1. No category

10-W-042
대한설비공학회 2010 동계학술발표대회 논문집 pp. 242 ~ 247
공동주택 난방배관 세관이 지역난방 공급자측에
미치는 효과
김 승 진, 허 진 혁*, 이 관 배**, 임 종 원**, 문 승 재***, 이 재 헌***†, 유 호 선****
한양대학교 대학원 기계공학과, *한양대학교 기계기술연구소,
**
한국지역난방공사,
***
한양대학교 기계공학부,
***
숭실대학교 기계공학과
Effect of the Heating Pipe Flushing on the District Heating Provider
for an Apartment House
Seung-Jin Kim, Jin-Huek Hur*, Kwan-Bae Lee**, Jong-Won Lim**, Seung-Jae Moon**,
Jae-Heon Lee**†, Hoseon Yoo***
Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
*
Mechanical Engineering and Technical Research Institute of Hanyang University
**
Korea District heating corp. Seoul 135-886, Korea
School of Mechanical Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
****
Department of Mechanical Engineering, Soongsil University, Seoul 156-743, Korea
***
ABSTRACT : Throughout time, scale and sludge are formed in a heating pipe of apartment
house with using district heating system. Scale and sludge reduce a heat transfer from
heating pipe to indoor. So heating pipe flushing is necessary. Scale and sludge can be
removed by heating pipe flushing. After flushing, the measurement of return heating water
temperature decrease about 4℃. The cause of temperature reduce is elimination of scale and
sludge by heating pipe flushing. A decrease of return heating water temperature in a district
heating provider is 5℃. A heat loss is reduced about 3.0 kW per 1km in a heat
transportation pipe by decrease of return heating water temperature. A decrease of return
heating water temperature in an apartment house increases a heat transfer about 260 kW
except additional heat supply system and higher temperature of supply heating water.
Key words : District heating(지역난방), Heating pipe flushing(난방배관 세관), Retrun temperature(회수온도), Heat loss(열손실)
기 호 설 명

:
온도 [℃]
†Corresponding author
Tel.: +82-2-2220-0425; fax: +82-2-2220-4425
E-mail address: jhlee@hanyang.ac.kr





:
:
:
:
공급열량 [kW]
열관류율 [kW/㎡·℃]
전열면적 [㎡]
열저항 [℃/W]

:
유량 [kg/s]
- 242 -


:
:
난방수의 온도상승이나 유량증가 없이 사용자측
(1)
에 공급되는 열량을 증가시킬 수 있다.
비열 [J/℃]
1시간동안 측정 데이터 수
본 연구에서는 실증시험을 통해 세관 전후 세
대의 난방순환수 온도를 측정하고 세관으로 인한
효과 중 지역난방수 공급자측이 얻는 효과를 분
석하였다.
하첨자


