KR102090959B1

KR102090959B1 - 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법

Info

Publication number: KR102090959B1
Application number: KR1020190141685A
Authority: KR
Inventors: 김경수
Original assignee: 김경수
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-03-19

Abstract

본 발명은 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프를 이용 한 수배관 시스템에서 펌프의 양정에 따른 연간운전비용 증가를 저감시키기 위해 운전시간에 따른 단위 길이당 최적의 압력강하를 산정하여 동력비 절감과 초기 투자비 절감, 시스템 장애에 따른 시행착오를 방지하기 위한 설계 방법을 제시하는 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 운전시간을 고려하지 않은 압력강하 적용과 배관직경 결정을 방지함으로써 운전시간에 따른 연간 동력비 절감을 위하여 단위 길이당 적정 압력강하를 산정하여 최적화된 양정 선정을 위한 값을 얻고, 효율적인 운전이 가능한 배관의 직경을 정확하게 계산할 수 있는 효과가 있다.

Description

배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법{DETERMINATION METHOD OF PRESSURE DROP PER UNIT LENGTH ACCORDING TO THE OPERATION TIME OF PIPING SYSTEM}

본 발명은 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프를 이용 한 수배관 시스템에서 펌프의 양정에 따른 연간운전비용 증가를 저감시키기 위해 운전시간에 따른 단위 길이당 최적의 압력강하를 산정하여 동력비 절감과 초기 투자비 절감, 시스템 장애에 따른 시행착오를 방지하기 위한 설계 방법을 제시하는 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법에 관한 것이다.

수배관 시스템은 냉난방수, 급수, 냉각수, 장비용 냉각수 등 다양한 계통에 적용되는 시스템으로서, 수배관 시스템에서 펌프의 양정은 소요동력을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.

펌프의 양정 결정에 중요한 요소인 배관의 단위 길이당 압력강하는 배관직경을 결정하기 위한 중요한 기준이 된다. 그리고 배관의 압력강하를 기준으로 배관직경을 결정하는 것이 수배관 시스템 설계 방법 중에서 가장 간편한 방법이다. 펌프의 설계에 있어서도 배관 길이당 일정한 압력강하를 기준으로 설계하므로 양정 계산이 쉬워지는 장점이 있다.

배관의 말단 압력이 유량에 따라 달라지는 이유는, 배관의 마찰손실 때문이다. 배관에 의한 마찰손실은 유속의 제곱에 비례하는데, 이는 유량의 제곱에 비례함을 의미한다. 즉, 펌프가 공급할 수 있는 최대 유량에서 배관의 마찰손실은 최대가 되며, 이를 감안하여 사용자는 최대의 유량에서 배관의 말단압력이 기준값 이상이 되도록 펌프의 토출부 압력을 설정해야 한다.

그런데, 배관계통에서 일반적인 단위 길이당 압력강하는 전체 운전시간을 고려하지 않은 방법으로 계산되므로, 이상적인 조건에서의 배관직경 선정에 따른 압력강하 증가로 펌프의 양정이 증가하여 많은 동력비를 소모하게 하는 문제가 발생한다.

특히 월별, 계절별로 변동하는 조건과, 연속운전 또는 간헐운전 조건, 말단 냉난방 공간의 부하량 조건에 따라서 변화하는 실질적인 운전시간을 고려하지 않고 펌프의 양정 및 배관직경을 결정할 경우, 건설비용 및 운전비용의 과부족이 발생하여 효과적인 수배관 시스템을 운영하지 못하는 문제점이 생길 수 있다.

또한, 수배관 시스템 상의 유량이나 설계 압력이 변경되는 경우 이와 관련하여 배관의 직경이 변경되고, 이러한 경우 전체적으로 압력강하를 재계산하여야 하며, 또한 배관의 배열이 변경될 경우에도 재계산하여야 하는데, 종래의 결정방법으로는 새롭게 변경된 조건에 따른 배관직경의 계산이 용이하지 못한 문제점이 있었다.

