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INDUSTRY / 열교환기

공조기 코일

냉수·스팀코일의 관과 핀, 공급·환수와 공기 방향, 제습·응축수 배수와 열교환 계산을 살펴봅니다.

냉각코일 확대 — 공기, 냉수, 응축수는 세 경로다

냉동기에서 공급된 냉수는 공급 헤더에서 여러 밀폐 코일 관으로 분배되고, 별도 환수 헤더로 모여 냉동기로 돌아간다. 아래 절개 그림은 앞열에서 반대편 U벤드를 돌아 뒤열과 같은 쪽 환수 헤더로 돌아오는 두 관열의 예다. 공기는 관 길이와 직각으로 핀 사이를 통과한다. 공기와 냉수는 섞이지 않으며 핀·관벽을 통해서만 열이 전달된다.

  • 차가운 냉수는 냉동기에서 코일로 공급된다.
  • 공기는 코일을 지나면서 냉수에 열을 넘긴다.
  • 열을 받은 냉수는 더 따뜻해져 냉동기로 환수된다.
  • 코일 표면이 유입 공기의 노점보다 낮은 부분에서는 수증기가 물로 응축된다.
  • 핀 표면의 응축수는 경사진 드레인팬의 저점 → 외부 배수관 → 압력 조건에 맞춘 트랩 → 배수구로 흐른다. 이 배수 경로는 냉수 공급·환수 헤더와 연결하지 않는다.

응축수 트랩과 물봉 배수는 서로 다른 장치입니다

스팀트랩은 증기 설비에서 생긴 응축수와 공기를 자동으로 배출하면서 생증기가 회수관으로 새는 것을 억제하는 밸브다. 스팀코일 아래에는 코일용 트랩을, 가습 분산헤더에는 가습기 형식과 제조사 지침에 맞는 별도 트랩을 둔다. 각 트랩을 지난 응축수는 회수계통이 허용하면 공통 회수관으로 모을 수 있다. 회수관에는 응축수와 함께 생기는 플래시 증기, 배관 경사, 관경, 높이와 배압을 고려해야 한다. 그림의 흰색 U자 배관은 냉각코일 드레인팬의 물봉 배수이며 스팀트랩이 아니다. 물을 채워 팬 정압에 의한 공기 유입을 막고 결로수를 바닥 배수구로 보내는 별도 회로다.

AHU / COIL

냉수코일 · 공급에서 관을 지나 환수까지

공급·환수 헤더를 모두 왼쪽에 둔 두 관열의 예입니다. 냉수는 앞쪽 공급 헤더 하부로 들어와 앞열로 나뉘고, 반대편 U벤드에서 뒤열로 돌아와 같은 쪽 환수 헤더 상부로 나갑니다. 이 절개도는 공기 출구 쪽에서 바라봅니다. 공기는 뒤쪽 환수 관열 → 앞쪽 공급 관열 순서로 핀 사이를 지나며, 물의 관열 순서와 반대입니다. 결로수는 별도 드레인팬·봉수 트랩으로 배수됩니다.

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냉동기 공급·환수는 코일 안 냉수 회로입니다. 스팀 가열은 별도 그림을 보세요.
앞뒤 관열과 접속부를 보는 절개 그림
냉수코일의 공급·환수 헤더가 같은 왼쪽에 있고, 앞열에서 반대편 U벤드를 돌아 뒤열과 환수 헤더로 돌아오는 두 관열 구조. 공기측 결로수는 별도 팬·봉수 트랩으로 배수같은 쪽 두 헤더와 깊이 방향 두 관열을 가진 수코일의 교육용 절개 예입니다. 공급은 앞쪽 헤더 하부, 환수는 뒤쪽 헤더 상부입니다. 일곱 회로는 병렬이며 각 회로는 반대쪽 U벤드에서 돌아옵니다. 되돌림 관은 오른쪽 측판 뒤에 가려져 있습니다. 공기 출구에서 바라본 그림으로 공기는 뒤쪽 환수 관열에서 앞쪽 공급 관열로 지납니다. 냉수는 액체로 유지되고 결로수와 섞이지 않습니다. 실제 회로와 접속은 제품 도면을 따릅니다.냉수코일 · 같은 쪽 두 헤더와 U벤드물: 앞열 → U벤드 → 뒤열 · 공기: 뒤쪽 → 앞쪽⑤ 환수 → CHWR 냉동기뒤쪽 환수 헤더 상부에서 나감④ 환수 헤더뒤열의 물을 모음② 공급 헤더앞열의 각 관에 분배③ 내부 되돌림측판 뒤에서 앞열 → 뒤열① 냉동기 CHWS → 냉수 공급앞쪽 공급 헤더 하부로 들어감공기는 관 바깥으로뒤 → 앞 · 관 길이와 직각⑥ 공기측 결로수: 드레인팬 → U자 봉수 트랩 → 배수핀 표면의 결로수만 배출 · 냉수 헤더와 연결하지 않음냉수 공급냉수 환수공기: 뒤쪽 → 앞쪽같은 쪽 접속·U벤드형 수코일의 예 · 두 관열은 깊이 방향 · 실제 회로·접속·트랩 치수는 제품 도면을 따릅니다.
0.0 / 16초

① 냉동기에서 온 냉수가 ② 앞쪽 공급 헤더 하부로 들어와 여러 앞열 관에 나뉩니다.

16초는 유로를 순서대로 설명하는 시간입니다. 실제 기동 순서·유속·밸브 조작 절차가 아닙니다. 물 배관은 이미 차 있으며 진한 진행선은 추적 구간입니다. 운전 중 열교환·분배·회수는 함께 일어납니다.

