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에너지관리기사 열설비 · 급탕설비와 온수설비

Hot Water and Heating Systems

급탕 설비는 물을 데우는 가열 방식(직접 · 간접)과 데운 물을 돌리는 순환 방식(중력 · 강제)으로 나뉘고, 데운 물이 늘어난 부피는 팽창 탱크가 받아 준다. 두 방식의 조합과 특징, 온수 팽창량 ΔV = V(v₂/v₁ − 1), 급탕 부하 Q = G·c·Δt 를 다룬다. 가운데 그림은 저탕조 · 급탕관 · 환탕관으로 이뤄진 급탕 계통도예요. 가열 방식 · 순환 방식 버튼을 누르면 계통도의 가열 부분과 순환 설명이 바뀌고, 온수 온도 · 전수량 슬라이더를 옮기면 아래 팽창량과 팽창률이 다시 계산돼요.

물을 데워 돌리는 급탕 · 온수 설비

급탕 설비는 물을 데우는 가열 방식과 데운 물을 쓰는 곳으로 돌리는 순환 방식으로 나뉜다. 물은 데우면 부피가 늘기 때문에, 늘어난 양을 받아 줄 팽창 탱크가 꼭 있어야 한다.

♨️ 팽창 탱크가 꼭 있어야 하는 이유
①물은 온도가 오르면 밀도가 낮아져 부피가 늘어난다
②밀폐계에서 늘어난 물을 받아 주지 않으면 압력이 급히 오른다
③개방식 팽창 탱크(대기 개방)나 밀폐식 팽창 탱크(질소 쿠션)로 흡수해요
④온수 온도가 높을수록 팽창량이 커져 탱크도 커져야 한다

가열 방식 · 순환 방식 바꿔 보기

🔎 네 가지 조합 정리
①직접 가열은 열효율이 높지만 스케일 · 수질 오염이 걱정된다(연속식 순간 온수기 등)
②간접 가열은 코일로 열만 전달해 수질을 지키기 좋고 큰 저탕조에 맞다
③중력 순환은 밀도차로 온수가 오르는 방식이라 배관 저항이 작은 소규모에 쓴다
④강제 순환은 순환 펌프로 확실히 돌려 대규모 · 긴 배관에 꼭 필요해요

온수 팽창량 계산

70 °C
1000 L
팽창량
ΔV = 22.4 L
10℃ → 70℃
팽창률
2.24 %
v₂/v₁ = 1.0224
📏 팽창량을 읽는 법
①저온 비체적 v₁ 과 고온 비체적 v₂ 의 비율에서 늘어난 몫만이 팽창량이다
②전수량이 많을수록, 온도차가 클수록 팽창량이 커진다
③팽창 탱크의 유효 용량은 이 팽창량보다 커야 한다
④밀도는 10 ℃ 999.7, 60 ℃ 983.2, 80 ℃ 971.8 kg/m³ 로 어림해요

핵심 식

온수 팽창량
ΔV = V(v2v1 - 1)
V = 전수량, v₁ = 저온 비체적, v₂ = 고온 비체적
밀도로 표현
ΔV = V(ρ1ρ2 - 1)
ρ₁ = 저온 밀도, ρ₂ = 고온 밀도(ρ₁ > ρ₂)
급탕 부하
Q = G·c·(t2 - t1)
G = 급탕량, c = 비열, (t₂ - t₁) = 온도 상승

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①가열 방식은 직접 가열(열원이 직접 닿음)과 간접 가열(가열 코일로 열 교환)로 나뉜다
②순환 방식은 중력 순환(밀도차로 자연 순환)과 강제 순환(순환 펌프)으로 나뉜다
③온수 팽창량 ΔV = V(v₂/v₁ − 1)이고, 온도와 수량이 클수록 크다
④팽창 탱크는 개방식과 밀폐식이 있고, 늘어난 물을 받아 과압을 막아요
⑤급탕 부하 Q = G·c·Δt(급탕량 × 비열 × 온도 상승)
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 10 ℃ 물 1000 L 를 80 ℃ 로 데우면 팽창량은? (답: 1000 × (999.7/971.8 − 1) ≒ 28.7 L)
②[기출유형] 순환 펌프가 필요한 순환 방식은? (답: 강제 순환)
③[기출유형] 밀폐 급탕 계통에서 팽창량을 받아 주는 장치는? (답: 팽창 탱크)
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