KR

10-1870564

B1

KR

10-1988557

B1

KR

10-2004-0100386

A

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 냉난방을 위해 설치된 배관계통의 배관직경을 결정하기 위해 부하별 가동시간과 운전시간을 계산하고, 운전시간에 비례하여 압력강하량을 계산하고, 계산된 압력강하량 중에서 최적화된 값을 펌프의 동력과의 관계로부터 선택하도록 하는 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 배관계통의 배관직경을 결정하기 위해 부하별 가동시간과 운전시간을 계산하고, 운전시간에 따라 계산된 배관(108)의 최적압력강하량을 결정하는 압력강하량 결정방법으로서, 수배관 시스템을 사용할 시설의 운전형태를 결정하는 제1단계와; 1년을 기준으로 상기 수배관 시스템의 월별 가동일을 계산하는 제2단계와; 상기 월별 가동일을 기준으로 월별 가동시간을 계산하는 제3단계와; 상기 수배관 시스템의 가동율과 각각의 부하공간(110)의 부하율을 확정하는 제4단계와; 상기 가동율과 상기 부하율을 상기 월별 가동시간에 곱하여 실질 월별 운전시간을 계산하고, 상기 실질 월별 운전시간을 모두 합산하여 연간 운전시간을 계산하는 제5단계와; 상기 부하공간(110)에 대한 상기 연간 운전시간에 따른 상기 배관(108)의 최적압력강하량을 계산하는 제6단계와; 상기 최적압력강하량을 기초로 건물이나 시설 내부에 설치될 상기 배관(108) 각각의 직경을 계산하는 제7단계;를 포함한다.

상기 월별 가동시간은 1일 가동시간에 가동일을 곱해서 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 운전형태는 1년 365일 연속적으로 운전하는 연중무휴 운전형태와, 일정한 시기동안에만 운전하는 간헐운전 운전형태로 구분되며, 상기 간헐운전 운전형태는 매일 동일한 시간만큼 운전하는 것과, 주간운전과 같이 특정 요일을 제외한 시간에만 운전하는 것으로 구분되는 것을 특징으로 한다.

상기 가동율은 상기 수배관 시스템의 가동출력의 비율로서, 상기 수배관 시스템의 전체 사용용량에서 실제 사용용량의 비율을 의미하며, 상기 부하율은 상기 각각의 부하공간(110)에서 냉방 또는 난방의 사용용량의 비율을 의미하는 것을 특징으로 한다.

상기 제6단계는 상기 운전형태에 따라 상기 배관(108) 내부의 단위 길이당 압력강하량을 가정하는 제6-1단계와; 상기 단위 길이당 압력강하량에 해당하는 펌프(106)의 양정값과 상기 연간 운전시간에 비례하는 펌프(106)의 운전동력값을 계산하는 제6-2단계와; 상기 펌프(106)의 허용 가능한 연간 운전동력값 보다 작은 운전동력값을 갖는 양정 및 단위 길이당 압력강하량을 확인하는 제6-3단계와; 상기 단위 길이당 압력강하량 중에서 최적화된 값인 최적압력강하량을 결정하는 제6-4단계;를 포함한다.

상기 펌프(106)의 운전동력값은 아래의 식으로 계산되며,

상기 유량은 상기 배관(108)을 통과하는 유체의 유량(ℓ/min)이며, 상기 운전동력은 연간 운전동력(㎾/yr)을 나타내는 것을 특징으로 한다.

상기 최적압력강하량은 상기 펌프(106)의 허용 가능한 연간 운전동력값 보다 작은 운전동력값을 갖는 조건 중에서 단위 길이당 압력강하량이 최대일 때의 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 운전시간을 고려하지 않은 압력강하 적용과 배관직경 결정을 방지함으로써 운전시간에 따른 연간 동력비 절감을 위하여 단위 길이당 적정 압력강하량을 산정하여 최적화된 양정 선정을 위한 값을 얻고, 효율적인 운전이 가능한 배관의 직경을 정확하게 계산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력강하량 결정방법의 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명이 적용되는 수배관 시스템의 연결구조를 나타낸 블럭도.
도 3은 배관 내부에서 양정에 영향을 미치는 요소를 나타낸 개념도.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법"(이하, '압력강하량 결정방법'이라 함)을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력강하량 결정방법의 과정을 나타낸 순서도이며, 도 2는 본 발명이 적용되는 수배관 시스템의 연결구조를 나타낸 블럭도, 도 3은 배관 내부에서 양정에 영향을 미치는 요소를 나타낸 개념도이다.

