현재 중국의 도시화 속도가 점점 더 빨라짐에 따라 토지 자원이 점점 부족해지고 있으며, 건설 프로젝트는 전반적으로 고층 빌딩 건설 방향으로 진행되고 있습니다. 고층 빌딩의 급수 시스템에서 안정적이고 안전한 급수, 그리고 에너지 절약 및 환경 보호는 급수 시스템 설계의 핵심 연구 주제로 떠오르고 있습니다.
많은 건설사들이 비부압 급수 기술을 활용하여 고층 빌딩의 급수 문제를 효과적으로 해결해 왔습니다. 동시에 전압 안정화, 주파수 변환 등의 기술을 활용하여 급수관의 안정적인 운영을 보장하고 지능형 급수를 실현했습니다. 본 논문에서는 이러한 점을 바탕으로 고층 빌딩 급수 시스템에 비부압 급수 기술을 적용한 사례를 분석하여 업계 전문가들에게 참고 자료를 제공하고자 합니다.
도시 상수도망의 급수압은 일반적으로 0.3MPa 미만으로, 고층 건물 사용자의 용수 수요를 충족시키기 어렵습니다. 또한, 2차 오염 발생 가능성이 높고 넓은 지붕 공간을 차지하는 경우가 많아 기존의 고층 물탱크는 사람들의 삶의 질에 대한 요구를 충족하기 어렵습니다. 따라서 기존 고층 건물 급수 설계에서는 설계자들이 지하 물탱크와 가변 주파수 펌프 그룹을 결합한 급수 방식을 채택하여 구역별 급수를 구현하는 경우가 많습니다. 현재 에너지 절약 및 환경 보호라는 건축 개념을 바탕으로, 사용자에게 더욱 효율적이고 빠른 급수 서비스를 제공하기 위해 급수 방식을 개선하고 혁신해야 합니다. 이를 바탕으로, 다년간의 건물 급수 설계 및 시공 경험을 바탕으로, 고층 건물 급수 시스템에서 비부압 급수 기술의 적용을 주로 분석합니다.
1. 비음압 급수 기술이란?
비부압 급수 기술은 도시 급수 시스템에서 흔히 사용되는 기술 중 하나입니다. 이 기술은 주로 주파수 변환 기술을 사용하여 도시 급수관의 압력을 높여 고층 건물 사용자의 급수 수요를 충족하는 것을 목표로 합니다. 저수지를 건설하는 기존의 급수 방식과 달리, 비부압 급수 시스템은 급수관에 직접 연결되어 저수지의 저수 및 급수 연결 고리를 없애고 에너지 소비를 줄입니다. 비부압 급수 기술의 압력 안정화 및 보상 기술은 급수망의 압력을 안정화하고, 지능형 제어 기술은 실시간으로 네트워크를 모니터링하여 시간과 노력을 절약할 뿐만 아니라 지능형 수압 조절을 통해 지속적인 급수를 보장합니다. 시스템 사용 전에 시공 담당자는 실제 용수 사용 상황에 따라 압력 안정화 값을 설정하고, 해당 미세 조정 기술을 사용하여 수압을 제어해야 합니다. 이를 통해 과도한 수압으로 인한 급수 문제를 방지하고 사용자의 정상적인 생활에 지장을 주지 않도록 합니다. 또한, 비음압 급수 시스템은 진공 보상 기술을 채택하여, 즉 완전 폐쇄형 직렬 연결을 통해 불순물이 급수망에 섞이는 것을 방지하여 수돗물 파이프라인 막힘, 음용수 품질 저하 등의 문제를 방지합니다.
2. 비음압 급수 장비의 종류
2.1. 밀폐형 비음압 급수 장비
밀폐형 비음압 급수 장비는 스테인리스 스틸 용기를 사용합니다. 기술자는 일반적으로 수질의 2차 오염을 방지하기 위해 모터, 워터 펌프 및 기타 장비를 완전히 밀봉합니다. 또한, 이러한 유형의 장치는 계단통이나 지하수 풀과 같은 장소에 흔히 사용되며, 설치 공간이 적고 간편하며 빠르다는 장점이 있습니다. 단, 스테인리스 스틸 용기의 저장 용량이 제한되어 있어 도시 공공 배관망이 단선될 경우, 일정 기간 가동 후 장비가 정지될 가능성이 높다는 단점이 있습니다.
2.2. 유량조절탱크형 무부압 급수장치
유량 조절 탱크형 비자압 급수 설비는 물 펌프 앞에 조절 가능한 유량 조절 밸브를 설치하여 수압과 물의 양을 조절하는 목적을 달성함으로써 도시 공공 급수 시스템에 미치는 영향을 줄입니다.