구조 그림과 연결해 보기 · 관·핀·두 헤더
공급·환수 두 헤더가 왼쪽에 함께 있습니다. 앞열의 밀폐 관은 반대편 U벤드에서 뒤열로 돌아와 별도 환수 헤더에 연결됩니다. 코일 아래 드레인팬의 결로수는 독립된 봉수 트랩과 배수관으로 나갑니다.
공급·환수 헤더를 같은 쪽에 둔 두 관열의 교육용 절개 예입니다. 앞열의 물이 반대편 U벤드를 돌아 뒤열과 같은 쪽 환수 헤더로 나옵니다. 실제 회로·접속과 봉수 트랩 치수는 제품 도면을 따릅니다.
  1. 냉수 폐회로냉동기 공급 → 앞쪽 공급 헤더 → 앞열 → U벤드 → 뒤열 → 같은 쪽 환수 헤더 → 냉동기 환수
  2. 공기 통로사진의 뒤쪽(공기 입구) → 앞쪽(공기 출구), 관 길이와 직각으로 핀 사이를 통과
  3. 결로수 배수핀 표면 → 경사진 물받이 → U자 트랩 → 배수구. 냉수 헤더와 연결되지 않음
단면 원본 크게 보기 ↗

① 냉수 공급관 → ② 공급 헤더 → ③ U벤드 → ④ 환수 헤더

냉수코일의 공급·환수 헤더가 같은 왼쪽에 있고, 앞열에서 반대편 U벤드를 돌아 뒤열과 환수 헤더로 돌아오는 두 관열 구조. 공기측 결로수는 별도 팬·봉수 트랩으로 배수같은 쪽 두 헤더와 깊이 방향 두 관열을 가진 수코일의 교육용 절개 예입니다. 공급은 앞쪽 헤더 하부, 환수는 뒤쪽 헤더 상부입니다. 일곱 회로는 병렬이며 각 회로는 반대쪽 U벤드에서 돌아옵니다. 되돌림 관은 오른쪽 측판 뒤에 가려져 있습니다. 공기 출구에서 바라본 그림으로 공기는 뒤쪽 환수 관열에서 앞쪽 공급 관열로 지납니다. 냉수는 액체로 유지되고 결로수와 섞이지 않습니다. 실제 회로와 접속은 제품 도면을 따릅니다.냉수코일 · 같은 쪽 두 헤더와 U벤드물: 앞열 → U벤드 → 뒤열 · 공기: 뒤쪽 → 앞쪽123456① 공급 → ② 앞쪽 헤더 → ③ U벤드 → ④ 뒤쪽 헤더 → ⑤ 환수⑥ 드레인팬·봉수 트랩은 냉수 회로와 별도입니다.같은 쪽 접속·U벤드형 수코일의 예 · 두 관열은 깊이 방향 · 실제 회로·접속·트랩 치수는 제품 도면을 따릅니다.
아래쪽 공급관의 물은 앞쪽 헤더에서 여러 앞열 관으로 나뉩니다. 반대편 U벤드에서 뒤열로 돌아온 뒤, 같은 쪽의 별도 환수 헤더 상부로 나갑니다. 두 관열은 깊이 방향입니다.

결로수: 물받이 → U자 트랩 → 배수

드레인팬 아래의 U자 트랩과 낮은 배수 출구흰색 배관은 결로수 배수관입니다. 물받이 배수구에서 길게 내려간 뒤 U자 트랩을 지나 낮은 출구로 이어집니다. U자에 남은 물이 공기가 드나드는 길을 막고, 새 결로수는 출구로 흐릅니다. 배수관 끝은 배수구와 떨어져 있습니다. 음압 공조기의 배수 원리를 보여주는 교육용 그림이며 설치 치수와 운전 중 물 수위를 나타내는 도면은 아닙니다.① 물받이(드레인팬)② U자 트랩③ 낮은 배수 출구물받이 배수구보다 아래물은 내보내고, 공기는 막습니다U자에 남은 물이 공기 길을 막습니다.새 결로수는 낮은 출구로 흐릅니다.
흰색 배관은 결로수 배수관입니다. U자에 남은 물이 공기가 드나드는 길을 막고, 새 결로수는 출구로 빠져나갑니다. 송풍기가 코일 뒤에서 공기를 빨아들이는 이 배치에서는 트랩이 없거나 얕으면 배수가 막혀 물받이에 물이 고일 수 있습니다. 출구는 물받이 배수구보다 낮게, 그 뒤 배관은 배수구까지 내리막으로 잇습니다. 필요한 트랩 깊이는 공조기 내부 압력과 제조사 기준에 맞춥니다. 제조사 배수 기준 · 높이 관계를 보여주는 교육용 그림이며 설치 치수·운전 수위 도면은 아닙니다.
공급·환수 방향의 이유와 LMTD 계산
공급·환수 / 공기 방향 / 열교환의 이유

차가운 물은 공기가 나가는 쪽부터 들어갑니다.

이 절개 그림은 공기 출구 쪽에서 코일을 바라본 모습으로 읽습니다. 사진의 앞쪽은 공기 출구, 뒤쪽은 공기 입구입니다. 전체 AHU 그림에서는 공기가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르지만, 코일을 따로 돌려 본 이 그림에서는 뒤쪽 → 앞쪽으로 핀 사이를 지납니다.