본 발명의 압력강하량 결정방법은 도 2에 도시된 통상적인 수배관 시스템(100)의 설계단계에서 최적화된 압력강하량을 결정하고, 이를 바탕으로 펌프(106) 및 배관(108)의 규격을 결정하는 작업에 적용된다.

설계자는 배관을 설치할 건물에 대한 정보를 입력받고, 입력된 정보를 배관설계프로그램에 입력하면, 배관에 대한 정보에 기반된 배관의 3D 모델이 생성된다.

배관계통의 3D 설계 장치에 해당되는 계산장치에서 설계자가 3D 설계 화면에 표시된 3D 배관계통에서 임의의 구성 객체를 선택하면, 선택된 객체에 대응되는 입력 UI를 화면에 출력하고, 입력 UI를 통해 선택된 객체의 각종 속성 정보를 입력할 수 있다.

입력되는 배관계통의 정보는 배관계통의 3D 모델을 구성하는 객체 정보, 3D 객체가 연결되는 커넥터 정보 및 유체 정보를 포함하며, 상기 객체 정보는 펌프, 배관, 커넥터, 밸브, 분기장치 등의 객체 및 그 객체의 속성 정보를 포함한다. 상기 유체 정보는 배관 및 커넥터를 지나는 유체의 온도, 유량, 유속, 밀도, 점도 등을 포함한다.

본 발명의 수배관 시스템(100)은 복수의 부하공간(110)에 개별적인 냉난방을 공급하기 위해 복수의 펌프(106)와 복수의 배관(108)이 연결되도록 구성된다. 각각의 부하공간(110)에 대한 가동효율은 부하율로 정의되며, 서로 다른 부하율을 가지도록 수배관 시스템(100)이 동작할 수 있다.

각각의 부하공간(110)에 연결되는 배관(108)은 개별적으로 동작하는 복수의 펌프(106)에 의해 냉난방 유체를 공급한다. 본 발명의 배관직경 결정방법은 복수의 부하공간(110)에 연결되는 펌프(106) 및 배관(108)의 규격을 결정하기 위해 독립적으로 적용될 수 있다.

그리고 본 발명의 압력강하량 결정방법을 실행하기 위해 수배관 시스템(100)에 설치된 복수의 배관(108)의 단위길이당 압력강하량을 계산한다. 단위길이당 압력강하량은 수배관 시스템(100)의 운전시간을 반영하여 계산하며, 계산된 단위길이당 압력강하량은 수배관 시스템(100)에 설치될 펌프(106)나 배관(108)의 크기를 결정하는 요소로 사용된다.

이러한 수배관 시스템(100)의 규격을 결정하기 위한 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

먼저, 수배관 시스템(100)을 사용할 시설의 운전형태를 결정한다.(S102) 운전형태는 1년 365일 연중무휴로 운전을 하는 경우와, 간헐적으로 운전을 하는 경우로 나눠지며, 간헐운전의 경우에는 계절에 따라 냉난방 운전을 선택적으로 가동하는 경우로 나눠진다. 냉방의 경우에는 하절기에, 난방의 경우에는 하절기를 제외한 동절기에 가동하는 것으로 가정한다. 본 발명에서는 5월에서 10월까지를 하절기라고 설정하고, 이를 제외한 나머지 시기는 동절기라고 설정한다.

그리고 1년을 기준으로 월별 가동일을 계산한다.(S104) 본 발명에서는 매월 포함되는 일수를 월별 가동일로 설정한다.

그리고 월별 가동일을 기준으로 월별 가동시간을 계산한다.(S106) 월별 가동시간은 1일 가동시간에 가동일을 곱한 것으로서, 월별 가동일에 24시간을 곱한 시간으로 계산된다. 연중무휴 운전형태인 경우에는 단순히 월별 일수와 24를 곱해서 계산되지만, 1일 16시간 또는 주간 8시간 등 간헐운전 형태인 경우에는 가동시간이 줄어들게 된다.

간헐운전의 경우에 매일 동일한 시간만큼 운전하는 경우가 있다. 즉, 하루 중 일부 시간만 부분적으로 운전하는 것으로서 하루 16시간 또는 8시간 등으로 설정될 수 있다.