2.3. 조절형 물탱크형 비음압 급수장치
조절식 물탱크형 비부압 급수 장치는 조절식 물탱크를 갖추고 있어, 물탱크와 급수 펌프의 병렬 연결 및 전자 제어 장치의 조정을 통해 물탱크 내 수원을 하루 두 번 순환시켜 수질을 보장합니다. 이 장치의 작동 원리는 다음과 같습니다. 급수망의 수량 및 수압 조건이 요구 사항을 충족하면 도시 급수망에서 직접 물을 공급하고, 조건을 충족하지 못하면 조절식 물탱크에서 직접 물을 취수합니다. 따라서 도시 급수관로가 불안정할 경우, 고층 건물 설계자는 조절식 물탱크형 비부압 급수 시스템을 선택할 수 있습니다.
3. 비음압 급수 기술의 원리와 장점
3.1. 비음압수 공급기술의 원리
비음압 급수 장치는 가압 급수 장치로 볼 수 있습니다. 이 장치를 사용할 때, 시공자는 장치를 급수망에 연결하여 도시 급수망의 잔류 압력을 최대한 활용하여 계단식 직렬 급수 시스템을 형성하고, 이를 통해 네트워크 압력이 설정된 보호 값에 도달하도록 해야 합니다. 비음압 급수 장비를 사용할 때, 시공자는 2차 가압 급수의 작동 조건을 고려하여 음압 문제를 방지하고, 안전하고 안정적인 급수를 보장하며 주변 사용자의 정상적인 용수 사용에 미치는 영향을 줄여야 합니다. 새로운 비음압 급수 시스템은 첨단 전기 기계 제어 기술을 통합한 첨단 장비 시스템입니다. 도시 급수망에 용수 부족이 발생할 경우, 시스템의 주요 기술 원리는 다음과 같습니다.
- 음압 방지: 시스템은 자동으로 진공 조절 밸브를 열어 안정된 전류 보상 시스템으로 외부 공기를 주입하여 음압 및 기타 현상을 방지합니다.
- 제어 및 제한 흐름: 시스템의 압력 센서는 모니터링된 신호에 따라 물의 양을 적절히 제한하여 물 펌프가 물을 과부하하지 않도록 합니다.
- 압력 조절: 시스템은 자동으로 정압 급수 모드로 전환되며, 압력이 정상으로 돌아오면 자동으로 가변 주파수 모드로 전환됩니다. 동시에, 시스템은 비음압 급수 장비를 사용하여 전체 급수망의 유량 조절 및 저장을 실현할 수 있습니다.
3.2. 비음압 급수기술의 장점
- 2차 오염 방지: 비음압 급수 장비는 일반적으로 밀봉성이 높아 미생물의 침입이 쉽지 않습니다. 2차 오염을 유발하지 않으며 누수 문제 발생을 크게 줄입니다.
- 에너지 절약에 도움이 됩니다: 비음압 급수 시스템은 도시 급수망에 직렬로 직접 연결되어 급수 및 급수 과정에서 발생하는 에너지 소비를 효과적으로 줄입니다. 가변 주파수 기술의 도움을 받으면 기존 급수 시스템과 비교하여 이 시스템은 에너지 소비를 거의 절반으로 절감할 수 있습니다.
- 높은 운영 효율성과 낮은 관리 비용: 비음압 급수 시스템은 기계화 수준이 높아 관리 비용을 증가시키지 않고도 직원의 관리 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
- 투자비용을 효과적으로 절감: 기존의 급수 방식은 새로운 수영장이나 고수위 저수조를 건설해야 하는데, 이는 비용이 많이 들고 일반적으로 넓은 지붕 공간이 필요합니다. 그러나 비음압 급수 기술은 이러한 문제를 효과적으로 해결합니다.
- 높은 수준의 자동화: 비부압 급수 기술은 비부압 배관망에 가압을 가하여 급수를 안정화합니다. 지능형 시뮬레이션 기술을 활용하여 수량을 자동으로 제어하고, 과압, 과전류, 과부하, 물 부족 등 특수 상황 감지 시 자동으로 음성 경보를 울립니다. 또한, 비부압 급수 시스템은 고객 맞춤형 원격 모니터링 서비스를 지원하며, 고객의 요구에 따라 중앙 모니터링 센터를 구축하여 급수 펌프의 전류, 전압, 입출구 급수관 압력, 급수 펌프 주파수 등을 24시간 모니터링합니다. 모니터링 센터를 통해 장비를 가동 및 정지할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 소프트 장애를 원격으로 처리하여 관리 및 유지보수 시간을 크게 단축할 수 있습니다.
4. 비음압 급수 기술 적용 단계별 주의사항
4.1. 디자인 단계
고층 빌딩의 급수 시설과 도시 상수도망 간의 연결 설계는 비부압 급수 시스템 설계의 핵심입니다. 따라서 설계자는 급수 장비, 급수 펌프, 그리고 도시 상수도망 간의 연결에 집중하여 에너지 절약과 효율적인 부압 급수 문제 제어를 달성하고 사용자 용수 수요를 확보해야 합니다.
