급수량계산 및 급탕량계산: 위생기구 사용량, 동시사용률, 설계용 단위 급수량, 관경 계산 방식
본 문서는 건축 설비 분야에서 중요한 급수량계산 및 급탕량계산을 다룹니다. 위생기구별 사용 특성, 동시사용률(동시 사용 계수)과 설계용 단위 급수량, 인원수·객실수에 따른 급탕량, 그리고 실제로 급수·급탕 배관을 설계할 때 고려해야 할 관경 계산 방식을 포괄적으로 정리했습니다.
1. 급수량계산 및 급탕량계산의 중요성
급수량계산 및 급탕량계산은 건축물에서 필요한 물 공급과 온수 공급을 적정 수준으로 확보하기 위한 핵심 과정입니다. 이를 정확하게 산출하지 않으면 설비 용량이 과도해져 불필요한 비용이 발생하거나, 반대로 용량이 부족하여 사용자 불편이 발생할 수 있습니다. 따라서 다음과 같은 장점을 위해 체계적인 계산이 요구됩니다.
- 경제성: 불필요한 설비 투자 비용 절감
- 안정성: 사용자에게 안정적으로 냉·온수 공급
- 에너지 효율: 온수 생산 에너지의 낭비 방지
2. 위생기구별 사용 수량 및 동시사용률
2.1 위생기구별 사용 수량
각 위생기구는 고유한 사용 유량과 빈도가 있으며, 이를 바탕으로 냉수와 온수의 총량을 추산할 수 있습니다. 대표 예시는 다음과 같습니다.
- 샤워기: 10~15 L/min
- 수도꼭지(세면대 포함): 6~12 L/min
- 변기: 6~9 L/flush
- 욕조: 100~150 L/회 (1회 급수 시)
이러한 값을 참고하여 각 건물에 배치된 기구 수를 곱한 뒤, 동시사용률을 적용하면 보다 현실적인 급수량을 얻을 수 있습니다.
2.2 동시사용률(동시 사용 계수) 계산 방식
동시사용률이란 특정 시점에 여러 위생기구가 동시에 사용될 확률을 의미합니다. 가령, 100개의 샤워기가 있다고 해서 실제로 모든 샤워기가 같은 시점에 사용되는 것은 매우 드물므로, 동시사용률을 적용하여 합리적인 용량을 산정해야 합니다.
동시사용률을 구하는 대표적인 방식은 다음과 같습니다.
- 통계적 접근: 과거 사용량 데이터(피크 사용 시간대 등)를 기반으로 동시에 사용되는 위생기구 비율을 구합니다.
- 현장 조사: 건물 용도(아파트, 기숙사, 호텔, 병원 등)와 실제 사용자 수, 이용 패턴을 조사하여 산출합니다.
- 설계 기준표 참고: 설비 표준이나 건축설비 관련 지침에서 제시하는 범위를 참고합니다.
아래는 건물 종류에 따른 동시사용률 예시입니다.
| 건물 종류 | 동시사용률 범위 |
| 아파트 | 0.3 ~ 0.5 |
| 기숙사 | 0.3 ~ 0.5 |
| 호텔 | 0.5 ~ 0.7 |
| 병원 | 0.4 ~ 0.6 |
이 동시사용률은 기구별 유량 합계에 곱하여 최종 급수량을 산정할 때 활용됩니다.
3. 설계용 단위 급수량
설계용 단위 급수량이란 1인당 혹은 1실(객실)당, 1병상당 하루에 필요한 물의 양을 의미합니다. 해당 값을 통해 전체 건물의 규모에 맞춘 일일 급수 계획을 수립할 수 있습니다.
| 건물 종류 | 1인당(또는 1실·1병상당) 단위 급수량 (L/일) | 사용 기간(hrs/day) | 비고 |
| 아파트 | 250~300 | 24시간 | 가구당 인원수 고려 |
| 기숙사 | 180~220 | 24시간 | 학생 수에 따라 변동 |
| 호텔 (객실당) | 350~450 | 24시간 | 객실 등급에 따라 차이 |
| 병원 (병상당) | 400~600 | 24시간 | 의료행위로 인한 사용량 추가 |
| 사무실 | 40~60 | 8~10시간 | 근무 시간대 한정 |
이 표는 예시 수치로, 실제 설계에서는 지역별·기관별 표준을 참고하거나 해당 건물의 구체적인 용도·인원 구성 등 현장 조건을 반영해야 합니다.