대표 전체 구조에서는 급기팬이 만든 압력차가 필터·코일·덕트의 저항을 이기며 공기를 이동시킵니다. 혼합된 공기는 필터에서 먼지를 걸러 코일 오염을 줄이고, 냉수코일에서 냉각·필요 시 제습합니다. 제습 후 공기가 너무 차가우면 뒤의 가열코일로 재열합니다. 가습은 별도 수분 처리이며 모든 장치가 늘 동시에 운전하는 것은 아닙니다.

실제 관·핀 형상으로 보는 두 관열의 물과 공기 방향병렬 회로 중 한 회로의 높이에서 수평으로 절개해 위에서 내려다본 교육용 재구성입니다. 화면 아래는 사진의 앞쪽이고 위는 뒤쪽입니다. 왼쪽의 둥근 절개면은 서로 분리된 공급·환수 헤더입니다. 구리 관 안의 파랑·청록은 물, 관 바깥의 초록 화살표는 핀 사이 공기입니다. 관벽과 핀을 통해 열만 전달됩니다. 헤더 접속 높이를 나타내는 그림이 아니며 온도는 건식 계산 예입니다.냉수코일 수평 절개 · 위에서 본 한 회로화면 위아래는 코일의 깊이 · 공급·환수 헤더의 높이와는 다릅니다뒤쪽 · 공기 입구27°C 공기 → 핀 사이로환수 CHWR · 뒤열물 12°C → 냉동기공급 CHWS · 앞열냉동기 → 물 7°CU벤드앞열 → 뒤열알루미늄 핀앞쪽 · 공기 출구 14°C공기는 관 바깥, 물은 관 안 · 관벽과 핀을 통해 열 전달한 회로를 확대해 재구성한 절개 예 · 실제 회로·접속 위치·치수는 제조사 도면으로 확인
같은 쪽 두 헤더와 U벤드 회로를 수평으로 절개해 위에서 본 교육용 재구성입니다. 여러 병렬 회로 중 한 회로만 보여줍니다. 물은 앞열 → U벤드 → 뒤열, 공기는 뒤열 → 앞열 순서입니다. 초록 화살표는 관 바깥 공기 방향이며, 관 안 물의 흰 화살표와 구분합니다. 실제 공기는 각 관을 가로질러 흐르는 직교류이고, 관열을 지나는 전체 순서는 대향류가 되도록 배치합니다.

1. 공급·환수는 어디로 연결하나요?

공급(CHWS): 냉동기에서 식힌 물 → 그림 앞쪽 공급 헤더 하부 → 공기 출구 쪽 관열. 여러 병렬 관에 나뉜 물은 반대편 U벤드를 돌아 공기 입구 쪽 뒤열로 이동합니다.

환수(CHWR): 공기의 열을 받아 따뜻해진 물 → 뒤쪽 환수 헤더 상부 → 냉동기. 두 헤더는 같은 왼쪽에 있지만 별개입니다. 이 예의 7°C 공급·12°C 환수는 설명용 온도이며 모든 설비의 고정 조건은 아닙니다.

Modine 수코일 설치 지침 p.3 ↗

2. 왜 아래로 공급하고 위로 환수하나요?

하부로 채우고 상부에 공기빼기를 두면 관·헤더에 갇힌 공기를 제거하는 데 유리합니다. 공기가 남으면 물이 충분히 닿지 않는 구간이 생겨 열교환이 떨어질 수 있습니다. 펌프가 만드는 차압이 물을 순환시키며, 따뜻한 물이 저절로 위로 올라가는 것만으로 운전하는 구조는 아닙니다.

하부 공급·상부 환수와 고점 벤트·저점 드레인은 함께 검토합니다. 이 접속 높이만으로 대향류가 되는 것은 아닙니다. 제조사가 정한 공급 포트, 관열 연결, 코일 수평·경사와 공기 방향을 모두 맞춰야 합니다.

접속·벤트·배수 기준 ↗

3. 왜 물과 공기의 관열 순서를 반대로 하나요?

공기는 코일을 지나며 점점 차가워지고 냉수는 점점 따뜻해집니다. 공기 출구에서는 이미 식은 공기를 가장 차가운 공급수와 만나게 하고, 공기 입구에서는 더운 공기를 따뜻해진 환수와 만나게 합니다. 이렇게 양쪽 끝에 열을 전달할 온도차를 유지하는 것이 대향류 배치의 목적입니다.

병류에서는 물과 공기가 같은 쪽에서 시작해 함께 진행하면서 출구의 온도차가 작아집니다. 같은 입출구 온도를 목표로 할 때 대향류의 평균 온도차가 더 커질 수 있어 필요한 전열면적을 줄이는 데 유리합니다.

Modine 관열 간 대향류 설명 p.8 ↗ · MIT 열교환 이론 ↗

4. 헤더를 같은 쪽에 두는 이유는 따로 있습니다.

반대편에서 관을 되돌리면 공급·환수 접속을 한쪽 서비스 공간에 모을 수 있습니다. 외부 배관 연결과 접근이 편한 배치입니다. 열교환 성능은 헤더가 왼쪽인지 오른쪽인지보다 물이 어느 관열부터 지나가는지에 영향을 받습니다.

관 하나 안에서 물은 가로로, 공기는 그 관과 직각으로 흐릅니다. 따라서 실제 핀 코일을 완벽한 일차원 대향류 열교환기로 취급하면 안 됩니다. 관열 수·병렬 회로·핀 간격·풍속·물 유량과 압력손실까지 반영해 선정합니다.