간헐운전의 경우에 주간운전과 같이 주말과 공휴일을 제외한 주간에만 운전하도록 설정하는 것도 가능하다. 이 경우에는 월별 가동일에서 공휴일이나 주말 등을 제외해야 할 것이다.

그리고 수배관 시스템(100)의 가동율과 함께 각각의 부하공간(110)의 부하율을 확정한다.(S108) 수배관 시스템(100)의 가동율은 가동출력의 비율로서, 수배관 시스템(100)의 전체 사용용량에서 실제 사용용량의 비율을 의미한다. 부하공간(110)의 부하율은 각각의 부하공간(110)에서 냉방 또는 난방의 사용용량의 비율을 의미한다.

가동율과 부하율이 확정되면 이를 월별 가동시간에 곱하여 실질 월별 운전시간을 계산한다.(S110) 실질 월별 운전시간은 월별 가동시간에 가동율 및 부하율을 백분율로 곱하여 계산한다. 예를 들어, 연중무휴 운전 형태에서 월별 가동시간이 720시간이고, 가동율과 부하율이 각각 100%와 90%라면, 이를 곱해서 실질 월별 운전시간은 648시간이 될 것이다.

실질 월별 운전시간은 각 부하공간(110)에 공급되는 냉난방 공급량을 결정하기 위한 실제 계산값이 되며, 실질 월별 운전시간을 바탕으로 각 배관의 직경을 결정하는 것이 본 발명의 특징이 된다.

설계자는 각 부하공간(110)에 대한 실질 월별 운전시간에 따른 각 배관(108)의 압력강하량을 계산한다.(S112) 배관(108)의 압력강하량은 수배관 시스템(100)의 배관(108) 내부에서의 단위 길이당 압력이 강하되는 정도를 의미하며, 배관(108) 내부의 마찰력과 구조, 직경, 높이 차이 등에 따라 결정된다.

설계자는 계산된 압력강하량을 기초로 건물이나 시설 내부에 설치될 복수의 배관(108) 각각의 직경과 기타 규격을 계산한다.(S114)

아래의 표 1 내지 표 3은 냉방운전에 있어서 연중무휴운전, 간헐운전(부분, 주간)으로 구분하여 실질 월별 운전시간을 계산한 값이다.

월	연간운전기준#1 (연중무휴운전)
월	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	31	744	100	90	669.6
2	28	672	100	90	604.8
3	31	744	100	95	706.8
4	30	720	100	100	720
5	31	744	100	100	744
6	30	720	100	100	720
7	31	744	100	100	744
8	31	744	100	100	744
9	30	720	100	100	720
10	31	744	100	100	744
11	30	720	100	100	720
12	31	744	100	90	669.6
합계연간	365	8760	100	97.1	8506.8

월	간헐운전기준#2 (1일16시간운전)
월	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	31	496	100	90	446.4
2	28	448	100	90	403.2
3	31	496	100	95	471.2
4	30	480	100	100	480
5	31	496	100	100	496
6	30	480	100	100	480
7	31	496	100	100	496
8	31	496	100	100	496
9	30	480	100	100	480
10	31	496	100	100	496
11	30	480	100	100	480
12	31	496	100	90	446.4
합계연간	365	5840	100	97.1	5671.2

월	간헐운전기준#3 (주간 8시간운전, 공휴일비운전)
월	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	22	176	0	0	0
2	18	144	0	0	0
3	20	160	0	0	0
4	22	176	0	0	0
5	22	176	100	50	88
6	19	152	100	100	152
7	23	184	100	100	184
8	21	168	100	100	168
9	19	152	100	100	152
10	21	168	100	50	84
11	21	168	0	0	0
12	22	176	0	0	0
합계연간	250	2000	50	41.7	828

또한 아래의 표 4 내지 표 6은 난방운전에 있어서 연중무휴운전, 간헐운전으로 구분하여 실질 월별 운전시간을 계산한 값이다.

