩여 있는 시스템으로 본다는 것이죠.또 특별하게 소방용의 경우는 모두 개방식이이지만 말단 기구 방사압력이 소화전이나 스프링 클러인경우 각각 다르게 적용될 필요가 있다는 이야기 입니다. (방사압력이 각각17m, 10m ). 이외에 공장의 생산 공정 의 경우(process line) 의 경우는 요구 수압이 50m 가 필요한 장비도 있다는 것등을 고려할 필요가 있습니다.
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