회로·접속·압력손실 ↗ · Trane 직교류·상세 코일 모델 ↗

대수평균온도차(LMTD): 물과 공기 사이의 온도차를 평균낸 값

코일의 한쪽 끝과 다른 끝에서 물·공기 사이의 온도차가 다릅니다. 국소 열전달식 dQ = U · ΔT · dA와 두 유체의 열수지를 적분하면 로그가 들어간 평균이 나옵니다. 단순 산술평균보다 열교환을 나타내기에 맞는 값입니다. 아래 계산은 정상상태, 일정한 비열·총괄전열계수, 열손실과 결로가 없는 이상적인 현열 교환을 가정합니다.

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)Q = U · A · F · ΔTlm

Q는 열전달률(W), U는 총괄전열계수(W/m²·K), A는 U와 같은 기준의 전열면적(m²), F는 실제 유동 배열의 보정계수입니다. 이상적인 단일 대향류에서는 F = 1입니다. 실제 직교류·다중 패스 코일의 F는 회로와 조건에 맞게 정해야 하며 그림만 보고 정할 수 없습니다. 두 끝의 ΔT가 같으면 LMTD도 그 값입니다. ln은 자연로그이고 온도차는 K 또는 °C로 계산합니다.

건식 계산 예 · 공기 27 → 14°C / 물 7 → 12°C

27°C 공기와 12°C 환수가 만나는 입구 쪽, 14°C 공기와 7°C 공급수가 만나는 출구 쪽을 짝짓습니다. 중간 관열 온도를 계산한 예는 아닙니다.

같은 입출구 온도로 비교한 이상적인 두 유동 배열
배열한쪽 끝 ΔT₁다른 끝 ΔT₂LMTD
대향류27 − 12 = 15 K14 − 7 = 7 K8 / ln(15/7) ≈ 10.50 K
병류27 − 7 = 20 K14 − 12 = 2 K18 / ln(20/2) ≈ 7.82 K

이 조건에서 같은 Q와 U라면 대향류는 더 작은 A로 같은 열량을 전달할 수 있습니다. 실제 코일 성능이 이 숫자만큼 좋아진다는 뜻은 아닙니다. 냉수의 공급·환수 차이 5 K는 LMTD 10.50 K와 다른 값입니다.

MIT · LMTD 유도와 열수지 ↗

열량은 유량과 공급·환수 온도차로도 확인합니다.

물측 열량은 Q = ṁw · cp,w · (T환수 − T공급)입니다. 예를 들어 물 1 kg/s, 비열 약 4.18 kJ/kg·K, 온도차 5 K이면 약 20.9 kW를 흡수합니다. 물측 열량에는 공기 냉각과 제습에서 받은 열이 모두 포함됩니다.

공기 건식 현열만 계산할 때는 Q = ṁa · cp,a · (T입구 − T출구)를 씁니다. 유량을 늘리면 온도차·전열계수·압력손실이 함께 달라지므로 냉수의 ΔT만 보고 성능을 판단할 수 없습니다.

제습하는 젖은 코일은 LMTD만으로 선정할 수 없습니다.

핀 표면이 공기의 노점보다 낮으면 수증기가 응축하면서 잠열도 냉수에 전달됩니다. 이때 공기측 총열량은 건구온도 차이만이 아니라 Q ≈ ṁ건공기 · (h입구 − h출구)로 확인합니다. h는 건공기 1 kg당 습공기 엔탈피이며, 이 근사식은 배출 결로수가 갖고 나가는 현열을 생략합니다.

출구 습도·제습량은 입구 온도와 습도, 젖은 면적, 표면온도, 공기와 물의 유량까지 반영해 계산합니다. 출구온도가 미지수이면 ε–NTU 방식 등으로 열교환 성능을 풀 수 있으며, 실제 선정은 제조사의 젖은 코일 성능 계산과 압력손실 자료로 확인합니다.

Trane · 습도 입력·젖은 면적·UA 모델 ↗

부품·배관·운전 조건 자세히 보기

관·핀·공기의 실제 위치

냉수는 같은 쪽의 두 헤더와 밀폐된 왕복 관 내부로만 흐릅니다. 이 절개도는 공기 출구에서 바라본 모습으로, 공기는 뒤쪽에서 앞쪽으로 핀 간격을 통과하므로 각 관의 길이 방향과 직각입니다. 물의 관열 순서는 앞열 → 뒤열로 공기와 반대입니다. 알루미늄 핀은 물길이 아니라 관벽에서 공기로 열을 전달하는 금속판입니다.

이 그림이 보여주는 헤더 형식

그림은 같은 쪽에 나란히 배치한 공급·환수 헤더와 반대편 U벤드를 가진 수코일의 예입니다. 두 관열은 높이 방향의 두 줄이 아니라 코일의 깊이 방향입니다. 앞열로 간 물은 U벤드를 돌아 뒤열과 별도 환수 헤더로 돌아오며, 두 헤더 사이에 직접 이어진 우회관은 없습니다. 실제 제품의 회로 수·포트·분할 구성은 코일 도면으로 확인합니다. 전체 AHU 그림도 공급·환수 헤더를 같은 쪽에 나란히 표시했습니다.

제습은 언제 생기나요?

코일 표면이 공기의 노점보다 낮은 부분에서 수증기가 응축합니다. 단순히 냉수가 흐른다고 항상 물방울이 생기는 것은 아닙니다. 냉수는 정상 운전에서 증발하지 않고 액체 상태로 돌아옵니다.

결로수 드레인과 트랩

공기 중 수분이 핀에서 응축되면 아래 드레인팬의 저점으로 모여 별도 배수구와 트랩을 지나 배출됩니다. 이 배수는 냉수 환수나 코일 헤더에 절대 연결되지 않습니다. 팬 정압에 따라 트랩 봉수 깊이·형상이 달라지므로 그림을 치수나 설치 지시로 사용하지 말고 제작사 설치자료를 따릅니다.