수돗물이 비부압 급수 시스템의 조절 탱크로 유입되면 진공 억제 장치가 물탱크 내 가스를 배출합니다. 조절 탱크에 물이 차면 진공 억제 장치는 자동으로 작동을 멈춥니다. 또한, 건물의 용수 수요와 배관 압력이 사용 요건을 충족하는 경우, 설계자는 급수에 바이패스 체크 밸브를 사용할 수 있습니다. 만약 바이패스 밸브가 요건을 충족하지 못할 경우, 비부압 급수 시스템의 압력 컨트롤러, 센서, 전력계 등이 해당 신호를 물펌프에 보내 물펌프를 작동시키고 작동을 시작합니다.
워터 펌프 작동 중 파이프라인의 물 흐름이 워터 펌프의 물 흐름보다 적을 경우, 설계자는 실제 상황에 따라 워터 탱크의 물량을 합리적으로 조절해야 합니다. 이때 외기가 진공 댐퍼로 유입되어 파이프라인의 압력을 낮춥니다. 물 소비량이 최고치를 지나면 파이프라인 네트워크의 물량도 재분배됩니다. 파이프라인의 물량이 워터 펌프의 물량을 초과하면 급수 시스템은 원래 작동 상태를 유지합니다. 조절 탱크의 수위가 계속 낮아지면 수위 컨트롤러가 경보를 울리고 워터 펌프 작동을 중단합니다.
고층 건물에서 물 소비량이 낮은 경우, 설계자는 소형 디퓨저를 사용하여 물을 공급할 수 있습니다. 즉, 특정 작동 주파수를 유지하여 워터 펌프의 작동 헤드를 확보함으로써 물 공급을 확보할 수 있습니다.
4.2. 준비 단계
비부압 급수 기술은 고층 건물 내부의 급수 구조를 개선하여 급수 시스템이 각 층의 물 수요를 충족할 수 있도록 합니다. 비부압 급수 기술을 사용하기 전에 기술자는 각 지역의 급수관을 면밀히 분석하여 급수 범위를 파악하고, 배관이 지속적으로 물을 공급할 수 있도록 해야 합니다. 또한, 펌프 위치, 거주자 수, 급수 지점 등의 정보를 명확히 하여 압력 안정화 값을 합리적으로 설정하고 사용자에게 최상의 급수 환경을 조성해야 합니다. 또한, 주택의 구조와 거주 공간을 면밀히 조사한 후, 실제 상황과 이론값을 비교하여 관련 장비의 수명, 에너지 소비량, 해당 지역의 수질 등 다양한 요소를 분석하여 친환경적이고 과학적이며 비용 효율적인 시공 계획을 수립해야 합니다. 또한, 관련 장비가 현장에 반입되기 전에 장비의 품질을 엄격하게 검토하여 장비 품질 문제로 인한 급수 시스템 고장 등의 문제를 방지해야 합니다.
4.3. 건설 단계
비음압 급수 장비의 정상적이고 안정적인 작동을 보장하기 위해, 장비 설치 전 시공 인력은 워터 펌프 내부의 단단한 이물질을 꼼꼼히 점검하고 청소하여 장비 작동 중 임펠러, 펌프 본체 등이 손상되는 것을 방지해야 합니다. 또한, 배관 설치 과정에서는 워터 펌프에 무게 압력을 가하여 워터 펌프의 변형을 방지하고 정상적인 작동에 영향을 주어서는 안 됩니다. 장비 설치 후 시공 인력은 워터 펌프 시동 시 진동으로 인한 워터 펌프의 안정성 저하를 방지하기 위해 앵커 볼트를 제때 조여야 합니다. 또한, 시공 인력은 워터 펌프의 입출구 배관에 조절 밸브를 설치하고, 워터 펌프의 출출구 배관에 압력계를 설치하여 관련 관리 인력이 언제든지 워터 펌프의 작동 상태를 점검하거나 조정하여 워터 펌프의 정상적인 작동을 보장할 수 있도록 해야 합니다. 최초 사용 전에 시공 담당자는 비부압 급수 시스템 전체를 철저히 청소, 퍼징 및 기타 처리 작업을 수행하여 펌프 본체에 먼지가 섞여 장비 손상을 유발하는 것을 방지해야 합니다.