:
:
:
:
:
:
:
지역난방수
난방순환수
공급
회수
내부
외부
총합
2. 연구모델
2.1 공동주택
1. 서 론
지역난방이란 한 개의 도시 또는 일정지역 내
에 있는 주택 및 건물에 개별적으로 난방설비를
갖추는 대신 열병합발전소, 열전용보일러, 쓰레기
소각로 등의 대규모 열원플랜트에서 생산된 열을
이용하여 지역 전체를 동시에 난방, 냉방, 급탕
등에 필요한 열에너지를 공급하는 에너지 공급
시스템이다. 지역난방을 사용하는 공동주택의 난
방시스템으로는 슬랩(slab)내에 매설된 난방배관
을 통하여 온수를 순환시킴으로써 바닥을 가열하
는 온수 순환 바닥 난방방식을 대부분 사용하고
있다. 난방배관의 내벽에는 시간이 지남에 따라
슬러지(sludge), 부식 산화물 및 미생물 등이 퇴
적되면서 스케일(scale) 및 슬라임(slime) 등의 이
물질이 축적된다. 배관 내벽에 축적된 스케일 및
슬라임 때문에 온수와 바닥사이의 열전달률이 줄
어들어 비효율적으로 난방이 되는 문제점이 발생
한다. 비효율적인 난방을 해결하기 위해 세관을
통하여 배관에 축적된 이물질을 제거한다.
세관 후 사용자측은 난방배관의 열전달률이 증
가하여 난방시 실내설정온도에 세관 전보다 빨리
도달할 것이며 도달 가능한 최대 실내온도가 세
관 전보다 증가할 것이다. 또한 난방배관의 스케
일과 슬라임이 제거되어 배관 내 저항이 감소한
다. 따라서 난방순환수를 세대에 공급시 소요되
는 펌프동력이 감소할 것이다.
세관 후 사용자측의 회수온도가 감소하면 공급
자측의 회수온도도 감소할 것이다. 회수온도가
감소하면 열수송관을 통해 지역난방수가 회수될
때 열손실량도 감소한다. 그리고 공급되는 지역
공동주택 연구모델은 안양시 비산동에 있는 A
아파트의 9개 동중 1개동을 대상으로 했다. 이
공동주택의 지역난방수 공급측는 G사의 안양사
업소이다. 공동주택은 18층, 72세대로 이루어져
있고 각 세대의 크기는 84㎡로 동일하다. 이 공
동주택은 1992년 6월에 완공되었고 완공 후 전
세대를 대상으로 세관을 시행한 적이 없다. 공동
주택 사용자측 배관에 2-3개월마다 주기적으로
방청제를 투입하였다. 드레인은 방청제를 10-15
회 투입 후 실시하였다. 따라서 배관에 방청제
성분과 슬러지가 많이 형성되어 있을 것으로 판
단된다.
2.2 판형 열교환기
지역난방수 공급자측과 사용자측 난방순환수의
열교환시 사용된 열교환기는 판형 열교환기이다.
판형 열교환기에서 가열유체와 피가열유체의 유
Fig. 1
- 243 -
Schematic Diagram of Flow in Plate
Type Heat Exchanger.
Table 1 Performance of heat exchanger
Heat conductivity
7.98 kW/㎡·℃
Heat transfer surface
8.32 ㎡
Number of plate
32
3. 시험방법
3.1 시험 대상
로의 개략적인 모습을 Fig. 1에 나타내었다. 본
연구에 쓰인 판형 열교환기는 32장의 전열판으로
구성 되어 있다. 각각의 전열판 사이에는 전열판
을 기준으로 공급자측 유로와 사용자측 유로가
교대로 형성된다. 이때 공급자측과 사용자측의
유로의 방향은 전열판을 기준으로 서로 반대가
된다.(2) 공급열량 계산에 필요한 판형 열교환기의
열관류율과 전열면적은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에 쓰인 판형 열교환기의 열관류율은
7.98 kW/㎡·℃이고 전열면적은 8.32 ㎡ 이다.
2.3 열수송관
지역난방수 수송에 쓰이는 열수송관은 강관
(SPPS38E)을 폴리우레탄폼(PUR)과 고밀도폴리
에틸렌(HDPE)으로 단열한 이중보온 배관이다.
지역난방수 이송에 쓰이는 열수송관의 규격은 강
관의 내경이 400mm인 400A 이다. 400A 열수송
관의 총열저항 계산에 필요한 배관의 규격 및 열
(3)
전도도를 Table 2에 나타내었다.
외경은 강관,
폴리우레탄폼, 고밀도폴리에틸렌의 순으로 406.4mm,
550.2mm, 560mm 이고 두께는 6.4mm, 71.9mm,
9.8mm 이고 열전도도는 76 W/m·K, 0.03 W/m·K,
0.43 W/m·K 이다.