제어밸브·벤트·코일 배관

냉수 유량 조절밸브와 밸런싱 장치, 공기빼기·드레인 탭은 선정된 코일 패키지에 따라 달라집니다. 외부 밸브 패키지와 바이패스가 필요한 경우 냉수 회로에만 별도로 접속하며 응축수 배수선과 합치지 않습니다. 접속구 위치와 결로 트랩 치수는 제작사 도면·정압 조건으로 확인합니다.

가열 코일은 별도 열원 회로입니다

이 대표 AHU의 가열부는 스팀코일로 설명합니다. 다른 AHU에는 온수코일이나 전기 가열기가 쓰일 수 있습니다. 온수코일을 적용할 때는 온수 공급·환수 폐회로를 따로 그려야 하며, 이 냉수코일과 같은 배관이라고 보면 안 됩니다. 냉각·제습 뒤 재열은 온도를 올리는 과정이고 가습은 수분을 더하는 별도 처리입니다.

이 설명의 근거
AHU / STEAM

스팀코일 · 증기는 관 안에서 물로 바뀝니다

공급·회수 헤더를 모두 왼쪽에 둔 U벤드형 예입니다. 앞열로 들어간 유체가 반대편 U벤드를 돌아 뒤열로 돌아오며, 응축수는 같은 쪽 회수 헤더 저점 → 스팀트랩 → 회수 주관으로 빠져나갑니다. 증기는 관 안에서 응축하며 관벽·핀을 통해 공기에 열을 줍니다.

그림 원본 크게 보기 ↗
앞뒤 관열과 접속부를 보는 절개 그림
공급·회수 헤더를 모두 왼쪽에 둔 스팀코일. 앞열로 들어간 유체가 오른쪽 U벤드에서 뒤열로 돌아와 같은 쪽 회수 헤더의 저점·스팀트랩을 거쳐 나오는 계통일반형 단일관 스팀코일의 U벤드형 절개 예입니다. 왼쪽의 두 헤더는 서로 분리되어 있습니다. 공급 헤더에서 앞열로 나간 여섯 병렬 회로는 오른쪽 U벤드를 돌아 뒤열로 돌아옵니다. 되돌림 관은 오른쪽 측판 뒤에 가려져 있습니다. 응축수는 같은 쪽 회수 헤더 저점에서 트랩을 지나 나옵니다. 공기 출구 쪽에서 바라본 모습으로 공기는 뒤쪽에서 앞쪽으로 관 밖 핀 사이를 지납니다. 두 관열은 깊이 방향이며 실제 회로와 배수 조건은 제품 도면을 따릅니다.스팀코일 · 같은 쪽 두 헤더와 U벤드증기는 관 안에서 응축하고, 열만 관벽·핀을 건너 공기로 전달됩니다.① 증기 주관 공급수동 차단스트레이너제어밸브② 증기 공급 헤더앞열의 각 관에 분배③ 내부 되돌림측판 뒤에서 앞열 → 뒤열④ 회수 헤더 · 같은 쪽뒤열에서 돌아온 응축수 집합앞열 → U벤드 → 뒤열 → 같은 쪽 회수 헤더두 관열은 깊이 방향 · 응축은 관의 여러 구간에서 진행저점 출구⑤ 스팀트랩응축수 배출 · 생증기 유출 억제← ⑥ 응축수 회수 주관공기는 관 바깥으로뒤쪽 → 앞쪽 · 관 길이와 직각증기 공급응축수 회수공기: 뒤쪽 → 앞쪽일반형 단일관 코일의 예 · 같은 쪽 헤더·U벤드 · 실제 회로·접속·배수 조건은 제품 도면을 따릅니다.
0.0 / 16초

① 보일러·플랜트 증기 주관에서 분기된 증기가 선정된 차단·여과·제어 부속을 거쳐 스팀코일 공급 헤더로 들어옵니다.

16초는 유로를 순서대로 설명하는 시간입니다. 실제 기동 순서·유속·밸브 조작 절차가 아닙니다. 관 위의 진행선은 증기·응축수의 경로를 표시합니다. 운전 중 열교환·분배·회수는 함께 일어납니다.

구조 그림과 연결해 보기 · 같은 쪽 헤더·U벤드·응축수 회수

① 증기 공급관 → ② 공급 헤더 → 앞열 → ③ U벤드
뒤열 → ④ 같은 쪽 회수 헤더 → ⑤ 스팀트랩 → ⑥ 회수 주관

공급·회수 헤더를 모두 왼쪽에 둔 스팀코일. 앞열로 들어간 유체가 오른쪽 U벤드에서 뒤열로 돌아와 같은 쪽 회수 헤더의 저점·스팀트랩을 거쳐 나오는 계통일반형 단일관 스팀코일의 U벤드형 절개 예입니다. 왼쪽의 두 헤더는 서로 분리되어 있습니다. 공급 헤더에서 앞열로 나간 여섯 병렬 회로는 오른쪽 U벤드를 돌아 뒤열로 돌아옵니다. 되돌림 관은 오른쪽 측판 뒤에 가려져 있습니다. 응축수는 같은 쪽 회수 헤더 저점에서 트랩을 지나 나옵니다. 공기 출구 쪽에서 바라본 모습으로 공기는 뒤쪽에서 앞쪽으로 관 밖 핀 사이를 지납니다. 두 관열은 깊이 방향이며 실제 회로와 배수 조건은 제품 도면을 따릅니다.공급 헤더 → 앞열 → U벤드 → 뒤열 → 회수 헤더123456앞뒤로 분리된 두 관열 · 같은 쪽 두 헤더증기·응축수는 관 안에, 공기는 관 밖에 있습니다.
공급 헤더에서 앞열로 들어간 유체가 반대편 U벤드를 돌아 뒤열로 돌아옵니다. 같은 쪽의 별도 회수 헤더에 모인 응축수는 저점에서 트랩을 거쳐 나옵니다. 두 관열은 깊이 방향이며, 실제 회로·배수는 제품 도면을 따릅니다.

