공동주택 시설개론 기출 문구 정리(4)
[건축설비 총론]
열관류율(W/㎡K): 단위 두께(m) 당 열전도율(W/mk)
☞ 열관류율 =열전도율/두께= (W/mk) / m = W/㎡K
또한,
☞ 열관류저항=1/ 열관류율 (*역수)
[ex1]
열전도율 0.03W/m·K, 열관류저항 2.5 ㎡·K/W 일때 벽체 두께?
☞ 열관류저항 2.5 ㎡·K/W=열관류율 0.4W/㎡·K 이므로(역수)
열관류율 0.4W/㎡·K 이고 열전도율 0.03W/m·K인 벽체의 두께는
두께= 열전도율/열관류율=0.03/0.4=75mm
[ex2]
열관류저항이 2.5 ㎡·K/W인 벽체를 열전도율 0.03W/m·K 인 단열재로 보강해 열관류율 0.25W/㎡·K인 벽체로 만들고자 할 때 단열재의 보강 두께는 얼마인가? 답: 45mm
☞ '열관류율 =열전도율/두께', 즉 ' 두께= 열전도율/열관류율' 이고 현재 벽체의 열관류저항이 2.5 ㎡·K/W이므로 현재 벽체의 열관류율은 0.4W/㎡·K 임.☞ 역수(1/2.5=0.4)
이러한 벽체에 열전도율 0.03W/m·K인 단열재를 덧대어 전체 벽체의 열관류율을 0.25W/㎡·K로 낮추고자 할 경우,
열관류율 0.25 W/㎡·K, 열전도율 0.03W/m·K 인 벽체의 두께=열전도율/열관류율= (0.03W/m·K) / (0.25 W/㎡·K)=120mm
가 돼야 한다.
한편, 현재 벽체의 열관류율은 0.4W/㎡·K인데, 현재 벽체의 열전도율도 총벽체와 동일한 수준인 0.03W/m·K 이라고 가정하면
현재 벽체의 두께= 열전도율/열관류율 = (0.03W/m·K) / (0.4 W/㎡·K) = 75mm 이 됨. 따라서
보강재로 더 보강해야 할 두께는 부족분인 120-75=45mm
※절수기기
-대변기: 사용수량 6리터 이하 / 소변기: 사용수량 2리터 이하
재료에 습기가 차거나 함수량이 크면 열전도율이 커져서 단열에 불리
결로는 내부 천장이나 벽체 등의 표면온도가 노점온도보다 낮을 때 발생
역류방지기는 단수 등에 의해 급수관이 감압됐을 경우 역사이펀 작용으로 인한 변기 내의 오수가 급수관 속으로 빨려들어가는 현상을 방지하기 위한 것
※세정밸브(플러시)방식
-세정밸브(플러시) 대변기 세정방식은 가장 큰 소요압력을 필요로 함
-세정밸브식의 급수관은 25mm이상, 급수압은 100kPa 이상 필요
-세정밸브식(플러시 밸브) 대변기에는 크로스커넥션에 의한 급수의 오염 방지(역류 방지)를 위해 진공방지기를 설치한다 (탱크식X)
* 진공방지기는 급탕설비시스템의 구성요소가 아니다
-세정밸브식 대변기는 연속 사용이 가능하나 로우탱크 방식은 탱크에 물을 급수한 후 대변기를 세정하는 방식으로 연속 사용이 불가능함
-세정밸브식(flush valve) 대변기와 블로아웃(blow out)식 대변기는 소음이 커서 주로 학교, 사무소 등 공공건물에 설치한다
*스테인리스 접합 종류-나사접합, 용접접합, 프레스접합, 클립식접합, 신축가동식접합
*PVC 접합공법-TS(Taper sized fittings)
*덕트부속품의 종류-흡입 베인(suction vane)
*배관설비 계통 부속품의 종류-스트레이너(strainer), 리듀서(reducer), 벨로즈(bellows)이음, 캡(cap)
*벨로즈: 풀무
*스트레이너: 각종 배관 중에 설치하여 먼지, 토사, 쇠부스러기, 불순물 등을 제거하기 위한 부속품
연관(납)을 콘크리트에 직접 매설할 경우 보호조치를 해야 함(납 유출 방지)
게이트밸브는 유체의 흐름에 의한 마찰손실이 밸브 중에서 가장 적다
체크밸브: 유체를 한 방향으로만 흐르게 하고 유체의 배압에 의해 역류를 방지하는 밸브
플랜지 or 유니온: 배관조립시나 막힘 등을 쉽게 수리하고 관의 기밀성 이음을 위한 배관 부속품
동관은 K,L,M타입이 있으며 K타입이 가장 두껍고 M타입이 가장 얇다.
