공조기, 열교환기, 급탕탱크등 증기를 사용하는 열설비에서 사용 압력을 2bar로 설정하는 것은 별도로 정해져 있지는 않습니다.
보일러 운전압력
증기 공급압력은 보일러에서는 보일러 최고사용압력의 80%로 공급하는 것이 가장 경제적이며 효과적입니다.
그 이유는 보일러를 선정할 때 난방부하+급탕부하+배관부하+예열부하를 계산하여 보일러의 크기, 즉 용량을 선정합니다.
보일러의 연속 운전시에는 예열부하가 별도로 들어가지 않지만 일반적으로 상용부하의 20%정도 소비하는 것으로 보기도 하나 제조회사마다 다소 차이가 있습니다.
일반적으로 보일러의 운전압력을 최고사용압력의 50%정도 저부하 운전을 하는 경우가 많습니다. 이것은 아주 잘못된 운전방법입니다.
증기의 압력은 높을수록 좋으며 그 이유는 동일 배관구경에서 수송능력이 상대적으로 좋기 때문입니다.
그렇다면 높은 압력의 증기를 열설비(열교환기 등)에서 사용하면 좋지 않느냐의 반론이 성립되는데 이럴 경우 열설비의 재질과 구조에서 상대적으로 설계가 달라져야 하며 증기가 갖는 또 다른 열의 이용이라는 문제가 따르게 됩니다.
증기의 열교환
증기가 열교환하는 과정에서 우리는 잘못 생각하고 있는 것이 열이 온도에 의한 열전달로 착각하기 쉬우나 증기는 온도의 전달이 아니라 증기가 갖는 증발잠열의 상태변화에서 얻어지는 열이 이용되고 있는 것을 주시할 필요가 있습니다.
증기가 물로 응축되면서 상태변화하는 잠열을 이용하는 것입니다. 증기는 압력이 올라가면 증발잠열은 감소하는 성질이 있습니다. 예로 포화증기표를 보면 1bar는 539kcal/kg 그리고 5bar는 504kcal/kg입니다.
그러므로 열설비 전단까지는 고압으로 이송하여 열교환을 하는 과정에서는 보다 큰 증발잠열을 얻을수 있는 저압으로 공급을 함으로서 효과적인 열을 이용하게 됩니다.
이와 같은 이유로 가장 효과적인 열설비의 증기 공급압력은 2bar로 공급했을때이며 대부분의 열설비의 증기 공급압력을 그렇게 설정하는것입니다.
이것은 일반적인 열교환시에 적용되며 모든 열설비에서 적용되는 것은 아닙니다.
특히 높은 온도를 요구하는 부하에서는 증기의 압력이 갖는 포화온도가 압력이 높을수록 높으므로 각 설비에서 요구되는 압력이 상대적으로 다르기 때문에 증기의 공급압력도 달라져야 합니다.
증기의 포화온도와 증발잠열
증기가 갖는 열량에는 포화온도와 증발잠열이 있는데 각 사용설비에서 어떤 조건이 요구되느냐에 따라 공급압력도 달라집니다.
그렇다면 상대적으로 증기 압력을 아주 낮게 즉 1bar로 공급하면 더 좋지 않을까 하는 생각을 할수가 있지만 입력이 너무 낮으면 열교환 후 응축수가 배출되는 과정에서 원활하게 배출되지 못할수가 있으며 열설비 내부에 체류하는 등 악영향이 나타날수 있습니다.
일반적으로 대기압보다 다소 높은 압력으로 공급하여 열교환을 마친 응축수가 원활하게 배출되도록 하는 것도 하나의 이유가 될수 있습니다.
그렇지 않으면 응축수 배관내의 배압과 증기트랩에서의 배출 등 또 다른 문제가 발생될수 있습니다.
결론적으로 증기의 공급압력은 이송효율, 증발잠열, 포화온도 등 열의 이용효율이 최대로 나타나는 점이 어딘가에 그 초점이 맞춰져야 합니다. 또한 사용하는 부하측 열설비가 요구하는 열량 및 온도에 따라 공급압력이 달라지는 것에도 영향을 받습니다.
이러한 여러가지 문제가 반영되어 정해지며 일반적인 공조기, 급탕탱크 등에서의 고윽ㅂ압력은 2bar가 최적의 압력이라고 볼수 있습니다.