① 증기 주입 → ② 관 안에서 응축 → ③ 관벽·핀을 지나 공기로 열 전달

가로 코일관 안의 증기 응축과 관 밖 열 전달일반형 단일관 코어의 원리도입니다. 증기분배형은 내부 분배관이 추가되는 별도 형식입니다. 공기는 관 길이와 직각으로 핀 사이를 지납니다.관 안: 증기 → 응축수관 밖: 관벽·핀을 건너 공기로 열 전달② 관 안에서 응축③ 관벽·핀 → 공기로 열응축수는 왕복 관을 따라 같은 쪽 회수 헤더·트랩으로 갑니다.① 증기 유입왕복 회로의 관 한 구간을 펼친 확대 단면공기는 관의 길이와 직각으로 핀 사이를 지납니다.
일반형 단일관 코어의 원리도입니다. 증기와 응축수는 밀폐된 관 안에 있고 공기는 관 밖 핀 사이를 지납니다. 증기분배형은 내부 분배관을 쓰는 별도 형식이며, 실제 접속과 배수는 제작사 도면을 확인합니다.
증기 응축·배수와 열교환 계산
증기 공급 / 응축수 회수 / 공기 가열

스팀은 응축 잠열을 전달하고, 생긴 물은 저점에서 뺍니다.

이 절개도도 공기 출구 쪽에서 바라봅니다. 공기는 뒤쪽 → 앞쪽으로 핀 사이를 지나 따뜻해집니다. 위 전체 AHU 그림의 공기 진행은 왼쪽 → 오른쪽입니다.

공급은 상부, 회수는 저점인 이유

그림의 증기는 공급 헤더 상부에서 관들로 분배되고, 관 안에서 응축하며 관벽·핀을 통해 공기를 데웁니다. 생긴 응축수는 코일의 배수 가능한 회로를 따라 별도 회수 헤더의 가장 낮은 출구로 모여 트랩을 거쳐 회수됩니다. 냉수의 액체 공급·환수 회로와 다른 과정입니다.

같은 쪽 헤더·U벤드는 접속을 모으는 형식입니다. 실제 관의 기울기·회로, 공기빼기, 진공 파괴와 개별 트랩 조건을 맞춰야 응축수가 고이지 않습니다. 그림에 수평으로 보인다고 임의로 평관 시공을 정할 수는 없습니다.

Modine 스팀코일 배관·배수 지침 ↗

스팀에서도 LMTD를 쓰나요?

씁니다. 압력 변화가 작고 포화증기가 응축하는 구간에서는 증기 온도를 거의 일정한 Tsat로 볼 수 있습니다. 두 끝의 온도차는 Tsat − T공기 입구와 Tsat − T공기 출구입니다. 포화온도는 코일 안 증기 압력에 따라 달라집니다.

증기측 한 유체의 온도가 일정한 이상 조건에서는 병류·대향류의 LMTD가 같습니다. 스팀코일에서는 냉수처럼 온도 구배를 활용하는 것보다 증기 분배·비응축가스 배출·응축수 배수를 확보하는 일이 중요합니다. 실제 압력손실·과열·응축수 과냉각이 있으면 단순 일정온도 가정도 보정해야 합니다.

열교환의 온도차 ↗ · 증기 압력·포화온도 ↗

온도차보다 엔탈피 차로 증기량을 계산합니다.

증기가 물로 바뀌며 큰 잠열을 내므로 Q = ṁs · (h증기 − h회수 응축수)를 씁니다. 건포화증기가 같은 압력의 포화응축수로 바뀌는 근사에서는 Q ≈ ṁs · hfg입니다. 응축수 온도나 배관 색만으로 방열량을 판단할 수 없습니다.

트랩을 달아도 항상 회수되는 것은 아닙니다.

트랩은 응축수를 배출하면서 생증기 유출을 제한합니다. 회수관 배압과 들어 올리는 높이를 이길 차압이 필요합니다. 제어밸브가 닫혀 코일 압력이 낮아지면 배수가 줄거나 멈추는 스톨이 생겨 응축수가 코일에 찰 수 있습니다. 운전 조건에 따라 충분한 낙차·리시버·펌프 또는 펌프트랩을 검토합니다.

Spirax Sarco · 스톨과 배압 ↗

부품·배관·운전 조건 자세히 보기

같은 쪽 헤더와 U벤드

그림은 내부 분배관이 없는 일반형 단일관 코일의 U벤드형 예입니다. 앞·뒤 두 관열은 코일의 깊이 방향에 있습니다. 공급 헤더 → 앞열 → 반대편 U벤드 → 뒤열 → 회수 헤더로 이어져 접속이 같은 쪽에 모입니다. 두 헤더 사이에는 직접 이어지는 우회관이 없습니다. 실제 회로 수·접속·관의 경사와 배수 조건은 해당 제품 도면을 확인합니다.