Table 2 Standard of insulated pipe
Inner
tube
Material
SPPS38E
Logging
material
PUR
Outer
tube
HDPE
External
diameter
(mm)
406.4
550.2
560
Thickness
(mm)
6.4
71.9
9.8
Coeffcient
thermal
conductivity
(W/m·K)
76
0.03
0.43
한 세대의 세관으로 인한 효과가 전세대의 세
관으로 인한 효과와 유사하다고 할 수 있다. 이
는 완공 후 대부분의 세대가 세관을 실시하지 않
아서 각 세대의 배관 오염상태는 각 세대마다 유
사할 것으로 판단되기 때문이다.
시험대상은 60대 부부와 40대 부부가 거주하고
있는 15층의 한 세대로 정하였다. 이 세대의 난
방설비는 거주자가 직접 온수분배기의 밸브를 조
작하여 수동으로 난방을 조절하는 방식이다. 난
방이 필요한 경우, 온수분배기의 밸브를 완전히
개방하여 난방을 하고 외출시에는 난방을 하지
않는다. 난방시간은 오전과 오후에 1회 1-3시간
씩, 하루에 약 2-6시간 한다. 점심 또는 저녁에
약 1시간 환기를 한다.
3.2 온도측정
세관의 효과를 분석하기 위해 세대의 난방순환
수 온도를 측정하였다. 2월10일부터 3월22일까지
40일동안 난방순환수 온도를 측정하였고 3월2일
에 세관을 실시하였다.
난방수 온도 측정위치는 난방순환수의 유입과
회수가 이뤄지는 온수분배기의 배관이다. 세대로
유입된 난방순환수는 온수분배기에서 난방배관을
따라 각 방으로 공급된다. 세대 내에 공급되는
난방순환수의 온도를 측정하기 위해 온수분배기
의 배관 중 실내로 공급되는 배관에 열전대를 설
치하여 공급 온도를 측정하였다. 세대에서 회수
되는 난방순환수의 온도를 측정하기 위해 온수분
배기의 배관 중 온수가 실내에서 온수분배기로
회수되는 배관에 열전대를 설치하여 회수 온도를
측정하였다. 난방배관의 경로와 온수분배기의 개
략적인 위치를 Fig. 2에 나타내었다. 온수분배기
에 설치된 열전대는 데이터로거에 연결되고 열전
대에서 2초마다 측정된 온도는 데이터로거에 저
장된다.
3.2 세관
- 244 -
Fig. 3 Temperature of Supply and Return.
Fig. 2 Location of Heating Water Temperature
Measurement and Pipe.
본 연구에서 사용된 세관장비는 IPC(impact
pulse pipe cleaning) 배관세척기이다. IPC 배관세
척기는 배관 내부에 압축공기를 발사, 충격파를
발생시켜 배관 내부의 스케일이나 이물질 등을
제거하는 장치이다.(4)
IPC 배관세척기를 이용한 세관 과정은 다음과
같다. IPC 배관세척기를 난방분배기에 연결하기
전에 온수분배기의 밸브를 완전 개방하여 각 실
의 난방배관에 IPC 배관세척기에서 나오는 고압
의 공기와 물의 혼합유체가 공급될 수 있도록 한
다. 혼합유체가 나오는 IPC 배관세척기의 토출관
을 온수분배기의 난방수 공급측에 연결한다. 세
관 후 배출되는 물을 버릴 수 있도록 온수분배기
의 난방수 회수측에 배출관을 연결한다. IPC 배
관세척기는 배관내로 압축공기와 물이 혼합된 유
체를 0.20초 간격으로 6초 동안 발사하고 6초 동
안 정지하도록 작동시켰다. 세관에 소요된 시간
은 약 40분이다.
4. 측정결과
4.1 공급-회수 온도차이 변화
Fig. 3는 2월22일 21시부터 2월23일 21시까지
세대의 난방순환수 공급 온도와 회수 온도의 변
화를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 난방 중 공
급온도와 회수온도는 지속적으로 상승한다. 난방
중에 공급온도와 회수온도는 계속 변하므로 난방
시간에 따라 평균 공급 온도와 평균 회수 온도는
달라진다.
난방시간에 따라 평균 난방순환수 공급-회수
온도차이가 변하는 것을 고려하기 위해 난방시작
후 1시간동안 측정한 난방순환수 온도의 평균값
을 대표값으로 사용하였다. 공급온도와 회수온도
의 대표값은 식 (1)과 같이 난방시작 후 1시간동
안 데이터로거에 측정된 온도의 평균값으로 정의
하였다.








