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(1) 사용 증기압력에 따른 분류 및 특징
증기 난방 방식은 사용되는 증기의 압력에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 저압식 증기 난방 (Low Pressure Steam Heating):
- 사용 증기압력: 대기압 ~ 1kg/cm² 정도의 낮은 압력을 사용합니다.
- 특징:
- 안전성이 높아 주택, 소규모 건물 등에 주로 사용됩니다.
- 배관 재료에 대한 제약이 적습니다.
- 증기 온도가 낮아 방열기 표면 온도가 비교적 낮아 화상의 위험이 적습니다.
- 압력 차가 작아 증기 이동 거리가 제한적일 수 있습니다.
- 방열량 조절이 비교적 용이하지 않습니다 (주로 On-Off 제어).
- 고압식 증기 난방 (High Pressure Steam Heating):
- 사용 증기압력: 1kg/cm² 이상의 높은 압력을 사용합니다.
- 특징:
- 열 운반 능력이 커서 대규모 건물, 공장 등에 적합합니다.
- 배관의 직경을 작게 할 수 있어 설비비를 절감할 수 있습니다.
- 증기 온도가 높아 방열기 표면 온도가 높아 화상의 위험이 있을 수 있으며, 쾌적성이 저하될 수 있습니다 (상하 온도차 큼).
- 압력 제어가 중요하며, 안전 관리에 유의해야 합니다.
- 보일러에서 고압 증기를 발생시켜 배관 도중에 감압하여 저압으로 사용하는 경우도 있습니다.
- 진공식 증기 난방 (Vacuum Steam Heating):
- 사용 증기압력: 대기압 이하의 진공 상태에서 증기를 사용합니다.
- 특징:
- 낮은 온도에서도 증발이 일어나므로 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
- 방열기 내의 압력을 조절하여 방열량을 조절할 수 있는 장점이 있습니다.
- 응축수 환수를 위해 진공 펌프가 필요하며, 시스템 구성 및 운전이 다소 복잡할 수 있습니다.
- 부식 발생 가능성이 높으므로 주의가 필요합니다.
- 베이퍼식 증기 난방 (Vapor Heating System):
- 사용 증기압력: 진공압 ~ 0.2kg/cm² 정도의 매우 낮은 압력을 사용하며, 진공 펌프가 없는 경우도 있습니다.
- 특징:
- 저압식과 진공식의 중간적인 형태로 볼 수 있습니다.
- 온도 변화가 비교적 완만하고 쾌적성이 좋습니다.
- 소규모 건물에 적용될 수 있습니다.
(2) 응축수 환수방법에 따른 분류 및 특징
증기 난방 방식은 응축된 물(응축수)을 보일러로 되돌려 보내는 방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 중력 환수식 (Gravity Return System):
- 환수 방법: 응축수의 자체 무게(중력)를 이용하여 환수관을 통해 보일러로 자연스럽게 되돌려 보냅니다. 환수관은 보일러 수면보다 높은 위치에서 경사를 지게 설치됩니다.
- 특징:
- 구조가 간단하고 설비비가 저렴합니다.
- 펌프 등의 기계 장치가 필요 없어 유지보수가 용이합니다.
- 배관 길이가 길거나 높이 차이가 큰 건물에는 적용하기 어렵습니다.
- 환수 속도가 느릴 수 있습니다.
- 기계 환수식 (Mechanical Return System):
- 환수 방법: 응축수 탱크에 모인 응축수를 펌프를 이용하여 보일러로 강제적으로 되돌려 보냅니다.
- 특징:
- 배관 길이가 길거나 높이 차이가 큰 건물에도 적용 가능합니다.
- 환수 속도가 빠르고 안정적인 급수가 가능합니다.
- 펌프 및 관련 설비가 필요하여 초기 설비비 및 유지보수비가 증가합니다.
- 펌프 작동에 전력이 소모됩니다.
- 진공 환수식 (Vacuum Return System):
- 환수 방법: 진공 펌프를 사용하여 환수관 내부를 진공 상태로 만들어 응축수와 함께 공기를 흡입하여 보일러로 되돌려 보냅니다.
- 특징:
- 환수관 내의 공기를 제거하여 증기 순환을 원활하게 하고, 방열기 내 압력을 낮춰 낮은 온도에서도 난방 효과를 얻을 수 있습니다.
- 먼 거리의 응축수도 효과적으로 환수할 수 있습니다.
- 시스템 구성이 복잡하고 진공 펌프 등의 추가 설비 및 제어가 필요합니다.
- 누설 발생 시 진공 유지에 어려움이 있을 수 있습니다.
(3) 배관 방식에 따른 분류 및 특징
증기 난방 방식은 증기와 응축수가 이동하는 배관의 구성 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 단관식 (One-Pipe System):
- 배관 방식: 하나의 배관을 통해 증기가 방열기로 공급되고, 응축수도 동일한 배관을 통해 보일러로 환수됩니다. 방열기에는 증기 트랩이 설치되지 않고, 방열기 밸브의 개폐로 방열량을 조절합니다.
- 특징:
- 배관 공사가 간단하고 설비비가 저렴합니다.
- 증기와 응축수가 서로 반대 방향으로 흐르면서 증기 흐름을 방해하여 난방 효율이 떨어지고, 보일러에서 먼 방열기의 난방이 불완전할 수 있습니다.
- 방열량 조절이 On-Off 방식으로만 가능하여 정밀한 온도 조절이 어렵습니다.
- 국내에서는 거의 채택하지 않습니다.
- 복관식 (Two-Pipe System):
- 배관 방식: 증기를 공급하는 공급관과 응축수를 환수하는 환수관이 별도로 설치됩니다. 각 방열기에는 증기가 응축수관으로 유입되는 것을 막고 응축수만 통과시키는 증기 트랩이 설치됩니다.
- 특징:
- 증기와 응축수의 흐름이 분리되어 난방 효율이 높고, 각 방열기의 온도 조절이 용이합니다 (방열기 밸브 조절).
- 배관 공사가 복잡하고 설비비가 단관식에 비해 높습니다.
- 대부분의 증기 난방 시스템에서 채택하는 방식입니다.
- 증기 공급 방식에 따른 분류 (복관식에서 추가적으로 고려):
- 상향 공급식 (Up-Feed System): 증기 주관이 건물의 아래쪽에 배열되어 수직 입상관을 통해 위쪽의 방열기로 증기를 공급하는 방식입니다. 입상관의 관경을 크게 하고 증기 유속을 느리게 합니다.
- 하향 공급식 (Down-Feed System): 증기 주관이 건물의 위쪽에 배열되어 수직 입하관을 통해 아래쪽의 방열기로 증기를 공급하는 방식입니다. 상향 공급식보다 관경을 작게 할 수 있습니다.
- 환수관 배관 방식에 따른 분류 (복관식에서 추가적으로 고려):
- 건식 환수관식 (Dry Return System): 환수 주관이 보일러 수면보다 높게 배관되어 응축수가 환수 주관의 밑면에서만 흐르게 하는 방식입니다.
- 습식 환수관식 (Wet Return System): 환수 주관이 보일러 수면보다 낮게 배관되어 응축수가 환수관에 차 있는 상태로 흐르는 배관 방식입니다.
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