일반형과 증기분배형

일반형의 U벤드 회로와 증기분배형의 이중관은 다른 구조입니다. 증기분배형은 관 안에 작은 구멍이 있는 별도 분배관을 두며 헤더 내부가 구획되기도 합니다. 같은 쪽 접속이라고 내부 구조까지 같지는 않습니다. 전체 AHU 그림과 이 확대 그림은 모두 가로 관과 같은 쪽 공급·회수 헤더를 사용한 예입니다. 반대편 되돌림 관은 측판 뒤에 있습니다.

응축수를 빼지 못하면

응축수가 고이면 유효 전열면이 줄고 온도 제어가 나빠질 수 있습니다. 수격이나 동결 위험도 있습니다. 동결 저항형이라는 이름도 배수가 나쁜 상태의 동결을 보장해 막는다는 뜻은 아닙니다.

제어밸브를 닫으면 왜 배수도 영향을 받나요?

부하가 줄어 증기 압력이 낮아지면 회수측 배압을 이기지 못하는 스톨이 생길 수 있습니다. 트랩이 있다고 무조건 배수가 되는 것은 아닙니다. 펌프트랩 등은 실제 차압과 회수 계통에 맞춰 검토합니다.

트랩·리시버·복수펌프의 역할

스팀트랩은 증기가 열을 준 뒤 생긴 응축수를 회수측으로 내보내며 생증기 손실을 제한합니다. 리시버(응축수 탱크)는 여러 배출을 모으고, 개방형 계통에서는 플래시 증기를 분리·배출하거나 회수할 수 있습니다. 복수펌프나 펌프트랩은 중력 또는 트랩 전후 차압만으로 회수하기 어려운 높이·배압 조건에서 사용합니다. 모든 AHU에 리시버와 펌프가 붙는 것은 아니며 형식·압력·유량에 맞춰 구성합니다.

플로트·써모스태틱 트랩 단면

F&T 트랩은 응축수의 부력으로 움직이는 볼 플로트와 배출밸브, 공기·비응축가스를 배출하는 별도 써모스태틱 벤트로 이뤄집니다. 코일마다 트랩을 따로 두고 코일 저점 아래에 가깝게 설치해 중력으로 응축수가 들어오게 합니다. 이물질로 밸브가 막히지 않도록 상류에 스트레이너나 드롭 레그를 둘 수 있습니다. 전체 구조 그림의 직선형 인라인 스트레이너는 Y형이 아닌 한 가지 교육용 예이며, 압력 등급·설치 방향·용량은 실제 제품 자료와 설계에 맞춰야 합니다. 그림은 내부가 보이는 교육용 F&T 예이며 실제 외형·접속방향·용량은 제품과 설계마다 다릅니다.

공급·회수 배관과 그림의 범위

대표 공급측 부속으로 차단밸브·스트레이너·제어밸브를 표시했습니다. 공기 배출·진공 파괴·트랩 형식·배관 기울기와 회수 방법은 코일 형식과 제조사 지침에 따라 달라집니다. 조절밸브가 스팀 압력을 낮추면 코일이 응축수로 잠기는 스톨이 생길 수 있어 진공차단기나 펌프트랩을 운전조건에 맞춰 검토합니다. 응축수 회수는 트랩을 달기만 하면 항상 되는 것이 아닙니다. 이 그림은 원리도이며 밸브 조작·트랩 선정·배관 높이를 정하는 시공도가 아닙니다.

이 설명의 근거
스팀코일과 가습기: 같은 공급원, 서로 다른 가지

스팀코일과 증기 가습기는 둘 다 증기를 쓰지만, 역할과 배관은 다릅니다.

공급원과 동력 경로

스팀코일과 가습기, 두 곳 모두 증기를 받을 수 있습니다

한 보일러·플랜트의 중앙 증기 주관을 열원으로 쓸 수 있지만, 스팀코일 가지와 가습기 가지는 장치 앞에서 별도로 나뉩니다. 코일은 증기를 밀폐된 관 안에서 응축시켜 공기를 데우고, 가습기는 분산관으로 증기를 공기에 넣어 수분을 더합니다. 전기식 현장 발생기는 중앙 증기 대신 급수와 전기를 씁니다.

금속 장비와 실제 부품 형태로 재구성한 교육용 증기 공급 그림. 보일러의 빨간 중앙 증기 주관에서 두 가지가 별도로 내려갑니다. 왼쪽 스팀코일은 관 안에서 증기를 응축해 열만 전달하고 하부 응축수를 전용 스팀트랩으로 회수합니다. 오른쪽 직접분사 가습부는 분리기를 거쳐 분산관 노즐에서 공기에 수분을 더하며, 분리기 응축수는 별도 트랩으로 나옵니다.
장비 형태를 보여주는 교육용 재구성입니다. 오른쪽 트랩은 분리기 저점 배수이며, 분산부 추가 드레인·보온·안전부속은 생략했습니다. 실제 접속과 회수·지정 배수는 제품 도면을 따릅니다. 전기식·증기-증기식은 가습기 비교 그림에서 보세요.
  1. 공급은 두 가지로 분기: 보일러의 중앙 증기 주관에서 코일용과 가습용 배관이 따로 나옵니다. 각 가지의 차단밸브는 정비 때 공급을 끊고, 스트레이너는 이물을 거르며, 제어밸브는 필요한 증기량을 조절합니다.
  2. 왼쪽 코일은 열 전달: 증기가 코일의 밀폐된 관 안에서 응축하며 열을 내놓습니다. 공기는 관·핀 바깥을 지나 데워지고, 관 안의 응축수는 아래 출구와 코일 전용 스팀트랩을 거쳐 회수됩니다.
  3. 오른쪽 가습부는 수분 추가: 분리기는 공급 증기에 섞인 물방울을 빼고, 증기는 분산관 노즐에서 공기에 들어갑니다. 분리기 바닥의 물은 별도 트랩으로 배출합니다. 분산관·증기관에서 생기는 응축수의 드레인 경로도 제품 지침에 맞춰 따로 확인합니다.