비부압 급수 장비가 정식 가동된 후, 관리 담당자는 워터 펌프 및 모터 베어링 부품의 온도를 자주 점검하고 정기적으로 윤활해야 합니다. 검사 과정에서 베어링에서 이상음이 발견되면 관리 담당자는 즉시 원인(예: 장비 앵커 볼트 풀림, 워터 펌프 패킹에서 떨어지는 물방울의 양호 여부 등)을 파악하고 적시에 처리해야 합니다. 동시에 관리 담당자는 비부압 급수 장비의 배관 시스템을 정기적으로 수리 및 유지 관리하고, 저수조에서 고압 저장조로 연결되는 배관, 배관망 전체 배출구 등에 누수가 있는지 주의 깊게 점검해야 합니다. 누수가 있는 경우 적시에 처리해야 합니다.
5. 고층 건물 급수 시스템에 비음압 급수 기술 적용을 위한 핵심 사항
5.1. 비음압 급수 시스템의 과학적 선정
- 모든 고층 건물에 비부압 급수 설비 설치가 적합한 것은 아닙니다. 관련 설계자는 건물의 실제 상황을 고려하여 신중하게 선택해야 합니다.
- 비부압 급수 설비는 조정 용량이 비교적 작기 때문에 도시 상수도 시스템에 상대적으로 의존하며, 수압 조건이 좋지 않고 유량 및 수압을 보장할 수 없는 교외 지역에는 적합하지 않습니다.
- 비부압 급수 시스템의 정상 작동은 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력 공급과 불가분의 관계에 있습니다. 따라서 전력 공급 조건이 좋지 않은 곳에서는 비부압 급수 시스템 사용이 제한됩니다.
- 독성 물질 및 화학 제품을 생산하고 도시 배관망 관리에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있는 산업용 건물은 비부압 급수 시스템을 사용해서는 안 됩니다.
5.2. 비음압 배관망 중첩 이송장비 설계 및 선정 및 배관망 설정
고층 건물의 급수 시스템 설계 시, 설계자는 건물 높이와 피난소 층의 실제 배치에 따라 직렬 급수 펌프실을 유연하게 선택해야 합니다. 선택 원칙은 상부 급수 구역의 요건을 충족하면서도 이송 네트워크에 과도한 압력을 가하지 않아야 한다는 것입니다. 피난소 층의 배관망 스태킹 장치는 고층 생활용수 구역과 분리되어야 합니다. 설계자는 각 구역에 배관망 스태킹 장치를 설치하고, 설계 2차 유량에 따라 각 장치의 펌핑 횟수를 선택할 수 있습니다. 건물이 직렬 조합 공간인 경우, 각 구역의 스태킹 장치의 해당 압력 수준은 해당 공간의 급수 압력에 따라 결정되어야 합니다. 이송 펌프를 선택할 때 설계자는 각 구역의 총 유량을 명확히 하여 주파수 변환을 통해 제어할 수 있도록 해야 합니다. 동시에, 야간 저유량 용수 수요를 충족하기 위해 이송 펌프에 소형 수중 펌프와 공기압 박스를 구성해야 합니다. 이송 네트워크와 관련하여 저자는 링 급수 시스템 사용을 권장합니다. 즉, 각 구역의 스태킹 장치가 링 네트워크를 통해 균등하게 펌핑됩니다. 이 방법은 제어 링크를 간소화하고, 각 구역에 별도의 이송 장치가 설치되는 상황을 방지하며, 건물 내 총 배관 수를 효과적으로 줄이고 바닥 공간을 절약할 수 있습니다. 또한, 이송 펌프 그룹에는 여러 대의 예비 급수 펌프가 미리 장착되어 있어 이송 펌프가 고장 나더라도 시스템의 정상적인 급수에 영향을 미치지 않으며, 유지보수 담당자가 고장에 대처할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있습니다.
5.3. 기술적, 경제적 요소에 대한 종합적 고려
비부압 급수 기술을 도입할 때, 건설 회사는 건설 비용, 운영 비용 등 기술 관련 재무적 요소를 충분히 고려하고 기술적 요소와 경제적 요소의 균형을 맞추도록 노력해야 합니다. 이와 관련하여, 건설 회사는 경제적 이익의 관점에서 시작하여 단일 고수위 저수조, 급수 펌프, 급수 가압 탱크, 지하 저수조, 정압 가변 주파수 펌프, 중첩 급수 장비, 비부압 급수 장비 등의 투자 비용과 이익을 종합적으로 비교함으로써 비부압 급수 기술의 장점을 최대한 활용하는 동시에 투자 비용을 최소화할 수 있습니다.
6. 결론
요약하자면, 건설 산업의 급속한 발전 속에서 고층 빌딩의 증가 추세가 두드러지고 있으며, 급수 설계 강화 및 급수 압력 제어 방안이 현재 급수 시스템 설계의 핵심 연구 주제로 부상하고 있습니다. 따라서 건설사 및 관련 종사자들은 비부압 급수 기술의 적용 분야를 심화하여 급수 설계 및 시공 계획의 합리성과 과학성을 확보하고, 궁극적으로 고층 빌딩의 안전하고 지속 가능한 급수를 확보해야 합니다.
