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사무실 건물의 냉수배관 계통 시운전 중 냉수 유량이 설계 유량보다 훨씬 많아 밸브를 거의 닫아야만 설계 유량이 맞춰지는 상황은 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있으며, 이는 시스템의 비효율성과 잠재적인 문제를 야기합니다. 이에 대한 원인과 대책은 다음과 같습니다.
1) 원인
냉수배관 계통 시운전 시 유량이 과다하게 측정되고 밸브가 거의 닫히는 주된 원인은 설계, 장비 선정, 시공 및 시스템 불균형 등 복합적인 문제일 가능성이 높습니다.
- 펌프 용량 과다 선정: 설계 단계에서 배관 마찰 손실 및 각종 기기의 압력 손실을 실제보다 과도하게 예측하거나, 안전율을 너무 크게 적용하여 펌프 용량(양정 및 유량)이 필요 이상으로 크게 선정되었을 가능성이 가장 높습니다. 용량이 큰 펌프는 시스템에 과도한 유량을 공급하게 됩니다.
- 배관 사이즈 과다 선정: 설계 유량에 비해 배관 구경이 과도하게 크게 선정된 경우, 유속이 느려져 배관 마찰 손실이 줄어들고 결과적으로 펌프가 시스템 특성 곡선 상에서 더 높은 유량으로 운전될 수 있습니다.
- 설계 시 압력 손실 계산 오류: 배관 길이, 엘보, 티, 밸브 등 각종 배관 부속류 및 열교환기, 코일 등 장비의 압력 손실을 정확하게 계산하지 못하거나 실제와 다르게 적용하여 시스템 저항 값을 낮게 예측했을 경우, 실제 유량이 설계 유량보다 많아집니다.
- 밸브 종류 및 사이즈 부적절: 유량 조절용으로 설치된 밸브(예: 게이트 밸브를 미세 유량 조절에 사용하는 경우)가 유량 제어에 부적합하거나, 밸브 사이즈가 과도하게 커서 미세 조절이 어려운 경우 밸브가 거의 닫힌 상태에서만 설계 유량이 맞춰질 수 있습니다. 유량 조절에 특화된 밸브(예: 글로브 밸브, 자동 유량 조절 밸브)가 사용되지 않았을 수 있습니다.
- 시스템 불균형: 각 분배 지점이나 장비로 유량이 균등하게 분배되지 않고 특정 라인으로 유량이 집중되는 불균형이 발생했을 경우, 해당 라인의 유량을 맞추기 위해 밸브를 과도하게 닫게 될 수 있습니다. 이는 설계 단계에서부터 유량 분배에 대한 고려가 미흡했거나 시공 중 배관 경로의 예상치 못한 변화 등으로 인해 발생할 수 있습니다.
- 시공 불량: 배관 내부에 이물질이 잔류하거나, 밸브 및 배관 부속류가 잘못 설치되어 시스템 저항이 예상보다 낮아지는 경우 유량이 과다하게 흐를 수 있습니다. 바이패스 라인의 밸브가 완전히 닫히지 않은 경우에도 유사한 문제가 발생할 수 있습니다.
- 제어 시스템 문제: 자동 유량 조절 밸브나 제어 시스템의 설정 오류 또는 고장으로 인해 유량 제어가 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.
- 초기 시운전 설정 오류: 시운전 과정에서 펌프의 운전 속도 설정이나 밸브의 초기 개도 설정 등이 잘못되어 과다한 유량으로 운전될 수 있습니다.
2) 대책
냉수 유량 과다 및 밸브 과닫힘 문제를 해결하기 위해서는 정밀한 진단과 체계적인 접근이 필요합니다.
- 정밀 시스템 진단 및 재계산:
- 현장 조사: 실제 배관 경로, 밸브 종류 및 설치 상태, 펌프 사양, 열교환기 및 코일 정보 등 시스템 현황을 정확하게 파악합니다.