강관은 스케줄 번호가 클수록 관의 두께가 두껍다
앵글밸브: 유량의 흐름을 직각으로 바꾸거나 변형시킬 때 사용
※마찰손실수두 (friction loss, -水頭, -water head)
마찰손실수두=H*l*V^2 / (2*g*d)
위에서 마찰계수=H, 관 길이=l(m), V=유속(m/sec), g=중력가속도(9.8m/s^2), d=관 직경(m)
[ex]
배관 직경 100mm(=0.1m), 유체가 2m/s로 흐르고 있는 경우 배관길이 1m에 작용하는 마찰손실수두는? (단, 마찰계수는 0.01 이다)
답 ☞ (0.01*1*2^2) / (2*9.8*0.1)=0.02mAq
mAq: 밀리미터 아쿠아 (압력의 단위로 1mm높이의 물기둥에 미치는 압력. 9.80665 Pa(파스칼)에 해당하는 값)
공식에서 2로 나눠주는 것은 양방향이 아닌 한방향으로만 미치는 힘이기 때문이다.
[급수설비]
수돗물의 경도는 300mg/L를 넘지 않아야 함
마찰 저항선도에 의한 관경 결정은 급수관 속의 유량과 허용 마찰손실수두로 관경을 결정한다. 관경 결정 계산에서 동시 사용 유수량, 허용 마찰손실 수두, 기구급수 부하단위, 유속 등이 필요
펌프의 실양정은 흡수면에서 펌프까지의 흡입양정과 펌프에서 토출면까지의 토출양정을 합한 것
※ 고가수조방식
-건물 옥상이나 높은 곳에 양수하여 하향식으로 급수하는 방식
-고가수조방식은 비교적 수압이 일정하나 압력탱크 방식은 급수압 변동이 심함
※수도직결방식
-건물내의 소요개소에 직접 급수하는 방식으로 주로 소규모 건물에 사용
-정전시에도 급수가 가능
-고가수조방식에 비해 수도직결방식이 수질오염 가능성이 낮고 설비비도 저렴
*압력수두: 깊이에 대한 수압을 나타내는 것. 1MPa=100mAq 이므로 수두 Hm은 H/100(MPa)의 수압으로 환산 가능. ex) 기구에서 수조까지 높이가 25m 일때 기구에 발생하는 수압은 0.25MPa (=25/100MPa)
*정속방식: 여러 대의 펌프를 병렬로 설치하고 사용하는 만큼 부하에 따라 펌프가 차례로 증가하면서 가동하는 방식
*변속방식: 정속변동기와 변속장치를 조합하거나 변속전동기를 사용해 사용량만큼 부하에 따라 펌프의 회전수를 변화시켜 양수하는 방식
※유량 계산문제
관경(지름, 직경, diameter) 50mm 로 시간당 3000kg의 물을 공급하고자 할 때, 배관 내 유속(m/s)은 얼마인가?
유량(Q)=A·V= (πdd/4)·V = πrr·V ☞ d/2=r 이므로 r*r=d*d/4
V=4Q/ πdd 이므로 V=(4*3)/(3.14*0.05*0.05*3600)=0.42m/s
*1시간=3600초, 50mm=0.05m
※급수 배관의 관경 결정법
*균등표에 의한 관경 결정
-간단한 배관 관경결정에 사용하는 방법으로 기구의 동시사용률과 급수관의 균등표를 이용하여 관경을 결정
*마찰 저항선도에 의한 관경 결정
-급수관 속의 유량과 허용마찰로 관경을 결정하는 것으로 대규모 건물의 급수주관의 관경 결정에 사용
*급수부하 단위에 의한 결정
*기구 연결관 관경에 의한 결정
※ 펌프 양수량
전(全)양정(Total pump head): 펌프가 물을 끌어올리는데 필요한 수두(水頭) or 압력
펌프 양수량은 회전수에 비례, 전양정은 회전수의 제곱에 비례, 축동력은 회전수의 3제곱에 비례
☞ 양정은 펌프 토출구 면적에 비례하므로 제곱에 비례하고 축동력은 단위 시간당 토출량(부피, 큐빅미터)에 비례하므로 세제곱에 비례
동일한 펌프 2대를 직렬로 연결하면 유량 동일 (단위 시간당 흐르는 물의 양), 양정은 2배
동일한 펌프 2대를 병렬로 연결하면 양정 동일 (단위 시간당 물에 가해지는 압력), 유량은 2배
cf) 급수펌프를 1대에서 2대로 병렬 연결하여 운전시 유량과 양정이 모두 증가함
