브리드인 접속방식

왜 배우는가: 지역난방 수요처의 2차 온수 계통은 고온수를 낮춰 쓰는 방식을 알아야 설계와 운전을 맞출 수 있다. 직결식·간접식과 함께 접속방식을 비교하는 문제가 기술사 시험에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제132회 1교시 5번, 제122회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 브리드인 접속방식은 1차 고온수 공급수를 2차 온수 순환계의 환수 측에 직접 혼합하여 2차 공급 온도를 맞추는 접속 방식이다.

핵심 키워드: 브리드인(Bleed-In), 2차측 온수 배관, 고온수 1차 공급, 직접 혼합, 환수 측 흡입, 순환펌프, 공급 온도 조절, 지역난방 열사용 설비

이 절이 다루는 대상은 지역난방 수요처 기계실의 2차 측 온수 계통이다. 1차 측은 열원 플랜트에서 오는 고온수, 2차 측은 건물의 난방·급탕 계통이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 지역난방에서 받은 고온수를 그대로 건물 온수 배관에 보내면 온도와 압력이 너무 높아 설비가 손상되기 쉽다. 그래서 고온수 일부를 2차 측 온수 환수와 섞어 사용 온도를 낮춘다. 이렇게 섞어 넣는 동작이 브리드인이다.

정식 정의는 다음과 같다. 1차 측 고온수 공급관에서 분기한 관을 2차 측 순환펌프의 흡입측, 즉 환수 측에 접속하여 고온 1차수를 2차 환수에 혼입시키는 접속 방식이다. 혼입량은 밸브로 조절한다.

핵심 용어는 다음과 같다. 브리드인은 1차 고온수를 2차 환수에 주입하는 동작이며 그 방식의 이름이기도 하다. 혼합 접속은 열교환기 없이 두 물을 직접 섞는 접속이다. 환수 흡입은 혼합된 물이 순환펌프 흡입측으로 들어가는 흐름이다. 이 세 용어를 답안에 그대로 쓴다.

원리는 질량과 에너지 보존이다. 1차 혼입수 유량을 G1, 온도를 t1, 2차 환수 유량을 G2, 온도를 t2라 하면 혼합 후 온도는 (G1·t1 + G2·t2)/(G1+G2) 이다. 혼입 밸브 개도를 바꾸면 G1이 변하고 혼합 온도가 조절된다.

혼입 방식의 조건은 다음과 같다. 1차 공급압이 2차 흡입측 압력보다 높아야 고온수가 자연스럽게 들어간다. 2차 측 역류를 막기 위해 체크밸브와 조절밸브를 함께 둔다. 혼합 후 온도는 센서로 감지하여 밸브를 제어한다.

3. 등장 배경과 필요성

지역난방은 열원 플랜트에서 만든 고온수를 수요처로 보낸다. 열매체 조건상 고온수는 120℃ 이상으로 분류된다. 이 온도의 물을 건물 내 난방 배관에 바로 쓰면 배관·방열기·밸브의 설계 온도를 넘고, 사용자가 화상 위험에 노출된다. 방열기나 난방 코일은 낮은 온도에서 설계되어 있어 온도 차이가 크면 설비 교체가 필요하다.

이를 해결하는 방법은 세 가지다. 첫째, 직결식은 1차 고온수를 그대로 2차에 보낸다. 설비가 단순하지만 2차 계통이 고온 고압에 노출된다. 둘째, 간접식은 열교환기로 열만 전달해 두 계통을 분리한다. 안전하지만 열교환기 설치비와 설치 공간이 든다. 셋째, 브리드인은 열교환기 없이 고온수를 2차 환수에 혼합해 온도를 낮춘다. 설비가 단순하고 비용이 적다는 점이 등장 배경이다.

브리드인이 필요한 이유는 다음과 같다. 지역난방 공급 온도와 건물 난방 요구 온도의 차이를 메워야 한다. 1차 공급 압력이 높으므로 혼합 후 순환펌프로 2차 계통의 압력을 설계 범위 안에서 관리해야 한다. 또 부하 변동에 따라 공급 온도를 바꿔야 하므로 혼입 유량을 조절할 수단이 필요하다.

브리드인은 열교환기 없이 1차 고온수를 2차 환수에 섞어 공급 온도를 맞추는 가장 단순한 온도 조절 수단이다.

따라서 답안에서는 고온 1차수로부터 2차 설비를 보호하는 목적과 설비비 절감을 배경으로 쓰면 충분하다.

4. 구성요소·원리·절차

브리드인(Bleed-In) 접속방식은 고온수 배관계통의 2차측 난방 루프에 1차측 열원의 고온수를 혼합 접속(Bleed-In) 으로 끌어들여 공급온도를 낮추는 방식이다. 2차측 순환펌프가 1차측 고온수를 2차측 관내로 흡입하도록 배치하고, 2차측 환수와 섞어 설계 공급온도를 맞춘다. 핵심 구성요소는 다음과 같다.

고온수 배관은 열매체 온도가 120℃ 이상이므로 고온수 설계 온도 와 압력 조건을 함께 봐야 한다. 열수송 배관의 열매체 조건은 고온수 120℃ 이상, 중온수 100~120℃, 저온수 100℃ 이하로 구분된다.

원리는 질량·에너지 보존이다. 혼합 후 2차 공급온도 T_s 는 다음 식으로 구한다.

$T_s = \frac{m_1 T_1 + m_2 T_2}{m_1 + m_2}$

여기서 m_1 은 1차 고온수 유량(kg/s), T_1 은 1차 고온수 온도(℃), m_2 는 2차 환수 유량(kg/s), T_2 는 2차 환수 온도(℃)다. 혼합 비율을 조절하면 2차 공급온도를 설계값으로 맞출 수 있다. 유량 혼합에 따라 2차 순환펌프 양정과 관 저항이 함께 변하므로 펌프 선정 시 두 조건을 같이 검토한다.

절차는 다음과 같다.

• 1차 고온수 공급온도와 2차 설계 공급·환수온도를 정한다.
• 부하 기준으로 2차 유량 m_2 를 산정한다.
• 혼합 식으로 필요한 1차 유량 m_1 을 구한다.
• Bleed-In 관경과 바이패스 위치를 정하고 펌프를 선정한다.
• 팽창탱크 용량과 공기빼기 위치를 정하고 제어밸브를 설치한다.
• 시운전에서 혼합 후 2차 온도와 유량을 측정해 설계값과 비교한다.

도식은 혼합 흐름을 보인다.

5. 관련 법령·기준·표준

Bleed-In 접속방식 자체를 정한 법령 조문은 확인된 것이 없다. 고온수 열배관은 지역난방 열공급 설비로서 열수송 배관의 열매체 조건과 설계 기준을 따른다. 기준 수치는 아래 표로 정리한다.

고온수 배관의 압력은 열매체 온도에 따른 포화압력 이상으로 유지해야 한다. 이는 포화압력 이상 가압 조건으로 정리하며, 팽창탱크와 안전밸브로 확보한다. 공급·환수 온도차가 작아지면 열교환기 효율이 떨어지고 순환량이 증가해 펌프 동력이 커진다. 따라서 Bleed-In 방식의 혼합 제어는 온도차 유지와 함께 설계한다.

열사용 시설의 열교환기, 열량계, 차압유량조절밸브, 순환펌프는 2차 루프의 핵심 기기다. 판형 열교환기가 주로 쓰인다. 열량계는 유량측정부와 공급·환수 온도 감지기, 적산부로 구성된다.