열 손실
난방 시스템은 건물에서 손실되는 열을 보충해 줍니다. 따라서, 이러한 열 손실량을 사용하여 난방 시스템과 관련된 수치계산을 할 수 있습니다.
다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
U x A x (ti – tu) = Φ
Φ= 열류량 (열 손실량) [W]
U = 전달 계수 [W/㎡K]
A = 면적 [㎡]
ti = 설계 실내 온도 [℃]
tu = 설계 실외 온도 [℃]
열류량 계산
열류량 Φ를 알고 있을 때 시간당 유량 Q를 계산하기 위해서는 공급(flow) 배관 온도 tF와 회수 배관 온도 tR를 알고 있어야 합니다.
이 온도들은 시간당 유량뿐만 아니라 전열면을 계산할 때에도 사용됩니다 (방열기, 온수기 등).
다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
Φx0.86/(tF-tR)= Q
F = 열 요구량 [kW] Q = 부피 유량 [㎥/h] tF = 공급 배관의 설계 온도 [℃] tR = 리턴 배관의 설계 온도 [℃] 0.86은 kcal/h 단위를 kW 단위로 바꾸어 주기위한 변환 계수입니다.
압력 손실량 계산
올바른 펌프를 선정하고 시스템의 균형을 유지하기 위해서는 시스템 각 부분에서 발생하는 압력 손실량을 계산하는 것이 필요합니다.
난방 시스템은 다음의 세 개 부분으로 구성되어 있습니다.
열 생산 부분 : 보일러, 열 교환기, 태양열 집열기, 발전기 등이 포함됩니다.
열 분배 부분 : 배관, 접합배관, 밸브, 펌프가 포함됩니다.
열 소비 부분 : 방열기, 온수기, 전열면, 팬코일, 바닥 난방 코일, 가정용 온수 생산 장치가
포함됩니다.
시스템의 크기를 결정한 다음에는 압력 손실량을 계산해야 합니다. 펌프의 설계 압력 손실량은 임계점(최대 압력 손실)까지의 압력 손실량(양정)으로 해야 합니다.
시스템의 크기가 큰 경우에는 전체 시스템을 몇개의 구역으로 나누어서 압력 손실량을 계산하면 편리합니다.
시스템을 구역으로 구분할 때에는 시스템의 분배 부분에 속하는 부품과 개별 구역에 속하는 부품을 구분해 주는 것이 중요합니다. 계산을 마친 후에는 시스템 특성 곡선을 작성해야 합니다. 이 곡선에서 압력 손실량 (H)은 Y-축에 표시하고 부피 유량 (Q)은 X-축에 표시합니다.
배관을 선정할 때에는 일반적으로 배관 길이 1m당 최대 압력 손실량을 기준으로 하는데, 이 값은 100-150 Pa/m 정도가 적당합니다. 다른 방법으로 는 배관 내의 유속을 기준으로 하여 배관을 선정하는 방법이 있습니다. 직경이 100 mm인 배관은 최고 1 m/s (약 28 ㎥/h)의 유속에서 사용할 수 있습니다. 배관의 직경이 100 mm를 초과하는 경우에는 경제성을 고려하여 선정해야 합니다.
정압
시스템에서 정압이란 순환 펌프에 의해서 제공된 압력을 제외한 압력을 의미합니다. 이 정압은 시스템의 구조에 따라서 달라집니다. 우리는 시스템을 개방형 시스템과 가압 밀폐형 시스템의 두 종류로 나눌 수 있습니다.
정압은 펌프와 밸브에 많은 영향을 미치게 됩니다. 정압이 너무 낮으면, 특히 고온에서, Cavitation 이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유 때문에 캔-타입 펌프에 흡입부 압력 (정압)이 표시되어 있는 것입니다. 대형 펌프의 경우에는 NPSH 값을 이용하여 정압을 계산할 수 있습니다.
정압은 팽창탱크의 수위를 보면 알 수 있습니다.
오른쪽 예에서 펌프 전의 정압은 약 1.6 m입니다.
개방형 시스템은 흔히 사용되는 시스템은 아닙니다. 하지만, 고체 연료 등을 사용하는 경우에는 개방형 시스템이 요구될 수 있습니다.
가압 밀폐형 시스템은 압축 가스 (질소)와 시스템 내를 흐르는 물을 분리해 주는 고무 박막이 설치된 압력 팽창 탱크를 가지고 있습니다. 시스템의 정압은 탱크 입구 압력의 약 1.1 배가 되어야 하며 정압이 이보다 높으면 물이 가열되면서 팽창될 때 탱크가 물을 충분히 흡입할 수 없기 때문에 시스템의 압력이 필요 이상으로 높아질 수 있습니다. 만약 시스템의 정압이 입구 압력보다 낮으면 시스템의 온도가 내려갈 때 물이 충분히 보충되지 않기 때문에 시스템에 진공이 발생할 수 있으며 이러한 경우, 진공에 의해서 외부의 공기가 시스템 내로 침투될 수 있습니다.