공동현상을 방지하려면 흡입양정을 낮춰야 함 (즉, 펌프 설치 위치를 수위보다 낮게 하거나 펌프 동력을 낮춘다)
*급수조닝(zoning)-고층건물은 최고층과 최하층 수압차가 커서 최하층에서는 과대한 급수압으로 수격작용(물이 수관에 충격을 가해 소음 발생하는 현상)이 발생해 소음과 진동이 일어나며 심할 경우 부속품이 파괴되므로 적절한 수압을 유지하기 위해 건물을 몇 개의 지역으로 나누어 급수함
※ 축동력 계산 문제
정의에 의해
1J=1Nm 이며 1N=1Kg*m/s^2, 1W=1J/S, 1Kgf=1Kg*(9.8m/s^2) ☞1Kg*(m/s^2) =1/9.8*Kgf
1Kw=1000w=1000J/S=1000Nm/s= 1000*1Kg*(m/s^2)*m/s=1000/9.8*Kgf*m/s=102Kgf*m/sec=6120Kgf*m/min
*단, 실제로는 Kg과 Kgf를 구분하지 않고 사용한다. 직관적으로 생각해보면 1Kw의 일은 약 100Kg의 물건을 1초에 1m 옮기는 데 들어가는 힘과 비슷하다고 볼 수 있다
[ex1]
양수펌프의 전양정 50m, 시간당 30m^3를 양수할 경우 펌프 축동력은 약 몇 kW인가?(펌프의 효율은 60%)
축동력(kW)=WQH/102E ☞ 단위를 '초'로 통일할 경우
혹은 WQH/6120E ☞ 단위를 '분'으로 통일할 경우
여기서 W=1000kg/m^3(물의 큐빅미터 당 용적 중량), H: 양정, E:효율, Q: 양수량(m^3/min)
시간당 30m^3를 양수하는 펌프이므로 분당 30/60=0.5m^3 를 끌어올리는 펌프임.
따라서 펌프의 축동력은
축동력={(1000kg/m^3)*(0.5m^3/min)*50m}/{6120*60%)=6.8kW
[풀이] 축동력에 필요한 힘은 WQH/E 이다. 그런데 WQH/E의 결과값은 약 41616 Kg*m/min이므로 Kw으로 이를 표현하고자 할경우 Kw에 대응하는 단위인 Kgf*m/min 혹은 Kgf*m/sec 로 변환해 줘야 함.
그런데 지구에서는 질량 1Kg을 관습적으로 무게 1Kg으로 보므로(즉, 중력가속도를 무시하고 중량 1kgf를 1kg이라고 서로 혼용하여 쓰고 있다.)
따라서 1Kw=102Kg*m/sec=6120Kg*m/min 이므로 41616 Kg*m/min을 Kw로 환산하기 위해 이 값을 6120으로나눈다. (*근사적으로는 6000으로 나누면 됨)
41616/6120=6.808Kw
그런데 이러면 외우기 힘드니까 그냥 1kw=100Kg·m/sec, 혹은 1kw= 6000Kg·m/min 으로 계산하는 게 편하다. 즉, 축동력 계산시 양수량은 분당 단위를 쓰므로 '분'으로 통일하고 W는 1000이므로 그냥 없는 셈 치고 계산하면
'축동력=QH/6E' 로 간단해지므로 위 문제를 축약하면
50*(30/60)/(6*0.6)=6.8 Kw
※펌프의 종류
용적형: 피스톤, 플런저, 워싱턴 펌프
회전펌프: 볼류트, 터빈, 라인, 심정, 논플러그 펌프
기타: 기어, 제트펌프
※펌프 양정
실양정=흡입양정+토출양정
전양정=흡입양정+토출양정+마찰손실수두
*공동현상: 흡입양정이 높거나 물의 온도가 높아지면 펌프의 흡입구 측에서 물의 일부가 증발해 기포가 발생돼 공동을 형성하는 현상. 이를 방지하기 위해 흡입양정을 낮춰야 함. 이를 방지하기 위해 펌프 설치 위치를 수조 수위보다 낮게 하거나 펌프 동력을 나춘다
*서징현상(맥동현상): 펌프와 송풍기 등이 운전 중에 한숨을 쉬는 것과 같은 상태가 돼 송출압력과 송출유량 사이에 주기적인 변동이 일어나는 현상
펌프 회전수를 2배로 하면 양정은 4배가 됨
흡입양정과 서징현상 방지와는 관계가 없다
펌프직송방식은 정전이 될 경우 비상발전기가 없으면 급수가 불가능
고층건물 급수 조닝방법 - 감압밸브 설치