월	연간운전기준#1 (연중무휴운전)
월	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	31	744	100	100	744
2	28	672	100	100	672
3	31	744	100	90	669.6
4	30	720	100	60	432
5	31	744	100	10	74.4
6	30	720	100	10	72
7	31	744	100	30	223.2
8	31	744	100	30	223.2
9	30	720	100	10	72
10	31	744	100	10	74.4
11	30	720	100	30	216
12	31	744	100	100	744
합계연간	365	8760	100	48.3	4216.8

월	간헐운전기준#2 (1일16시간운전)
월	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	31	496	100	100	496
2	28	448	100	100	448
3	31	496	100	90	446.4
4	30	480	100	60	288
5	31	496	100	10	49.6
6	30	480	100	10	48
7	31	496	100	30	148.8
8	31	496	100	30	148.8
9	30	480	100	10	48
10	31	496	100	10	49.6
11	30	480	100	30	144
12	31	496	100	100	496
합계연간	365	5840	100	48.3	2811.2

월	간헐운전기준#3 (주간8시간운전, 공휴일비운전)
	가동일월	가동시간월	가동율 (%)	부하율 (%)	실질월별운전시간
1	22	198	100	100	198
2	18	162	100	100	162
3	20	180	100	90	162
4	22	198	100	60	118.8
5	22	198	100	0	0
6	19	171	100	0	0
7	23	207	100	0	0
8	21	189	100	0	0
9	19	171	100	0	0
10	21	189	100	0	0
11	21	189	100	30	56.7
12	22	198	100	100	198
합계연간	250	2250	100	40	895.5

각 배관(108)의 압력강하량은 실질 월별 운전시간을 펌프의 양정이나 유량과 곱하여 펌프의 운전동력을 계산하고, 가장 적합한 운전동력을 갖는 펌프의 단위 길이당 압력강하량으로 정하게 된다. 즉, 압력강하량이 큰 경우에는 실질 월별 운전시간이 증가하는 것과 동일하며, 이에 따라 배관의 직경 결정에 영향을 미치게 된다.

또한 압력강하량과 배관직경은 서로 반비례하는 관계로 설정된다. 즉, 압력강하량이 큰 경우에 이를 보완하기 위해 배관(108)의 직경을 줄여서 길이에 따른 압력강하량을 최소화할 수 있다.

건물의 냉난방 시스템의 운전에 사용되는 펌프(106)의 양정을 계산하기 위해서는 양정에 영향을 미치는 요소를 구분하고, 각각의 요소별 값을 합산하여야 한다.

펌프(106)의 양정에 미치는 요소로서 본 발명에서는 파이프손실(Pipe loss), 부속류(Fitting), 밸브(Valve), 냉동기(Chiller), 공조기(AHU), 제어밸브(Control valve), 유량조절밸브(Balancing valve)의 7가지를 포함시킨다.

부속류는 배관의 방향을 전환하거나, 관경을 변화시키거나, 유로를 분기시키기 위해 사용되는 연결관이나 분기관을 모두 포함한다.

본 발명에서는 각각의 구성요소에서 사용되는 유체의 압력변화값에 따라 펌프(106)의 양정을 합산하도록 계산한다. 이 중에서 파이프손실과 부속류, 밸브에서의 압력변화값은 단위 길이당 압력강하량에 비례하여 증감하므로, 미리 정해진 압력강하량의 비율에 따라 증감시킨다. 나머지 구성요소인 냉동기, 공조기, 제어밸브, 유량조절밸브에서의 압력변화값은 단위길이당 압력강하량에 무관하게 일정한 값을 상정한다.

아래의 표 7은 펌프에서의 각 구성요소의 압력변화값을 모두 합하여 펌프(106)의 양정을 계산하는 결과값을 나타낸다.

배관시스템을 구성하는 각각의 구성에서 각각 발생하는 압력변화값을 합산하여 "소계"를 구하고, 여기에 안전율(1.1)을 곱하여 여유도를 증가시키고, 이 값 보다 크면서 가장 가까운 자연수를 "최종 양정"으로 결정한다.

이렇게 구해진 "압력강하량에 비례하는 양정"은 배관(108)에서 발생하는 단위 길이당 압력강햐량에 비례하는 값을 가지며, 이를 이용하여 양정 또는 동력값을 알고 있는 펌프(106)가 사용되는 배관시스템의 단위 길이당 압력강하량을 정할 수 있다.

