급수설비

물의 경도

• 물 속에 녹아있는 탄산칼슘(CaCO₃)의 정도에 따라 나타냄
• 극연수: 0 ~ 10 ppm이하, 황동관과 놋쇠관을 부식 시키므로 안밖을 도금해서 사용해야 한다.
• 연수: 10 ~ 90 ppm 이하, 보일러 내부에 스케일 발생이 적다. 보일러 용수로 적합하다.
• 적수: 90 ~ 100 ppm 이하
• 경수: 110 ppm 이상, 스케일이 발생된다. 보일러 용수로 사용금지.

스케일 발생의 문제

• 열전달률 저하
• 보일러 과열 원인
• 보일러 수명단축
• 밸브 작동불능

정수법 - 침전법(중력, 약품), 여과법, 폭기법, 멸균법

 

연화법 - 경수를 끓인다. 생석회(CaO)를 혼합한다.

 

급수방식의 종류 및 특징

• 수도직결 - 상향공급방식, 소규모 사용. 수압변동우려. 외부에서 상수 공급이 안 될 경우 단수가 된다. 급수오염이 가장 적다.
• 고가탱크방식 - 탱크가 두 개, 오염발생의 요소가 많다. 일정한 사용 수압, 상부층과 하부층의 수압차 발생. 베관⋅밸브의 파손이 적다. 옥상에 무거운 물탱크가 있으므로 구조적 보강이 필요한다. 미관상 나쁘다.
• 압력탱크방식 - 저수조만 있고 옥상에는 물탱크를 두지 않는다. 하층과 중간층부에 압력탱크가 있다. 상향공급방식. 수압이 일정치 않다. 배과 밸브의 파손이 크다. 국부적인 압력이 필요한 경우 적합하다. 고가탱크 방식에 비해 설비비 증가. 옥상에 무거운 물탱크가 없으므로 구조적 보강이 필요없다.
• 부스터(펌프직송)방식- 상향공급방식. 펌프운전방식(대수제어, 회전수제어). 자동제어설비(제어컴퓨터)가 필요하여 설비비가 가장 고가. 동력소요비 증가. 유지비용이 발생할 수 있다.

 

급수설비계획

• 구배, 물매, 기울기, 경사도를 잘 잡아야 한다.
• 공기빼기밸브(air vent) - 유체의 흐름을 원활하게 하기 위함이다. 배관계통의 최상단에 설치한다. 
• 배수밸브 - 물이 고이는 장소에는 배수밸브를 설치한다.
• 지수밸브(stop valve) - 국부적인 단수처리. 수압과 수량의 조절이 가능하다.
• 슬리브 배관 - 배관이 바닥 또는 벽을 통과할 경우에는 슬리브 배관을 한다. 슬리브 배관은 관통배관 보다 40mm이상 커야 한다. 배관의 교체⋅수리 용이. 신축⋅팽창 대응.
• 수조의 오염을 방지하기 위해 유입구와 유출구 간의 거리가 멀어야 한다. 
• 음료용 급수관과 기타 배관을 교차연결(크로스 컨넥션)하면 안 된다.
• 수압시험 - 배관 공사가 끝난 다음에는 반드시 수압시험을 해야 한다. 보온공사 전에 수압시험을 행한다.

 

절수설비 및 설수기기

• 절수설비 - 물을 적게 사용하도록 환경부령으로 정하는 규격대로 만들어진 수도꼭지 및 변기 등
• 절수기기  - 물을 적게 사용하기 위해 수도곡지 및 변기 등 기존 설비에 추가적으로 장착하는 부속이나 기기를 말한다. 절수형 샤워헤드를 포함한다.

절수설비 및 절수기기 기준

• 공급수압 98 kPa 기준
• 수도꼭지: 분당토출량 6 리터 이하, 공중화장실 5 리터 이하
• 샤워헤드: 분당토출량 7.5 리터 이하
• 대변기: 사용수량 6 리터 이하
• 대 소변 구분형 대변기: 사용수량 평균 6 리터 이하
• 소변기: 사용수량 2 리터 이하

 

양수펌프의 분류

1. 사용목적에 따른 분류 -  급수용펌프, 배수용 펌프, 순환용 펌프, 진공용 펌프

 

2. 구조 및 작동원리에 따른 분류

1. 왕복형 - 피스톤 펌프, 위싱턴(보일러 증기압 이용) 펌프
2. 원심펌프(와권, 회전펌프) - 볼류트펌프(대용량)와 라인펌프(소용량)는 온수 공급용(온수 순환용) 펌프다.
3. 심정(지하수)펌프 - 보어홀 펌프(깊은 심정용), 수중펌프
4. 특수펌프 - 공기양수펌프(공기를 주입해 양정), 제트펌프는 멀리 보낼 수 있어서 소방 소화용으로 사용된다.
5. 오수펌프(논클리드펌프) 배수용 펌프, 고형물 찌거기 배수 가능, 정화조 및 집수정에 사용가능
6. 기어펌프 - 기름반송용 펌프

 

펌프의 양정

• 흡입양정: 펌프에서 저수조 바닥까지의 높이
• 흡입(흡상)양정의 한계 - 이론상 10.33m가 한계. 실제로는 마찰손실이아 수중에 함유된 공기나 물의 증발에 의해 7m 이내에서만 흡상된다.
• 토출양정: 펌프에서 고가수조까지의 높이
• 실양정 = 흡입양정 + 토출양정
• 전양정 = 실양정+ 관 내 마찰손실수두

 

펌프의 양정과 유량과의 관계

• 양정과 유량은 반비례 관계다.
• 유체의 속도가 빠르면 유량도 커지고 저항력도 커진다.
• 관 내 마찰손실수두는 속도의 제곱에 비례한다.

