설비 기초

물과 열의 기초 — 설비가 쓰는 낱말들

미학습

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건축설비는 물과 열을 다루므로 그 기초 개념이 모든 계산의 바탕이 된다. 현열은 온도를 올리거나 내리는 열이고 잠열은 온도는 그대로 둔 채 상태를 바꾸는 열이다. 물을 끓는점까지 데우는 데 드는 현열보다 그것을 모두 증발시키는 데 드는 잠열이 다섯 배 넘게 커서, 냉방이 제습을 겸할 때 부하가 크게 늘어난다. 비열은 1kg을 1K 올리는 데 드는 열로 물질의 성질이고, 열용량은 그 물체 전체를 1K 올리는 데 드는 열이라 질량이 곱해진다. 온도의 단위는 켈빈 = 섭씨 + 273.15이며 459.7은 화씨용 숫자다. ppm은 백만분의 일(per million)이다. 물의 성질에서 4℃에서 밀도가 가장 크다는 점이 중요하며, 얼면 부피가 늘어 밀도가 작아지므로 얼음이 물 위에 뜨고 배관 안의 물이 얼면 관을 밀어 터뜨린다. 흐름에서는 유량 = 단면적 × 유속(Q = A·v)이라 같은 유량에서 관이 굵으면 느려지고, 정지한 물에서 임의의 점의 압력은 모든 방향으로 같다. 마찰손실수두는 h = f·(L/d)·(v²/2g)로 다섯 인자 가운데 유속만 제곱으로 들어간다.
설비의 계산은 단위를 맞추는 데서 절반이 갈린다. 관경이 mm로 주어지면 m로 고쳐야 하고, 열량이 kJ이면 시간으로 나눠야 kW가 된다. 그리고 마찰손실에서 유속만 제곱이라는 사실 하나가 설계의 방향을 정한다 — 유속을 조금만 낮춰도 손실이 크게 줄지만 같은 유량을 보내려면 관을 굵혀야 하므로, 관 값과 펌프 전력비를 맞바꾸는 것이 배관 설계의 본질이 된다.
  1. 현열은 온도를, 잠열은 상태를 바꾸며 잠열이 훨씬 크다.
  2. 비열은 단위 질량 기준, 열용량은 물체 전체 기준이다.
  3. 켈빈 = 섭씨 + 273.15이며 ppm은 백만분의 일이다.
  4. 물은 4℃에서 밀도가 가장 크고 얼면 부피가 늘어 관을 터뜨린다.
  5. h = f·(L/d)·(v²/2g) — 다섯 인자 가운데 유속만 제곱이다.
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1기압 하에서 순수한 물의 온도를 4 ℃에서 100 ℃로 높이면 체적은 약 4.3 % 팽창한다.

1기압에서 물을 4 ℃에서 100 ℃로 올리면 체적이 약 4.3 % 늘어난다 — 급탕설비에 팽창탱크를 두는 까닭이다.

2025년 제28회 61번 문제 보기 →
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물질을 가열이나 냉각했을 때 상변화없이 온도변화에만 사용되는 열량을 현열이라고 한다.

상태가 바뀌지 않고 온도만 올리는 데 쓰이는 열이 현열이고, 온도는 그대로인 채 상태를 바꾸는 데 쓰이는 열이 잠열이다.

2025년 제28회 61번 문제 보기 →
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농도를 나타내는 단위인 ppm은 천만분의 일의 양을 의미한다.

ppm은 천만분의 일이 아니라 백만분의 일(parts per million)이다. 이름 그대로 million, 곧 100만이 밑자리다.

2025년 제28회 61번 문제 보기 →
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순수한 물은 1기압 하에서 4 ℃일 때 가장 무겁고 부피는 최대가 된다.

4 ℃에서 가장 무겁다는 것은 맞지만 그때 부피는 최소다. 밀도가 가장 크다는 말과 부피가 가장 작다는 말은 같은 뜻이라, 「무겁고 부피는 최대」는 앞뒤가 맞지 않는다.

2022년 제25회 63번 문제 보기 →
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섭씨 절대온도는 섭씨온도에 459.7을 더한 값이다.

459.7은 화씨를 랭킨으로 바꿀 때 더하는 값이다. 섭씨를 절대온도(켈빈)로 바꿀 때는 273.15를 더한다.

2022년 제25회 63번 문제 보기 →
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물체의 상태 변화 없이 온도가 변화할 때 필요한 열량은 잠열이다.

상태가 바뀌지 않고 온도만 오르내릴 때 드는 열은 잠열이 아니라 현열이다. 잠열은 온도가 그대로인 채 상태가 바뀔 때 드는 열이다.

2022년 제25회 63번 문제 보기 →
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열용량은 단위 중량 물체의 온도를 1 ℃ 올리는데 필요한 열량이다.

단위 중량의 온도를 1 ℃ 올리는 데 드는 열량은 비열이다. 열용량은 그 물체 전체를 1 ℃ 올리는 데 드는 열량(질량 × 비열)이다.

2022년 제25회 63번 문제 보기 →
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국부저항은 배관이나 덕트에서 직관부 이외의 구부러지는 부분, 분기부 등에서 발생하는 저항이다.

국부저항은 굽은 곳·갈라지는 곳처럼 직관이 아닌 자리에서 생기는 저항이다.

2021년 제24회 65번 문제 보기 →
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