본 발명에서는 미리 정해진 펌프(106)의 운전동력값과 가장 근사한 값 또는 운전동력값의 최저와 최고 범위내에 속하는 운전동력값을 갖도록 단위 길이당 압력강하량을 결정한다.

이를 위해서 표 1과 2, 4, 5에 표시된 운전방식에 따른 '실질 월별 운전시간'을 적용한다. 각각 냉방시와 난방시에 '연중무휴운전'과 '간헐운전(1일 8시간 운전)'의 두 가지 모드로 구분하여 단위 길이당 압력강하량에 따른 펌프(106)의 연간 운전동력(kW/yr)을 구한다.

이러한 계산결과를 표시하면 아래의 표 8 및 9와 같다.

표 8과 9는 냉방과 난방 운전 중에서 운전형태에 따라 배관(108) 내부의 단위 길이당 압력강하량을 가정하고, 각각의 압력강하량(5, 10, 15, 20, 30, 50)에 해당하는 양정값을 연간 운전시간과 연계하여 펌프(106)의 운전동력을 구하고, 결정된 펌프(106)의 운전동력값과 동일하거나 동일한 범위에 속하는 펌프(106)의 운전동력값을 최적화된 운전동력값으로 결정한 결과를 나타낸다.

도 8과 9에 표시된 펌프(106)의 운전동력을 구하기 위해 아래의 식이 적용된다.

본 발명에서는 배관(108)에서의 유량을 10,000 (ℓ/min)으로 설정하였다.

이러한 식에 따라 계산된 값은 펌프(106)의 연간 운전동력(㎾/yr)을 나타낸다.

연중무휴로 냉방 운전을 하는 경우(8506.8시간 운전), 펌프의 연간 운전동력은 610,108 부터 2,420,094 까지의 값을 갖는다. 또한 간헐운전의 경우(828시간 운전)에는 펌프(106)의 연간 운전동력이 최소 59,384(㎾/yr) 에서 최대 235,557(㎾/yr) 까지의 값을 갖게 될 것이다.

이 중에서 설계대상이 되는 수배관 시스템(100)에 사용되는 펌프(106)의 연간 운전동력값과 부합하는 값을 확인한다. 만약 펌프(106)의 허용 가능한 연간 운전동력값의 최대치가 1,000,000(㎾/yr)이라면, 이와 가장 근접하면서 이보다 작은 수치에 해당하는 값이 최적화된 펌프(106)의 연간 운전동력값이 될 것이다. 표 8에서는 펌프(106)의 양정이 40(m)일 때의 연간 운전동력값이 996,509(㎾/yr)로서, 이러한 조건에 부합한다. 그리고 이 때의 단위 길이당 압력강하량인 15(㎜Aq/m)가 본 수배관 시스템(100)의 최적화된 단위 길이당 압력강하량(최적압력강하량)이 된다.

만약 펌프(106)의 최대 연간 운전동력값이 700,000(㎾/yr)라면, 이 보다 작은 연간 운전동력값을 갖는 조건(양정 30, 단위 길이당 압력강하량 5)이 최적압력강하량을 결정하는 지점이 된다.

냉방 간헐운전 형태에서 허용 가능한 연간 운전동력값의 최대치가 100,000(㎾/yr)인 펌프(106)가 간헐운전 형태의 수배관 시스템(100)에 적용된다면, 양정이 49(m)이면서 운전동력이 96,994(㎾/yr)일 때가 적절한 값이 될 것이다.

난방 운전의 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이, 정해진 값에 부합하는 연간 운전동력값을 구할 수 있으며, 적절한 범위에 해당하는 단위 길이당 압력강하량을 선택할 수 있다.

수배관 시스템(100)에 사용된 펌프(106)의 운전동력의 허용값이 일정한 범위에 속하는 경우에는 둘 이상의 압력강하량을 최적압력강하량으로 결정할 수도 있다. 이 경우에는 상대적으로 더 큰 압력강하량을 제1 최적압력강하량으로 결정하고, 상대적으로 더 작은 압력강하량을 제2 최적압력강하량으로 결정한다.

