수경시설 관경 및 펌프의 산정
수경시설의 설비계산 순서
1) 유량의 산정
2) 관경의 산출
3) 양정고의 산출
4) 펌프의 사양 결정
관련파일 : 
수경시설 설비설계 방안★.pdf
1) 유량의 산정- 월류보의 폭(m)과 월류심(m)에 따른 유량 산정
①물넘이 두께의 산정 (월류심: w)
물이 넘쳐흐르는 것의 물두께 기준은 없으며, 경험치로 판단
① 폭포 형태
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타입 |
A사 의견 |
B사 의견 |
C사 의견 |
비고 |
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(벽타고) 흘러내리는 경우 |
1cm미만 |
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0.5cm도 충분 (상부 물넘이레벨을 잘맞춰야 한다. |
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세류형- 1cm (물이 얇게 떨어지며 분지되는 형태) |
2cm 필요 물줄기가 떨어지면서 모이지 않고, 같은 줄기를 유지하도록 하기위해서 |
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소폭포 (통상적인 경우) |
2~2.5cm |
수벽형- 2.5cm (물이 벽체의 형태로 떨어짐(water wall모양) |
2~3cm |
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큰폭포 (시원한 흘러내림) |
3~4cm |
폭포형- 4cm (물이 다량으로 쏟아지는 형태 |
5cm |
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② 계류 - 폭 1m의 경우 3cm 적용
참고로, 물넘이 두께가 두꺼워진다면, 펌프의 사양이 증가해야 하므로, 비합리적인 설계가 될 수 있다.
※ 출처 : 업체 인터뷰, 기타자료
②유량의 산정 (계류, 폭포)
-유량은 폭포or 계류의 물이 넘쳐흐르는 것(월류보)을 기준으로 해서 산정한다.
- 폭포의 폭, or 계류 월류보의 폭 (도면에서 산출)
-물두께 (물이 월류보나, 폭포에서 넘쳐 흐를 때를 기준으로 설계한다.) --> 물넘이 두께의 산정 참조
Q = 1.84 * L * W^(3/2)
Q : 유량 (m3/sec)
L : 월류폭(m)
w : 월류보의 물두께, 월류심(m)
2) 관경의 산정
D=100√Q (통상적용)
D: 관경(mm)
Q: 유량(m3/min) --> 참고, 1m3/min = 1000 LPM
※ 공식 산출 근거 아래 참조
단위환산참고 : Q(m3/sec)*60 = Q'(m3/min)
Q = Q'/60
3) 양정고의 산출
① 개념
= 실양정고 + 손실수두
= 실양정고 + 관내 유수의 손실수두 (관로의 마찰손실)
※분수의 경우는 실양정고 = 연출양정고를 의미함
'관내 유수의 손실수두' = 관로의 마찰손실' 이라고 표현하기도 하며,
여기에는 파이프의 길이(직관길이) 뿐만아니라, 밸브류의 배관등에 마찰손실에 의한 수두가 포함된다.
② 양정 계산 :
H = H1 + H2
H : 전양정
H1 : 실양정 (상부 저수조의 최고수면(HWL)- 수중펌프의 흡입구 중심선) 의 수직거리
※분수의 경우는 실양정고 = 연출양정고+ (노즐위치-수중펌프의 흡입구 중심선)의 수직거리
H2 : 관로 마찰손실양정(=PIPE 직관손실 + 배관등의 밸브류의 저항 손실)
③ H2 (관로 마찰손실수두)를 계산하는 방식
Darcy. Scobey공식등 여러가지 방식이 있으며, 가장 흔하게 사용하는 방식이 Darcy공식임
-Darcy-Weisbach공식 H2 = Hf = f*L/D*V^2/(2g)
※관로를 마찰손실계수를 적용할 때는 구관을 적용할 것
(신규 신설이라도 지속적으로 사용함에 따라, 관이 노후화되기 때문에 구관 적용이 합리적임)
※참고자료
펌프의_양정고에_대해서(darcy방식).jpg
L = '실제길이+ 배관부속(엘보우, 밸브 등)의 저항손실을 수평직관의 상당길이로 환산한 길이'
④ 할증(안전율) 적용
앞과 같이 전양정고의 산출후, 할증(안전율)을 10~20%정도 적용한다.
전체양정고 = H(전양정) * 1.2
※ 안전율을 적용하지 않는 회사도 많음. 하지만, 배관의 길이는 시공과정에서 달라질 수 있고,
배관등의 부속이 설계시 누락될 수도 있기 때문에, 할증(안전율)을 주는 것이 합리적이라고 판단됨
※ 마찰손실수두를 계산하는 것이 표준화되어 있지 못하여, 설비 업체마다 계산 방식이 매우 다양하며, 엉성한 곳도 많음- 이에 대해서 설계검토시 확인이 필요한 부분임
A사의 경우,
관로마찰손실수두 = 관길이*20%, 배관부속마찰손실 = 관로마찰손실*50%, 밸브류마찰손실 = 관로마찰손실수두*30%를 경험치로 적용함
B사의 경우,
ELBOW, VALVE, TEE의 저항손실을 배관부속표를 적용은 했으나, Darcy공식을 적용한게 아니라, 수평직관의 상당길이로 환산된 것을 양정고(수두)로 바로 잘못 적용함으로써 양정고가 과설계됨
4) 펌프의 사양 결정
※ 1HP = 0.75KW
(아래의 식은 같은 식이나, 업체(계산자)에 편의에 따라서 익숙한 식으로 적용함)
① HP = (1000 * Q * H) / (75 * np ) * (1+α)
HP : 마력
Q : m3/sec
H : 양정고 (m)
np : 펌프효율 (관경에 따라 다르며, 0.4~0.75)
α : 모터여유율= 전동기 여유율, 0.15~0.2 정도 적용함
② HP = 1000 * Q * H / (75 * 60 * np) * (1+α)
Q : m3/min
③ HP = (1000 * Q * H) / (75 * 60 * np * nm)
Q : m3/min
nm : 모터효율 (80%) = 0.8
(즉, nm=1/(1+α) = 1/(1+0.2) =0.83 으로 같은 개념임)
※ 통상적으로, 안전한 작동을 위한 할증(안전율)개념으로 순계산량의 1.5~2.0배(모터여유율/ 펌프효율=(1+α)/np)의 여유줌
즉, HP = (1000 * Q * H) / (75 * 60) * 1.5~2
np(펌프효율) = 제시된 표(관경에 따른 펌프효율)를 적용하거나 or 표가 없을 경우 0.75 적용
α(모터여유율. 전동기여유율) = 통상 0.15~0.2 적용하므로, 여유율의 개념을 감안해서 0.2 적용
안전율 개념 = 모터여유율/ 펌프효율= (1+α)/np = 1.5~2.0 --> 2배이상이 되면 , 과설계의 우려가 있다고 생각됨
④ 펌프의 산정결과 표기
(관경)A*(전체양정고)M*(동력)HP*(토출량)LPM*(모터)3상380V
양정&펌프 산정방식 비교★.xlsx
※ 각종 계산 사례들 :
자연폭포 수리계산서.hwp
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