   


(1)
여기에서  은 난방시작 후 1시간 동안 데이터
수이다. 측정데이터 중 일사에 의한 영향을 배제
하기 위해 낮 시간대의 측정데이터는 제외하였으
며, 날씨에 따른 영향을 줄이기 위해 눈이나 비
가 오는 날의 측정데이터도 제외하였다. 따라서
눈이나 비가 오지 않은 밤 시간 측정데이터를 이
용하여 세대의 외기온도에 따른 공급-회수 온도
차이는 구하였으며 세관 전후 공급-회수 온도차
(5)
이의 변화를 Fig. 4에 나타내었다.
공급-회수 온도차는 평균적으로 세관 전 약 1
2℃, 세관 후 16℃이다. 세관 전후 공급-회수 온
도차이는 약 4℃ 증가한 것으로 나타났다. 세관
전후 난방순환수 공급온도는 유사했지만 회수 온
도는 세관 전후 약 3-5℃ 변화하였다. 공급-회수
온도차이 증가는 회수 온도의 감소와 같다. 세대
의 회수온도는 세관 후 약 4℃ 감소하였다.
- 245 -
  


    
    
 
Fig. 4 Differance of Supply and Return Temperature
by Flushing.
4.2 판형 열교환기 공급, 회수 온도
세관 전 판형 열교환기의 공급, 회수 온도는
판형 열교환기에 부착된 온도계를 보고 기록하였
다. 세관 전 공급자측의 공급온도는 100℃ 이고
회수온도는 67℃ 이다. 사용자측의 공급온도는
62℃ 이고 회수온도는 38℃ 이다.
5. 결과분석
5.1 열공급용량
난방배관의 슬러지로 인해 열전달이 잘 되지
않는 상황에선 열량을 충분히 공급해 주기 위해
지역난방수의 유량을 증가시키거나 공급온도를
올리는 방법이 있다. 하지만 세관을 통해 지역난
방수의 유량을 추가하거나 공급온도 상승 없이도
열공급을 증대시킬 수 있다.
세관 결과, 세대의 회수온도가 4℃ 감소하였다.
이와 같이 공동주택의 다른 세대도 유사한 효과
가 나타날 것이다. 따라서 전 세대가 세관을 할
경우 사용자측의 회수온도는 약 4℃ 감소할 것으
로 판단된다.
식 (2)는 지역난방수에서 난방순환수로 공급된
열량과 지역난방수가 잃은 열량과 난방순환수가
얻은 열량을 나타낸다. 지역난방수에서 공급된
열량은 지역난방수가 잃은 열량과 같고 난방순환
수가 얻은 열량과 같으므로 식 (2)의 열량은 모
(6)
두 동일하다.
 
 
 

(2)

 
      
  
 
  

 , , ,
여기서 
 ,,  및  는 각각 열
량, 전열판의 열관류율, 전열면적, 대수평균 온도
차, 유량 그리고 비열을 의미한다. 식 (2)를 이용
하여 세관 전 열량과 유량을 구하면 세관 전 지
역난방수에서 난방순환수로 공급되는 열량은 약
1500 kW 이고 공급자측 유량은 46 kg/s, 사용자
측 유량은 63 kg/s 이다. 세관 전후 공급자측과
사용자측의 유량이 동일하다고 가정할 경우, 식
(2)를 이용하여 세관 후 공급자측 회수온도를 구
하면 회수온도는 62℃ 가 되며 지역난방수에서
난방순환수로 전달되는 열량은 약 1500 kW에서
약 1760 kW로 증가되었다. 세관 전후 공급자측
과 사용자측의 공급온도는 변화 없지만 세관 후
공급자측과 사용자측의 회수온도는 각각 5℃,
4℃ 감소했다. 세관 전후 온도와 열량의 변화를
Table 3에 나타내었다.
공급자측에서 사용자측으로 열량 공급을 증가
시키기 위해 지역난방수의 유량이나 공급온도를
증가시키지 않아도 세관 후 동일한 지역난방수의
온도와 유량으로 공급자측에서 사용자측으로 열
량을 약 260 kW 더 공급할 수 있다.
5.2 열손실
Table 3 Temperature before flushing and after
flushing
- 246 -






