건축설비기사 실기01_난방부하_예상문제13_온수난방

건축설비기사 실기 – 온수난방 설비 계산 문제

1. 문제 조건 (사무실 자체 설정)

(1) 건물 개요

• 용도: 사무실
• 층고: 3.0 m
• 바닥면적: 180 ㎡
• 외벽면적: 120 ㎡
• 유리창 면적: 30 ㎡
• 외기 설계온도: -5 ℃
• 실내 설계온도: 20 ℃

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(2) 열관류율

구분	열관류율 (W/㎡·K)
외벽	0.45
유리창	2.8

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(3) 난방 설비 조건

• 난방 방식: 온수난방
• 급수온도: 80 ℃
• 환수온도: 60 ℃
• 온수 평균온도: 70 ℃
• 방열기 1대 방열량: 2,500 W
• 보일러 여유율: 15 %
• 허용 유속: 1.2 m/s
• 물의 비열: 4.19 kJ/kg·K
• 물의 밀도: 1,000 kg/m³

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2. 문제 1 – 난방부하 계산

(1) 외벽을 통한 열손실

$$
Q_w = U_w \times A_w \times (T_i - T_o)
$$

$$
Q_w = 0.45 \times 120 \times (20 - (-5))
$$

$$
Q_w = 1350 \ \text{W}
$$

---

(2) 유리창을 통한 열손실

$$
Q_g = U_g \times A_g \times (T_i - T_o)
$$

$$
Q_g = 2.8 \times 30 \times (20 - (-5))
$$

$$
Q_g = 2100 \ \text{W}
$$

---

(3) 총 난방부하

$$
Q_{total} = Q_w + Q_g
$$

$$
Q_{total} = 1350 + 2100
$$

$$
Q_{total} = 3450 \ \text{W}
$$

---

3. 문제 2 – 유리창 내표면 온도 계산

(1) 계산식

$$
T_s = T_i - \frac{U_g (T_i - T_o)}{h_i}
$$

※ 실내 표면 열전달률
$$
h_i = 8.0 \ \text{W/㎡·K}
$$

---

(2) 계산

$$
T_s = 20 - \frac{2.8 \times (20 - (-5))}{8}
$$

$$
T_s = 20 - 8.75
$$

$$
T_s = 11.25 \ ℃
$$

---

4. 문제 3 – 방열기 수 산정

(1) 필요 방열기 수

$$
N = \frac{Q_{total}}{Q_{rad}}
$$

$$
N = \frac{3450}{2500}
$$

$$
N = 1.38
$$

---

(2) 방열기 수 결정

$$
N = 2 \ \text{대}
$$

---

5. 문제 4 – 보일러 용량 선정

(1) 여유율 적용

$$
Q_b = Q_{total} \times 1.15
$$

$$
Q_b = 3450 \times 1.15
$$

$$
Q_b = 3968 \ \text{W}
$$

---

(2) 보일러 선정

👉 보일러 용량: 4.0 kW 이상

---

6. 문제 5 – 온수 순환 유량 계산

(1) 유량 계산식

$$
Q = \dot{m} c_p \Delta T
$$

$$
\dot{m} = \frac{Q}{c_p \Delta T}
$$

---

(2) 계산

$$
\dot{m} = \frac{3968}{4.19 \times 10^3 \times (80 - 60)}
$$

$$
\dot{m} = 0.047 \ \text{kg/s}
$$

---

7. 문제 6 – 배관경 계산

(1) 체적유량

$$
\dot{V} = \frac{\dot{m}}{\rho}
$$

$$
\dot{V} = \frac{0.047}{1000}
$$

$$
\dot{V} = 4.7 \times 10^{-5} \ \text{m³/s}
$$

---

(2) 배관 단면적

$$
A = \frac{\dot{V}}{v}
$$

$$
A = \frac{4.7 \times 10^{-5}}{1.2}
$$

$$
A = 3.92 \times 10^{-5} \ \text{m²}
$$

---

(3) 배관 직경

$$
D = \sqrt{\frac{4A}{\pi}}
$$

$$
D = \sqrt{\frac{4 \times 3.92 \times 10^{-5}}{\pi}}
$$

$$
D = 0.0071 \ \text{m}
$$

👉 호칭경: 15A 배관 선정

---

8. 난방 시스템 개념도 (Mermaid)

graph LR
A[보일러] --> B[순환펌프]
B --> C[방열기 1]
C --> D[방열기 2]
D --> E[환수배관]
E --> A