- 압력 손실 재계산: 실제 시스템 현황을 바탕으로 각 배관 구간 및 기기의 정확한 압력 손실을 다시 계산하여 시스템 특성 곡선을 재도출합니다. 이를 통해 설계 유량에서의 실제 시스템 저항을 파악합니다.
- 펌프 성능 곡선 확인: 설치된 펌프의 성능 곡선을 확인하고, 재계산된 시스템 특성 곡선과의 교점을 통해 실제 운전될 유량과 양정을 예측합니다.
- 유량 밸런싱 (Balancing):
- 전체 시스템 유량 조정: 우선 펌프의 운전 속도를 조절하거나 주배관의 밸브를 조작하여 전체 시스템의 냉수 공급 유량을 설계 총 유량에 가깝게 맞춥니다.
- 각 분배 계통 및 장비별 유량 조정: 각 분배 헤더 및 개별 장비(공조기 코일, FCU 등)로 공급되는 냉수 유량을 설계 유량에 맞게 정밀하게 조절합니다. 이를 위해 차압 밸브, 수동 또는 자동 유량 조절 밸브 등을 사용하여 각 지점의 유량을 측정하고 조정합니다. 특히 밸브가 거의 닫힌 상태인 라인은 면밀한 점검과 조정이 필요합니다.
- 전문가 활용: 유량 밸런싱은 전문적인 지식과 측정 장비가 필요한 작업이므로, 관련 경험이 풍부한 전문가에게 의뢰하는 것이 효과적입니다.
- 펌프 속도 제어 또는 임펠러 수정:
- 인버터 제어: 펌프에 인버터가 설치되어 있다면 펌프 회전 속도를 줄여 유량을 감소시킬 수 있습니다. 이는 에너지 절감 측면에서도 효과적입니다.
- 임펠러 트리밍 (Trimming): 펌프 용량이 과도하게 큰 경우, 펌프 임펠러의 외경을 절삭하여 펌프 성능 곡선을 낮추는 방법을 사용할 수 있습니다. 다만, 이는 신중한 계산과 작업이 필요하며, 제조사와의 협의가 중요합니다.
- 밸브 교체 또는 추가:
- 유량 제어용 밸브 설치: 미세 유량 조절이 어렵거나 부적절한 종류의 밸브가 설치된 경우, 유량 제어 성능이 우수한 밸브(예: 자동 유량 조절 밸브)로 교체하거나 추가 설치를 고려합니다.
- 밸브 사이즈 적정성 검토: 현재 설치된 밸브의 사이즈가 너무 커서 조절이 어려운 경우, 적정 사이즈의 밸브로 교체하는 것을 검토합니다.
- 배관 시스템 개선:
- 불필요한 바이패스 확인 및 차단: 불필요한 바이패스 라인이 존재하거나 해당 라인의 밸브가 완전히 닫히지 않은 경우, 이를 해결하여 냉수 섞임 및 유량 과다 문제를 방지합니다.
- 배관 내 이물질 제거: 배관 내부에 시공 중 발생한 이물질 등이 잔류하여 유량 흐름에 영향을 줄 경우, 플러싱(Flushing) 등의 방법을 통해 제거합니다.
- 제어 시스템 설정 확인 및 수정: 자동 제어 밸브나 시스템의 설정 값이 설계 기준과 일치하는지 확인하고 필요한 경우 수정합니다.
이러한 대책들을 통해 냉수배관 계통의 유량을 설계에 맞게 안정적으로 설정하고, 밸브의 과도한 닫힘으로 인한 문제점을 해결하여 냉방 시스템의 효율적인 운전과 건물 내 쾌적한 환경을 확보할 수 있습니다. 초기 설계 단계부터 정확한 부하 계산과 시스템 압력 손실 예측, 그리고 적절한 장비 선정이 중요하며, 시공 후에는 반드시 전문가에 의한 정밀한 시운전 및 유량 밸런싱 작업이 이루어져야 합니다.
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