트랩은 응축수와 공기를 배출하면서 생증기 유출을 제한합니다. 트랩 뒤 응축수는 회수 압력·높이 조건이 맞을 때 회수 주관으로 보내며, 차압이 부족하면 그림 아래처럼 리시버·펌프 등의 보조 구성을 검토합니다.

응축수 회수장치는 어떤 일을 하나요?

  1. 스팀트랩: 코일에서 열을 준 뒤 응축수와 공기를 빼내고 생증기 손실을 제한합니다.
  2. 회수 주관: 스팀트랩 뒤 응축수를 모아 회수계통으로 보냅니다. 높이·차압이 맞으면 회수 주관으로 직접 돌아갑니다.
  3. 필요할 때 쓰는 장치: 회수 배압이나 양정이 부족할 때만 리시버·복수펌프 또는 펌프트랩을 검토합니다. 리시버는 응축수를 모으고, 복수펌프는 높이·배압을 이깁니다. 펌프트랩은 트랩과 펌프 기능을 결합합니다.

리시버와 복수펌프가 모든 코일에 필요한 것은 아니고, 리시버·펌프·펌프트랩을 모두 한 줄로 설치한다는 뜻도 아닙니다. 회수 압력·높이·부하와 보일러 계통에 맞춰 구성을 정합니다.

가습기의 종류와 분산·배수 원리 →

배관 설명 더 보기

공기·냉수: 리턴공기 RA 일부는 왼쪽에서 위로 꺾여 배기구를 통해 EA로 나갑니다. 나머지 RA는 리턴팬 오른쪽 칸막이 개구부에 고정된 혼합댐퍼를 지나 혼합실로 들어갑니다. 외기 OA는 별도 상부 덕트에서 내려온 뒤 오른쪽 필터 방향으로 꺾여 RA와 섞입니다. EA와 OA는 서로 다른 덕트입니다. 냉동기 냉수 공급 → 냉수코일 관 → 냉동기 환수는 공기 흐름과 별도의 물길입니다.

냉수 공급·환수: 그림 오른쪽 냉동기에서 진청색 냉수 공급관이 왼쪽으로 들어와 금속 유니온을 거쳐 냉수코일 왼쪽 공급 집합관에 연결됩니다. 공급 헤더 옆에는 별도 청록색 환수 헤더가 나란히 있습니다. 물은 앞열 코일관을 지나 반대편에서 뒤열로 돌아온 뒤, 같은 왼쪽의 환수 집합관으로 모여 청록색 환수관을 따라 오른쪽 냉동기로 돌아갑니다. 배관 본체·방향 화살표·냉동기 안내·범례가 각 유체별 같은 기준색을 사용하며, 입체 하이라이트도 같은 색상 계열로 통일했습니다. 공급·환수관은 코일 밖에서 서로 연결되지 않습니다. 실제 포트 위치와 흐름 방향은 코일 모델 도면을 따릅니다.

보일러 플랜트 스팀: 오른쪽 보일러에서 나온 적색 주관은 스팀코일과 직접분사식 가습부로 나뉩니다. 스팀코일은 냉수코일처럼 가로로 곧게 뻗은 관과 왼쪽에 나란히 있는 두 헤더를 사용한 예입니다. 공급 헤더에서 앞열 관으로 들어간 증기는 반대편에서 뒤열로 돌아오며 관벽·핀을 통해 공기를 가열합니다. 응축수는 같은 왼쪽의 별도 회수 헤더로 모여 맨 아래 출구에서 내려갑니다. 코일 하부 출구 → 직선형 스트레이너 → 소형 F&T 스팀트랩으로 흐릅니다. 가습 분기는 제어밸브를 거쳐 덕트 안 분산헤더에 연결됩니다. 분산관 노즐에서 나온 증기가 공기 중에 직접 더해지고, 뒤의 흡수 구간에서 섞입니다. 두 분산관의 응축수는 하부 집합관에서 모여 가습부 전용 트랩으로 내려갑니다.

스팀 응축수 회수: 중앙 플랜트 증기식 가습에서도 별도 트랩을 둡니다. 트랩은 응축수와 공기를 배출하고 생증기 유출을 억제합니다. 각 응축수 배관은 장비의 하부 저점에서 전용 트랩까지 자연스럽게 내려오고, 두 트랩 출구 뒤의 회수는 제조사 허용 여부·수질·관경·경사·배압을 확인합니다. 회수 조건이 맞으면 그 뒤에서 공통 회수관에 합류하며, 트랩 앞에서는 합치지 않습니다.

냉각코일 바닥 배수: 냉각코일 결로수는 드레인팬 단일 출구에서 연속된 흰 배관과 물이 찬 U자 수봉 트랩을 거쳐 스팀 배관과 분리된 바닥 배수구로 나갑니다. 배수관 끝은 바닥 배수구 위에 공기 간격을 둡니다. 이 배수는 스팀 응축수 회수관과 합치지 않으며, 전기식 가습기의 블로다운도 별도 배수입니다.

이 그림은 대표 배치입니다. 실제 배관 접속·밸브·트랩은 선택한 장비와 현장 설계를 따릅니다.

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