4. 급탕량 계산 방법
4.1 급탕 비율과 동시사용률
급탕량은 온수가 필요한 위생기구 사용량을 중점으로 산출합니다. 보통 샤워기, 세면대(온수 사용), 주방용 수도꼭지 등이 대표적인 급탕 대상이며, 다음과 같은 급탕 비율이 적용됩니다.
- 샤워기: 약 70% (온수 사용 비중)
- 세면대: 약 50%
- 주방용 수도꼭지: 약 50~60%
급탕량 계산 시에도 냉수와 마찬가지로 동시사용률이 필요합니다. 온수는 특정 시간대(아침, 저녁)에 집중되는 경향이 있으므로, 급탕 전용 동시사용률을 별도로 적용하는 경우가 많습니다.
4.2 계산 공식
- 급수량 공식: Q=N×q×f
- Q: 총 급수량(L/min)
- N: 위생기구 개수
- q: 기구당 평균 유량(L/min)
- f: 동시사용률
- 급탕량 공식: Qh=N×q×f×r
- Qh: 총 급탕량(L/min)
- N: 급탕이 필요한 위생기구 개수
- q: 기구당 평균 유량(L/min)
- f: 동시사용률
- r: 급탕 비율(온수가 차지하는 비중)
5. 인원수·객실수에 따른 급탕량 예시
인원수나 객실 수에 따라 필요한 급탕량은 달라집니다. 아래 표는 예시로, 실제 설계 시에는 기구별 사용 특성, 동시사용률, 급탕 비율을 세밀하게 반영해야 합니다.
| 건물 종류 | 인원(또는 객실 수) | 1인당(또는 객실당) 급탕량 (L/일) | 총 급탕량 (L/일) |
| 기숙사 | 100명 | 40~50 | 4,000~5,000 |
| 아파트(가구당 3인 기준) | 50가구 | 60~70 | 9,000~10,500 |
| 호텔(객실 기준) | 50실 | 100~120 | 5,000~6,000 |
| 병원(병상 기준) | 100병상 | 80~100 | 8,000~10,000 |
6. 급수량·급탕량 기반의 관경 계산 방식
급수 및 급탕 시스템을 설계할 때, 단순히 총 사용량만 알면 되는 것이 아니라 이를 배관에 적용할 때 관경(파이프 직경) 선정이 중요합니다. 관경이 너무 작으면 수압 저하와 유량 부족 현상이 발생하고, 너무 크면 재료비 증가와 수온 유지 문제 등이 생길 수 있습니다.
6.1 관경 선정의 주요 고려사항
- 유속: 일반적으로 급수 배관의 유속은 2
3 m/s 이하, 급탕 배관의 유속은 12 m/s 이하로 설계하는 경우가 많습니다. 유속이 과도하면 소음, 침식 문제가 발생할 수 있습니다. - 마찰 손실: 배관 길이, 밸브·피팅(fitting) 개수 등에 따른 압력 손실을 고려해야 합니다.
- 공급 압력: 수원이 되는 지점(수도 본관 또는 펌프)의 압력이 어느 정도인지 파악하여, 말단 위생기구까지 필요한 압력을 유지해야 합니다.
- 동시사용률 반영: 실제 동시에 사용되는 유량에 맞춰 배관을 선정해야 과대·과소 설계를 막을 수 있습니다.
6.2 계산 방법 개요
- 최대 필요 유량 산출: 앞서 제시한 공식(Q, Qh)과 동시사용률을 고려하여 건물 내 최대 필요 유량을 구합니다.