가령, 간헐운전 형태의 난방 운전에서 펌프(106)의 허용 가능한 운전동력이 100,000(㎾/yr)에서 130,000(㎾/yr)인 경우라면, 표 9에 표시된 값 중에서 이 범위에 속하는 양정이 49(m)일 때와 59(m)일 때가 최적화 값을 나타내는 조건이 된다. 따라서 이 때의 단위 길이당 압력강하량인 15와 20이 모두 최적압력강하량이 되며, 이 중에서 상대적으로 더 큰 20(㎜Aq/m)이 제1 최적압력강하량이 되고, 15(㎜Aq/m)가 제2 최적압력강하량이 될 것이다.

이와 같은 과정을 거쳐 최적압력강하량이 결정되면, 이를 수배관 시스템(100)에 적용하여 배관 직경을 구할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 수배관 시스템 102 : 냉난방장치
104 : 제어부 106 : 펌프
108 : 배관 110 : 부하공간

Claims

배관계통의 배관직경을 결정하기 위해 부하별 가동시간과 운전시간을 계산하고, 운전시간에 따라 계산된 배관(108)의 최적압력강하량을 결정하는 압력강하량 결정방법으로서,
수배관 시스템을 사용할 시설의 운전형태를 결정하는 제1단계와;
1년을 기준으로 상기 수배관 시스템의 월별 가동일을 계산하는 제2단계와;
상기 월별 가동일을 기준으로 월별 가동시간을 계산하는 제3단계와;
상기 수배관 시스템의 가동율과 각각의 부하공간(110)의 부하율을 확정하는 제4단계와;
상기 가동율과 상기 부하율을 상기 월별 가동시간에 곱하여 실질 월별 운전시간을 계산하고, 상기 실질 월별 운전시간을 모두 합산하여 연간 운전시간을 계산하는 제5단계와;
상기 부하공간(110)에 대한 상기 연간 운전시간에 따른 상기 배관(108)의 최적압력강하량을 계산하는 제6단계와;
상기 최적압력강하량을 기초로 건물이나 시설 내부에 설치될 상기 배관(108) 각각의 직경을 계산하는 제7단계;를 포함하며,
상기 제1단계 내지 제7단계에 포함된 동작은 배관설계프로그램이 설치된 계산장치가 수행하는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제1항에 있어서,
상기 월별 가동시간은 1일 가동시간에 가동일을 곱해서 계산하는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제1항에 있어서,
상기 운전형태는 1년 365일 연속적으로 운전하는 연중무휴 운전형태와, 일정한 시기동안에만 운전하는 간헐운전 운전형태로 구분되며,
상기 간헐운전 운전형태는
매일 동일한 시간만큼 운전하는 것과, 주간운전과 같이 특정 요일을 제외한 시간에만 운전하는 것으로 구분되는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제1항에 있어서,
상기 가동율은 상기 수배관 시스템의 가동출력의 비율로서, 상기 수배관 시스템의 전체 사용용량에서 실제 사용용량의 비율을 의미하며,
상기 부하율은 상기 각각의 부하공간(110)에서 냉방 또는 난방의 사용용량의 비율을 의미하는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제1항에 있어서,
상기 제6단계는
상기 운전형태에 따라 상기 배관(108) 내부의 단위 길이당 압력강하량을 가정하는 제6-1단계와;
상기 단위 길이당 압력강하량에 해당하는 펌프(106)의 양정값과 상기 연간 운전시간에 비례하는 펌프(106)의 운전동력값을 계산하는 제6-2단계와;
상기 펌프(106)의 허용 가능한 연간 운전동력값 보다 작은 운전동력값을 갖는 양정 및 단위 길이당 압력강하량을 확인하는 제6-3단계와;
상기 단위 길이당 압력강하량 중에서 최적화된 값인 최적압력강하량을 결정하는 제6-4단계;를 포함하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제5항에 있어서,
상기 펌프(106)의 운전동력값은 아래의 식으로 계산되며,

상기 유량은 상기 배관(108)을 통과하는 유체의 유량(ℓ/min)이며,
상기 운전동력은 연간 운전동력(㎾/yr)을 나타내는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.
제6항에 있어서,
상기 최적압력강하량은 상기 펌프(106)의 허용 가능한 연간 운전동력값 보다 작은 운전동력값을 갖는 조건 중에서 단위 길이당 압력강하량이 최대일 때의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 배관계통의 운전시간에 따른 단위길이당 압력강하량 결정방법.