Before flushing
After flushing
100℃
100℃
67℃
62℃
62℃
62℃
38℃
34℃
1500 kW
1760 kW
지역난방수의 회수온도가 5℃ 감소하면 지역난
방수 회수시 열손실도 감소할 것이다. 지역난방
수 회수시 열수송관에서 발생하는 열손실량은 식
(7)
(3)을 이용해서 구할 수 있다.

  



(2) 세관 후 지역난방수의 회수온도가 67℃ 에
서 62℃로 감소하면 지역난방수 회수시 열수송관
의 열손실은 1km당 약 40.1 kW 에서 약 37.1
kW로 3.0 kW 감소하였다.
참 고 문 헌
(3)
1.
여기서  , 
및 
는 각각 배관내 온도,
배관주변 온도 그리고 총열저항을 의미한다. 열
수송관 주변 온도는 판형 열교환기의 지역난방수
와 난방순환수의 온도를 측정한 2월 15일의 토양
온도인 0℃로 하였다. 400A 열수송관의 총 열저
항 1.67 ℃/W 이다. 식 (3)을 이용하여 1km 당
열손실량을 구하면 세관 전 회수되는 지역난방
수의 온도가 67℃이고 외부온도가 0℃일 경우 열
손실량은 1km 당 40.1 kW 이다. 세관 후 회수되
는 지역난방수의 온도가 62℃이고 외부온도가
0℃일 경우 열 손실량은 1km 당 37.1 kW 가 된
다. 따라서 열수송관의 1km 당 열손실량은 40.1
kW에서 37.1 kW로 3.0 kW 감소한다.
2.
3.
4.
5.
6. 결론
본 연구에서는 공동주택의 난방배관 세관 전후
의 난방수 온도를 측정 및 분석하여 세관이 지역
난방 공급자측에 미치는 효과에 대해 다음과 같
은 결론을 얻었다.
(1) 세관 전후 공급자측과 사용자측 유량이 동
일하고 세관 후 사용자측 회수온도가 약 4℃ 감
소하면 지역난방수의 유량이나 온도를 증가시키
지 않아도 사용자측에 공급되는 열량은 약 1500
kW 에서 약 1760 kW 로 260 kW 증가한다.
6.
7.
- 247 -
Seung-kye Ha., 2006, The Decrease of
Return Temperature by Improvement of the
Consumer's Control System in District
Heating. Proceeding of the SAREK., pp.
245-247.
Jae-Hong Park., 2009, Characteristics and
Applications of Plate Type Heat Exchanger.
ISSN, Vol. 33, pp. 801-802.
Choi Bong-Hyuck., 2008. A Study on
Engineering Characteristic and Stability of
Pre-Insulated Pipe. Proceeding of the
KSCE., pp. 3070-3071.
Chung-Sik Cho., 2000, Applicaation of the
High Pressure Piping Flushing System.
Proceeding of the SAREK., pp. 786-788.
Yoo-Won Park., Analysis of Heating Energy
in a Korean-Style Apartment Building 3:
The Effect of Room Condition Setting.
Proceeding of the SAREK., pp. 724-726.
Chan-Mun Lee., 1997. Thermodynamic
Analysis on the Multipass Plate Heat
Exchanger. Proceeding of the SAREK., pp.
101-102.
Yunus A. Cengel., 2003, Heat Transfer, 2nd
ed., McGraw-Hill Korea, pp. 127-138.