 

펌프의 회전수 변화에 다른 유량, 양정, 축동력의 변화

• ① 펌프의 회전수비 = 변화 회전수 / 원래 회전수
• ② 펌프의 축동력은 회전수비의 세제곱에 비례한다. 변화 축동력 = 원래 축동력 x 회전수비³
• ③ 펌프의 양정은 회전수비의 제곱에 비례한다. 변화 양정 = 원래 양정 x 회전수비²
• ④ 펌프의 유량은 회전수비에 비례한다. 변화 유량 = 원래 유량 x 회전수비

 

펌프의 직렬운전과 병렬운전

• 펌프를 직렬로 연결하면 양정은 이론적으로 2배가 된다. 실제로는 2배가 되지 않는다.
• 펌프를 병렬로 연결하면 유량이 이론적으로 2배로 증가한다. 실제로는 2배가 되지 않는다.
• 즉, 양정과 유량이 증가하나, 배관계 저항조건에 따라 증가폭이 달라진다.

 

펌프의 축동력 산출

필요로하는 펌프의 용량을 구하는 용도로 사용한다.

펌프 축동력 = WQH / 6,120E (kW)
펌프 축마력 = WQH / 4,500E (HP)

W : 단위중량 (kg/m³) 즉, 1000(kg/m³)
Q : 양수량(m³/min)
H : 펌프의 전양정(m)
E : 펌프의 효율(%)

 

펌프 및 급수관련 문제

• 공동현상( 캐비테이션,  cavitation): 배관 내에 빈 공간이 발생하는 현상. 배관내의 유체 압력이 낮아질 경우 기포 발생. 온도가 높을수록 발생. 공동현상을 방지하기 위해서는, 펌프의 위치를 수조보다 낮게 설치해야 한다. 흡수관의 구경을 크게 한다.  배관을 단순화한다. 흡입측 여과기의 통수면적을 크게 한다.
• 서징현상: ①외부의 작용이 없음에도 수압과 수량이 주기적으로 변동되는 현상. ②산형 특성을 갖는 펌프에서 유량과 양정이 주기적으로 변하는 현상.
• 수주분리현상: 물꾾김현상, 수격현상이 발생할 수 있다. 즉, 배관이나 밸브의 손상을 유발할 수 있다.

 

수격작용(water hammer)

• 배관속의 물이 망치로 치듯이 배관이나 밸브등에 충격을 주는 현상을 말한다. 
• 갑자기 열고 잠길 때 발생한다. 밸브나 배관의 파손 원인이 된다.
• 원인 - 유속이 급정지 시. 관경이 작을 때. 수압이 클때, 유속이 빠를 때. 플러시밸브 잠글때, 콕밸브 잠글 때.
• 방지대책 - 공기실(air chamber) 설치. 수격방지기 설치. 관경을 크게 하기, 굴곡부가 생기지 않도록 배관한다.
• 배관속의 수압이 클때 발생하면, 파손의 위험도가 커진다. 고층 건물에서 하층부는 배관속의 물의 무게로 인해 고압이 걸릴 수 있다. 이처런 저층에서의 수압을 줄이기 위해서 급수조닝을 한다.

 

급수오염의 원인

• 배관의 부식
• 급수설비로의 배수 역류 - 세면기에는 토수구 공간을 확보하여 배수의 역류를 방지한다. 블러시 밸브식 대변기에는 버큠브레이커(vacuum breaker)를 설치하여 배수의 역류를 방지한다.
• 저수탱크에 유해물질 침입
• 크로스컨넥션
• 물탱크에 물이 오랜시간 경과시 잔류염소 감소
• 조수조에 설치된 넘침관 말단의 벌레 유입을 막는 철망의 손실에 의한 벌레유입.

 

역류방지기(버큠 브레이커, vacuum breaker, 진공방지기)

• ① 관내에 진공이 걸리지 않도록 하는 기구다. 진공이 걸렸을 경우, 자동으로 공기가 유입되어 진공이 유지되는 것을 방지한다.
• ② 역사이펀작용(분출, 토출)을 막는 기구다.
• ③ 오염된 물이 배압이나 역사이펀작용에 의해 상수로 유입되는 것을 방지하기 위한 장치로 사용된다.
• ④ 세정밸브식 변기에서 밸브의 여 닫힘 시 발생하는 수격작용을 줄이기 위하여 역류방지기를 설치한다.

 

고층건물에서의 급수

• 고층건물에서는 급수계통을 조닝하는 것이 바람직하다. 즉, 급수조닝(zonning) 을 실시한다.
• 고층건물에서 급수방식을 하나의 계통으로 급수할 경우 상층부와 하층부의 수압차가 커서 수격작용이 발생하고 이로 인하여 밸브류 및 배관의 고장이 발생할 우려가 있기 때문에 구간을 나누어 급수하는 것이 필요하다.
• 급수조닝을 함으로써 수격작용 (water hammer)이 감소하여 밸브 및 배관파손 감소한다.
• 조닝 간격은 아파트, 병원, 호텔 등은 30 ~ 40m 마다, 일반빌딩은 40 ~ 50 m마다 구간을 나누어 급수한다.

 

기구급수부하단위(FU)

• 세면기를 1 FU로 본다.
• 기구급수부하단위는 같은 종류의 기구일 경우 공중용이 개인용보다 크다.

기구명	수전	기구급수부하단위(FU)
		공중용	가정용
대변기	세정밸브	10	6
	세정탱크	5	3
소변기	세정밸브	5
	세정탱크	3
세면기	급수전	2	1
욕조	급수전	4	2
샤워	혼합밸브	4	2

 

위생기구의 압력

• 세면기: 55 kPa
• 샤워기: 70 kPa
• 대변기 세정밸브: 100 kPa

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