- 허용 유속 범위 결정: 냉수·온수 각각 허용 유속을 설정합니다. 예를 들어, 냉수 배관은 2 m/s 이하, 온수 배관은 1.5 m/s 이하 등.
- 유량–유속 관계 활용: 유량은 Q=A×v (단면적 × 유속) 공식으로 계산되므로, 특정 유속에서 필요한 단면적(=배관 내경)을 역산하여 관경을 결정합니다.
- 마찰 손실 검토: 관경을 선정한 후, 실제 배관 길이와 부속품에 의한 마찰 손실이 허용 범위 내인지 수리계산(유체역학적 계산)으로 검증합니다.
6.3 위생기구별 일반적 관경 적용 예시
아래는 가정·소형 건물에서 자주 쓰이는 배관 사이즈 예시입니다. 건물 규모가 커질수록 동시사용률, 최고 사용량 등이 달라지므로 실제 설계 시에는 추가 검토가 필요합니다.
| 위생기구 종류 | 일반적 관경(호칭) | 비고 |
| 세면기(소형 수도꼭지) | 15A (~20A) | 입상배관(수직 배관)에 연결 시 20A 이상도 고려 |
| 변기(플러시밸브식) | 25A 이상 | 급수가 순간적으로 많이 필요하므로 크게 적용 |
| 욕조 | 20A (~25A) | 입상 및 본관 크기에 따라 조정 |
| 샤워기(욕실) | 15A (~20A) | 가정용의 경우 15A가 보편적 |
| 주방(개수대) | 15A (~20A) | 주방 용도(식당 규모 등)에 따라 달라짐 |
위 표는 일반적인 예시이므로, 실제 배관 설계 시에는 건물 전체의 동시사용률과 배관 길이·부속품 개수 등을 종합적으로 고려해야 합니다.
7. 설계 사례를 통한 종합 효과
- 경제적 이득: 관경을 적절히 선정하면 재료비와 에너지 비용이 절약됩니다.
- 사용자 편의: 수압 부족이나 온수 공급 지연 문제가 최소화됩니다.
- 장기 운영 안정성: 정확한 초기에 설계를 바탕으로 건물 전체의 유지·보수가 용이해집니다.
8. 시공 및 운영 단계의 점검
설계 단계에서 도출한 급수량계산 및 급탕량계산 결과를 시공·운영 단계에서도 꾸준히 모니터링해야 합니다. 공사 과정에서 배관 구배, 밸브 설치 방식 등이 달라질 수 있으며, 건물 운영 중 인원이 변동되거나 위생기구가 추가될 수도 있습니다. 이러한 변화를 감지하여 관경, 동시사용률, 급탕 용량 등에 대한 재평가가 필요할 수 있습니다.
9. 결론
- 급수량계산 및 급탕량계산은 건물의 용도와 규모, 위생기구 특성, 동시사용률 등을 종합적으로 고려해 산출해야 합니다.
- 설계용 단위 급수량과 인원수별·객실수별 급탕량 표는 초기 계획에 유용한 지침이지만, 반드시 건물별 특성을 반영해 보정이 이루어져야 합니다.
- 관경 계산은 단순히 유량만으로 결정하는 것이 아니라, 허용 유속과 마찰 손실, 동시사용률, 공급 압력 등을 종합해야 합니다.
- 시공 후에도 실제 운영 데이터를 모니터링하여 필요 시 재설계를 수행함으로써, 안정적이고 경제적인 냉·온수 공급 체계를 유지할 수 있습니다.
올바른 급수량계산 및 급탕량계산과 이에 따른 적절한 관경 선정은 건물 위생 설비의 성공적인 운영을 좌우하는 핵심 요소입니다. 이 문서에서 제시한 방법과 표, 그리고 유의사항들을 적극 참고하여 효율적이고 안정적인 설계를 완성하시기 바랍니다.
아래의 글도 참조 하여 봐주시고 많은 공유 부탁드리겠습니다.
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